Микроустройство, содержащее по меньшей мере два подвижных элемента

Группа изобретений относится к области микроустройств, в частности, относящихся к типу микроэлектромеханических систем (MEMS). Микроустройство в виде инерциального датчика, содержащего множество подвижных элементов (100), и способ изготовления микроустройства (100) путем травления, содержащего подвижный элемент (111), способный перемещаться относительно фиксированного участка (115), созданный в первом и втором слоях (104, 106) материала, расположенных один над другим так, что подвижный элемент содержит участок (112) первого слоя и участок (118) второго слоя, скрепленные друг с другом, и в котором подвижный элемент подвешен на фиксированном участке с помощью средства (121) подвески, сформированного в первом и/или втором слое материала. Первый и второй подвижные элементы (111, 113) выполнены с возможностью перемещаться по существу в противофазе относительно друг друга; центры тяжести первого и второго подвижных элементов (111, 113) выровнены один над другим по оси, по существу перпендикулярной главным поверхностям первого и второго слоев (104, 106). Технический результат - создание микроустройства, содержащего подвижные элементы, ограничивающие эффект динамического дисбаланса, компактность, уменьшение издержек. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 43 ил.

 

Область техники и предшествующий уровень техники

Настоящее изобретение относится к области микроустройств, в частности, к области микроустройств, относящихся к типу микроэлектромеханических систем (MEMS) и/или наноэлектромеханических систем (NEMS) и/или микро-опто-электромеханических систем (MOEMS) и/или нано-опто-электромеханических систем (NOEMS), содержащих подвижные элементы, способные перемещаться в результате внешнего воздействия (механического, электрического, магнитного) относительно фиксированной части устройства. Далее термин "микроустройство" используется для обозначения, в частности, устройства, относящегося к типу MEMS и/или NEMS и/или MOEMS и/или NOEMS.

Микроустройства по существу изготавливают известными способами коллективного травления пластины полупроводникового материала (например, кремния). Они невелики и недороги в производстве. Они применяются в самых разных областях - от потребительских товаров до весьма специфических областей.

Некоторые микроустройства содержат множество подвижных элементов, например, такие как инерциальные датчики, которые требуют множество подвижных масс для выполнения инерциальных измерений. Одной из областей применения таких датчиков являются, например, инерциальные измерения угловых величин, таких как угловое положение (гироскопы) и частота вращения (гирометры). Характеристики таких инерциальных датчиков непосредственно зависят от балансировки резонатора и, более конкретно, от балансировки различных подвижных масс датчика. Это требует наличия по меньшей мере двух подвижных масс, установленных симметрично относительно друг друга так, чтобы они могли двигаться в противофазе относительно друг друга, тем самым обеспечивая балансировку датчика.

Такие подвижные массы можно изготавливать рядом друг с другом в одном слое материала, как описано в документах US 2014/0299947 А1 и ЕР 2 887 013 А1. Однако недостатком такого датчика угловой величины, содержащего две подвижные массы, расположенных рядом друг с другом, и находящихся в одном слое материала, является порождение динамического дисбаланса, вызванного движением суммарного центра тяжести подвижных масс с частотой их колебаний. Это приводит к возникновению реактивных сил в опоре и, поэтому, к потере энергии колебаний. Более того, наличие расположенных рядом друг с другом подвижных масс обуславливает существенные размеры датчика и, поэтому, существенные производственные издержки.

Альтернативно, известно изготовление в одном слое материала концентрических подвижных масс. Однако основным недостатком наличия по меньшей мере двух концентрических подвижных масс, изготовленных в одном слое, является то, что эти две массы не могут иметь идентичные формы. Такая конфигурация может вести к проблемам балансировки этих масс. Более того, концентрическое изготовление таких подвижных масс влечет существенные размеры датчика и, следовательно, существенные производственные издержки. Эти существенные размеры также встречаются, даже когда единственная подвижная масса изготавливается в одном слое материала.

В другой конфигурации две подвижные массы датчика изготавливают одна над другой, и они находятся в разных слоях материала. Такая конфигурация позволяет устранить проблемы, встречающиеся в описанных выше конфигурациях, где подвижные массы расположены рядом друг с другом или концентрично. Однако изготовление таких датчиков влечет другие проблемы.

Так, в документе US 2011/0300658 А1 описывается изготовление такого датчика, содержащего две наложенные одна на другую подвижные массы, из двойной подложки с КНД-структурой, т.е. содержащей над опорным слоем и заглубленным слоем диэлектрика два поверхностных слоя кремния, наложенных один на другой и отделенных друг от друга другим слоем диэлектрика. Недостатком такого способа изготовления является то, что две подвижные массы необходимо изготавливать на одном этапе травления поверхностных слоев кремния. Эти две изготовленные подвижные массы по необходимости являются идентичными. Более того, сложно реализовать многослойное травление, которое нужно осуществлять в стопке кремний/диэлектрик/кремний на одной технологической операции. Такой способ, следовательно, не адаптирован для производства датчика, содержащего две наложенные одна на другую подвижные массы, имеющие разную геометрию.

В документах US 2005/0091934 А1 и US 2009/0283917 А1 предлагалось формировать датчик, содержащий две подвижные массы в двух отдельных подложках. Затем выполняется уплотнение двух подложек для наложения двух полученных подвижных масс одна на другую и получения датчика. При таком способе подвижные массы датчика могут быть одинаковыми или неодинаковыми. Однако недостатком того способа является то, что уплотнение между двумя подложками требует выравнивания двух подложек относительно друг друга. Этот этап выравнивания является очень чувствительным и трудным в реализации, а рассогласование положений двух подложек может привести, в частности, к рассогласованию положений двух центров тяжести наложенных одна на другую подвижных масс, что может нарушить балансировку датчика.

В документе US 2015/0375995 A1 описано изготовление первого подвижного элемента датчика в подложке, затем уплотнение крышки, закрывающей первый подвижный элемент, затем разжижение части подложки, используемой как механическая рукоятка (на тыльной поверхности подложки) и, наконец, изготовление второго подвижного элемента в этой разжиженной части подложки с тыльной стороны. Этот способ позволяет изготавливать одинаковые и неодинаковые подвижные элементы. Однако необходимо выполнять уплотнение с выравниванием подложки и крышки. Более того, выравнивание второго подвижного элемента относительно первого подвижного элемента приводит к возникновению проблем, поскольку метки выравнивания, расположенные на тыльной поверхности подложки и используемые для выравнивания крышки, исчезают во время разжижения части подложки, используемой как механическая ручка. Выравнивание второго элемента, поэтому, нужно выполнять либо используя инфракрасную систему визуализации элементов, либо посредством осуществления выравнивания относительно перенесенной крышки. В обоих случаях это может привести к существенному рассогласованию положений двух подвижных элементов.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является создание микроустройства, например, инерциального датчика, содержащего по меньшей мере один подвижный элемент и не имеющего по меньшей мере части недостатков микроустройств по предшествующему уровню техники, ограничивающего или устраняющего эффект динамического дисбаланса, что устраняет ограничения по выравниванию, возникающие при изготовлении микроустройства по предшествующему уровню техники, и которое можно изготавливать компактным и с уменьшенными издержками.

Для этого, согласно настоящему изобретению, предлагается микроустройство, содержащее по меньшей мере:

- первый слой материала;

- второй слой материала;

- фиксированный участок;

- первый подвижный элемент, содержащий по меньшей мере первый участок первого слоя материала и по меньшей мере второй участок второго слоя материала;

- первое средство подвески, сформированное в первом слое материала и/или во втором слое материала;

и при этом:

- первый подвижный элемент выполнен с возможностью перемещения относительно фиксированного участка;

- первый и второй слои материала расположены один над другим;

- первый участок первого слоя материала жестко соединен со вторы участком второго слоя материала;

- первый подвижный элемент подвешен на фиксированном участке первым средством подвески.

Распределение участков материала, образующих подвижный элемент, внутри разных слоев материала, позволяет избежать существенного динамического дисбаланса, вызванного движением суммарного центра тяжести микроустройства.

Признаки этого микроустройства совместимы с изготовлением, не связанным с выравниванием элементов, предназначенных для связывания один с другим. Такое микроустройство, таким образом, можно изготавливать без необходимости в выполнении такого выравнивания.

Изготовление подвижного элемента в двух наложенных один на другой слоях дополнительно позволяет снизить величину такого подвижного элемента.

Когда подвижный элемент содержит разные участки, образованные отдельными слоями, электрически изолированными друг от друга, к такому подвижному элементу можно прилагать множество разных электрических потенциалов.

По существу, выражение "слой материала" может означать монолитный слой материала или набор из множества наложенных один на другой слоев.

Микроустройство далее может содержать:

- второй подвижный элемент, содержащий по меньшей мере первый участок второго слоя материала и/или по меньшей мере второй участок первого слоя материала;

- второе средство подвески, сформированное в первом слое материала и/или во втором слое материала; при этом

- первый и второй подвижные элементы могут быть выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга и относительно фиксированного участка;

- второй подвижный элемент может быть подвешен на фиксированном участке вторым средством подвески;

- когда второй подвижный элемент содержит первый участок второго слоя материала и второй участок первого слоя материала, первый участок второго слоя материала может быть жестко соединен со вторым участком первого слоя материала.

Вторые участки первого и второго слоев материала могут соответствовать простым участкам этих слоев, например, прямоугольной формы, или могут иметь более сложную геометрию, например, образуя рамку, множество стержней, решетку и пр.

Таким образом, это микроустройство может быть составлено из слоев материала, наложенных один на другой. Это приводит к снижению величины микроустройства по сравнению с микроустройствами, в которых подвижные элементы выполнены в одном слое материала, либо один рядом с другим, либо концентрично, что приводит к сокращению производственных издержек. Это преимущество также действует, когда микроустройство содержит только один подвижный элемент.

Более того, такое микроустройство не имеет никаких рамок, ограничивающих форму и размеры подвижных элементов, которые могут быть одинаковыми или неодинаковыми. Когда форма и размеры подвижных элементов одинаковы, это облегчает балансировку микроустройства.

Преимущественно, первый и второй подвижные элементы могут быть выполнены с возможностью двигаться по существу в противофазе относительно друг друга, например, когда на микроустройство оказывается внешнее воздействие (движение, ускорение, вращение, удар и пр.). В этом случае распределение участков материала, образующих каждый из подвижных элементов в двух слоях, дает большие преимущества, поскольку динамический дисбаланс, который может быть вызван таким движением, уменьшается.

Первый и второй подвижные элементы могут быть выполнены с возможностью движения по существу в фазе относительно друг друга.

Центры тяжести первого и второго подвижных элементов могут быть выровнены один над другим по оси, по существу перпендикулярной основным поверхностям первого и второго слоев материала. Такая преимущественная конфигурация еще более уменьшает влияние суммарного динамического дисбаланса, или даже устраняет его.

Первый и второй подвижные элементы могут быть симметричными относительно центра симметрии, расположенного между первыми участками первого и второго слоев материала, и на оси, по существу перпендикулярной основным поверхностям первого и второго слоев материала.

Микроустройство может быть таким, что:

- по меньшей мере первый конец первого участка первого слоя материала соединен со вторым участком второго слоя материала, и по меньшей мере второй конец первого участка первого слоя материала образует свободный конец первого подвижного элемента, и

- по меньшей мере первый конец первого участка второго слоя материала соединен со вторым участком первого слоя материала, и по меньшей мере второй конец первого участка второго слоя образует свободный конец второго подвижного элемента.

В этом случае второй конец первого участка первого слоя материала может быть расположен между первым концом первого участка первого слоя материала и вторым участком первого слоя материала, а второй конец первого участка второго слоя материала может быть расположен между первым концом первого участка второго слоя материала и вторым участком второго слоя материала.

Первый и второй подвижные элементы могут быть расположены со взаимным перекрытием и/или концентрично относительно друг друга.

Первый участок первого слоя материала может быть соединен со вторым участком второго слоя материала посредством по меньшей мере первого участка промежуточного слоя, расположенного между первым и вторым слоями материала, и/или первый участок второго слоя материала может быть соединен со вторым участком первого слоя материала посредством по меньше мере второго участка промежуточного слоя.

Микроустройство далее содержит элементы для обнаружения и/или измерения движения первого подвижного элемента и/или второго подвижного элемента относительно фиксированного участка и/или движения второго подвижного элемента относительно фиксированного участка, и/или элементы, способные перемещать первый подвижный элемент и/или второй подвижный элемент относительно фиксированного участка и/иди перемещать первый подвижный элемент относительно второго подвижного элемента.

В преимущественной конфигурации первый подвижный элемент может формировать первый детектирующий элемент, а второй подвижный элемент может формировать второй детектирующий элемент, при этом первый и второй детектирующий элементы могут быть способны выполнять внутренние измерения угловых величин, которые действуют на микроустройство.

Первый подвижный элемент и/или второй подвижный элемент могут быть способны перемещаться линейно и/или вращаться относительно фиксированного участка и/или относительно друг друга.

Фиксированный участок может содержать участки первого и второго слоев материала, расположенные вокруг первого и второго подвижных элементов и/или окруженные первым и вторым подвижными элементами.

Фиксированный участок может содержать опорный слой так, чтобы первый слой материала находился между опорным слоем и вторым слоем материала.

В одном конкретном варианте микроустройство далее может содержать по меньшей мере один промежуточный подвижный элемент, подвешенный на фиксированном участке и способный перемещаться относительно этого фиксированного участка, а первый и второй подвижные элементы могут быть подвешены на промежуточном подвижном элементе и могут быть способны перемещаться относительно промежуточного подвижного элемента и фиксированного участка.

В этом конкретном варианте промежуточный подвижный элемент обеспечивает поглощение колебаний, приходящих извне микроустройства. Поэтому на подвижные элементы не действуют эти приходящие извне колебания.

Кроме того, микроустройство в этом конкретном варианте может быть таким, чтобы:

- фиксированный участок содержал фиксированную рамку, по меньшей мере частично окружающую промежуточный подвижный элемент, а промежуточный подвижный элемент образует подвижную рамку, подвешенную на фиксированной рамке и/или

- микроустройство далее содержит первую полость, по меньшей мере часть стенок которой образована фиксированным участком и в котором заключен промежуточный подвижный элемент, и вторую полость, расположенную в первой полости, по меньшей мере часть стенок которой образованы промежуточным подвижным элементом, и в которой заключены первый и второй подвижные элементы.

Преимущественно, вторая полость может быть изолирована от первой полости.

Поэтому имеется возможность заключить первый и второй подвижные элементы в особой атмосфере (в терминах природы газа и/или давления), отличающейся от атмосферы, в которой находится промежуточный подвижный элемент, например, отличающейся от окружающегося воздуха, в котором расположено микроустройство. Вторая полость может быть герметично или непроницаемо уплотнена относительно первой полости.

Настоящее изобретение также относится к способу изготовления микроустройства, содержащему по меньшей мере этапы, на которых:

- осуществляют травление первого слоя материала так, чтобы по меньшей мере первый участок первого слоя формировал по меньшей мере первый подвижный элемент;

- изготавливают второй слой материала на первом слое материала;

- осуществляют травление второго слоя материала так, чтобы по меньшей мере второй участок второго слоя материала формировал второй участок первого подвижного элемента, и был жестко соединен с первым участком первого слоя материала;

при этом данные этапы выполняют так, чтобы первый подвижный элемент был подвешен на фиксированном участке с помощью первого средства подвески, сформированного в первом слое материала и/или во втором слое материала, и чтобы первый подвижный элемент был выполнен с возможностью перемещения относительно фиксированного участка.

Преимущественно, способ может быть таким, чтобы:

- травление первого слоя материала выполняют так, чтобы по меньшей мере часть второго участка первого слоя материала формировала первый участок по меньшей мере второго подвижного элемента;

- травление второго слоя материала выполняют так, чтобы по меньшей мере первый участок второго слоя формировал второй участок второго подвижного элемента и был жестко соединен со вторым участком первого слоя материала;

при этом этапы способа выполняют так, чтобы второй подвижный элемент был подвешен на фиксированном участке с помощью второго средства подвески, сформированного в первом слое материала и/или втором слое материала, и чтобы первый и второй подвижные элементы были способны перемещаться относительно друг друга и относительно фиксированного участка.

Изготовление второго слоя материала на первом слое материала может содержать перенос второго слоя материала на первый слой материала так, чтобы между первым и вторым слоями материала был расположен промежуточный слой, и способ далее может содержать этап, в котором после травления второго слой материала выполняют травление промежуточного слоя так, чтобы по меньшей мере первый участок промежуточного слоя соединял первый участок первого слоя со вторым участком второго слоя и, когда второй подвижный элемент изготовлен, по меньшей мере второй участок промежуточного слоя соединял первый участок второго слоя материала со вторым участком первого слоя материала.

Согласно первому варианту между первым слоем материала и опорным слоем может быть расположен расходуемый слой и способ может содержать этап на котором после травления второго слоя материала изготавливают отверстие, обеспечивающее доступ к расходуемому слою через опорный слой, затем выполняют травление участка расходуемого слоя через отверстие, обеспечивающее доступ, сформированный в опорном слое, освобождая по меньшей мере первый участок первого слоя материала (и также второй участок первого слоя материала, когда изготавливают второй подвижный элемент) относительно опорного слоя. В этом случае освобождение первого подвижного элемента (и второго подвижного элемента, когда он изготавливается) можно выполнять с двух противоположных сторон микроустройства.

Согласно второму варианту расходуемый слой может быть расположен между первым слоем материала и опорным слоем, и способ может далее содержать этапы, на которых между травлением первого слоя материала и изготовлением второго слоя материала выполняют травление первого участка расходуемого слоя, частично освобождая по меньшей мере первый участок первого слоя материала (и второй участок первого слоя материала, когда изготавливают второй подвижный элемент) относительно опорного слоя, и после травления второго слоя материала выполняют травление второго участка расходуемого слоя через отверстия, сформированные в первом и втором слоях материала во время предшествующего травления первого и второго слоев материала, завершают освобождение первого участка первого слоя материала (и второго участка первого слоя материала, когда изготавливают второй подвижный элемент) относительно опорного слоя. В этом случае освобождение первого подвижного элемента и, при необходимости, второго подвижного элемента можно выполнять без необходимости формирования отверстия, открывающего доступ к расходуемому слою с задней стороны опорного слоя, а только с передней стороны микроустройства.

Этапы травления первого и второго слоев материала могут формировать освобождающие отверстия, проходящие сквозь первый и второй слои материала и выровненные одно над другим. Таким образом, освобождение первого участка (и, при необходимости, второго участка) первого слоя материала может выполняться за счет использования травящих агентов, достигающих расходуемого слоя через эти освобождающие отверстия.

Этап травления второго слоя материала может формировать дополнительные освобождающие отверстия, проходящие сквозь второй слой материала. Такая конфигурация позволяет, в частности, получить другие варианты подвижности подвижных элементов относительно друг друга, когда изготавливается множество подвижных элементов.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет более понятным из нижеследующего описания примеров реализации, приводимых только для информации, но не ограничивающих изобретения и со ссылками на приложенные чертежи, где:

Фиг. 1 - схематическое изображение конкретного варианта микроустройства, являющегося предметом настоящего изобретения.

Фиг. 2А-2М - этапы первого варианта способа изготовления микроустройства, являющегося предметом настоящего изобретения.

Фиг. 3А-3Н - этапы второго варианта способа изготовления микроустройства, являющегося предметом настоящего изобретения.

Фиг. 4 - схематического изображение другого конкретного варианта микроустройства, являющегося предметом настоящего изобретения.

Фиг. 5 - сечение участка микроустройства, являющегося предметом настоящего изобретения, перед выполнением окончательного освобождения подвижных элементов микроустройства в присутствии дополнительных освобождающих отверстий, сформированных во втором слое материала.

Фиг. 6А и 6В - примеры реализации освобождающих отверстий в микроустройстве, являющемся предметом настоящего изобретения.

Фиг. 7 - сечение участка микроустройства, являющегося предметом настоящего изобретения, после выполнения окончательного освобождения подвижных элементов микроустройства при отсутствии дополнительных освобождающих отверстий, выполненных во втором слое материала.

Фиг. 8 - схематическое изображение микроустройства, являющегося предметом настоящего изобретения, содержащего промежуточный подвижный элемент.

Фиг. 9А-9K - этапы способа изготовления микроустройства, являющегося предметом настоящего изобретения, содержащего промежуточный подвижный элемент.

Фиг. 10 - схематическое изображение другого варианта микроустройства, являющегося предметом настоящего изобретения.

Фиг. 11А и 11В - схематическое изображение другого варианта микроустройства, являющегося предметом настоящего изобретения.

Фиг. 12 - схематическое изображение другого варианта микроустройства, являющегося предметом настоящего изобретения.

Идентичные, подобные или эквивалентные части различных чертежей, описываемых ниже, имеют одни и те же ссылочные позиции для облегчения перехода от одного чертежа к другому.

Различные детали, показанные на чертежах, не обязательно показаны в масштабе, для лучшего восприятия чертежей.

Различные возможности (альтернативы и варианты) должны пониматься как не являющиеся взаимоисключающими и могут комбинироваться друг с другом.

Подробное описание конкретных вариантов

Сначала следует описание фиг. 1, на которой изображен конкретный вариант микроустройства 100.

Микроустройство 100 образовано пакетом, содержащим опорный слой 102, первый слой 104 материала и второй слой 106 материала, при этом первый слой 104 расположен между опорным слоем 102 и вторым слоем 106. В конкретном описываемом варианте материал первого и второго слоев 104, 106 является полупроводником, например, легированным или не легированным кремнием, легированным или не легированным германием, кремний-германием и пр.

Слой 108, который именуется расходуемым слоем, расположен между опорным слоем 102 и первым слоем 104. Кроме того, между первым слоем 104 и вторым слоем 106 расположен слой 110, именуемый промежуточным слоем. В этом конкретном примере слои 108, 110 содержат диэлектрический материал, например, SiO₂. По существу, материалы слоев 108, 110 таковы, чтобы их можно было травить отдельно от материалов первого и второго слоев 104, 106.

Микроустройство 100, показанное на фиг. 1, соответствует инерционному датчику, содержащему первый подвижный элемент 111, образованный первым участком 112 первого слоя 104 и вторым участком 118 второго слоя 106, и второй подвижный элемент 113, сформированный первым участком 114 второго слоя 106 и вторым участком 126 первого слоя 104.

Первый участок 112 первого слоя 104 содержит первый конец 116, соединенный или жестко соединенный со вторым участком 118 второго слоя 106 посредством первого участка 120 промежуточного слоя 110. Первый участок 120 промежуточного слоя 110 является частью первого подвижного элемента 111. Первый участок 112 содержит второй конец 122, образующий свободный конец первого подвижного элемента 111, то есть, конец, который не контактирует с частью промежуточного слоя 110.

Первый участок 114 второго слоя 106 содержит первый конец 124, соединенный со вторым участком 126 первого слоя 104 посредством второго участка 128 промежуточного слоя 110, который является частью второго подвижного элемента 113. Первый участок 114 второго слоя 106 содержит второй конец 130, образующий свободный конец второго подвижного элемента 113.

В этом микроустройстве 100 первый и второй подвижные элементы 111, 113 образуют подвижные массы или сейсмические массы, способные перемещаться относительно фиксированного участка 115 микроустройства 100. Фиксированный участок 115 содержит участки 117, 119 первого и второго слоев 104, 106, на которых подвешены подвижные элементы 111, 113, соответственно, посредством первого и второго средства 121, 123 подвески. В конкретном варианте, показанном на фиг. 1, эти первое и второе средства 121, 123 подвески соответствуют участкам первого и второго слоев 104, 106 материала, образующим микробалки, подвешивающие участки 112, 114, 118 и 126 подвижных элементов 111, 113 на участках 117, 119 первого и второго слоев 104, 106 материала. Фиксированный участок 115 также содержит опорный слой 102.

Альтернативно средства 121, 123 подвески можно формировать только участками одного из двух слоев 104, 106 материала. Например, один или оба подвижных элемента 111, 113 можно подвешивать на фиксированном участке 115 микробалками, соединенными только с первым участком 112, 114 или со вторым участком 118, 126.

Каждый из подвижных элементов 111, 113 сформирован участком одного из слоев 104, 106, соединенным с участком другого из слоев 104, 106 и два подвижных элемента 111, 113 расположены с взаимным перекрытием друг с другом.

В этом конкретном варианте, описываемом со ссылками на фиг. 1, эти два детектирующих элемента, соответствующие двум подвижным элементам 111, 113, идентичны друг другу и расположены со взаимным перекрытием, то есть симметрично относительно центра С симметрии, который расположен между первыми участками 112, 114 первого и второго слоев 104, 106. В варианте, показанном на фиг. 1, второй конец 122 первого участка 112 первого слоя 104 расположен между первым концом 116 первого участка 112 первого слоя 104 и вторым участком 126 первого слоя 104, в второй конец 1309 первого участка 114 второго слоя 106 расположен между первым концом 124 первого участка 114 второго слоя 1067 и вторым участком 118 второго слоя 106.

В этом конкретном варианте центры тяжести первого и второго подвижных элементов 111, 113 расположены один над другим на оси, по существу перпендикулярной основным поверхностям первого и второго слоев 104, 106 материала (поверхностям, параллельным плоскости (X, Y)), то есть выровнены по оси, параллельной оси Z и проходящей через центр С симметрии.

Таким образом, когда на микроустройство 100 действуют внешние силы, движение в противофазе первого и второго подвижных элементов 111, 113 не приводит к динамическому дисбалансу или приводит к небольшому дисбалансу.

Альтернативно, эти подвижные элементы 111, 113 могут быть разными, то есть иметь не одинаковые формы и/или не одинаковые размеры.

Наконец, микроустройство 100 содержит электропроводные сквозные перемычки 132, 134, которые электрически соединяют первый и второй слои 104, 106 друг с другом.

Участки материала по меньшей мере одного из слоев 104, 106 также могут соединять первый подвижный элемент 111 со вторым подвижным элементом 113. Такие участки могут, таким образом, обеспечивать механическое удержание первых участков 112, 114. Однако эти участки материала, которые соответствуют, например, микробалкам, таковы, что подвижные элементы 111, 113 остаются подвижными относительно друг друга.

На фиг. 2А-2М показаны этапы способа изготовления микроустройства 100 согласно первому варианту.

Микроустройство 100 изготавливают, например, из первой подложки типа полупроводник на изоляторе, например, SOI (кремний на изоляторе), SiGeOI, GeOI и т.д. Эта подложка, показанная на фиг. 2А, содержит опорный слой 102, углубленный слой диэлектрика, или BOX (углубленный оксид), образующий расходуемый слой 108 ти содержащий, например, оксид полупроводника, такой как SiO₂, и расходуемый слой полупроводника, содержащий, например, кремний и образующий первый слой 104 материала. Толщина каждого из слоев 104, 108 составляет, например, прибл. 100 нм-400 мкм или даже более 400 мкм. Например, толщина слоя 104 типично равна прибл. 60 мкм, а толщина слоя 108 равна приблизительно 2 мкм. По существу, первый слой 104 соответствует слою материала, адаптированному для изготовления одного из подвижных элементов микроустройства 100, а материал расходуемого слоя 108 может вытравливаться отдельно от материала первого слоя 104.

Альтернативно, микроустройство 100 можно изготовить из массивной или габаритной подложки, содержащей, например, полупроводник, такой как кремний, и образующей опорный слой 102, на который последовательно наносят расходуемый слой 108, например, диэлектрик, такой как слой оксида полупроводника или стекло, и первый слой 104 материала, в котором предполагается изготовить один из подвижных элементов микроустройства 100, соответствующий, например, слою полупроводника, такого как легированный или не легированный кремний, легированный или не легированный германий, и т.п. Расходуемый слой 108 и первый слой 104 материала могут быть сформированы разными технологиями, такими как LPCVD (химическое осаждение из паровой фазы при пониженном давлении), PECVD (плазмохимическое осаждение из паровой фазы), ALD (атомно-слоевое осаждение), PVD (физическое осаждение из паровой фазы) или с помощью эпитаксиального выращивания и т.д.

Когда различные области первого слоя 104 материала предназначены для воздействия разных электрических потенциалов, первый слой 104 материала может быть структурирован так, чтобы определять одну или более электроизолирующих канавок 136 между этими разными зонами первого слоя 104 материала (фиг. 2В). Например, для формирования таких канавок 136 можно выполнять глубинное реактивное ионное травление, позволяющее выполнять очень выборочное и глубокое травление полупроводника (в данном случае кремния) первого слоя 104, при этом расходуемый слой действует при таком травлении как останавливающий слой.

Эта канавка или эти канавки 136 затем можно заполнить (или не заполнять) диэлектрическим материалом 138 (фиг. 2С). Этот диэлектрический материал 138 может быть, например, термоокислом, нитридом, не легированным поликремнием или комбинацией различных диэлектрических материалов. Заполнение канавок 136 диэлектрическим материалом 138 позволяет повысить механическую прочность подвижной структуры, имеющей зоны разных электрических потенциалов, которая будет изготовлена в первом слое 104. В документах "Fabrication challenges and test structures for high-aspect-ratio SOI MEMS devices with refilled electrical isolation trenches", J. Xie, Microsyst. Technol. (2015) 21:1719-1727 и "Fabrication of keyhole-free ultra-deep high-aspect-ratio isolation trench and its applications", Y. Zhu et al., J. Micromech. Microeng. 15 (2005), 636-642 описывается изготовление таких канавок, заполненных диэлектрическим материалом. Если канавки 136 не заполнять диэлектрическим материалом 138, их можно сформировать позднее, например, одновременно со структурированием первого слоя 104, когда формируются участки 112 и 126 подвижных элементов 111, 113 микроустройства 100 (см. этап, описанный ниже со ссылками на фиг. 2D).

Альтернативно, можно не изготавливать канавки 136, если в первом слое 104 микроустройства 100 не нужны различные зоны, электрически изолированные друг от друга.

Первый слой 104 материала затем структурируют, здесь травлением (например, глубинным реактивным ионным травлением) так, чтобы определить первый участок 112, предназначенный стать частью первого подвижного элемента 111, и второй участок 126, предназначенный стать частью второго подвижного элемента 113 (фиг. 2D). В первом слое 104 также изготавливают части средств 121, 123 подвески (которые предназначены для удержания участков 112 и 1267 в подвешенном состоянии относительно участков 119), а также участки 119 фиксированного участка 115 микроустройства 100. Элементы для детектирования и/или измерения движения одного из или всех подвижных элементов 111, 113, например, электростатические гребенки, также можно изготовить в первом слое 104. В соответствии с характером микроустройства 100 для такого структурирования первого слоя 104 также можно сформировать элементы, способные перемещать один из или все подвижные элементы 111, 113, то есть, приводные средства. Наконец, в первом слое 104 изготавливают освобождающие отверстия 140, предназначенные для последующего освобождения участков 112, 126 относительно опорного слоя 102. Эти освобождающие отверстия 140 используются во время травления расходуемого слоя 108, которое выполняется для освобождения участков 112, 126 относительно опорного слоя 102.

Затем на первом слое 104 материала создают второй слой 106 материала. В описываемом пером варианте второй слой 106 соответствует наружному слою второй подложки типа полупроводник на изоляторе, например, SOI, SiGeOI, GeOI и т.д. Эта вторая подложка содержит объемный слой 142 и углубленный слой 144 диэлектрика, расположенный между объемным слоем 142 и вторым слоем 106 материала.

Затем вторую подложку можно перенести на первый слой 104 материала, для чего применяются разные способы: непосредственное связывание первого слоя 104 и второго слоя 106 (например, непосредственное связывание кремний/кремний или, в более общей форме, полупроводник/полупроводник), или непосредственное связывание одного из первого и второго слоев 104, 106 и слоя диэлектрика, заранее сформированного на другом из первого и второго слоев 104, 106 (непосредственное связывание полупроводник/диэлектрик, например, кремний/SiO₂) или непосредственное связывание двух слоев диэлектрика, заранее сформированных на каждом из первого и второго слоев 104, 106 (непосредственное связывание диэлектрик/диэлектрик, например, SiO₂/SiO₂). Альтернативно, можно создать жесткое соединение между первым и вторым слоями 104, 106, используя металлическое уплотнение (например, типа Au/Si, Au/Au, Au/Sn, Al/Ge и т.п.), предварительно формируя по меньшей мере на одном из двух слоев 104, 106 такой слой металлической полоски. Два слоя 104, 106 также можно жестко соединить с помощью неметаллической уплотняющей полоски, например, из полимера.

В примере, показанном на фиг. 2Е, для жесткого соединения двух слоев 1-04, 1-06 применяется непосредственное связывание диэлектрик/диэлектрик или полупроводник/диэлектрик. Между слоями 104, 106 имеется промежуточный слой 110, содержащий диэлектрический материал, такой как SiO₂.

Альтернативно, второй слой 106 материала может быть не поверхностным слоем подложки типа полупроводник на изоляторе, а быть простым слоем материала, например, полупроводника, нанесенным на первый слой 104, при необходимости с промежуточным слоем 110 между слоями 104, 106. На фиг. 2Е показана такая альтернатива, где второй слой 106 нанесен по технологии LPCVD (химическое осаждение из паровой фазы при пониженном давлении), PECVD (плазмохимическое осаждение из паровой фазы), ALD (атомно-слоевое осаждение), PVD (физическое осаждение из паровой фазы) или с помощью эпитаксиального выращивания и т.д.

Как показано на фиг. 2С, слои 142 и 144 удаляют. Второй слой 106 при необходимости делают тоньше, до требуемой толщины. Когда второй слой 106 создают непосредственно нанесением, обычно выполняют такое уменьшение толщины, поскольку толщина нанесенного материала по существу не соответствует требуемой толщине второго подвижного элемента 114. Толщина второго слоя 106 может составлять от 100 нм до 400 мкм или даже больше прибл. 400 мкм и, например, может равняться прибл. 60 мкм. Толщина второго слоя 106 равна или не равна толщине первого слоя 104.

Как было описано выше для первого слоя 104, когда различные области второго слоя 106 материала предназначены для воздействия разных электрических потенциалов, второй слой 106 можно структурировать так, чтобы определить одну или более электрически изолирующую канавку 146 между этими разными зонами второго слоя 106 (фиг. 2Н). Например, можно выполнить глубинное реактивное ионное травление для формирования этих канавок 146, а промежуточный слой 110 действует как останавливающий слой.

Эта канавка или канавки 146 затем можно заполнить (или не заполнять) по меньшей мере одним диэлектрическим материалом 148 (фиг. 2I). Этот диэлектрический материал 148 может быть, например, одним из материалов, ранее указанных для диэлектрического материала 138. Если канавки 146 не заполняются диэлектрическим материалом 148, это можно сделать позднее, например, одновременно со структурированием второго слоя 106 при формировании других участков 114, 118 подвижных элементов 111, 113 микроустройства 100 (см. этап, описываемый со ссылками на фиг. 2K).

Эти два слоя 104 и 106 могут быть электрически соединены с помощью одной или более соединительных сквозных перемычек 132, 134, проходящих между этими двумя слоями (фиг. 2J). Эта перемычка или эти перемычки 132, 134 создают путем последовательного травления слоев 106 и 110 с остановкой на первом слое 104. Эта перемычка или эти перемычки затем заполняют электропроводным материалом (например, металлическим материалом, таким как Al, W, Cu, Au или легированным полупроводником, таким как Si или Ge).

Затем второй слой 106 структурируют, например, травлением, так, чтобы определить участки 114, 118 подвижных элементов 111, 113, а также участки 117 фиксированного участка 115, а затем средства 121, 123 для подвески участков 114, 118 относительно участков 117 (фиг. 2K). Во втором слое 106 также можно сформировать элементы для детектирования и/или измерения движения одного или всех подвижных элементов 111, 113, например, электростатические гребенки. В соответствии с характером микроустройства 100, при структурировании второго слоя 106 также можно сформировать элементы, способные перемещать один или все подвижные элементы 111, 113, то есть приводные средства. Наконец, во втором слое 106 также создают освобождающие отверстия 152, предназначенные для последующего освобождения участков 114, 118 относительно промежуточного слоя 110. Эти освобождающие отверстия 152 используются во время травления промежуточного слоя 110, которое выполняется для освобождения этих участков 114, 118.

Как показано на фиг. 2b, затем выполняют травление участка опорного слоя 102 с его задней поверхности, образуя отверстие 154 доступа к расходуемому слою 108. Это отверстие 154 доступа обращено к участкам 112, 126.

Затем освобождают подвижные элементы 111, 113 путем выборочного удаления материалов слоев 108, 110 (диэлектрики) относительно других материалов слоев 102, 104, 106 (полупроводники), как показано на фиг. 2М. Участки 120, 128 промежуточного слоя 110 сохраняются, обеспечивая связь между первыми участками 112, 1114 и вторыми участками 118, 126.

Все операции травления первого и второго слоев 104, 106 (описанные выше со ссылками на фиг. 2В, 2D, 2Н, 2J и 2K), выполняемые в этом способе, преимущественно выполняются с использованием меток совмещения или координатной системы совмещения, имеющейся на задней поверхности опорного слоя 102 (на стороне, противоположной стороне, на которой находится расходуемый слой 108), предпочтительно на участки этой задней поверхности, которая не будет подвергаться травлению для формирования отверстия 154 доступа. Поскольку такие метки совмещения сохраняются до освобождения подвижных элементов 111, 113, их можно использовать для изготовления этих подвижных элементов уже выровненными относительно друг друга. Выравнивание относительно таких меток можно выполнять, например, с помощью оптических или интерференционных систем, обычно применяемых в фотолитографическом оборудовании.

Альтернативно, отверстие 154 доступа можно формировать, не вытравливая весь участок опорного слоя 102, который обращен к участкам 112 и 126, а формируя освобождающие отверстия в этом участке опорного слоя 102.

Микроустройство 100, описанное выше, содержит два детектирующих элемента, каждый из которых содержит по меньшей мере один подвижный элемент, сформированный из двух участков слоев 104, 106, расположенных с взаимным перекрытием один над другим. Альтернативно, микроустройство 100 может содержать большее количество детектирующих элементов или подвижных элементов, расположенных с взаимным перекрытием один над другим. Для этого этапы, описанные выше со ссылками на фиг. 2Е-2K повторяют один или более раз перед освобождением подвижных элементов таких наложенных друг на друга элементов.

На фиг. 3А-3Н показаны этапы второго варианта способа изготовления микроустройства 100.

Как и в первом варианте, этот способ выполняется, начиная с пакета слоев, содержащего опорный слой 102, расходуемый слой 108 и первый слой 104 материала (фиг. 3А).

На одном и том же этапе травления в первом слое 104 изготавливают электроизолирующие канавки 136, освобождающие отверстия 140 и участки 112 и 126 подвижных элементов 111, 113 и участки средств 121, 123 подвески, соединенные с участками 112, 126 (фиг. 3В). В этом втором варианте канавки 136 не заполняют диэлектрическим материалом 138 (однако, это возможно, как и в первом варианте), что позволяет предотвратить риск теплового расширения, которое может возникнуть из-за разницы коэффициентов теплового расширения между диэлектрическим материалом 138 и материалом первого слоя 104. Также в первом слое 104 могут формироваться другие элементы для детектирования и/или привода подвижных элементов 111, 113.

Затем выполняют частичное травление расходуемого слоя 108 для частичного освобождения участков 112 и 126. Участки 160 расходуемого слоя 108 сохраняют под участками 112, 126 (и, в общем виде, различными элементами, изготовленными в первом слое 104) для сохранения механической прочности этих элементов на остальных этапах способа.

Затем на первом слое 104 материала создают второй слой 106 материала. Как и в первом варианте, второй слой 106 соответствует поверхностному слою второй подложки типа полупроводник на изоляторе, содержащей объемный слой 142 и углубленный диэлектрический слой 144. Кроме того, между слоями 104, 106 присутствует промежуточный слой 110 (фиг. 3D). Во втором варианте могут применяться разные способы уплотнения, описанные выше для первого варианта. Альтернативно, второй слой 106 материала может не быть поверхностным слоем подложки полупроводникового типа, а быть простым слоем материала, например, полупроводника, нанесенным на первый слой 104, при необходимости в присутствии промежуточного слоя 110 между слоями 104 и 106.

Как показано на фиг. 3Е, слои 142 и 144 удаляют. Толщину второго слоя 106 также уменьшают до нужной толщины.

Как и в первом варианте два слоя 104, 106 могут быть электрически соединены одной или более сквозной перемычкой 132, 134 между этими двумя слоями (фиг. 3F). Затем второй слой 106 структурируют, например, травлением, так, чтобы определить участки 114, 118, освобождающие отверстия 152, элементы 121, 123 для удержания, детектирования и/или привода, как описано выше для первого варианта (фиг. 3С). Травление также используется для формирования изолирующих канавок 146, которые затем заполняют или не заполняют диэлектрическим материалом 148 (в этом втором варианте - не откидным).

Подвижные элементы 111, 113 затем освобождают путем выборочного удаления материалов слоев 108, 110 относительно других материалов слоев 102, 104, 106, как показано на фиг. 3Н. Поскольку частичное освобождение этих элементов первого слоя 104 (участки 112 и 126) было выполнено ранее, перед этим этапом освобождения нет необходимости выполнять травление опорного слоя 102 для формирования отверстия, открывающего доступ к расходуемому слою 108. Применяемые реактивы для травления, таким образом, выполняют травление участков 160 через освобождающие отверстия 152 и 140.

Как и в первом варианте, участки 120, 128 промежуточного слоя 110 сохраняются, обеспечивая механическую связь между первыми участками 112, 114 и вторыми участками 118, 126.

Кроме того, как и в первом варианте все операции травления первого и второго слоев 104, 106, выполняемые в этом способе, преимущественно выполняются с использованием меток совмещения или координатной системы совмещения, имеющихся на задней поверхности опорного слоя 1021. Поскольку отверстие, открывающее доступ к расходуемому слою 108 в опорном слое 102 отсутствует, вся задняя поверхность опорного слоя 102 может использоваться для таких меток совмещения.

Микроустройство 100, описанное выше, содержит два детектирующих элемента, каждый из которых содержит по меньшей мере один подвижный элемент, каждый из которых сформирован из участков двух слоев 104, 106, расположенных с взаимным перекрытием один над другим. Альтернативно, микроустройство 100 может содержать большее количество детектирующих элементов, расположенных с взаимным перекрытием один над другим. Для этого этапы, описанные выше со ссылками на фиг. 3D-3С в этом случае повторяют один или более раз, перед освобождением подвижных элементов этих наложенных один на другой элементов.

Пример реализации такого микроустройства 100, содержащего большее количество детектирующих элементов, расположенных с взаимным перекрытием один над другим, показан на фиг. 4. На этом чертеже над вторым слоем 106 расположены два дополнительных слоя 204, 2-06, в которых сформированы детектирующие элементы, аналогичные тем, которые сформированы в слоях 104, 106, в частности, подвижные элементы 211, 213, каждый из которых подвешен на фиксированном участке 115, который является общим для подвижных элементов 111, 113, 211 и 213. Слои 204, 206 расположены на одном из промежуточных слоев 210 и 211. Кроме того, в этом примере реализации сквозные перемычки 134 образуют электрические контакты для каждого из слоев 104, 106, 204, 206. Наконец, освобождающие отверстия 240, 252, сформированные в слоях 304, 206, выровнены с освобождающими отверстиями в слоях 104, 106.

Каждый подвижный элемент может содержать участки двух или более чем двух последовательных слоев материала.

Во втором варианте, описанном выше, освобождение двух детектирующих элементов, сформированных в слоях 104, 106, достигается путем введения реактивов травления с верхней поверхности второго слоя 106. Расстояние между этой верхней поверхностью и участками 160 расходуемого слоя 108, который подвергается травлению во время освобождения детектирующих структур, отличается от расстояния между этой верхней поверхностью и промежуточным слоем 110. Кроме того, поскольку структура, сформированная в первом слое 104, была частично освобождена еще до изготовления второго слоя 106, участки материала, подлежащие травлению в слоях 108 и 110, не являются одними и теми же. Для выполнения операции травления участков 160 расходуемого слоя 108, сохранившихся после этапа частичного освобождения, освобождающие отверстия 140, сформированные в первом слое 104, выравнивают по меньшей мере с частью освобождающих отверстий 152, сформированных во втором слое 106. Кроме того, как показано на фиг. 5, можно изготовить дополнительные освобождающие отверстия 162 во втором слое 106, поскольку на этапе окончательного освобождения промежуточный слой 110 еще не протравлен, в отличие от расходуемого слоя 108. Вид сверху первого слоя 104 с освобождающими отверстиями 140 показан на фиг. 6А, а вид сверху второго слоя 106 с освобождающими отверстиями 152, выровненными с отверстиями 140, и с дополнительными освобождающими отверстиями 162, показан на фиг. 6В.

Альтернативно, можно не изготавливать дополнительные освобождающие отверстия 162. В этом случае после этапа освобождения участки 164 промежуточного слоя 110 могут все еще присутствовать под некоторыми участками второго слоя 106 (см. фиг. 7). Такая конфигурация может давать преимущества, когда элементам, сформированным во втором слое 106, нужна механическая прочность, отличающаяся от механической прочности элементов, сформированных в первом слое 104.

Для некоторых вариантов применения интерес может представлять изоляция подвижных элементов резонирующего микроустройства 100 от колебаний, являющихся внешними относительно этого микроустройства 100. Для этого микроустройство 100 можно изготовить так, чтобы в подвижных структурах подвижные элементы 111, 113 не были подвешены непосредственно на фиксированном участке 115 микроустройства 100, которое содержит опорный слой 102, а были жестко соединены с промежуточным подвижным элементом, например, в форме подвижной рамки, образующей промежуточную ступень подвески между подвижными элементами 111, 113 и этим фиксированным участком 115 микроустройства 100. Подвижные элементы 111, 113 в этом случае подвешены внутри и на этой подвижной рамке, которая сама соединена с фиксированным участком средством подвески. В такой конфигурации подвижная рамка может, например, быть герметично уплотнена, чтобы обеспечить вакуум или, в общем виде, атмосферу (характер газа, давление и пр.), адаптированную для работы таких подвижных структур.

Как схематически показано на фиг. 8, микроустройство 100 содержит фиксированный участок 302, а опорный слой 102, например, является его частью. Оно также содержит промежуточный подвижный элемент 304, соответствующий в этом примере реализации подвижной рамке. Промежуточный подвижный элемент 304 расположен, например, внутри пространства, окруженного рамкой, образованной фиксированным участком 302. Кроме того, промежуточный подвижный элемент 304 подвешен на фиксированном участке 302 первым удерживающим средством 306, соответствующим, например, первым рычагам для подвешивания, которые могут соответствовать микробалкам.

Это первое удерживающее средство 306 выполнено так, чтобы промежуточный подвижный элемент 304 мог перемещаться, имея одну или более степень свободы относительно фиксированного участка 302 микроустройства 100, например, линейно перемещаться параллельно одной из осей X, Y, Z и/или вращаться вокруг по меньшей мере одной из осей X, Y, Z.

Каждый из подвижных элементов 111, 113 соединен с промежуточным подвижным элементом 304 вторыми удерживающими средствами 308 310, соответствующими, например, вторым рычагам для подвешивания, которые могут соответствовать микробалкам.

В таком микроустройстве 100 промежуточный подвижный элемент 304 образует промежуточную ступень подвески, позволяющую изолировать подвижные элементы 111, 113 от движений или внешних колебаний, действующих на микроустройство 100 и, следовательно, на фиксированных участок 302.

Пример способа изготовления такого микроустройства 100 описан ниже со ссылками на фиг. 9А-9K.

Как и в предыдущих вариантах способ реализуют, начиная с пакета слоев, содержащего опорный слой 102, расходуемый слой 108 и первый слой 104 материала (фиг. 9А).

На одном и том же этапе травления в первом слое 104 материала изготавливают электроизолирующие канавки 136, освобождающие отверстия 140 и участки 112, 126 подвижных элементов 111, 113 (фиг. 9В). Этот этап травления также определяет в первом слое 104 участки 312 промежуточного подвижного элемента 302, которые должны оставаться жестко соединенными с опорным слоем 102. Можно также изготавливать участки удерживающих элементов 306, 308 и 319.

Затем на первом слое 104 создают второй слой 106 материала, в данном случае переносом подложки типа полупроводник на изоляторе и через промежуточный слой 110 (фиг. 9С).

Как показано на фиг. 9D, слои 142 и 144 удаляют. Толщину второго слоя 106 уменьшают до требуемой толщины.

Как и в предыдущих вариантах, два слоя 104, 106 могут быть электрически соединены одной или более сквозной перемычной 132, 134 между этими двумя слоями (фиг. 9Е).

Затем на втором слое 106 формируют слой 314 диэлектрика. В этом слое 314 диэлектрика формируют отверстия 316, обращенные к перемычкам 132, 134 (фиг. 9F).

Затем на слой 314 диэлектрика и в отверстия 316 наносят электропроводный слой, например, металла, после чего его протравливают для сохранения участков 318, расположенных в отверстиях 316, образуя электрические контакты, соединенные со сквозными перемычками 132, 134, а также участков 320, предназначенных для последующего изготовления металлических уплотняющих полос, предназначенных для герметичного уплотнения первой полости, в которой будут расположены подвижные элементу 112, 114, и второй полости, в которой будет расположен промежуточный подвижный элемент 304 (фиг. 9С).

Слои 314 и 106 затем подвергают травлению для определения участков 114 и 118 (и других элементов для удержания, детектирования и т.д.), а также, при необходимости, изолирующих канавок 146, освобождающих отверстий 152 и, кроме того, для определения других участков 322 промежуточного подвижного элемента 304 (фиг. 9Н).

Затем подвергают травлению опорный слой 102 для формирования отверстия 154 доступа к участкам расходуемого слоя 108, расположенных на участке микроустройства 100, содержащего участки 112, 126 и к участку, на котором расположен промежуточный подвижный элемент 304 (фиг. 9I).

Различные подвижные элементы микроустройства 100 затем освобождают, выполняя травление участков в слоях 108 и 110, с которыми связаны эти подвижные элементы 111, 113 и 304 (фиг. 9I). Участки слоя 314, не покрытые металлическими участками 320, также подвергают травлению.

Полученная таким образом структура, показанная на фиг. 9J, также может быть инкапсулирована для формирования микроустройства 100, как показано на фиг. 9K, на котором детектирующий элементы, содержащие подвижные элементы 111, 113, инкапсулированы в полости 324, определенной, в частности, промежуточным подвижным элементом 304. Промежуточный подвижный элемент 304 сам инкапсулирован в полости 326, которая включает полость 324. Полости 324, 326, например, герметично изолированы друг от друга уплотняющей полосой 328, которая разделяет их. Здесь промежуточный подвижный элемент 304 образует подвижную рамку, подвешенную на фиксированной рамке, образованной фиксированным участком 302.

В вариантах, описанных выше, микроустройство 100 содержит множество подвижных элементов. В другом варианте, показанном на фиг. 10, микроустройство 100 содержит один подвижный элемент 111, сформированный первым участком 112 первого слоя 104 и вторым участком 118, второго слоя 106. Участки 112 и 118 соединены или жестко соединены друг с другом участком 120 промежуточного слоя 110.

Подвижный элемент 111 образует подвижную массу, способную перемещаться относительно фиксированного участка 115 микроустройства 100. Фиксированный участок 115 содержит участки 117 и 119 первого и второго слоев 103, 106, на которых подвижный элемент 111 подвешен с помощью первого средства 121 подвески, сформированного на каждой стороне подвижного элемента 111.

К микроустройству 100, показанному на фиг. 10, могут применяться различные альтернативы, описанные для предыдущих вариантов.

В качестве альтернативы микроустройству 100, показанному на фиг. 10, первый подвижный элемент 111 может иметь геометрию близкую или подобную той, которая применяется в первом подвижном элементе 111 микроустройства 100, показанного на фиг. 1.

Для изготовления микроустройства 100, показанного на фиг. 10, можно использовать способ, подобный одному из описанных выше, где выполняемые этапы позволяют получить единственный подвижный элемент.

На фиг. 11А и 11В схематически показан другой вариант микроустройства 100, отличающийся от описанных выше.

В этом другом варианте, показанном на фиг. 11А и 11В, микроустройство 100 содержит два подвижных элемента 111, 113. Первый подвижный элемент 111 образован участком 112 первого слоя 104 и вторыми участками 118 второго слоя 106. Второй подвижный элемент 113 образован первым участком 114 первого слоя 104 и вторыми участками 126 второго слоя 104.

В этом микроустройстве 100 первый и второй подвижные элементы 111, 113 образуют подвижные массы, способные перемещаться относительно фиксированного участка 115 микроустроства 100, а также относительно друг друга. Как и в вышеописанных вариантах, фиксированный участок 115 содержит участки 117, 119 первого и второго слоев 104, 106, на которых подвижные элементы 111, 113 подвешены с помощью первого и второго средств 121, 123 подвески, соответственно.

В этом варианте два подвижных элемента расположены с взаимным перекрытием относительно друг друга.

Кроме того, в конфигурации, показанной на фиг. 11А и 11В центры тяжести первого и второго подвижных элементов 111, 113 выровнены один над другим на оси, по существу перпендикулярной основным поверхностям первого и второго слоев 104, 106 материала.

На фиг. 12 показан другой вариант, отличающийся от вышеописанных.

В этом другом варианте первый и второй подвижные элементы 111, 113 расположены концентрично относительно друг друга. Так, на фиг. 12, первый подвижный элемент 111 содержит участки 112, 118 слоев 104, 106, которые по меньшей мере частично окружают участки 117а, 119а слоев 104, 106, которые образуют фиксированный участок 115а, на котором первый подвижных элемент 111 подвешен с помощью средства 121 подвески. Второй подвижный элемент 113 образован участками 114, 126 слоев 104, 106, расположенными вокруг участков 112, 118 первого подвижного элемента 111 так, что первый подвижный элемент 111 по меньшей мере частично окружен вторым подвижным элементом 113. Второй подвижный элемент 113 подвешен на другом фиксированном участке 115b, образованном участками 117b, 119b, расположенными вокруг второго подвижного элемента 113, с помощью второго средства 123 подвески.

Если смотреть сверху, каждый подвижный элемент 111, 113 может иметь форму кольца или короны. Кроме того, в главной плоскости слоев 104, 106 (плоскости X, Y), сечение колец или корон, образованных подвижными элементами 111, 113, может быть круглым или многоугольным (квадратным, шестиугольным и т.д.).

В еще одном альтернативном варианте реализации микроустройство 100 может содержать первый подвижный элемент 111 или второй подвижный элемент 113, описанный в одном из предыдущих вариантов, и другой подвижный элемент, который содержит один или более участок материала единственного слоя 104, 106 материала (в отличие от вышеописанных вариантов, где каждый подвижный элемент содержит по меньшей мере два участка материала двух разных слоев материала).

1. Микроустройство (100) в виде инерциального датчика, содержащего множество подвижных элементов, содержащее по меньшей мере:

– первый слой (104) материала;

– второй слой (106) материала;

– фиксированный участок (115, 302);

– первый подвижный элемент (111), содержащий по меньшей мере первый участок (112) первого слоя (104) материала и по меньшей мере второй участок (118) второго слоя (106) материала;

– второй подвижный элемент (113), содержащий по меньшей мере первый участок (114) второго слоя (106) материала и по меньшей мере второй участок (126) первого слоя (104) материала;

– первое средство (121) подвески, сформированное в первом слое (104) материала и/или во втором слое (106) материала; и

– второе средство (123) подвески, сформированное в первом слое (104) материала и/или во втором слое (106) материала;

при этом:

– первый и второй подвижные элементы (111, 113) выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга и относительно фиксированного участка (115, 302);

– первый и второй слои (104, 106) материала расположены один над другим;

– первый участок (112) первого слоя материала жестко соединен со вторым участком (118) второго слоя (106) материала;

– первый подвижный элемент (111) подвешен на фиксированном участке (115, 302) с помощью первого средства (121) подвески;

– второй подвижный элемент (113) подвешен на фиксированном участке (115, 302) с помощью второго средства (123) подвески;

– первый участок (114) второго слоя (106) материала жестко соединен со вторым участком (126) первого слоя (104) материала;

– первый и второй подвижные элементы (111, 113) выполнены с возможностью перемещаться по существу в противофазе относительно друг друга и

– центры тяжести первого и второго подвижных элементов (111, 113) выровнены один над другим по оси, по существу перпендикулярной главным поверхностям первого и второго слоев (104, 106).

2. Микроустройство (100) по п.1, в котором первый и второй подвижные элементы (111, 113) расположены со взаимным перекрытием и/или концентрично относительно друг друга.

3. Микроустройство (100) по одному из предшествующих пунктов, в котором первый участок (112) первого слоя (104) материала соединен со вторым участком (118) второго слоя (106) материала по меньшей мере первым участком (120) промежуточного слоя (110), расположенного между первым и вторым слоями (104, 106) материала, и/или в котором первый участок (114) второго слоя (106) материала соединен со вторым участком (126) первого слоя (104) материала по меньшей мере вторым участком (128) промежуточного слоя (110).

4. Микроустройство (100) по одному из предшествующих пунктов, далее содержащее элементы для детектирования и/или измерения движения первого подвижного элемента (111) и/или второго подвижного элемента (113) относительно фиксированного участка (115, 302) и/или движения первого подвижного элемента (111) относительно второго подвижного элемента (113) и/или элементы, способные перемещать первый подвижный элемент (111) и/или второй подвижный элемент (113) относительно фиксированного участка (115, 302) и/или перемещать первый подвижный элемент относительно второго подвижного элемента (113).

5. Микроустройство (100) по одному из предшествующих пунктов, в котором первый подвижный элемент (111) и/или второй подвижный элемент (113) выполнены с возможностью перемещаться линейно и/или вращательно относительно фиксированного участка (115, 302) и/или относительно друг друга.

6. Микроустройство (100) по одному из предшествующих пунктов, в котором фиксированный участок (115, 302) содержит участки (117, 119) первого и второго слоев (104, 106) материала, расположенные вокруг первого и второго подвижных элементов (111, 113) и/или окруженные первым и вторым подвижными элементами (111, 113).

7. Микроустройство (100) по одному из предшествующих пунктов, в котором фиксированный участок (115, 302) содержит опорный слой (102) так, что первый слой (104) материала расположен между опорным слоем (102) и вторым слоем (106) материала.

8. Микроустройство (100) по одному из предшествующих пунктов, далее содержащее по меньшей мере один промежуточный подвижный элемент (304), подвешенный на фиксированном участке (302) и выполненный с возможностью перемещения относительно фиксированного участка (302), при этом первый и второй подвижные элементы (111, 113) подвешены на промежуточном подвижном элементе (304) и выполнены с возможностью перемещения относительно промежуточного подвижного элемента (304) и фиксированного участка (302).

9. Микроустройство по п.8, в котором:

– фиксированный участок (302) содержит фиксированную рамку, по меньшей мере частично окружающую промежуточный подвижный элемент (304), и промежуточный подвижный элемент (304) образует подвижную рамку, подвешенную на фиксированной рамке, и/или

– микроустройство (100) далее содержит первую полость (326), по меньшей мере часть стенок которой образована фиксированным участком (302) и в которой инкапсулирован промежуточный подвижный элемент (304), и вторую полость (324), расположенную в первой полости (326), по меньшей мере часть стенок которой образована промежуточным подвижным элементом (304) и в которой инкапсулированы первый и второй подвижные элементы (111, 113).

10. Способ изготовления микроустройства (100) в виде инерциального датчика, содержащего множество подвижных элементов, содержащий по меньшей мере этапы, на которых:

– выполняют травление первого слоя (104) материала так, чтобы по меньшей мере первый участок (112) первого слоя (104) материала образовал первый участок по меньшей мере первого подвижного элемента (111), а по меньшей мере второй участок (126) первого слоя материала (104) образовал первый участок второго подвижного элемента (113),

– изготавливают второй слой (106) материала на первом слое (104) материала, и

– выполняют травление второго слоя (106) материала так, чтобы по меньшей мере второй участок (118) второго слоя (106) материала образовал второй участок первого подвижного элемента (111) и был жестко соединен с первым участком (112) первого слоя (104) материала и чтобы по меньшей мере первый участок (114) второго слоя (106) материала образовал второй участок второго подвижного элемента (113) и был жестко соединен со вторым участком (126) первого слоя материала,

при этом эти этапы выполняют так, чтобы:

– первый подвижный элемент (111) был подвешен на фиксированном участке (115, 302) с помощью первого средства (121) подвески, сформированного в первом слое (104) материала и/или во втором слое (106) материала,

– второй подвижный элемент (113) был подвешен на фиксированном участке (115, 302) с помощью второго средства (123) подвески, выполненного в первом слое (104) материала и/или во втором слое (106) материала,

– первый и второй подвижные элементы (111, 113) были выполнены с возможностью перемещаться относительно друг друга и относительно фиксированного участка (115, 302),

– первый и второй подвижные элементы (111, 113) были выполнены с возможностью перемещаться по существу в противофазе относительно друг друга и

– центры тяжести первого и второго подвижных элементов (111, 113) были выровнены один над другим на оси, по существу перпендикулярной главным поверхностям первого и второго слоев (104, 106) материала.

11. Способ по п.10, в котором этап изготовления второго слоя (106) материала на первом слое (104) материала содержит этап, на котором переносят второй слой (106) материала на первый слой (104) материала так, чтобы между первым и вторым слоями (104, 106) материала был расположен промежуточный слой (110), при этом способ далее содержит этапы, на которых после травления второго слоя (106) материала выполняют травление промежуточного слоя (110) так, чтобы по меньшей мере первая часть (120) промежуточного слоя (110) соединяла первый участок (112) первого слоя (104) материала со вторым участком (118) второго слоя (106) материала и, когда изготавливают второй подвижный элемент (113), по меньшей мере второй участок (128) промежуточного слоя (110) соединял первый участок (114) второго слоя (106) материала со вторым участком (118) первого слоя (104) материала.

12. Способ по одному из пп.10 или 11, в котором между первым слоем (104) материала и опорным слоем (102) располагают расходуемый слой (108), при этом способ далее содержит этапы, на которых после травления второго слоя (106) материала изготавливают отверстие (154) доступа к расходуемому слою (108) через опорный слой (102), затем выполняют травление части расходуемого слоя (108) через отверстие (154) доступа, сформированное в опорном слое (102), освобождая по меньшей мере первый участок (112) первого слоя (104) материала относительно опорного слоя (102).

13. Способ по одному из пп.10 или 11, в котором расходуемый слой (108) располагают между первым слоем (104) материала и опорным слоем (102), при этом способ далее содержит этапы, на которых между травлением первого слоя (104) материала и изготовлением второго слоя (106) материала выполняют травление первого участка расходуемого слоя (108), частично освобождая по меньшей мере первый участок (112) первого слоя (104) материала относительно опорного слоя (102), а после травления второго слоя (106) материала выполняют травление второго участка расходуемого слоя (108) через отверстия (140, 152), сформированные в первом и втором слоях (104, 106) материала предыдущими операциями травления первого и второго слоев (104, 106) материала, завершая освобождение первого участка (112) первого слоя (104) материала относительно опорного слоя (102).

14. Способ по п.13, в котором на этапах травления первого и второго слоев (104, 106) материала формируют освобождающие отверстия (140, 152), проходящие сквозь первый и второй слои (104, 106) материала, которые выровнены одно над другим.

15. Способ по п.14, в котором на этапе травления второго слоя (106) материала формируют дополнительные освобождающие отверстия (162), проходящие сквозь второй слой (106) материала.

16. Способ по одному из пп.10–15, в котором этапы травления первого и второго слоев (104, 106) материала выполняют, используя одну систему меток совмещения, расположенных на задней поверхности опорного слоя (102) первого и второго слоев (104, 106) материала.