具有弹性元件和梳状驱动部的MEMS装置以及对应的制造方法与流程

具有弹性元件和梳状驱动部的mems装置以及对应的制造方法
技术领域
1.本公开涉及具有弹性元件和梳状驱动部的mems装置。此外，本公开还涉及用于制造这种mems装置的方法。

背景技术：

2.mems(微机电系统)装置可以例如是lidar(光检测和测距)扫描装置，如其可以用于完全自主或部分自主的自动驾驶汽车中。扫描装置的可运动的mems微镜在此可以绕扫描轴线振荡，其中由mems微镜反射的且用于环境扫描的光来回振荡。在此，对于高的系统性能和振动鲁棒性而言，期望有大的角度振荡幅度和高的振荡频率，然而这可能会导致装置部件、特别是弹性元件的高机械应力。mems装置的制造商一直在力求改善其产品。在此，特别地期望开发出提供上述幅度和频率并且同时机械鲁棒地被实施的装置。此外，可以期望的是提供用于制造这种装置的低成本的方法。

技术实现要素：

3.各个方面涉及一种用于制造mems装置的方法。该方法包括：产生第一半导体层，以及在第一半导体层上方选择性地沉积第二半导体层，其中第二半导体层包括由单晶半导体材料制成的第一部分和由多晶半导体材料制成的第二部分。此外，该方法还包括：将半导体层中的至少一个半导体层结构化，其中第一部分的单晶半导体材料和第一半导体层的位于第一部分下方的材料形成mems装置的弹性元件，并且第二部分的多晶半导体材料和第一半导体层的位于第二部分下方的材料形成mems装置的梳状驱动部的至少一部分。
4.各个方面涉及一种mems装置。该mems装置包括弹性元件，其中该弹性元件由以第一单晶半导体材料制成的第一半导体层和在第一半导体层上方外延生长的第二单晶半导体材料制成。此外，该mems装置还包括梳状驱动部，其中该梳状驱动部的至少一部分由以第一单晶半导体材料制成的第一半导体层和在该第一半导体层上方外延生长的多晶半导体材料制成。
附图说明
5.下面参考附图更详细地解释根据本公开的方法和装置。附图中所示的元件并不一定相对于彼此按比例绘制。相同的附图标记可以表示相同的部件。
6.图1示出了根据本公开的mems装置100的示意性俯视图。
7.图2示出了根据本公开的mems装置200的一部分的透视图。
8.图3包含图3a和图3b，图3a和图3b示出了梳状驱动部300的透视图和俯视图，该梳状驱动部300可以是根据本公开的mems装置的一部分。
9.图4示出了根据本公开的方法的流程图。
10.图5包含图5a至图5h，图5a至图5h示出了根据本公开的用于制造mems装置500的方法的示意性横截面侧视图。
11.图6包含图6a至图6e，图6a至图6e示意性地示出了可以存在于根据本公开的mems装置中的不同的定子
‑
转子拓扑。
12.图7示出了常规梳状驱动部的取决于梳状驱动部偏转角的电容。
13.图8示出了常规梳状驱动部的具有对称的电容相关性的电流信号。
14.图9示出了根据本公开的mems装置的梳状驱动部的电流信号。
具体实施方式
15.下面说明的附图示出了根据本公开的mems装置和对应的制造方法。在此，可以以一般方式呈现所说明的装置和方法，以便定性地说明本公开的各方面。所说明的装置和方法可以具有在相应的附图中为了简化起见无法示出的其他方面。然而，可以以结合根据本公开的其他示例所说明的方面来扩展相应的示例。因此，与特定附图有关的陈述可以等同地适用于其他附图的示例。
16.图1的mems装置100可以具有镜体(或扫描仪体)2、框架4和悬挂结构6。镜体2可以被设计为绕枢转轴线或旋转轴线a旋转。两个对置的悬挂结构6可以将镜体2与框架4机械连接。在mems装置100运行时可以驱动镜体2，使得镜体2绕枢转轴线a振荡。通过这种方式，由镜体2反射的光可以来回振荡，并且可以用于扫描周围环境。在此，由镜体2反射的光可以例如由激光源提供。在一个示例中，mems装置100可以是lidar扫描装置，如其可以用于完全自主或部分自主的自动驾驶汽车中。
17.mems装置100可以具有用于驱动镜体2的驱动部(未示出)。在一个示例中，这种驱动部可以由一个或多个静电梳状驱动部实现，静电梳状驱动部可以布置在镜体2处。梳状驱动部可以在镜体2处具有第一驱动结构(例如，带有第一梳状电极的梳状结构)并且在框架4处具有第二驱动结构(例如，带有第二梳状电极的梳状结构)。在图2和图3中示出并说明了示例性的梳状结构或梳状驱动部。可以向驱动部施加驱动信号，特别是周期性变化的驱动电压，以使得镜体2绕枢转轴线a振荡。
18.图2示出了mems装置200的一部分，该mems装置200可以被视为图1的mems装置100的更详细的实施方式。悬挂结构6可以具有呈扭杆形式的弹性元件8。然而，悬挂结构6并不限于呈扭杆形式的弹性元件。弹性元件8可以具有端部区段10，悬挂结构6可以在该端部区段10处被固定在框架(未示出)上。弹性元件8可以基本上平行于镜体2的枢转轴线a延伸或限定该枢转轴线a。
19.在图2中示例性地示出了mems装置200的两个梳状结构12，这两个梳状结构12可以布置在枢转轴线a的左侧和右侧。梳状结构12中的每个梳状结构可以具有多个梳齿14，这些梳齿14在图2的示例中可以从相应梳状结构12的中间区段16伸出并且可以基本上彼此平行地延伸。在另一示例中，梳齿14可以仅沿一个方向从中间区段16伸出。在又一示例中，梳齿14可以直接附接在镜体2处，使得可以省去中间区段16。在实践中，梳状结构12可以具有多达约一百个或更多个梳齿14。mems装置200的在图2中所示的部段可以基本上对应于图1的左侧部分。mems装置200可以相应地在镜体2的在图2中未示出的对置侧上以对称的方式具有另一弹性元件8和另外两个梳状结构12。因此，在图2的示例中，mems装置200可以具有四个梳状结构。
20.图3a和图3b的梳状驱动部300可以用于根据本公开的mems装置的静电控制和驱
动。梳状驱动部300可以具有两个(叉指式)梳状结构12和18。第一梳状结构12可以固定在振荡的mems扫描装置或镜体处，并且可以被称为“转子”。第一梳状结构12的梳齿14可以相应地被称为转子梳齿。图3的第一梳状结构12可以类似于图2的梳状结构12。第二梳状结构18可以固定在框架(参见图1)处，该框架可以围绕振荡的mems扫描装置。第二梳状结构18或其梳齿20可以被称为“定子”或定子梳齿。转子梳齿14和定子梳齿20可以彼此错开地布置，使得它们彼此交错并且实现绕枢转轴线a的振荡。
21.梳状驱动部300的定子和转子可以形成电容器的电极。(谐振)mems扫描装置可以被解释为谐振激励质量弹簧阻尼系统。通过向梳状驱动部电容器，即，在转子和定子之间，施加交流电压u，可以将能量馈入到该质量弹簧阻尼系统中。电压u特别地可以是单极交流电压u，其具有约为mems扫描装置的机械固有谐振频率的两倍的频率。通过所施加的交流电压可以将振荡器驱动为谐振状态。在此，每个振荡周期可以将存储在具有电容c的电容器中的能量1/2cu2耦入到振荡器的动能中两次。
22.除了谐振运行的mems扫描装置之外，还存在具有静电梳状驱动部的准静态运行的mems扫描装置。对于准静态运行的mems扫描装置，可以通过在相对于枢转轴线的一侧(例如，右侧)向梳状结构施加电压u来在镜体2上施加扭矩。通过这种方式，镜体2可以偏转到使得由弹性元件8产生的恢复扭矩等于静电产生的扭矩的角度。如果在相对于枢转轴线的另一侧向梳状结构施加电压u，则镜体2朝相反方向偏转。该运行需要定子齿和转子齿的如下拓扑，在该拓扑中在静止位置上静电产生的扭矩不会消失或足够大，如下面进一步结合图6d和图6e所示和所述。还应注意的是，为了扫描不同的角度而改变电压u的速率足够低，从而避免质量弹簧阻尼系统的谐振激励。这特别地意味着u的变化率必须明显低于质量弹簧阻尼系统的谐振频率，这又使得在这种情况下对于高固有频率也期望有高弹簧刚度。
23.图4的方法以一般性方式被呈现，以定性地说明本公开的各方面。该方法可以具有在图4中为了简单起见而未示出和说明的其他方面。例如，可以以结合图5的方法所述的一个或多个方面来扩展该方法。
24.在22中可以产生第一半导体层。在24中可以在第一半导体层上方选择性地沉积第二半导体层。第二半导体层可以包括由单晶半导体材料制成的第一部分和由多晶半导体材料制成的第二部分。在26中可以将半导体层中的至少一个半导体层结构化。在此，第一部分的单晶半导体材料和第一半导体层的位于第一部分下方的材料可以形成mems装置的弹性元件。在此，第二部分的多晶半导体材料和第一半导体层的位于第二部分下方的材料可以形成mems装置的梳状驱动部的至少一部分。
25.图5的方法可以被视为图4的方法的更详细的实施方式。在图5a中可以产生具有子层30a和30b的第一半导体层30。本文所述的半导体材料例如可以是硅。在图5a的示例中，第一半导体层30可以是半导体晶片28，该半导体晶片28例如可以基于soi(衬底上硅)技术来制造。soi晶片28可以由彼此叠置的多个半导体层和绝缘层构成。在图5a中示例性地示出了两个半导体层30a、30b和位于它们之间的介电层32。在其他示例中，soi晶片可以具有另外的半导体层和绝缘层。
26.半导体层30a和30b特别地可以由单晶半导体材料制成并且具有不同的掺杂。上部半导体层30a可以被称为高掺杂层。在高掺杂层30a中可以构造装置结构，特别是mems结构。因此，层30a还可以被称为装置层(“device layer”)。高掺杂层30a尤其可以在mems装置中
提供扫描(“sensing”)功能。在此，可运动的mems结构的最小偏转可以电容式地借助于低电压或低电流来检测和进一步处理。上部半导体层30a的厚度可以在约10微米至约70微米的范围内。布置在高掺杂半导体层30a下方的半导体层30b可以被称为低掺杂层或“处理层”。高掺杂半导体层30a的掺杂特别地可以大于低掺杂半导体层30b的掺杂。下部半导体层30b的厚度可以在约150微米至约400微米的范围内。
27.在图5b中，可以在上部半导体层30a的上侧上方沉积第一绝缘层34。第一绝缘层34例如可以是氧化层。在图5b的示例中，第一绝缘层34可以基本上完全覆盖半导体层30a。第一绝缘层34可以在z方向上具有几百纳米的厚度，即，例如在约300纳米至约3微米的范围内的厚度。在此，在x
‑
y平面内，第一绝缘层34的厚度在第一绝缘层34的整个范围上可以基本恒定。
28.在第一绝缘层34的上侧上方可以沉积多晶硅层36。在一个示例中，多晶硅层36可以首先大面积地被沉积并且随后被结构化。多晶硅层36的沉积可以例如基于cvd(化学气相沉积)方法。如下面进一步所述，在待制造的mems装置中，多晶硅层36的经结构化的区段可以提供在定子的部件之间的电连接和/或与电接触区域或电接触焊盘的电连接。
29.在图5c中可以在第一绝缘层34和多晶硅层36上方沉积第二绝缘层38。第二绝缘层38例如可以是氧化层。在图5c的示例中，第二绝缘层38可以基本上完全覆盖第一绝缘层34和多晶硅层36。第二绝缘层38在z方向上的厚度可以在约100纳米至约3微米的范围内。
30.在图5d中，可以将第一绝缘层34和第二绝缘层38结构化。在此，两个绝缘层的结构化特别地可以同时进行或在同一方法步骤中进行。在图5d中，例如可以在三个区段40a至40c处去除绝缘材料。在第一区段40a处，可以完全去除绝缘材料并且露出半导体层30a的表面。在随后的方法步骤中，可以在半导体层30a的这些露出的区段上方沉积单晶半导体材料。因此，特别地可以在如下部位上去除绝缘材料，在待制造的mems装置中，单晶结构应当被提供在这些部位处。例如，第一区段40a可以包括稍后应当在其处构造待制造的mems装置的镜体或弹性元件的部位。在第二区段40b和第三区段40c处，可以去除第二绝缘层38的绝缘材料并且露出多晶硅层36的表面。在随后的方法步骤中，可以在这些区段上方沉积多晶半导体材料。在如下部位上可以保留绝缘材料，在这些部位上，应当在待制造的mems装置的部件之间提供电绝缘。
31.在图5e中，可以在第二绝缘层38的上侧和第一半导体层30a的区段的上方沉积晶种层(keimschicht)42。晶种层42例如可以是多晶硅层，其沉积可以例如基于cvd方法。晶种层42可以特别地被沉积在应当在随后的方法步骤中在其上方沉积多晶半导体材料的部位上。晶种层42可以延伸超过绝缘材料34和38一定距离d1，并且可以部分地沉积在第一半导体层30a的上方。晶种层42的该沉积部分的距离d1可以在约100纳米至约10微米的范围内。
32.在图5f中，可以在图5e的组件的上侧上方沉积第二半导体层44。第二半导体层44可以具有由单晶半导体材料制成的第一部分44a和由多晶半导体材料制成的第二部分44b。在图5f的示例中，可以通过在第一半导体层30a的上侧上方进行单晶半导体材料的外延生长并且同时在晶种层42的上侧和多晶硅层36的上侧的上方进行多晶半导体材料的外延生长，来沉积第二半导体层44。单晶半导体材料特别地可以在先前已露出其下方的单晶半导体层30a的部位处生长。多晶半导体材料特别地可以在如下部位处生长，在这些部位处，晶种层42形成组件的最上层。在一个示例中，多晶半导体材料可以是外延多晶硅。外延多晶硅
可以主要是具有大晶粒尺寸的多晶硅，其可以在外延反应器中生长，这不同于可以例如通过cvd方法沉积的多晶硅。第二半导体层44在z方向上的尺寸d2可以在约10微米至约80微米的范围内。可能的形貌(不同的高度)可以通过cmp(化学机械抛光)去除(未示出)。
33.在图5g中，可以将图5f的组件的背面结构化。在此，可以在所选择的部位上去除soi晶片28的下部半导体层(“处理层”)30b和位于其上方的介电层32。通过背面结构化可以构造框架4，如图1所示和所述。此外，通过半导体层30b的结构化可以构造一个或多个加强结构46，加强结构46用于待制造的mems装置的机械稳定，以抵抗谐振运行中的动态变形。在图5g的示例中，框架4和/或加强结构46可以完全由单晶半导体材料制成。
34.在图5h中，可以将图5g的组件的正面结构化。在此，可以形成mems装置500的在下文中说明的多个部件。在一个示例中，结构化可以包括蚀刻工艺，特别是沟槽蚀刻。在沟槽蚀刻期间，例如绝缘层38可以用作蚀刻停止层。
35.通过图5h的正面结构化可以形成mems装置500的弹性元件8。弹性元件8可以完全由单晶半导体材料制成。弹性元件8特别地可以由半导体层30a的单晶半导体材料和在其上生长的单晶半导体材料44a形成。mems装置500可以被设计为用作mems扫描仪。对于mems扫描仪的运行，大的角度振荡幅度和高的振荡频率可以是期望的，这尤其可能会导致弹性元件8的高机械应力。常规的弹性元件通常可以由氧化硅
‑
硅的层堆叠构造而成。在相互堆叠的层的界面处，机械负荷、特别是剪切应力可能会导致材料损坏。与此相比，根据本公开的完全由单晶半导体材料制成的弹性元件8不具有这样的界面，从而不会发生所描述的材料损坏。弹性元件8的单晶半导体材料可以提供高的机械强度和高的断裂韧性。因此，可以避免弹性元件8的机械故障(例如，由于材料撕裂或材料破裂)。
36.通过图5h的正面结构化可以构造镜体2。通过结构化可以在用于结构化的各向异性蚀刻仅触及半导体材料的部位上(即，已经去除绝缘层的地方)露出镜体2。镜体2可以基本上完全由单晶半导体材料制成。在图5f中，在待构造的镜体2的部位上已沉积了单晶半导体材料44a。在其他示例中，多晶半导体材料44b可以替代地在这些部位上(特别是在晶种层上)生长。已生长的多晶半导体材料可以再次被去除，其中位于其下方的绝缘层可以在蚀刻工艺中用作蚀刻停止层。然后，同样可以去除绝缘层，从而可以露出第一半导体层30a。然后，可以通过露出的第一半导体层30a的结构化来构造镜体2。与图5h相比，以这种方式制造的镜体2可以在z方向上具有更小的尺寸，即更薄且更轻。
37.通过图5h的正面结构化可以构造梳状驱动部的至少一个转子梳齿14。转子梳齿14可以由半导体层30a的单晶半导体材料和多晶半导体材料44b的层堆叠制成。在图5h的示例中，在层堆叠中，多晶半导体材料在z方向上的尺寸和单晶半导体材料在z方向上的尺寸可以基本相同。可选地，转子梳齿14可以具有晶种层42的剩余部分。在图5f中，在待构造的转子梳齿14的部位上已沉积了多晶半导体材料44b。在其他示例中，可以在这些部位上在半导体层30a上替代地沉积单晶半导体材料44a。在此，可以构造梳状驱动部的至少一个转子梳齿14，其可以完全由单晶半导体材料制成。
38.通过图5h的正面结构化可以构造梳状驱动部的至少一个定子梳齿20。在此，一个或多个定子梳齿20可以由多晶半导体材料44b、绝缘层34、38的材料和半导体层30a的单晶半导体材料的层堆叠制成。通过相应地调整前述方法步骤，可以在层堆叠中灵活地选择多晶半导体材料在z方向上的尺寸和单晶半导体材料在z方向上的尺寸。在图6a至图6e中示出
并说明了具有以不同方式实现的定子梳齿的示例性定子
‑
转子拓扑。
39.通过图5h的正面结构化可以形成一个或多个机械接触面48。机械接触面48可以被设计为与壳体(未示出)机械连接，该壳体可以至少部分地封装mems装置500的部件。壳体可以被设计为保护所封装的部件不受外部影响，例如潮湿、泄漏电流、环境压力变化、颗粒或机械冲击。针对环境压力变化的保护特别是对于限定的mems压力并且从而对于限定的机械阻尼而言是重要的。在一个示例中，壳体可以通过键合工艺与机械接触面48连接。
40.通过图5h的正面结构化可以形成一个或多个电接触面50。电接触面50可以被设计为与梳状驱动部的至少一个定子梳齿20电接触。在图5h的示例中，可以通过多晶硅层36提供在定子梳齿20和电接触面50之间的电连接。因此，可以通过接触面50接触梳状驱动部的定子部分，并且例如通过控制信号来控制或驱动梳状驱动部的定子部分。定子梳齿20的多晶材料特别地可以施加有电位，该电位可以不同于在单晶层处施加的电位。在一个示例中，电接触面50可以借助于键合工艺通过键合线被电接触。
41.从图5h可以看出，mems装置500可以具有梳状驱动部，其中该梳状驱动部的至少一部分由单晶半导体材料和在其上方外延生长的多晶半导体材料制成。在此，定子梳齿20的多晶材料、电接触面50的多晶材料和机械接触面48的多晶材料可以彼此电绝缘。这些部件可以在其上侧上形成多晶硅岛，多晶硅岛可以通过在其之间形成的沟槽彼此电绝缘。
42.应注意的是，在实践中，mems装置500可以在其部件之间具有机械连接，机械连接由于所选择的视角而在图5中不可见。例如，弹性元件8在图5h的视图中被呈现为未与mems装置500的其他部件机械连接的单独的或隔离的部件。然而明显的是，弹性元件8实际上可以与镜体2和框架4机械连接，例如如图1所示和所述。图5的横截面视图旨在示出可以在根据本公开的mems装置中实现的基本拓扑可行方案。就此而言，应注意的是，根据本公开的mems装置并不一定具有可以提供根据图5的横截面侧视图的(单个)切割平面。相反，图5的横截面侧视图可以由根据本公开的mems装置的曲折形截面得到。
43.为了简单起见，在图5的示例性方法中示出和说明了仅一个mems装置500的制造。实际上，图5的方法可以在晶片级上或以低成本的批量处理的形式进行。在此，所说明的方法步骤中的一个或多个方法步骤可以在晶片级上被执行。因此，mems装置500还可以被称为晶片级装置。在图5a至图5h的方法步骤之后，可以通过切割工艺将半导体晶片切割为多个mems装置500。就此而言，例如可以使用机械切割工艺和/或隐形切割工艺。
44.图6a至图6e示意性地示出了不同的定子
‑
转子拓扑，如其可能会存在于根据本公开的mems装置中。从图5h可以看出，根据本公开，定子梳状结构或定子梳齿20的下部部分可以由soi晶片的原始装置层(“device layer”)的材料构成。因此，下部部分可以与转子梳状结构电连接，因为整个装置层可以处于电路径连接中。然而，定子梳状结构或定子梳齿20的上层可以是电绝缘的。因此，可以在例如由外延多晶硅制成的上部定子层和转子之间施加电压u。在此可以改变外延多晶硅层和装置层的相对厚度。在图6a至图6e中示出了不同的变型。
45.在图6a的定子
‑
转子拓扑中，转子或转子梳齿可以完全由单晶半导体材料52制成。定子或定子梳齿可以通过由单晶半导体材料52、绝缘材料56和多晶半导体材料54构成的层堆叠制成。在图6a的示例中，定子的层52和54在z方向上的高度可以基本相同。定子的层52的高度越大或层54的高度越小，则通过梳状驱动部对mems装置的驱动越弱，但可以越精确
地调节梳状驱动部。因此，图6a的拓扑示出了平衡的解决方案，其中驱动强度和调节在权重上基本相同。
46.在图6b的定子
‑
转子拓扑中，单晶层52的高度可以大于多晶层54的高度。这样的解决方案可以使梳状驱动部的调节质量比驱动强度具有更大的权重。
47.在图6c的定子
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转子拓扑中，单晶层52的高度可以小于多晶层54的高度。这样的解决方案可以使驱动强度比梳状驱动部的调节质量具有更大的权重。
48.在图6d的定子
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转子拓扑中，定子可以基本上如图6a中那样实施。在图6d的示例中，通过保留绝缘材料56(例如，氧化物)并在这些部位上蚀刻多晶层，可以再次去除沉积在转子梳齿的上侧上的多晶层。通过这种方式，可以构造其中转子梳齿和定子梳齿在z方向上具有不同尺寸的梳状驱动部。这样的拓扑使得能够制造准静态(即，非谐振)运行的mems扫描仪，因为在该拓扑中即使在静止位置也可以通过在轴线两侧中的一侧上向梳状驱动部施加电压u来产生足够大的扭矩。因此，通过合适的电压曲线，例如斜坡、阶跃函数等，并且通过交替地施加在左侧梳状结构和右侧梳状结构上，可以使镜体在准静态运行中既向正角度又向负角度振荡。
49.图6e中的定子
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转子拓扑可以至少部分类似于图6d的定子
‑
转子拓扑。与图6d相比，在图6e中可以在绝缘材料56上方布置多晶层54。因此，转子齿和定子齿可以相同地被构造。电压u可以被施加在上部定子层54和下部转子层52之间。
50.图7示出了常规梳状驱动部的取决于梳状驱动部偏转角的电容。在常规梳状驱动结构中，转子和定子可以仅由厚度相同的一层形成。由于正偏转角和负偏转角的对称性，这样的梳状驱动部可以具有关于零角度的对称的电容相关性，如在图7中示例性所示。
51.图8示出了具有对称电容相关性(参见图7)的常规mems装置的梳状驱动部的电流信号。在此，实线表示电流信号，并且虚线表示梳状驱动部的偏转角。为了识别振荡系统的位置/幅度，可以测量电容或从中导出的变量。在一个示例中，导出的变量可以是在振荡期间对电容器充电和放电的电流。对称的电容相关性(参见图7)可以产生用于位置/幅度检测的对称信号，如在图8中示例性所示。mems扫描仪从正角度接近零位置或静止位置时的充电电流可以与mems扫描仪从负角度接近零位置或静止位置时的充电电流相同。以类似的方式，mems扫描仪从零位置起朝较高(正)角度的方向运动时的放电电流可以与mems扫描仪从零位置起朝较低(负)角度的方向运动时的放电电流相同。从图8中可以看出，在测量变量时，由于对称的电容相关性，因此无法在正角度和负角度之间进行区分。
52.图9示出了根据本公开的mems装置的梳状驱动部的电流信号。根据本公开的mems装置可以具有通过绝缘中间层被分离为两个半导体层的梳状驱动部(参见图5h)。分离的半导体层可以是单晶层和多晶层。这种分离为两个半导体层可以打破结合图8所讨论的正角度和负角度的对称性。如果单独分析例如定子上层(即，多晶层)的电流充电，则可以区分mems扫描仪位于正角度还是负角度。这在图9中示出，在图9中绘制了位于枢转轴线的左侧和右侧的定子上层的电流信号。从图9可以推导出，在明显偏离零位置的角度处出现明显的电流尖峰。这些从过零点偏移的信号尖峰可以用于正角度和负角度之间的区分，并且用于非常精确的幅度调节。与其中转子和定子都仅由厚度相同的一层形成的常规梳状驱动部结构相比，根据本公开的梳状驱动部的被布置在旋转轴线一侧的部分可以相应地具有不对称的电容分布。
53.因此，根据以上说明，根据本公开的mems装置尤其可以提供两种技术效果。一方面，由于梳状驱动部的所说明的层结构，mems装置可以打破正角度和负角度的对称性并提供非常精确的振幅调节，如结合图9示例性所述。另一方面，mems装置的弹性元件可以完全由单晶半导体材料制成，从而可以避免弹性元件的机械故障，如结合图5h示例性所述。
54.示例
55.在下文中借助于示例说明mems装置和对应的制造方法。
56.示例1是一种用于制造mems装置的方法，其中该方法包括：产生第一半导体层；在第一半导体层上方选择性地沉积第二半导体层，其中第二半导体层包括由单晶半导体材料制成的第一部分和由多晶半导体材料制成的第二部分；以及将半导体层中的至少一个半导体层结构化，其中第一部分的单晶半导体材料和第一半导体层的位于第一部分下方的材料形成mems装置的弹性元件，并且第二部分的多晶半导体材料和第一半导体层的位于第二部分下方的材料形成mems装置的梳状驱动部的至少一部分。
57.示例2是根据示例1的方法，其中选择性地沉积第二半导体层包括：在第一半导体层上方沉积绝缘层；将绝缘层结构化，其中露出第一半导体层的一部分；在第一半导体层的露出部分上方沉积单晶半导体材料；以及在绝缘层上方沉积多晶半导体材料。
58.示例3是根据示例2的方法，其中选择性地沉积第二半导体层包括同时外延生长第一半导体层上方的单晶半导体材料和绝缘层上方的多晶半导体材料。
59.示例4是根据前述示例中任一项的方法，其中第一半导体层由单晶半导体材料制成。
60.示例5是根据前述示例中任一项的方法，其中第一半导体层包括soi晶片的装置层。
61.示例6是根据前述示例中任一项的方法，其中所形成的弹性元件完全由单晶半导体材料制成。
62.示例7是根据前述示例中任一项的方法，其中梳状驱动部的至少一部分由第二部分的多晶半导体材料和第一半导体层的位于第二部分下方的材料形成，使得梳状驱动部或梳状驱动部的一部分具有不对称的电容分布。
63.示例8是根据前述示例中任一项的方法，其中将半导体层中的至少一个半导体层结构化包括：将第一部分的单晶半导体材料和第一半导体层的位于第一部分下方的材料结构化，其中形成梳状驱动部的至少一个转子梳齿，其中该至少一个转子梳齿完全由单晶半导体材料制成。
64.示例9是根据示例1至7中任一项的方法，其中将半导体层中的至少一个半导体层结构化包括：将第二部分的多晶半导体材料和第一半导体层的位于第二部分下方的材料结构化，其中形成梳状驱动部的至少一个转子梳齿，其中该至少一个转子梳齿由多晶半导体材料和单晶半导体材料的层堆叠制成。
65.示例10是根据示例9的方法，其中层堆叠中的多晶半导体材料的尺寸和层堆叠中的单晶半导体材料的尺寸基本相同。
66.示例11是根据示例2至10中任一项的方法，其中将半导体层中的至少一个半导体层结构化包括：将第二部分的多晶半导体材料、绝缘层的位于第二部分下方的材料、和第一半导体层的位于绝缘层下方的材料结构化，其中形成梳状驱动部的至少一个定子梳齿，其
中该至少一个定子梳齿由多晶半导体材料、绝缘层的材料和单晶半导体材料的层堆叠制成。
67.示例12是根据前述示例中任一项的方法，还包括：通过至少将第一半导体层结构化来形成mems装置的镜体，其中镜体完全由单晶半导体材料制成。
68.示例13是根据示例12的方法，其中，形成镜体包括：去除多晶半导体材料，其中露出绝缘层；去除露出的绝缘层，其中露出第一半导体层；以及将露出的第一半导体层结构化，其中形成镜体。
69.示例14是根据前述示例中任一项的方法，其中将半导体层中的至少一个半导体层结构化包括：将第二部分的多晶半导体材料结构化，其中由多晶半导体材料形成以下至少一项：用于与梳状驱动部的至少一个定子梳齿电接触的电接触面、或用于与壳体的机械连接的机械接触面。
70.示例15是根据示例14的方法，其中定子梳齿的多晶材料、电接触面的多晶材料、以及机械接触面的多晶材料彼此电绝缘。
71.示例16是根据前述示例中任一项的方法，其中将半导体层中的至少一个半导体层结构化包括：将第一半导体层结构化，其中形成加强结构，其中加强结构完全由单晶半导体材料制成。
72.示例17是根据前述示例中任一项的方法，其中将半导体层中的至少一个半导体层结构化包括沟槽蚀刻。
73.示例18是根据示例17的方法，其中绝缘层在沟槽蚀刻期间用作蚀刻停止层。
74.示例19是根据示例2至18中任一项的方法，还包括：在绝缘层上方沉积多晶半导体材料之前：在绝缘层上方沉积晶种层，其中在晶种层上方沉积多晶半导体材料。
75.示例20是根据示例19的方法，其中晶种层延伸超出绝缘层100纳米至10微米。
76.示例21是根据示例2至20中任一项的方法，其中沉积绝缘层包括：在第一半导体层上方沉积第一绝缘层，其中第一绝缘层基本上完全覆盖第一半导体层；在第一绝缘层上方沉积第二绝缘层；以及将第一绝缘层和第二绝缘层结构化。
77.示例22是根据示例21的方法，还包括：在第一绝缘层和第二绝缘层之间沉积多晶硅层，其中多晶硅层提供在定子梳齿和电接触面之间的电连接。
78.示例23是一种mems装置，包括：弹性元件，其中该弹性元件由以第一单晶半导体材料制成的第一半导体层和在第一半导体层上方外延生长的第二单晶半导体材料制成；以及梳状驱动部，其中该梳状驱动部的至少一部分由以第一单晶半导体材料制成的第一半导体层和在第一半导体层上方外延生长的多晶半导体材料制成。
79.示例24是根据示例23的mems装置，其中该mems装置被设计为用作mems扫描仪。
80.在本说明书中，例如关于形成在或位于物体表面“上方”或“上”的材料层所使用的词语“上方”和“上”用于意指材料层被“直接地”布置在所提及的表面“上”，例如与该表面直接接触。例如关于形成或布置在表面“上方”或“上”的材料层所使用的词语“上方”和“上”在本文中还可以用于意指材料层被“间接地”布置(例如，形成、沉积等)在所提及的表面“上”，其中例如一个或多个附加层位于所提及的表面和材料层之间。
81.尽管在本文中示出和说明了特定的实施方式，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本公开范围的情况下，各种备选的和/或等同的实现方式可以代替所示出和
说明的特定实施方式。本技术旨在覆盖本文所讨论的特定实施方式的所有调整或变型。因此，意图在于，本公开仅由权利要求及其等同物限制。

技术特征：

1.一种用于制造mems装置的方法，其中所述方法包括：产生第一半导体层(30)；在所述第一半导体层(30)上方选择性地沉积第二半导体层(44)，其中所述第二半导体层(44)包括由单晶半导体材料制成的第一部分(44a)和由多晶半导体材料制成的第二部分(44b)；以及将所述半导体层(30、44)中的至少一个半导体层结构化，其中所述第一部分(44a)的所述单晶半导体材料和所述第一半导体层(30)的位于所述第一部分(44a)下方的材料形成所述mems装置的弹性元件(8)，并且所述第二部分(44b)的所述多晶半导体材料和所述第一半导体层(30)的位于所述第二部分(44b)下方的材料形成所述mems装置的梳状驱动部的至少一部分。2.根据权利要求1所述的方法，其中选择性地沉积所述第二半导体层(44)包括：在所述第一半导体层(30)上方沉积绝缘层(34、38)；将所述绝缘层(34、38)结构化，其中露出所述第一半导体层(30)的一部分；在所述第一半导体层(30)的露出部分上方沉积所述单晶半导体材料；以及在所述绝缘层上方(34、38)沉积所述多晶半导体材料。3.根据权利要求2所述的方法，其中选择性地沉积所述第二半导体层(44)包括：同时外延生长所述第一半导体层(30)上方的所述单晶半导体材料和所述绝缘层(34、38)上方的所述多晶半导体材料。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一半导体层(30)由单晶半导体材料制成。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一半导体层(30)包括soi晶片(28)的装置层(30a)。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所形成的所述弹性元件(8)完全由单晶半导体材料制成。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述梳状驱动部的所述至少一部分由所述第二部分(44b)的所述多晶半导体材料和所述第一半导体层(30)的位于所述第二部分(44b)下方的材料形成，使得所述梳状驱动部或所述梳状驱动部的一部分具有不对称的电容分布。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述半导体层(30、44)中的至少一个半导体层结构化包括：将所述第一部分(44a)的所述单晶半导体材料和所述第一半导体层(30)的位于所述第一部分(44a)下方的材料结构化，其中形成所述梳状驱动部的至少一个转子梳齿(14)，其中所述至少一个转子梳齿(14)完全由单晶半导体材料制成。9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中将所述半导体层(30、44)中的至少一个半导体层结构化包括：将所述第二部分(44b)的所述多晶半导体材料和所述第一半导体层(30)的位于所述第二部分(44b)下方的材料结构化，其中形成所述梳状驱动部的至少一个转子梳齿(14)，其中所述至少一个转子梳齿(14)由多晶半导体材料和单晶半导体材料的层堆叠制成。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述层堆叠中的所述多晶半导体材料的尺寸和所
述层堆叠中的所述单晶半导体材料的尺寸基本相同。11.根据权利要求2至10中任一项所述的方法，其中将所述半导体层(30、44)中的至少一个半导体层结构化包括：将所述第二部分(44b)的多晶半导体材料、所述绝缘层(34、38)的位于所述第二部分(44b)下方的材料、和所述第一半导体层(30)的位于所述绝缘层(34、38)下方的材料结构化，其中形成所述梳状驱动部的至少一个定子梳齿(20)，其中所述至少一个定子梳齿(20)由多晶半导体材料、所述绝缘层的材料和单晶半导体材料的层堆叠制成。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：通过至少将所述第一半导体层(30)结构化来形成所述mems装置的镜体(2)，其中所述镜体(2)完全由单晶半导体材料制成。13.根据权利要求12所述的方法，其中形成所述镜体(2)包括：去除所述多晶半导体材料，其中露出所述绝缘层(34、38)；去除露出的所述绝缘层(34、38)，其中露出所述第一半导体层(30)；以及将露出的所述第一半导体层(30)结构化，其中形成所述镜体(2)。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述半导体层(30、44)中的至少一个半导体层结构化包括：将所述第二部分(44b)的所述多晶半导体材料结构化，其中由所述多晶半导体材料形成以下至少一项：用于与所述梳状驱动部的至少一个定子梳齿(20)电接触的电接触面(50)、或用于与壳体的机械连接的机械接触面(48)。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述定子梳齿(20)的多晶材料、所述电接触面(50)的多晶材料、以及所述机械接触面(48)的多晶材料彼此电绝缘。16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述半导体层(30、44)中的至少一个半导体层结构化包括：将所述第一半导体层(30)结构化，其中形成加强结构(46)，其中所述加强结构(46)完全由单晶半导体材料制成。17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述半导体层(30、44)中的至少一个半导体层结构化包括沟槽蚀刻。18.根据权利要求17所述的方法，其中所述绝缘层(34、38)在所述沟槽蚀刻期间用作蚀刻停止层。19.根据权利要求2至18中任一项所述的方法，还包括：在所述绝缘层(34、38)上方沉积所述多晶半导体材料之前：在所述绝缘层(34、38)上方沉积晶种层(42)，其中在所述晶种层(42)上方沉积所述多晶半导体材料。20.根据权利要求19所述的方法，其中所述晶种层(42)延伸超出所述绝缘层(34、38)100纳米至10微米。21.根据权利要求2至20中任一项所述的方法，其中沉积所述绝缘层(34、38)包括：在所述第一半导体层(30)上方沉积第一绝缘层(34)，其中所述第一绝缘层(34)基本上完全覆盖所述第一半导体层(30)；在所述第一绝缘层(34)上方沉积第二绝缘层(38)；以及将所述第一绝缘层(34)和所述第二绝缘层(38)结构化。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括：在所述第一绝缘层(34)和所述第二绝缘层(38)之间沉积多晶硅层(36)，其中所述多晶硅层(36)提供在所述定子梳齿(20)和所述电接触面(50)之间的电连接。23.一种mems装置，包括：弹性元件(8)，其中所述弹性元件(8)由以第一单晶半导体材料制成的第一半导体层(30)和在所述第一半导体层上方外延生长的第二单晶半导体材料(44a)制成；以及梳状驱动部，其中所述梳状驱动部的至少一部分由以第一单晶半导体材料制成的所述第一半导体层(30)和在所述第一半导体层(30)上方外延生长的多晶半导体材料(44b)制成。24.根据权利要求23所述的mems装置，其中所述mems装置被设计为用作mems扫描仪。

技术总结

本公开的各实施例涉及具有弹性元件和梳状驱动部的MEMS装置以及对应的制造方法。一种用于制造MEMS装置的方法包括：产生第一半导体层，以及在第一半导体层上方选择性地沉积第二半导体层，其中第二半导体层包括由单晶半导体材料制成的第一部分和由多晶半导体材料制成的第二部分。此外，该方法还包括：将半导体层中的至少一个半导体层结构化，其中第一部分的单晶半导体材料和第一半导体层的位于第一部分下方的材料形成MEMS装置的弹性元件，并且第二部分的多晶半导体材料和第一半导体层的位于第二部分下方的材料形成MEMS装置的梳状驱动部的至少一部分。部的至少一部分。部的至少一部分。