用于微机电装置的电极制造方法及图纸

一种微机电装置结构包括支承结构晶片(310)。在支承结构晶片中的腔内形成腔电极(130)。腔电极形成从腔的基部朝向功能层(300)的突出结构，并且腔电极连接至限定电位。腔电极包括在支承结构晶片中的腔内的硅柱，该硅柱部分地或完全地被腔包围。可以使用一个或多个腔电极来调节在功能层内发生的振荡的频率。

An electrode used in a microelectromechanical device

A microelectromechanical device structure includes a supporting structure chip (310). A cavity electrode (130) is formed in the cavity of the supporting structure wafer. The cavity electrode forms a protruding structure from the base of the cavity toward the functional layer (300), and the cavity electrode is connected to the limiting potential. The cavity electrode includes a silicon column in the cavity of the supporting structure wafer, which is partially or completely surrounded by the cavity. One or more cavity electrodes can be used to regulate the frequency of oscillations occurring in the functional layer.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于微机电装置的电极
本专利技术涉及如独立权利要求的前序部分所限定的微机电装置。提出了一种作为这种微机电装置的具体示例的陀螺仪。
技术介绍
微机电系统或MEMS可以被定义为小型的机械和机电系统，其中至少一些元件具有机械功能。由于MEMS装置是用与制造集成电路相同的工具制造的，因此甚至可以在同一硅片上制造微机械和微电子器件，以实现先进的装置。MEMS结构可以应用于快速且准确地检测物理特性的微小变化。例如，微机电陀螺仪可以应用于快速且准确地检测非常小的角位移。运动具有如下的六个自由度：三个正交方向的平移和三个正交轴的旋转。后三者可以通过也被称为陀螺仪的角速度传感器测量。MEMS陀螺仪利用科里奥利效应来测量角速度。当质量体在一个方向上移动并施加旋转角速度时，由于科里奥利力的作用，质量体在正交方向上受力。然后可以用例如电容的、压电的或压阻的感测结构来读取所产生的由科里奥利力引起的物理位移。在MEMS陀螺仪中，由于缺乏适当的轴承，主要运动通常不像常规陀螺仪那样连续旋转。相反，机械振荡可以用作主要运动。当振荡的陀螺仪受到与主运动方向正交的角运动时，会产生波动的科里奥利力。这产生与主运动以及角运动的轴正交并且在主振荡的频率处的次振荡。这个耦合振荡的幅度可以用作角速度的度量。陀螺仪是非常复杂的惯性MEMS传感器。陀螺仪设计中的基本挑战是科里奥利力非常小并且因此与陀螺仪中存在的其他电信号相比所产生的信号往往是极小的。假性响应和对振动的敏感性困扰许多MEMS陀螺仪设计。在先进的现有技术MEMS陀螺仪设计中，例如在US7,325,451中描述的设计，外部施加的角速度被配置成引起两个平行定位的平面震动质量体相反相位的运动。这种运动可以用线性电容梳状电极来检测。由于具体的现有技术配置的围绕Z轴的主要运动和围绕X轴的检测运动的明确的振荡方向，主要模式振荡和检测模式振荡被有效地保持分开，从而已经提供了一种对外部冲击高度不敏感的稳固的传感器结构。在诸如陀螺仪之类的感测装置或任何其他类型的微机电传感器的绝缘体上腔硅(CSOI)MEMS装置中，被称为结构晶片的硅层——即功能层——被图案化以形成微机电传感器装置的大部分功能部件。这样的功能部件可以包括例如诸如震动质量体的能移动的部件、用于引导运动的弹簧和梁、诸如电容梳状结构的激励和检测结构及其电连接件。梳状结构可以仅部分地移动，例如梳的一半是移动电极(转子电极)，另一半形成固定电极(定子电极)。另外，可以在功能层中形成不能移动的支承结构，例如悬挂结构(锚定件)。也被称为衬底的处理晶片通常形成对MEMS装置的机械刚性支承结构。在常规的MEMS装置中，处理晶片是装置的电无源(electricallypassive)部分。通常，固定到衬底(也称作处理晶片)的盖或帽封装MEMS装置结构，使得衬底和帽一起形成保护MEMS传感器装置不受外部条件影响的外壳。可替选地，功能层可以包括固定框结构，该固定框结构为由衬底和帽形成的壳体提供壁。MEMS装置的功能部件可能需要环境保护，其不限制结构的能移动部件的移动。例如，在上述结构中，运动质量体和激励结构处于被围绕在处理晶片和帽晶片之间的功能层中，并且在处理晶片和/或帽晶片中经常产生腔以便允许结构晶片的能移动部分移动而不与保护帽和/或衬底接触。常规的加速度计和陀螺仪被认为是最简单的MEMS装置之一，因为它们与外界没有机械接触。在预期的功能状态下，陀螺仪的主模式振荡频率和次检测模式振荡频率基本上重合。然而，由于制造过程中的非理想特性，所述振荡模式中的任一者或两者可能经受相对预期的振荡频率的一些偏差，使得这些模式的频率不完全一致，这导致陀螺仪功能性的问题。可以对所述振荡模式中的任一者或两者的谐振频率进行电调节，使得两个振荡模式基本重合。这种调节可以通过使用与要调节的振荡模式的方向正交放置的电容电极来实现。然后，电容电极之间的静电力主要处于要调节的振动模式的方向。本质上的重合在此意味着两种模式的频率分离大致在0Hz到100Hz的范围内。通常，频率的调节是使用功能层中的平行板梳或者将平面金属电极放置到在帽晶片来实现的。美国专利申请US2008016838提出了在帽晶片上的金属电极。美国专利申请US2004021403提出了一种压电谐振器，其具有如下布置：通过向位于SOI衬底的处理层和谐振器本体之间的电容器施加DC电压来微调中心频率。通过蚀刻掉平面处理层和谐振器本体两者之间的氧化物层而在平面处理层和谐振器本体之间产生间隙，从而可电调节调谐效果。如本领域技术人员所知，用于实现电容频率调节的功能原理可以基于由具有不同电位的两个电极之间的电容变化引起的静电效应。一个电极可以是静止的，而另一个电极可以是移动的，即附着到移动质量体，或者由移动质量体组成。我们将这种移动电极称为可动电极。当两个电极之间的相对距离改变时，两个电极之间的电容将改变，这进而导致两个电极之间的静电力改变。可以通过控制两个电极之间的电位差动态地调节这个力。在通常的情况下，将DC偏置电压馈送到至少一个电极以调节振荡的频率。使用平行板梳以电容方式调节频率的问题在于，它们需要相对较大的硅面积，从而使功能元件变得较大，使得整个传感器装置变得大且笨重。而且由于外力使得频率调节更不精确，所以大量的平行梳状件通常更容易受其位置变化的影响。另外，由于制造过程的非理想性，平行板梳状件齿间隙可能在制造上有变化，导致调节频率所需的静电力的更多变化。将平面金属电极放置到帽晶片的问题在于，这可能需要对帽晶片的另外的处理步骤。使用附接至帽晶片的金属电极的问题是帽晶片通常更容易受到封装引起的失真的影响，使得频率调节更不精确。另外，在一些制造工艺中，帽晶片间隙在制造中变化更大，从而导致调节频率所需的静电力的更多变化。使用处理晶片的平坦表面作为微调电容器电极与移动电极相比缺乏调节电容器尺寸和位置的能力，因此缺乏调节频率调节的灵敏度的能力。此外，处理晶片与能移动部件之间的距离非常小，导致两个电极相互接触或者甚至相互粘连的风险。
技术实现思路
微机电装置的功能层是指装置的包括至少装置的移动部件的层。术语支承结构晶片是指处理晶片和/或帽晶片。支承结构晶片形成功能层的机械刚性支承结构。支承结构晶片可以包括诸如硅晶片的单一均质材料层，或者其可以包括通过机械刚性的、基本上非柔性的绝缘材料层彼此附接的不止一个的均质晶片层和层部分。这种用于硅晶片的绝缘材料层的示例是二氧化硅层。支承结构晶片在具有绝缘材料层的层和/或层部分中的划分允许单独地调节这些部分的电位。术语基底层指的是形成水平划分的支承结构晶片的机械稳定且刚性的部分的层，该层与功能层远离对齐。基底层的表面可以形成微机电装置的平坦的外表面。术语顶层是指水平划分的支承结构晶片的层，其朝向微机电装置的功能层对齐，因此位于基底层和功能层之间。结构晶片的顶层可以包括与功能层的至少一些部件电相互作用的功能部件。应该理解的是，术语基底层和顶层由层相对于微机电装置的功能层和外表面的位置限定，并且不应该理解为如此限制层的定向。术语腔是指诸如硅晶片的基本上平坦的晶片的表面上的凹陷区域。腔可以在晶片的表面形成凹部(basin)。可以在支承结构晶片的表面形成腔。如果支承结构晶片被水平划分，则可以在顶层的面处形成腔。本专利技术的目本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机电装置结构，至少包括包含第一材料的支承结构晶片；以及功能层，其特征在于具有由与所述第一材料相似的第二材料制成的腔电极，其中，所述腔电极形成在所述支承结构晶片中的腔内，其中，所述腔电极与所述支承结构晶片的至少一部分电连接，并且其中，所述腔电极和所述支承结构晶片的所述至少一部分被配置成连接至限定电位。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.09 FI 201556481.一种微机电装置结构，至少包括包含第一材料的支承结构晶片；以及功能层，其特征在于具有由与所述第一材料相似的第二材料制成的腔电极，其中，所述腔电极形成在所述支承结构晶片中的腔内，其中，所述腔电极与所述支承结构晶片的至少一部分电连接，并且其中，所述腔电极和所述支承结构晶片的所述至少一部分被配置成连接至限定电位。2.根据权利要求1所述的微机电装置结构，其中，所述腔电极形成其中形成有该腔电极的所述支承结构晶片的所述至少一部分的基本上均质的结构材料层的整体部分。3.根据权利要求1至2中任一项所述的微机电装置结构，其中，所述腔电极包括从所述腔的基部朝向所述功能层的突出结构。4.根据权利要求1至3中任一项所述的微机电装置结构，其中，所述腔电极包括位于所述腔内的至少部分地包含在所述支承结构晶片的所述至少一部分中的硅柱。5.根据权利要求1至4中任一项所述的微机电装置结构，其中，所述腔电极被设置成用作平行板电容器的电极，并且所述平行板电容器的可动电极与在所述装置的所述功能层中的基本上平面的能移动元件相关联。6.根据权利要求5所述的微机电装置结构，其中，所述平行板电容器被设置成用于调节在所述微机电装置中发生的机械振荡的频率。7.根据权利要求5至6中任一项所述的微机电装置结构，其中，所述调节频率是通过以下至少一项来实现的：-调节所述腔电极的电位；以及-调节布置在所述功能层中的可动电极的电位，其中，所述频率能够通过改变所述平行板电容器的两个电极之间的相对DC电位进行调节。8.根据权利要求1至7中任一项所述的微机电装置结构，其中，所述腔电极被配置成通过布置在所述支承结构晶片的所述至少一部分与所述功能层之间的至少一个导电插塞连接至设定电位，所述至少一个导电插塞延伸穿过在所述支承结构晶片的所述至少一部分与所述功能层之间的绝缘材料层。9.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：马库斯·林基奥，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：日本,JP