本发明专利技术涉及具有可变间隙宽度的MEMS装置和制造方法。MEMS装置(40)包括基础结构(42)和悬置在该基础结构上方的微结构(44)。基础结构(42)包括：形成在基板(48)上的氧化物层(50)，形成在氧化物层上的结构层(54)以及形成在结构层上的绝缘层(56)。形成覆盖基础结构的牺牲层(112)，并将微结构(44)形成在牺牲层(112)上的另一结构层(116)中。方法(90)涉及去除牺牲层(112)和氧化物层(50)的一部分以释放微结构，并暴露基板(48)的顶表面(52)。在去除之后，在微结构与顶表面之间生成的间隙(80)的宽度(86)大于在微结构与结构层之间生成的间隙(84)的宽度(88)。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术总体上涉及微机电系统(MEMS)装置。更具体地说，本专利技术涉及制造在悬置微结构与下层组件之间具有可变间隙宽度的MEMS装置。
技术介绍
微机电系统(MEMS)装置在诸如汽车、惯性制导系统、家用电器、用于多种装置的保护系统以及许多其它エ业、科学以及工程系统的应用中广泛使用。这种MEMS装置被用于感测诸如加速度、压カ或温度的物理状态，并且提供表示所感测物理状态的电信号。对于在高加速度环境和小型化装置中的操作，电容式感测MEMS设计因其尺寸小且适于低成本大量生产而高度需要。传统的MEMS电容式传感器操作成使得柔性地安装的 惯性质量体(seismic mass)(还称为检测质量体(proof mass))可因所感测的特性(例如，加速度)而沿至少ー个方向偏转。检测质量体的偏转导致连接至其的差分电路的电容变化。电容的这种变化是对所感测特性的度量。图I示出了现有技术的MEMS装置20的一部分的侧视图。在这个示例中，MEMS装置20是具有“跷跷板式”或“杠杆式(see saw) ”配置的双层电容式换能器。这种通常利用的换能器类型使用处于基板26上方、在由箭头24所表示的z轴加速度下旋转的可移动检测质量体22或板。这种旋转因旋转轴28偏移使得检测质量体22的ー个端部比另一端部重而发生。该加速度计结构可以测量检测质量体22与相对于旋转轴28对称定位的两个感测板30和32之间的、用C1(SIG)和C2(SIG)表示的两个独立电容，以便确定差分或相对电容。在检测质量体22与感测板30和32中的每ー个之间形成间隙34，以提供用于检测质量体22绕旋转轴28旋转的空间和随后对指示z轴加速度24的电容的测量。在所示实施例中，间隙34有时称为“z间隙”，这是因为间隙34在加工期间形成在结构材料层之间，并因此处于相对于基板26的平面向外的方向。附图说明当结合附图考虑时，通过參照详细描述和权利要求书，可以获得对本专利技术的更全面理解，其中，在所有附图中，相同的附图标记指示类似的项目，并且图I示出了现有技术的MEMS装置的一部分的侧视图；图2示出了根据实施例的MEMS装置的侧视图；图3示出了用于制造图2的MEMS装置的MEMS制造处理的流程图；图4示出了例示图3的制造处理的一操作的示意性截面图；图5示出了例示图3的制造处理的另ー操作的示意性截面图；图6示出了例示图3的制造处理的另ー操作的示意性截面图；图7示出了例示延伸通过感测板的开ロ的MEMS装置的一部分的俯视图；图8示出了例示图3的制造处理的另ー操作的示意性截面图；以及图9示出了例示图3的制造处理的另ー操作的示意性截面图。具体实施例方式本专利技术的实施例涉及ー种噪声降低增强且阻尼减小的微机电系统(MEMS)装置，和用于制造该MEMS装置的方法。该方法在MEMS装置的基础基板结构与微结构之间生成可变间隙宽度。该间隙宽度被有利地形成为在MEMS装置的感测区较小而在MEMS装置的非感测区较大，以便产生所需的感测电容，并且同时减小寄生电容和阻尼。该方法适用于现有MEMS制造处理。由此，实现该方法可以产生高性能且相对低成本的MEMS装置构造。图2示出了根据实施例的MEMS装置40的侧视图。MEMS装置40包括基础结构42和悬置在基础结构42上方的、采用可移动检测质量体44的形式的微结构。所例示的MEMS装置40是被配置成检测z轴加速度24的加速度计。然而，本专利技术的原理可应用于许多其它的MEMS装置，如陀螺仪、微型致动器、压カ传感器、开关等。 基础结构42包括具有第一电介质层(例如，氧化物层50)的基板48，该第一电介质层形成在基板48的顶表面52上。第一结构层54形成在氧化物层50上,而第二电介质层(例如，绝缘层56)形成在第一结构层54、氧化物层50和/或基板48的顶表面52的至少一部分上。在一实施例中，第一结构层54被形成为限定第一感测板58和第二感测板60。第一感测板58和第二感测板60表示用于MEMS装置40的感测区62。基础结构42的、除了感测板58和60以外的其余区域表示MEMS装置40的非感测区64。在此使用的术语“第一”、“第二”等不指代一系列可计数部件内的部件的排序或优先级。相反，出于讨论清楚的目的，术语“第一”、“第二”等被用于区分特定部件。检测质量体44经由ー个或多个挠性部件(flexure)(通常用简化的基座结构66表示)锚固至基础结构42。如本领域所已知的，该挠性部件被设计成与下层基础结构42相隔开地悬置检测质量体44，并且允许检测质量体44绕由基座结构66限定的旋转轴68在z轴加速度24下旋转。因旋转轴68偏移，使得检测质量体44的ー侧70比该检测质量体44的相对侧72更长并因此更重，而发生这种旋转。感测板58和60相对于旋转轴68对称定位，并且MEMS装置40的加速度计结构可以测量检测质量体44与感测板58和60之间的两个独立电容，以便确定差分或相对电容。检测质量体44的、未覆盖感测板58的延伸部分74位于MEMS装置40的非感测区64处。在一实施例中，基板48的顶表面52的选定区域从氧化物层50、第一结构层54以及绝缘层56的每ー个中暴露，即不被覆盖。在一实施例中，处于检测质量体44的延伸部分74下面的基板48的顶表面52的第一区域76被暴露。另外，处于感测板58和60下面的基板48的顶表面52的第二区域78被暴露。具体来说，感测板58和60包括延伸通过感测板58和60的开ロ 79。氧化物层50在感测板58和60下面至少部分地缺失。因此，基板48的、处于第二区域78处的顶表面52经由开ロ 79从氧化物层50、第一结构层54以及绝缘层56中暴露。 MEMS装置40的结构分别在第一区域76和第二区域78的每ー个中，在检测质量体44的底表面82与基板48的顶表面52之间生成第一间隙80。另外，MEMS装置40的结构在第一结构层54中，在检测质量体44的底表面82与感测板58和60中的每ー个之间生成第二间隙84。此外，第一间隙80的第一宽度86大于第二间隙84的第二宽度88。感测板58和60与检测质量体44之间的第二间隙84的第二宽度88保持较小，以便提供増加感测电容的益处。检测质量体44与基板48的顶表面52之间的第一间隙80的第一宽度86大于第二间隙84的宽度88，以减小寄生电容和不希望的高阻尼的不利影响。寄生电容是存在于电子组件或电路的部件之间的、至少部分因它们彼此接近而造成的不希望的电容。简单參照图1，在MEMS装置20中，ー些寄生电容典型地存在于感测板28和30与下层基板26之间，如用C1(APR)和C2(Par)表示。另外，寄生电容可以存在于检测质量体22的非感测区(有时称为较重端)与下层基板26之间，如用C3(PAR)表示。MEMS装置20中的不希望的高寄生电容减小了这种MEMS传感器的精度。返回參照图2，相对于第二间隙84的第二宽度88更大的第一间隙80的第一宽度86减小了这种寄生电容。例如，感测板58和60与下层基板48之间的寄生电容因感测板58和60下面的氧化物层50被气体(例如，空气)代替而减小。而且，在处于检测质量体44的延伸部分74下面的非感测区64中，检测质量体44与基板48之间更大的距离可以进一步减小任何寄生电容。MEMS装置4本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
2011.02.16 US 13/028,9301.一种用于制造微机电系统(MEMS)装置的方法，该方法包括 提供基板； 形成覆盖所述基板的第一电介质层； 形成覆盖所述第一电介质层的第一结构层； 在所述第一结构层上形成第二电介质层，以生成其中所述第一电介质层的一部分从所述第一结构层和所述第二电介质层两者暴露的基础结构； 形成覆盖所述基础结构的所述第一电介质层的所述部分和所述第二电介质层的牺牲层； 在所述牺牲层上形成第二结构层；以及 选择性地去除所述牺牲层和所述第一电介质层的所述部分，以暴露所述基板的、处于所述第一电介质层的所述部分下面的顶表面。2.根据权利要求I所述的方法，其中 所述形成所述第二结构层包括在所述第二结构层中形成微结构；并且所述选择性地去除的操作还去除处于所述第二结构层下面的所述牺牲层，以暴露所述第一结构层并且释放所述微结构，使得所述微结构与所述基础结构间隔开，所述选择性地去除的操作在所述微结构与所述基板的所述顶表面之间生成第一间隙，并且在所述微结构与所述第一结构层之间生成第二间隙，所述第一间隙的第一宽度大于所述第二间隙的第二览度。3.根据权利要求2所述的方法，其中 处于所述微结构下面的所述第一结构层限定用于所述MEMS装置的感测板；并且 处于所述微结构下面的所述基板的所述顶表面限定用于所述MEMS装置的非感测区。4.根据权利要求I所述的方法，其中 所述形成所述第一结构层包括在所述第一结构层中生成感测板，所述感测板横向偏离所述基础结构中的所述第一电介质层的所述部分，并且所述感测板包括延伸通过所述感测板以暴露所述第一电介质层的第二部分的开ロ ；并且 所述选择性地去除的操作还包括经由所述开ロ去除处于所述感测板下面的所述第一电介质层的所述第二部分。5.根据权利要求I所述的方法，其中 所述形成所述第一结构层包括对所述第一结构层构图，以形成至少ー个感测板，所述至少ー个感测板具有延伸通过其的开ロ ；并且 所述选择性地去除的操作包括经由所述开ロ蚀刻所述第一电介质层的所述部分。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述形成所述第二电介质层包括对所述第二电介质层构图，使得具有所述开ロ的所述至少一个感测板从所述第二电介质层暴露。7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述蚀刻操作包括底切所述至少一个感测板，以部分地去除处于所述至少一个感测板下面的所述第一电介质层。8.根据权利要求I所述的方法，其中，所述第一电介质层是氧化物层，而所述第二电介质层是氮化物层。9.根据权利要求I所述的方法，其中，所述基板是硅基板，并且所述选择性地去除的操作暴露所述硅基板的、处于所述第一电介质层的所述部分下面的所述顶表面。10.ー种微机电(MEMS)装置，该MEMS装置包括 基础结构，该基础结构包括具有形成在其上的第一电介质层的基板、形成在所述第一电介质层上的第一结构层、以及形成在所述第一结构层上的第二电介质层，其中，所述基板的顶表面的一区域从所述第一电介质层、所述第一结构层以及所述第二电介质层的每ー个中暴露；以及 微结构，悬置在所述基础结构上方，以在所述微结构与所述基板...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·C·迈克奈尔，林义真，L·Z·张，
申请(专利权)人：飞思卡尔半导体公司，
类型：发明
国别省市：
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