一种微机电系统(MEMS)装置，包括至少两个基板(5，6)和在MEMS层中的至少一个可移动结构(3.1，3.2)。所述可移动结构布置在腔体(8.1，8.2)中，所述腔体被封装在该至少两个基板(5，6，7)之间。导电框架(1)围绕所述可移动结构(3.1，3.2)且被布置在两个基板(5，6)的界面处。框架(1)与所述可移动结构(3.1，3.2)电分离，且通过至少第一和第二导电连接(13.1，13.2，13.3；14)分别电连接到所述第一(5)和第二基板(6)。框架(1)可以具有不大于150μm、优选不大于50μm的宽度(w)。第一导电连接位于框架(1)和第一基板(5)之间的界面平面处。第二导电连接是被施加在框架(1)的外周边和第二基板(6)的外周面(15)的层(14)。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种微电子装置，优选是一种微机电系统(MEMS)装置(如用于测量加速度或转速的传感器或致动器)，其包含至少两个基板，在MEMS层中的至少一个微电子结构，优选是可移动结构，其中所述微电子结构布置在被封装在该至少两个基板之间的腔体中。本专利技术还涉及一种制造这种装置的方法。
技术介绍
用于检测加速度的MEMS装置有很多种，如US 5，220, 835 (Ford)，US5，488，864 (Ford)，US 5，900，550 (Ford)，US 6，000，287 (Ford)，US 6，082，197 (Zexel)，US6，308，568 (Murata)。此外还有对不同方向的加速度敏感的传感器装置。US 5, 065, 628 (Fraunhofer Gesellschaft)公开了一种用于测量几个不同方向的 加速度的MEMS (微机电系统)装置。加速度通过三个微机械传感器被测量，每个传感器包括惰性块(检测块)，其对不同方向(如x，y和z)中的仅一个方向上的运动敏感。传感器集成在单晶表面层中。典型地，MEMS装置包括至少一个可移动结构，如封装在腔体中的活动块或活动悬臂。US 5, 623, 099 (Temic Telefunken)示出了一种用于封装电容加速度传感器的基本结构。两个半导体基板在它们的主表面处通过热生长的氧化物结合在一起。腔体形成在两个基板之间，用于封装感测一个方向上的加速度的活动块。每个基板提供活动元件和盒形腔体的一部分，其限定了腔体中的可变容量，垂直于基板移动。热生长的氧化物在基板片之间提供电绝缘。US 5，381，300 (SextantAvionique)和 US 6, 153, 917 (Akebone Brake)提出一种由三个硅片通过退火工艺焊接在一起而制成的加速度传感器。应用包括第一绝缘层、导电层和第二绝缘层的夹层状结构，而不是用单一的氧化硅层来结合基板。夹层状结构避免了影响测量的杂散电容。对于多轴传感器装置，关键点之一是交叉轴敏感度。交叉轴敏感度决定了加速度计(或用于陀螺仪的转速计)垂直于测量轴有多少加速度耦合到输出。典型地，交叉轴敏感度不应大于I%，且优选地在表现最好的装置上基本小于I%，以及对于表现不佳的装置小于5%。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种微电子装置，优选地是一种微机电系统(MEMS)装置，其对电磁干扰不敏感。优选地，该装置应适于在单一芯片中集成两个或更多可移动结构、或两个或更多微电路(或它们的组合)。芯片可包括传感器和/或致动器和/或电路。进一步的目的在于在基板面积消耗最小的情况下，实现邻近布置的独立装置(优先是不同的传感器或致动器或电路)的电解耦。本专利技术进一步的目的是提供一种制造这种装置的工艺。根据本专利技术，上述提到的目的通过一种微电子装置来实现，优选是一种MEMS装置，其包括a)至少两个基板；b)在MEMS层中的微电子结构，优选是至少一个可移动结构；c)其中所述微电子结构、优选所述可移动结构被布置在封装在该至少两个基板之间的腔体中； d)导电框架，其围绕所述微电子结构、优选是所述可移动结构，且布置在该两个基板的界面处；e)其中所述框架与所述微电子结构、优选与所述可移动结构电分离；以及f)通过至少第一导电连接和第二导电连接被分别电连接到所述框架和所述第一和第二基板；g)并且在于第一和第二基板和框架都具有足够的体导电率，以形成法拉第笼。制造这种装置的方法包括如下步骤a)提供至少两个基板，其形成用于可移动结构的腔体，b)在MEMS层中提供至少一个微电子结构，优选是可移动结构，所述微电子结构被提供在腔体中，c)在两个基板的界面处提供导电框架，并且该框架围绕微电子结构，优选是可移动结构，d)其中所述基板和框架都具有足够的体导电率，以形成法拉第笼，e)将两个基板和导电框架结合在一起以在腔体中封装微电子结构，其中该框架围绕微电子结构，且该框架与所述框架内的所述微电子结构电分离，f)在所述框架和所述第一和第二基板之间分别提供第一和第二导电连接。在本专利技术的框架中，“微电子”装置是一种泛指，包括“微机电系统(MEMS) ”以及“微电子电路”。根据本专利技术，基板可以是单或多层主体，其可以被处理和加工为自包含元件，并且其可以在结合步骤过程中被面对面结合到另一基板。本专利技术的每一个基板可以是单一单元，或者可以包括两个基板，或者可以是分层元件，如SOI (绝缘体上娃)结构或涂覆有薄层的元件。所有这些基板的类型都是现有技术中已知的(还参见该说明书的介绍性篇章“
技术介绍
”)。典型地，基板主要包括半导体材料，如限定基板的体材料的结晶硅。基板的外表面(即不在与框架的界面处且不在腔体内部的表面)应当具有小于50hm的电阻，以便实现法拉第笼效应。在几个100 μ m的典型厚度下，优选在300-450 μ m的范围内，这导致小于5OmOhmx cm的电阻率。在本专利技术的框架中，可移动结构包括活动块或活动悬臂，其通过柔性悬挂元件被支撑在距腔体壁一定距离处。可移动结构因而可以围绕一个或多个几何轴(x，y，z)振荡或旋转，或者可以从静止(不活动)位置被静电力偏转。活动元件的运动可以被惯性力或电场启动。根据本专利技术，可移动结构被实施在MEMS层中。MEMS层可以是单独的基板，或者可以形成在两个基板中的一个的顶部上。导电框架在两个基板之间的界面处。其限定了在MEMS层中环绕可移动结构的基本闭合的环或围栏。在俯视图中，环或围栏可以是围绕可移动结构延伸的矩形形状或任何多边形形状。导电框架是所谓的法拉第笼的一部分，其由两个基板和框架形成。法拉第笼不必完全地封闭以便执行预期的电磁屏蔽效果。必须要记住的是，法拉第笼的电磁屏蔽效果也可以由网型结构实现，意味着在法拉第笼中局部的开口不应是个问题，只要其典型尺寸小于电磁场的波长(即对于ITHz的频率小于300 μ m)。这样的开口可能对从法拉第笼的外部电接触腔体内部的可移动结构或电极是必要的。一般来说，所提出的结构具有法拉第笼的使电杂散场和电磁干扰避开腔体内部的可移动结构以及电测量和/或腔体内部的电控制元件。优选地，通过使用导电晶片密封(如金属密封)，可以使用低到30 μ m的密封宽度。因而,可以通过最小基板面积量确保围绕每个可移动结构(其可以包括检验块或悬臂开关)的完美密封，以及实现(如果需要的话)具有最小交叉轴敏感度的多个可移动结构。实际上，根据现有技术在有源晶片和盖晶片之间的标准密封是由玻璃熔块技术实施的，具有5μπι的厚度和大约200μπι(微米)的宽度。围绕每个传感器实施法拉第笼对管 芯面积有巨大影响，并且可以大幅减少MEMS装置(如传感器或致动器)的成本。本专利技术导致产生具有较高性能的装置，该装置还可被用于恶劣环境中(具有大量电磁干扰)，如汽车应用中，而不用牺牲管芯面积，即单元成本。MEMS 层可选地，框架是与腔体内部的可移动机构同一个MEMS层的一部分。这具有框架的生产在制造工艺中无需额外步骤的优点。MEMS层典型地由硅制成，优选是单晶硅。框架的材料和宽度可选地，框架包括结晶硅，其为了实现适当的导电率而被足够高地掺杂。导电率可在一个范围内，如10-20m0hm x cm。框架可具有在平行于基板的主表面的方向上不大于150 μ m(微米本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微电子装置，优选一种微机电系统(MEMS)装置，包括a)至少两个基板(5，6)，b)在MEMS层中的微电子结构，优选是至少一个可移动结构，c)其中所述微电子结构，优选所述可移动结构(4.1，4.2)被布置在被封装在该至少两个基板(5，6，7)之间的腔体(8.1，8.2)中，d)导电框架(1)，其围绕所述微电子结构，优选是所述可移动结构(3.1，3.2)，且被布置在该两个基板(5，6)的界面处，e)其中所述框架(1)与所述微电子结构，优选与所述可移动结构(3.1，3.2)电分离，以及f)所述框架通过至少第一和第二导电连接(13.1，13.2，13.3；14)分别连接到所述第一(5)和第二基板(6)，g)其中第一和第二基板以及框架都具有足够的体导电率，以形成法拉第笼。
【技术特征摘要】
2011.04.20 EP 11003325.51.一种微电子装置，优选一种微机电系统(MEMS)装置,包括 a)至少两个基板(5,6), b)在MEMS层中的微电子结构，优选是至少ー个可移动结构， c)其中所述微电子结构，优选所述可移动结构(4.1,4. 2)被布置在被封装在该至少两个基板(5,6,7)之间的腔体(8. 1,8. 2)中， d)导电框架(I)，其围绕所述微电子结构，优选是所述可移动结构(3.1，3. 2)，且被布置在该两个基板(5，6)的界面处，e)其中所述框架(I)与所述微电子结构，优选与所述可移动结构(3.1,3. 2)电分离，以及 f)所述框架通过至少第一和第二导电连接(13.1，13. 2，13. 3 ；14)分别连接到所述第一 (5)和第二基板(6), g)其中第一和第二基板以及框架都具有足够的体导电率，以形成法拉第笼。2.根据权利要求I的装置，其中所述框架(I)是MEMS层的一部分。3.根据权利要求1-2中的ー项的装置，其中所述框架(I)包括硅，且在平行于基板(6)的主表面的方向上具有不大于150 V- m(微米)，优选不大于50 V- m(微米)的宽度(w)。4.根据权利要求1-3中的ー项的装置，其中第一导电连接(13.1，13. 2，13. 3)在框架(I)和第一基板(5)之间的界面平面处。5.根据权利要求1-4中的ー项的装置，其中第二导电连接是被施加在框架(I)的外周边和第二基板(6)的外周面(15)处的层(14)。6.根据权利要求5的装置,其中第二基板(6)的外围表面(18)具有相对于所述主表面以小于90°的角倾斜的部分，且其中导电层(19)被施加到该外围表面(18)的倾斜部分。7.根据权利要求6的装置，其中框架(I)和第二基板(6)在它们的配合的主表面处通过绝缘结合材料(9)连接。8.根据权利要求7的装置，其中框架⑴和可移动结构被分隔空间(2.1,2. 2)分隔。9.根据权利要求1-8的装置，包括并排布置的两个或更多个可移动结构(22.1,23. I,24.I)，其中框架(25. I)围绕该两个或更多个可移动结构(22. 1,23. 1,24. I)且具有布置在...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·勒纳尔，A·菲利佩，J·科莱，FX·布瓦洛，
申请(专利权)人：特罗尼克斯微系统有限公司，
类型：发明
国别省市：
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