[实用新型]MEMS设备

说明书

本公开的实施例涉及MEMS设备。该设备包括：衬底；第一结构层，具有第一厚度并且在衬底上延伸；第二结构层，具有第二厚度并且在第一结构层上延伸；多个第一沟槽，延伸通过第一结构层并且限定第一功能元件；多个第二沟槽，延伸通过第二结构层并且限定覆盖第一功能元件的第二功能元件；多个第三沟槽，延伸通过第一结构层和第二结构层，其中第一结构层和第二结构层形成支撑结构，具有第三厚度，支撑结构被锚定到衬底并且支撑第一功能元件和第二功能元件，第一间隙区在第一功能元件与第二功能元件之间延伸并且围绕支撑结构。利用本公开的实施例可以有利地允许多个微机械结构被布置在单个管芯中，允许整体大小被减小，降低制造成本，改善设备集成。

技术领域

本公开涉及一种MEMS设备，具体地涉及一种利用电容控制/检测的移动传感器及其MEMS设备。

背景技术

具体地，所考虑的MEMS设备包括两个叠加的结构层，其形成在结构层中的一个结构层的平面内可移动或平面外可移动的至少一个结构(所谓的“平面内”或“平面外”移动结构)；可移动结构例如可以是Z检测传感器，并且具有在结构层中的一个结构层中形成的第一质量块或第一可移动电极，其围绕水平轴可倾斜并且被电容耦合至在另一结构层中形成的第二质量块或第二固定电极。

具体地，在以下描述中，将参照MEMS移动传感器及其制造问题；然而，本公开大体上适用于其他类型的MEMS设备。

例如，MEMS设备可以包括以下一个或多个结构，其为单个结构或彼此耦合(联合体)：加速度计、陀螺仪、地震检波器、测斜仪和谐振器。此外，MEMS设备可以是MEMS致动器。

这种类型的微机械设备被广泛用于消费者、汽车和工业应用中。

如所知的，在设计这种类型的设备期间，要考虑多个方面，其中最相关的是：

1)减小设备大小，以便降低制造成本以及改善设备到便携式装置的集成，使得该设备在成本和体积二者上都具有很低的占用空间；

2)灵敏度改善，即，在致动器的情况下，在检测信号的变化与所监测的物理量趋势(加速/旋转)之间的高比率，即，在所执行的移动与控制信号之间的高比率；

3)在由于包装、焊接工艺或温度而产生的机械应力的情况下的性能稳定性；

4)在跌落和撞击的情况下的机械强度。

如今，这种类型的设备是使用不同类型的技术制造的。例如，申请人已经开发出一种技术，该技术包括在牺牲层上方生长厚的外延层(其是容纳检测或致动结构的结构层)，该牺牲层在制造结束时使用氢氟酸蒸气被去除。

图1和图2示出了例如通用MEMS传感器1，该通用MEMS传感器1利用该工艺可获得，并且该工艺包括：在例如单晶硅的衬底2上形成介电层(其部分地形成绝缘层3)；在介电层上形成导电区域4(形成电极和互连)；在介电层和导电区域4上方生长牺牲层(其一部分在图1中可见，并且与介电层一起形成绝缘层3)；在期望将锚定元件形成到衬底2的地方蚀刻牺牲；执行多晶硅外延生长，形成锚5和结构层6；执行干硅蚀刻以在结构层中限定MEMS结构7；以及选择性地蚀刻牺牲层，以释放MEMS结构7的可移动元件。例如，图2示出了第一固定电极8A和第二固定电极8B(通常在图1中由8指示)以及交叉指型的可移动电极9的结构，其形成MEMS结构7，此处为电容检测结构。

通常，该工艺还包括最终步骤，包括形成金属连接区域10以及通过接合层12(例如玻璃粉的)来接合盖11。

具体地，盖11也可以通过处理后的硅晶片由半导体材料形成，以具有辅助结构。例如，在图1中，盖11在电极8A、8B和9处凹入并且具有指向MEMS结构7并且形成MEMS结构7的垂直移动停止器(所谓的Z停止器)的突出部分14。