平面外移动限制结构的制作方法
【专利摘要】本发明包括用于限制平面外移动的结构和形成结构的方法。形成这样的结构的一个示例包括：提供包括在衬底材料(105,225)的表面上特定厚度的接合层(101,221)的第一晶片(100,220)；去除第一区域(103-1,103-2,223)中的所述接合层(101,221)以暴露所述衬底材料(105,225)的所述表面；将掩模施加到剩余接合层(109-1,109-4,229-1,229-3)的至少一部分和所述衬底材料在所述第一区域(109-2,109-3,229-2)中的暴露表面的一部分以形成暴露于所述衬底材料(105,225)的所述表面上的第二区域；蚀刻所述第二区域以在所述衬底材料(105,225)和所述接合层(101,221)中形成腔(110,230)；以及通过所述蚀刻在所述腔(110,230)中形成用于限制平面外移动的结构(113-1,113-2,233)，其中所述结构(113-1,113-2,233)离所述腔(115,235)的底部具有由所述接合层(101,221)的所述特定厚度所确定的特定高度。
【专利说明】平面外移动限制结构
【背景技术】
[0001]微机电结构(MEMS)包括能够使用半导体处理技术制造的传感器和致动器。各种 MEMS设备(例如，传感器和致动器)包括用来实现和/或检测位置改变或表面之间的分离 的静电、磁和/或其他元件(例如，电极)。MEMS传感器和致动器能够例如通过将晶片接合 在一起来形成。例如，诸如灵敏度、可靠性和/或耐久性之类的传感器和致动器的特性能够 取决于维持相邻表面之间的距离。
【专利附图】
【附图说明】
[0002]图1A-1E图示了与依照本公开的示例形成平面外移动限制结构相关联的处理步骤。
[0003]图2A-2E图示了与依照本公开的另一示例形成平面外移动限制结构相关联的处
理步骤。
[0004]图3是图示了根据本公开的示例包括接合晶片结构的MEMS传感器的原理图。 【具体实施方式】
[0005]在本文中描述了平面外移动限制结构和形成平面外移动限制结构的方法。形成平 面外移动限制结构的一个示例包括提供在衬底材料的表面上包括特定厚度的接合层(bond layer)的第一晶片并且去除第一区域中的接合层以暴露衬底材料的表面。形成平面外移动 限制结构包括将掩模施加到剩余接合层的至少一部分和衬底材料在第一区域中的暴露表 面的一部分以形成暴露于衬底材料的表面上的第二区域并且蚀刻第二区域以在衬底材料 和接合层中形成腔。因此，所述结构通过蚀刻而被形成在腔中，并且所述结构离腔的底部具 有由接合层的特定厚度所确定的特定高度。
[0006]本公开的示例能够提供各种有益效果。例如，这样的有益效果能够包括通过维持 相邻表面和/或与相邻表面相关联的电极之间的距离来保持MEMS传感器和致动器的灵敏 度、可靠性和/或耐久性。例如，如在本公开中所描述的那样，平面外移动限制结构能够降 低质量块(proof mass)与MEMS的固定晶片和/或连接到质量块的电极与固定晶片之间的 接触的可能性。这样的接触可能以其他的方式由MEMS的位移引起，其中所述位移具有带z 轴分量的矢量并且MEMS被设计成确定位移矢量的X和/或y轴分量的大小。
[0007]此外，如在本公开中所描述的那样，平面外移动限制结构(例如，诸如缓冲器、柱 和/或肩部以及其他此类结构之类的z轴结构)能够限制质量块的移动以降低使支承质 量块的(一个或多个)悬挂挠曲受力过大的可能性。在没有这样的移动限制的情况下，当 MEMS的位移具有带足够大小的(例如，加速度的)z轴分量的矢量时，质量块可能在z方向 上被移位直到(一个或多个)悬挂挠曲的弹簧回复力等于由MEMS的位移的z轴矢量分量 所引起的力或(一个或多个)悬挂挠曲的断裂应力可能被达到或者超过为止。
[0008]如果(一个或多个)悬挂挠曲由于达到或者超过断裂应力而不断裂，则(一个或 多个)悬挂挠曲的弹簧回复力将在相反的z轴方向上使质量块加速。在相反的z轴方向上的位移也许可能使质量块和/或连接到质量块的电极冲击MEMS的固定晶片的表面和/或 连接到固定晶片(例如，电子晶片)的电极。
[0009]本公开中所描述的平面外移动限制结构生成足以克服(一个或多个)悬挂挠曲的 弹簧回复力的力来降低质量块在z方向上的限制位移的可能性。此外，平面外移动限制结 构在(一个或多个)悬挂挠曲中生成足以在相反的z方向上使质量块移位足够远以冲击 MEMS的固定晶片的表面和/或连接到固定晶片的电极的弹簧回复力来降低质量块在z方向 上的限制位移的可能性。
[0010]如在本公开中所使用的那样，术语“晶片”和“衬底”被可交换地使用并且将被理解 为包括但不限于绝缘体上硅(SOI)或蓝宝石上硅(SOS)技术、掺杂和无掺杂半导体、由基底 半导体基础所支承的硅的外延层和/或其他半导体结构。此外，当在以下描述中对“晶片” 或“衬底”进行参考时，先前的过程步骤可能已被利用来将区、区域或结形成在半导体结构 或基础中或者在其上。并且，如本文所用的那样，“一些”某物能够指的是此类东西中的一个 或多个。
[0011]图1A-1E图示了与依照本公开的示例形成平面外移动限制结构相关联的处理步 骤。图1A中所图示的第一晶片100包括与第一衬底材料105的第一表面接合的接合层101， 而在一些示例中，第二衬底材料107与第一衬底材料105的第二表面接合。在各种示例中， 接合层能够由能够与该接合层被施加在其上的衬底材料(例如，由含硅材料形成)和/或 与被施加到该接合层的材料(例如，由含硅材料形成的晶片)接合的一个或多个电介质和 /或氧化硅和/或碳化硅形成。
[0012]如在本文中所描述的那样，本公开的示例准确地且精确地设置接合层的特定厚度 以确定与(一个或多个)固定晶片(和与其相关联的电子元件)在质量块(和与其相关联 的电子元件)的z方向上的(一个或多个)特定分离。例如，(一个或多个)特定分离能够 降低相互作用电极元件之间的冲突的可能性。例如，因为结果得到的与(一个或多个)固 定晶片在质量块的Z方向上的(一个或多个)特定分离能够通过调整接合层的特定厚度而 被独立地设置，所以相互作用电极元件之间的冲突的可能性例如能够在没有其他设计、过 程和/或结构改变的情况下被灵活地且迅速地调整成和不同的设备性能要求匹配。
[0013]在一些示例中，与(一个或多个)固定晶片在质量块的z方向上的(一个或多 个)特定分离能够通过在不使用可调整厚度接合层的情况下直接地将平面外移动限制结 构(例如，诸如缓冲器、柱和/或肩部以及其他此类结构之类的z轴结构)蚀刻到特定高度 而被独立地设置。例如，这样的平面外移动限制结构能够使用本文中所描述的掩模技术来 形成而不背离本公开的教导。
[0014]在图1A中所图示的示例中，接合层101能够被施加和/或去除以形成被接合层覆 盖的一些部分(例如，在101-1、101-2以及101-3处，如从侧面所示出的那样)，所述部分 被分开以在第一衬底材料105的第一表面上创建一些暴露区域(例如，在103-1和103-2 处，如从侧面所示出的那样)。在各种示例中，所述一些暴露区域(例如，在103-1和103-2 处)能够通过接合层101的定向沉积(例如，在各种其他半导体处理技术之中使用化学汽 相沉积(CVD)、物理汽相沉积(PVD)或原子层沉积(ALD))连同适当的掩模技术和/或连同 接合层的定向去除(例如，使用适合于接合层的(一个或多个)特定沉积技术和/或合成 的蚀刻技术和/或其他技术，诸如消融)来形成。[0015]在图1B中所图示的示例中，掩模109被施加到接合层101。从侧面看，图1B示出 了掩模的部分109-1能够被施加来掩盖接合层的一部分101-1，而掩模的单独部分109-4能 够被施加来掩盖通过在第一衬底材料105的第一表面上的接合层的部分101-2和暴露区域 103-1、103-2与接合层的部分101-1分离的接合层的另一部分101-3。
[0016]掩模的一部分109-2能够被施加到第一衬底材料105在接合层的各部分101-1、 101-2之间的暴露区域103-1的至少一部分。掩模的另一部分109-3能够被施加到第一衬 底材料105在接合层的各部分101-2、101-3之间的暴露区域103-2的至少一部分。在各种 不例中，掩模的不同部分(例如，部分109-1至109-4)中的每一个都能够由相同的掩模材 料形成，或者掩模的不同部分中的每一个都能够视情况而定由不同的掩模材料形成，或其 任何变化(例如，部分109-1和109-4能够由相同的掩模材料形成而部分190-2和109-3能 够由相同的掩模材料但不同于用来形成部分109-1和109-4的掩模材料的掩模材料形成)。
[0017]在图1C中所图示的示例中，蚀刻被执行来相对于被图1B中所示出的掩模掩盖的 接合层的剩余部分101-1、101-3形成特定深度111的腔110。也就是说，特定深度111的腔 110形成有通过第一衬底材料105和被掩模掩盖的接合层的剩余部分101-1、101-3促成的 外壁。
[0018]被预先施加到第一衬底材料105在接合层的各部分101-1、101-2之间的暴露区域 103-1的至少一部分的在适当的位置蚀刻掩模的部分109-2形成朝腔的第一面定位(例如， 未定位在其中接合层的部分101-2被预先定位所在的腔中心)的第一柱113-1。类似地，被 预先施加到第一衬底材料105在接合层的各部分101-2、101-3之间的暴露区域103-2的至 少一部分的在适当的位置蚀刻掩模的部分109-3形成朝腔的第二面定位(例如，未定位在 其中接合层的部分101-2被预先定位所在的腔中心并且相对于第一柱113-1远侧定位)的 第二柱 113-2。
[0019]掩模的部分109-2、109_3在没有介入接合层的情况下被直接地施加到第一衬底 材料105的第一表面。因此，被执行来相对于接合层的剩余部分101-1、101-3形成特定深 度111的腔110的蚀刻形成相对于腔的底部具有不同于特定深度111的特定高度115的第 一柱113-1和第二柱113-2。因此，柱113-1、113-2的特定高度115比腔110的特定深度 111少基本上等于接合层101的特定厚度的距离。
[0020]在蚀刻已被执行来形成腔110之后，掩模的不同部分(例如，部分109-1至109-4) 能够被去除以暴露剩余接合层部分(例如，部分101-1、101-3)的(一个或多个)顶面和各 柱(例如，柱113-1、113-2)的(一个或多个)顶面。掩模的不同部分的去除能够通过适合 于被施加掩模材料的(一个或多个)类型的各种技术来执行，并且掩模的不同部分在图1C 中未被示出。
[0021]在图1D中所图示的示例中，第二晶片117已被施加(例如，接合)到接合层的剩余 部分(例如，部分101-1、101-3)的顶面。如在本文中在别处描述的那样，接合层部分101-1、 101-3由能够与被施加到该接合层的材料(例如，晶片)接合的材料形成。在一些示例中， 第二晶片117由适于形成MEMS的质量块和关联结构(例如，M晶片)的材料形成。
[0022]在图1D中所图示的示例中，第一柱113-1的顶部与第二晶片117的相邻表面分 离特定距离119。第一柱113-1的顶部与第二晶片117的相邻表面的分离的特定距离119 是基本上等于接合层101的特定厚度的距离。类似地，第二晶片117的相邻表面与第二柱113-2的分离是基本上等于接合层101的特定厚度的距离。
[0023]在图1E中所图示的示例中，第二晶片117被从侧面示出为被蚀刻以形成在腔110 的一侧与接合层的剩余部分101-1接合的锚框架的第一部分117-1和在腔110的相对侧与 接合层的剩余部分101-3接合的锚框架的第二部分117-7。所述蚀刻还由第二晶片117在 由蚀刻形成的质量块117-3的每一侧形成悬挂挠曲的各部分117-2、117-4，如从侧面所示 出的那样。
[0024]图1E是从侧面示出结构的中间截视图。同样地，锚框架的部分117-1、117_5、悬挂 挠曲的各部分117-2、117-4以及质量块117-3似乎为断开的。然而，蚀刻被执行使得锚框 架的部分117-1、117-5、悬挂挠曲的各部分117-2、117-4以及质量块117-3在质量块117-3 的每一侧被连接在至少一个点处以支承在腔110上方的质量块117-3。如将领会的那样，在 任何特定的截剖视图中取决于在哪里进行切割能够存在比在图1E中所示出的或多或少从 侧面示出的单独的悬挂挠曲。此外，图1E的顶视图将示出，在各种示例中，锚框架能够由定 位在腔附近的一片或多片形成并且两个或更多个悬挂挠曲能够在环绕质量块和悬挂框架 的周长的各位置处连接到质量块和悬挂框架。
[0025]在图1E中所图示的示例中，质量块117-3被锚框架的部分117-1、117-5和悬挂 挠曲117-2、117-4支承在腔110上方。质量块117-3也被悬挂在第一柱113-1的顶部上 方。第一柱113-1的顶部与在质量块117-3的一侧的相邻表面分离特定距离119。第一柱 113-1的顶部与在质量块117-3的一侧的相邻表面的分离的特定距离119是基本上等于接 合层101的特定厚度的距离。类似地，在质量块117-3的基本上相对侧的相邻表面与第二 柱113-2的分离的特定距离119是基本上等于接合层101的特定厚度的距离。
[0026]因此，MEMS设备能够形成有包括在第一衬底材料的表面上特定厚度的接合层的第 一晶片，其中在一些第一区域中缺少接合层以暴露第一衬底材料的表面。可除去掩模能够 被施加来覆盖剩余接合层的至少一部分和第一衬底材料在所述一些第一区域中的暴露表 面的一部分以形成暴露于第一衬底材料的表面上的一些无覆盖的第二区域。腔能够通过 蚀刻形成在剩余接合层的无覆盖部分和第一衬底材料的一些无覆盖的第二区域中。此外， 腔中的一些结构能够通过蚀刻来形成以便限制质量块的平面外移动(例如，到柱113-1、 113-1的顶部与在质量块117-3的一侧的相邻表面的分离的特定距离119)，其中所述一些 结构中的每一个都离腔的底部具有由接合层的特定厚度所确定的特定高度。
[0027]接合层的特定厚度可以是在从0.5微米至3.0微米的范围内。接合层能够被用选 自包括被沉积或者被用热的方法生长在第一晶片的表面上的电介质或金属的组、可与第一 晶片接合的材料形成到预定厚度。在一些示例中，接合层能够由通过例如CVD而被沉积到 预定厚度或者被用热的方法生长在第一晶片的表面上的二氧化硅形成。
[0028]为了限制质量块117-3的平面外移动而形成的所述一些结构能够包括定位于在 质量块117-3的外围内部(例如，在静止质量块的外围内部和/或在预定位移范围内的质 量块的外围内部)的腔的中心区中的多个柱(例如，113-1、113-2)。所述多个柱(例如， 113-1、113-2)每个能够具有从25微米至450微米的范围内的特定高度和从150微米至250 微米的范围内与掩模(例如，109-2、109-3)的宽度相对应的特定宽度。
[0029]图2A-2E图示了与依照本公开的另一示例形成平面外移动限制结构相关联的处 理步骤。图2A中所图示的第一晶片220包括与第一衬底材料225的第一表面接合的接合层221,而在一些不例中,第二衬底材料227与第一衬底材料225的第二表面接合。
[0030]在图2A中所图示的示例中，接合层221能够被施加和/或去除以形成被接合层覆 盖的一些部分(例如，在221-1和221-2处，如从侧面所示出的那样)，所述部分被分开以在 第一衬底材料225的第一表面上创建暴露区域(例如，在223处，如从侧面所示出的那样)。 在如本文所描述的各种示例中，暴露区域(例如，在223处)能够通过接合层101的定向沉 积连同适当的掩模技术和/或连同接合层的定向去除来形成。
[0031]在图2B中所图示的示例中，掩模229被施加到接合层的各部分221-1、221-2中的 一个或多个。从侧面看，图2B示出了掩模的第一部分229-1能够被施加来掩盖接合层在暴 露区域223的一侧的部分221-1，而掩模的分离的第二部分229-3能够被施加来通过在第一 衬底材料225的第一表面上的暴露区域来掩盖与接合层的部分221-1分离的接合层的另一 部分221-2。掩模的第三部分229-2能够被施加到与接合层的各部分221_1、221_2 (例如， 图2B中接合层的相邻部分221-2)相邻的第一衬底材料225的暴露区域223的至少一个部 分。
[0032]在图2C中所图示的示例中，蚀刻被执行来相对于被图2B中所示出的掩模掩盖的 接合层的部分221-1、221-2形成特定深度231的腔230。也就是说，特定深度231的腔230 能够形成有通过第一衬底材料225和被掩模掩盖的接合层的剩余部分221-1所促成的外壁。
[0033]被预先施加到与接合层的部分221-2相邻的第一衬底材料225暴露区域223的至 少一部分的在适当的位置蚀刻掩模229-2形成定位于如从侧面看所示出的腔230的第一侧 (例如，靠近接合层的部分221-2定位)的第一肩部233。在各种示例中，一个或多个附加 的肩部能够被形成在被掩模掩盖的接合层的腔230相邻部分(例如，图2B中接合层的相邻 部分221-1)中。
[0034]掩模的部分229-2在没有介入接合层的情况下被直接地施加到暴露区域223中的 第一衬底材料225的第一表面。因此，被执行来相对于接合层的剩余部分221-1、221_2形 成特定深度231的腔230的蚀刻形成相对于腔的底部具有不同于特定深度231的特定高度 235的第一肩部233 (和可能地一个或多个附加的肩部)。因此，肩部233的特定高度235 比腔230的特定深度231少基本上等于接合层221的特定厚度的距离。
[0035]在蚀刻已被执行来形成腔230之后，掩模的不同部分(例如，部分229-1、229_2、 229-3)能够被去除以暴露剩余接合层部分(例如，部分221-1、221-2)的顶面和(一个或多 个)肩部(例如，肩部233)的顶面。掩模的不同部分的去除能够通过适合于被施加掩模材 料的(一个或多个)类型的各种技术来执行，并且掩模的不同部分在图2C中未被示出。
[0036]在图2D中所图示的示例中，第二晶片237被施加(例如，接合)到接合层的剩余 部分221-1、221-2的顶面。如在本文中在别处描述的那样，接合层的剩余部分221-1、221-2 由能够与被施加到该接合层的材料(例如，晶片)接合的材料形成。在一些示例中，第二晶 片237由适于形成MEMS的质量块和关联结构(例如，M晶片)的材料形成。
[0037]在图2D中所图示的示例中，肩部233的顶部与第二晶片237的相邻表面分离特定 距离239。第一肩部233的顶部与第二晶片237的相邻表面的分离的特定距离239是基本 上等于接合层221的特定厚度的距离。类似地，第二晶片237的相邻表面与第二或附加肩 部的分离是基本上等于接合层221的特定厚度的距离。[0038]在图2E中所图示的示例中，第二晶片237被从侧面示出为被蚀刻以形成在腔230 的一侧与接合层的剩余部分221-1接合的锚框架的第一部分237-1和在腔230的相对侧与 接合层的剩余部分221-2接合的锚框架的第二部分237-4。所述蚀刻还由第二晶片237连 同质量块237-3—起在质量块237-3的一侧形成悬挂挠曲的元件237-2，如从侧面所示出的那样。
[0039]图2E是从侧面示出结构的中间截视图。同样地，锚框架的部分237-1、237_4、悬挂 挠曲的元件237-2以及质量块237-3似乎为断开的。然而，蚀刻被执行使得锚框架的部分 237-1、237-4、悬挂挠曲的元件237-2以及质量块237-3被各连接在至少一个点处以支承在 腔230上方的质量块117-3。如将领会的那样，在任何特定的截剖视图中取决于在在哪里进 行切割能够存在比在图1E中所示出的或多或少从侧面示出的单独的悬挂挠曲。因此，为了 清楚，在图2E中在质量块237-3的一侧示出了仅一个悬挂挠曲。然而，至少一个附加的悬挂 挠曲能够被包括来至少悬挂质量块的另一侧。此外，图2E的顶视图将示出，在各种示例中， 锚框架能够由定位在腔附近的一个或多个部分形成，并且两个或更多个悬挂挠曲能够在环 绕质量块和悬挂框架的周长的各位置处被连接到质量块和悬挂框架。
[0040]在图2E中所图示的示例中，质量块237-3被锚框架的各部分237-1、237-4和悬挂 挠曲的元件237-2悬挂在腔230上方。质量块237-3也被悬挂在第一肩部233的顶部上 方。第一肩部233的顶部与在质量块237-3的一侧的相邻表面分离特定距离239。第一肩 部233的顶部与在质量块237-3的一侧的相邻表面的分离的特定距离239是基本上等于接 合层221的特定厚度的距离。类似地，在质量块的基本上相对侧的相邻表面与第二柱(未 示出)的分离的特定距离将是基本上等于接合层的特定厚度的距离。
[0041]因此，MEMS设备能够形成有包括在第一衬底材料的表面上特定厚度的接合层的第 一晶片，其中在第一衬底材料的中心区域中缺少接合层以暴露第一衬底材料的表面。掩模 能够被施加来覆盖剩余接合层的全部并且覆盖第一衬底材料在中心区域中的暴露表面的 相邻部分以形成暴露于第一衬底材料的表面上的无覆盖的第二区域。腔能够通过蚀刻形成 在第一衬底材料的无覆盖的第二区域中。此外，腔中的一些肩部能够通过蚀刻来形成以便 限制质量块的平面外移动(例如，到肩部233的顶部与在质量块237-3的一侧的相邻表面 的分离的特定距离239)，其中所述一些肩部中的每一个都离腔的底部具有由接合层的特定 厚度所确定的特定高度。在各种示例中，为了限制平面外移动而形成的所述一些肩部每个 能够包括范围从150微米至250微米在腔的外围处的特定宽度以重叠质量块的边界同时处 于静止位置中。
[0042]如在本公开中所描述以及关于图1A-1E和2A-2E所图示的那样，平面外移动限制 结构通过提供包括在第一衬底材料的表面上特定厚度的接合层的第一晶片来形成。形成平 面外移动限制结构包括去除第一区域中的接合层以暴露第一衬底材料的表面并且将掩模 施加到剩余接合层的至少一部分和第一材料在第一区域中的暴露表面的一部分以形成暴 露于第一衬底材料的表面上的第二区域。形成平面外移动限制结构包括蚀刻第二区域以在 第一衬底材料和接合层中形成腔并且通过蚀刻在腔中形成用于限制平面外移动的结构，其 中所述结构离腔的底部具有由接合层的特定厚度所确定的特定高度。
[0043]形成平面外移动限制结构能够在各种示例中包括腔具有从腔的底部到接合层的 顶面确定的特定深度。所述结构离腔的底部的特定高度能够通过确定接合层的特定厚度与腔的特定深度之间的差来确定。形成平面外移动限制结构能够在各种示例中包括去除掩模 以暴露接合层的顶面和用于限制平面外移动并且将第二晶片接合到接合层的顶面的结构 的顶部。
[0044]形成平面外移动限制结构能够在各种示例中包括针对MEMS通过蚀穿第二晶片来 形成质量块、扭曲悬挂以及锚框架。MEMS能够包括使用电极以便通过电容耦合来检测质量 块自第二晶片的xy平面中的静息位置起的移动。形成平面外移动限制结构能够在各种示 例中包括限制质量块在z方向上的平面外移动，使得移动通过结构的特定高度而被限制于 接合层的特定厚度。
[0045]图3是图示了根据本公开的示例包括接合晶片结构的MEMS传感器的原理图。作 为示例，图3中所图示的MEMS传感器可以是用来检测包括位置、接近、加速度、流动和/或 压力的各种物理量以及各种其他物理量的电容传感器。在各种示例中，电容传感器能够被 形成为旨在主要地检测具有位移矢量的X和/或z轴分量而不是z轴分量的位移矢量的结 构。
[0046]同样地，如在本公开中所描述的那样，各种平面外移动限制结构能够被提供来降 低位移矢量的z轴分量的大小和/或力。在这个示例中，MEMS传感器包括具有平面外移动 限制结构和未被示出的腔的各种配置的三个物理结构(例如，晶片)。所述结构包括帽式 晶片351、能够由其形成质量块358的质量块晶片355 (例如，M晶片)以及电子晶片360。 图3中所图示的原理图示例示出了相对于图1D-1E和2D-2E中所示出的帽式晶片和质量块 晶片的位置处于反相位置中的帽式晶片和质量块晶片。
[0047]电子晶片360能够包括CMOS电子装置(未示出)并且可以被电力地耦合到质量 块晶片355和/或质量块358和/或帽式晶片351中的各种电气部件。电子晶片360还能 够提供输入/输出端口(未示出)以用于耦合到在MEMS传感器外部的电子部件。
[0048]尽管在图3中未示出，但是质量块晶片355能够包括机械地耦合到质量块358的 (一个或多个)锚框架和一些悬挂挠曲。同样地，质量块358能够被悬挂在电子晶片360之 上，并且作为平面外移动限制结构的结果能够相对于电子晶片360主要横向地移动。
[0049]在各种例中，第一电极阵列363能够被形成在质量块358上。第一电极阵列363 能够包括用于位移的电容感测的一些感测和/或致动元件(例如，电极)。第二电极阵列 367能够被形成在电子晶片360上。第二电极阵列367能够包括用于位移的电容感测的一 些感测和/或致动元件(例如，电极)。如图3中所图示的那样，MEMS传感器被配置使得第 一和第二电极阵列363、367面对彼此并且被分开特定的元件间隙。
[0050]如在本公开中所描述的那样，平面外移动限制结构能够生成足以克服(一个或多 个)悬挂挠曲的弹簧回复力和/或冲击帽式晶片的力来降低质量块在z方向上的限制位移 的可能性。此外，平面外移动限制结构能够在(一个或多个)悬挂挠曲中生成足以在相反 的z方向上使质量块移位足够远以冲击电子晶片的表面和/或连接到电子晶片的电极的弹 簧回复力来降低质量块在Z方向上的限制位移的可能性。
[0051]在操作中，MEMS传感器能够被附连到各种结构，诸如车辆、移动设备、计算机或可 能经历一个人希望量化的位置改变(例如，加速度改变)的任何其他结构。例如，阵列362、 367的电极相对于彼此的移动导致阵列之间的交叉电容的变化。例如，这些电容变化能够被 在电子晶片360内和/或在MEMS传感器外部的电子装置感测到。这样的电路能够提供与例如由MEMS传感器所经历的加速度改变成比例的输出信号。
[0052]尽管已经在本文中举例说明并且描述了特定示例，但是本领域的普通技术人员将 领会的是，计算来实现相同结果的布置能够取代所示出的特定示例。本公开旨在涵盖本公 开的一个或多个示例的改编或变化。应当理解的是，已经以说明性方式而非限制性方式进 行了上述描述。
[0053]在回顾了上述描述之后，上述示例和未在本文中具体地描述的其他示例的组合对 于的本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。本公开的一个或多个示例的范围包括在 其中可以使用上述结构和方法的其他应用。因此，应该参考所附权利要求以及这样的权利 要求有权享有的全部等同物来确定本公开的一个或多个示例的范围。
[0054]在前述具体实施例方式中，出于精简本公开的目的一些特征被一起分组在单个示 例中。公开的这个方法将不被解释为反映本公开的所公开的示例必须使用比明确地记载在 每个权利要求中的更多特征的意图。相反地，如以下权利要求反映的那样，发明主题较少依 赖单个公开的实施例的所有特征。因此，以下权利要求从而被结合到【具体实施方式】中，其中 每个权利要求都作为单独的示例独立存在。
【权利要求】
1.一种形成用于限制平面外移动的结构的方法，所述方法包括:
提供包括在第一衬底材料的表面上特定厚度的接合层的第一晶片；
去除第一区域中的所述接合层以暴露所述第一衬底材料的所述表面；
将掩模施加到剩余接合层的至少一部分和所述第一衬底材料在所述第一区域中的暴露表面的一部分以形成暴露于所述第一衬底材料的所述表面上的第二区域；
蚀刻所述第二区域以在所述第一衬底材料和所述接合层中形成腔；以及通过所述蚀刻在所述腔中形成用于限制平面外移动的所述结构，其中所述结构离所述腔的底部具有由所述接合层的所述特定厚度所确定的特定高度。
2.根据权利要求1所述的方法，包括所述腔具有从所述腔的所述底部到所述接合层的顶面确定的特定深度。
3.根据权利要求2所述的方法，包括通过确定所述接合层的所述特定厚度与所述腔的所述特定深度之间的差来确定所述结构离所述腔的所述底部的所述特定高度。
4.根据权利要求1所述的方法，包括去除所述掩模以暴露所述接合层的顶面和用于限制平面外移动的所述结构的顶部。
5.根据权利要求4所述的方法，包括将第二晶片接合到所述接合层的所述顶面。
6.根据权利要求5所述的方法，包括针对微机电结构(MEMS)通过蚀穿所述第二晶片来形成质量块、挠曲悬挂以及锚框架。
7.根据权利要求6所述的方法，包括使用电极以便通过电容耦合来检测所述质量块自所述第二晶片的xy平面中的静息位置起的移动。
8.根据权利要求7所述的方法，包括限制所述质量块在z方向上的平面外移动使得所述移动通过所述结构的所述特定高度而被限制于所述接合层的所述特定厚度。
9.一种微机电结构(MEMS),包括:
晶片，其包括在第一衬底材料的表面上特定厚度的接合层，其中在一些第一区域中缺少所述接合层以暴露所述衬底材料的所述表面；
可除去掩模，其被施加来覆盖剩余接合层的至少一部分和所述衬底材料在所述一些第一区域中的所述暴露表面的一部分以形成暴露于所述衬底材料的所述表面上的一些无覆盖的第二区域；腔，其通过蚀刻形成在所述剩余接合层的无覆盖部分和所述衬底材料的所述一些无覆盖的第二区域中；以及所述腔中的一些结构，其通过所述蚀刻来形成以用于限制质量块的平面外移动，其中，所述一些结构中的每一个都离所述腔的底部具有由所述接合层的所述特定厚度所确定的特定高度。
10.根据权利要求9所述的MEMS，其中，所述接合层的所述特定厚度是在从0.5微米至 3.0微米的范围内。
11.根据权利要求9所述的MEMS，其中，所述接合层被用选自包括被沉积或者用热的方法生长在所述第一晶片的所述表面上的电介质或金属的组、可与所述第一晶片接合的材料形成到预定厚度。
12.根据权利要求9所述的MEMS，其中，为了限制所述质量块的平面外移动而形成的所述一些结构包括定位于在所述质量块的外围内部的所述腔的中心区中的多个柱。
13.根据权利要求12所述的MEMS，其中，所述多个柱每个具有从25微米至450微米的范围内的所述特定高度和从150微米至250微米的范围内与所述掩模的宽度相对应的特定览度。
14.一种微机电结构(MEMS),包括:晶片，其包括在衬底材料的表面上特定厚度的接合层，其中在所述第一晶片的中心区域中缺少所述接合层以暴露所述衬底材料的所述表面；掩模，其被施加来覆盖剩余接合层的全部并且覆盖所述衬底材料在所述中心区域中的所述暴露表面的相邻部分以形成暴露于所述衬底材料的所述表面上的无覆盖的第二区域； 腔，其通过蚀刻形成在所述衬底材料的所述无覆盖的第二区域中；以及所述腔中的一些肩部，其通过所述蚀刻来形成以用于限制质量块的平面外移动，其中，所述一些肩部中的每一个都离所述腔的底部具有由所述接合层的所述特定厚度所确定的特定高度。
15.根据权利要求14所述的MEMS，其中，为了限制平面外移动而形成的所述一些肩部每个包括从150微米至250微米的范围内在所述腔的所述外围处的特定宽度以重叠所述质量块的边界同时处于静止位置中。
【文档编号】B81B7/02GK103596874SQ201180071216
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2011年6月28日 优先权日:2011年6月28日
【发明者】D.J.米利根, R.L.阿利, P.G.哈特威尔, R.G.沃姆斯利 申请人:惠普发展公司，有限责任合伙企业