专利名称：微机电系统(mems)装置的制作方法
技术领域：
本发明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。本发明还涉及一种制造这种装置的方法。
背景技术：
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%。
发明内容
本发明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。本发明进一步的目的是提供一种制造这种装置的工艺。
根据本发明，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。在本发明的框架中，“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”。根据本发明，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。本发明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“背景技术”)。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。在本发明的框架中，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。根据本发明，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。本发明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)的宽度。从机械稳定性的角度，框架的宽度不应当小于50 μ m(微米)。这提供了在处理MEMS层期间的足够的机械稳定性。对于硅结构的框架宽度的最佳范围是50-150 μ m (微米)。对框架还可以使用不同的材料。例如，如果MEMS结构不是由结晶硅制成，则可能有利的是对框架不使用结晶硅，而使用与MEMS结构相同的材料。当然，并不强制要使框架与MEMS结构的材料相同。框架的宽度(即框架的梁的宽度)可以尽可能地小以节省管芯面积。然而，在某些条件下该宽度也可以大于50或大于100 μ m，当框架材料的导电率只是适中的或如果金属密封技术需要较大的面积时。框架的厚度可选地，框架具有的厚度(沿垂直于基板表面的方向(即z方向)测量的)在由传感器的活动块所限定的厚度范围内。这意味着框架可以从与MEMS结构的活动块的同一层被制造。例如，框架可被刻蚀到位于MEMS结构外围的硅层中。然而，还可以将本发明与任何类型的可移动块组合，尤其是与和框架不在同一水平上的活动块。框架和第一基板之间的连接可选地，在位于框架和第一基板之间的界面平面处存在第一导电连接。所述界面平面大体上与基板的主表面的平面对应。被置于第一基板的主表面上的金属条可形成导电连接，并确保第一基板和框架之间的电接触。在俯视图中，所述条被半掩埋在框架下面。所述条可以以与框架相同的方式限定围绕传感器的MEMS结构的封闭矩形或多边形线。或者，位于第一基板和框架之间的导电连接还可被布置在框架的外周边。而且，导电连接不必形成为可以说是框架形状的足迹的连续金属条。电密封还可通过几个独立的接触元件(接触垫)实现。框架和第二基板之间的连接可选地，第二导电连接通过施加在框架的外周边和第二基板的外周面的导电层被提供。外周面是与主面正交或倾斜的表面，即基板的χ-y面。因而该连接不是被插入在第二基板的主表面和框架的主表面之间。更确切地说，其被布置在装置的外围(即在框架区域的外部)用于电连接框架和基板到地电压。或者，可以使用与所述的在框架和第一基板之间的类似的连接。 倾斜的外周面可选地，第二基板的外围表面具有相对于基板的主表面以小于90°的角倾斜的部分。电连接被施加到该外围表面的倾斜部分和框架的外周面。然而，替换解决方案是避免使用上述连接，以节约管芯表面。当然，在这种情况下围绕腔体的包含可移动结构的法拉第笼就导电率而言并没有被完全封闭，而是隔离的间隙如此小以至于干扰足够小。框架和第二基板之间的绝缘层可选地，框架和第二基板在它们的配合的主表面处通过绝缘结合材料，优选通过氧化物被连接(或结合)。该绝缘层也可被用于将MEMS结构(活动块，悬臂等)与限定装置的腔体的顶部基板电隔离。或者，绝缘层也可以是氧化层。结合金属也可以是聚合物或硅或玻璃熔块。第三基板可选地，活动块和框架集成在第三基板中，其插入在第一和第二基板之间。于是该装置可包括三个基板第一和/或第二基板被提供有区域中的腔体，在所述区域中第三基板具有它的活动块。因此活动块可根据施加的加速度或根据偏转可移动结构的电磁场运动。分隔空间可选地，框架和MEMS结构被分隔空间(MEMS层中的沟槽，或缝隙)分开。该沟槽可限定(在框架的俯视图中)围绕MEMS结构延伸的矩形或多边形线，并且其提供电隔离。分隔空间可以窄到几个微米(在平行于表面的方向上)。在z方向上(即与基板的表面垂直)，该沟槽完全穿透MEMS层。或者，电隔离可通过位于框架和MEMS结构之间的不导电材料的区域来实现。多轴加速度检测优选地，该装置包括极接近地并排布置的两个或更多可移动结构。框架围绕该两个或更多可移动结构且具有布置在可移动结构之间的分隔部分(即分隔梁)。因此可移动结构彼此电隔离以及进一步与外部影响电隔离。三个可移动结构可以在包含可移动结构的正方形区域或矩形区域中布置成一行。其他排列也是可以的，但它们可能在使用可用芯片面积上效率较低。加速度传感器优选地，该装置是集成在所述至少两个基板中的至少一个中的加速度传感器。 专利 US 5, 220, 835 (Ford), US 5, 488, 864 (Ford), US 5，900，550 (Ford)，US 6，000，287 (Ford)，US 6，082，197 (Zexel)，US 6，308，568 (Murata)，US5，377，544(Motorola)示出了线性加速度传感器，并且专利EP O 623 807 Al (GM)，US5，329, 815 (Motorola)示出了转速传感器。各种各样的设计都可用于可移动结构。然而，本发明不局限于那些专利中示出的设计。多轴传感器可选地，多轴装置的可移动结构对于相互不同的方向敏感。每个可移动结构对于仅一个加速度方向敏感。组合三个单轴可移动结构，每个对方向x，y和z中的仅一个敏感， 导致最优选的实施例。还可以将框架与转速MEMS传感器组合使用。一个或多个可移动结构可对旋转(陀螺仪)或对可通过电容测量检测的其他类型的物理变量敏感。该装置也可以是致动器，如开关。可移动结构可以是悬臂，其被吸引到用于产生接触的电极。当吸引电场被去除时，悬臂移动回到其静止位置。运动检测电极优选地，第一基板包括用于检测活动块的运动的电极。于是第二基板仅是用于保护MEMS结构的盖。如果MEMS结构是致动器，则存在用于改变悬臂元件的位置(静止位置对比偏转位置)的控制电极。本发明没有提出新的电极结构，只引用众所周知的现有技术电极结构。用于制造该装置的方法可包含下列步骤中的一个或多个 在普通MEMS层中形成导电框架和可移动结构； 在第一和第二基板之间的界面处插入第三基板，所述第三基板包括可移动结构和框架； 在第三基板中刻蚀沟槽(分隔空间)用于将框架与传感器分开； 刻蚀第二基板的外周面以产生倾斜部分； 沉积桥接倾斜的外周面和框架的金属层； 利用绝缘结合材料，优选地通过硅直接结合(SDB)，将框架和第二基板在它们的配合的主表面处结合。或者，可使用共晶/热压缩结合将基板彼此结合。硅直接结合是本领域中众所周知的方法(参见例如US 7，442，662)。下面的详细描述和所有权利要求的组合呈现出本发明的进一步有利的实施例以及元件组合。已经关于MEMS系统被解释的任何可选的元件还可与代替可移动结构的电子电路组合使用。
附图进一步说明本发明，并与详细描述相结合地用于解释优选的实施例图la，b具有并排布置的两个可移动结构的装置的示意图；图2a_c更详细的具有两个可移动结构的装置的示意截面；
图3在晶片上的框架布置的示意俯视图；图4框架的 进一步的变型；图5具有T形z轴传感器的装置；图6具有两个微电子电路的装置的示意截面(图7的截面B-B)；图7沿图6的线A-A的示意平面图。一般而言，相似的参考数字指代同样的部件。
具体实施例方式图la，b示出了本发明的可能实施例。图Ia是沿图Ib中所示的线A-A的截面，且图Ib是沿图Ia中的线B-B的截面。对于外部部分I. I、I. 3、I. 4、I. 5以及中间部分I. 2具有矩形形状的框架I限定了两个分开的自由区域(窗口)。每个所述自由区域中有传感器
3.I、3. 2。传感器3. I、3. 2通过MEMS技术实现。它们均包括用于感测施加在装置上的加速度的活动块。传感器3. 1、3. 2例如是已知结构的单轴传感器(参见本发明的背景技术)。它们可以检测例如X和I轴加速度。传感器3. I、3. 2通过分隔空间2. I、2. 2与框架I分开。框架的梁部分I. 2将两个传感器3. 1,3. 2相互分开。框架可具有例如50 μ m(微米)的部分I. 2的宽度w(沿x方向测量的)。部分I. 4和I. 5可具有不同的宽度(沿y方向测量的)。对于部分I. I与I. 3也是如此。如图Ib所示，框架I在z方向上与传感器3. 1,3. 2的活动块4. 1、4. 2在同一水平上。实际上，它们是从同一基板7制造的。基板7与MEMS层(有源层)对应。框架I连接到第三基板7，其被夹在第一基板5和第二基板6之间。因此第三基板7形成在第一基板5和第二基板6之间的界面。所有三个基板5、6、7优选由结晶硅制成。框架I通过绝缘结合层9 (如氧化硅)附着到第二基板6。结合层9基本上覆盖框架I的所有部分I. 1-1. 5。在俯视图中，结合层9的面积与图Ia中所示的框架I的面积的俯视图对应。第二基板6具有两个腔体8. 1、8. 2，一个活动块4. 1，4. 2—个。活动块4. I、
4.2例如通过中心柱33. I、33. 2被支撑在距腔体8. I、8. 2的地面一定距离处。活动块4. I、4. 2，其可围绕中心柱33. 1、33.2，通过柔性悬挂装置34. 1，…，34. 4连接到中心柱。柔性悬挂装置可具有已知的形状和结构，且没有在图Ib中详细示出。第一基板5在活动块4. I、
4.2下面的区域中被绝缘层10. I、10. 2覆盖。基板7的MEMS结构通过金属密封11. I、11. 2连接到布置在装置外面的基板5的绝缘层10. 3上的驱动和读出电极12。电极结构以及金属密封11. 1、11. 2与驱动和读出电极12之间的导体路径的细节没有被示出，但可以如现有技术中已知的那样来实施。本发明并不是针对那些细节。框架I (在图Ib中部分I. 1-1. 3)通过金属密封13. 1-13. 3电连接到基板5。应注意的是，在金属密封13. 1-13. 3的区域中没有绝缘层10. 1-10. 3。因此在框架I和基板5的体材料之间有直接的电连接。金属密封13. 1-13. 3具有在俯视图中与框架I的形状相似的几何形状(参见图la)。为了建立在框架I和基板6之间的电连接，在外周面15处存在桥接基板6的主面与框架I之间的非导电结合层9的金属垫14。在图Ib中，金属垫14被刚好放置在装置的一端上(与电极12相反的一侧)。然而，金属垫14可延伸到框架的部分I. 4和I. 5 (并且甚至到部分I. 3)(参见图la)。图Ib中示出的腔体8. 1,8. 2在基板之间被完全封闭，使得MEMS结构被密封。根据本发明，传感器3. 1、3. 2通过法拉第笼与外部杂散场和电磁干扰屏蔽开。该笼通过基板5和6以及框架I实施，其都具有足够的体导电率(例如至少ImOhm x cm，优选为10_20m0hmX cm),并且其通过金属密封13. 1-13. 3和金属垫14相互电连接。图2a_c示出了制造本发明的装置的优选方法。图2a示出了代表以图Ib的示意图示出的第二和第三基板6、7的SOI结构(绝缘体上硅)。基板7的主表面7. I结合到基板6的相对的主表面上，其被氧化层9. 1,9. 2,9. 3覆盖。被刻蚀到SOI结构中的结构与第一和第二传感器3. 1,3. 2和框架I (部分I. 1、1. 2等)对应。传感器3. I和3. 2沿不同的方向取向的事实在图2a中通过在基板7的传感器区域中的不同布置的穿透部(沟槽)被示意性地示出。可移动块和柔性悬挂装置的支撑的细节没有示出，因为它们与本发明不相 关。框架部分I. 1-1. 3通过窄缝隙或沟槽16. 1_16. 4与传感器3. I、3. 2的MEMS结构分离。沟槽16. I和16. 2与图Ia中的分隔空间2. I对应，以及沟槽16. 3和16. 4与图Ia中的分隔空间2. 2的各部分对应。从图2a明显的是，沟槽16. 1，…，16. 4被放置在腔体8. I、8. 2的外部，并且MEMS结构因而被支撑在包含腔体8. 1,8. 2的凸缘上。图2b示出了承载用于检测MEMS结构的活动块的运动的电极17. I、17. 2的基板5。金属密封11. I、11. 2被布置在MEMS结构需要被接触的位置处。在图2b中，该位置分别有点接近沟槽16. I和16. 4。金属密封13. I、13. 2、13. 3被直接放置在基板5上与框架部分
I.1、1. 2、I. 3直接相对的区域处。图2c示出了在它们的配合的主表面5. I和7. 2处沿金属密封13. 1,13. 2,13. 3、
II.1、11. 2结合两个基板5和7之后的装置。外周面18在框架I的区域中被刻蚀，以获得倾斜面。然后金属层可通过掩模M被沉积，以在框架和顶部基板6之间提供电接触。优选的实施例示出如下三种测量I.在MEMS结构设计层，环绕框架被设计成围绕被刻蚀在有源层中的每个MEMS结构。MEMS结构(部分地)在腔体上，其允许机械运动。去耦框架被夹持或固定到基板。其通常通过氧化层被绝缘。2.在盖和互联层，实施该框架的电连接，而不依赖于到MEMS结构的不同部件的连接。该连接在通过金属密封的晶片结合过程期间被实现。电路径连接去耦框架I到接地电压，其也是盖晶片的基板的电压。3.以及，最后，有源晶片(MEMS)的基板连接到接地电压。这需要一些额外技术步骤，因为基板通常借助SOI结构的嵌入氧化层与有源MEMS层绝缘。作为例子，基板以及有源晶片的嵌入氧化层，可在芯片边缘在去耦框架之上被局部化学刻蚀，以及而后，厚的金属层可以通过机械阴影掩模被沉积，以便同时覆盖通过嵌入氧化层的刻蚀未被覆盖的有源层(在框架层)的部分，以及基板的被刻蚀部分的边缘。图3和4进一步示出具有传感器的不同几何排列的实施例。图3代表具有3轴检测加速度的装置20. 1，…，20. 4的规则排列的晶片21的一部分的俯视图。每个装置20.1，…，20. 4包括三个单由传感器，即X轴传感器22. I，…，22. 4，y轴传感器23. I，…，23. 4，和z轴传感器24. 1，…，24. 4。在图3的实例中，x和y轴传感器22. 1，…，22. 4和23.1，…，23. 4使用了相同的芯片面积量，而z轴传感器24. 1，…，24. 4需要更多面积。x和I轴传感器22. I、23. I具有正方形形状,并沿着z轴传感器22. 3的一侧布置成一行,所述z轴传感器22. 3具有大约与另两个传感器22. 1,23. I相同长度的矩形区域。根据本发明，每个装置20. I，…，20. 4还包括框架25. I，…，25. 4。框架25. I通过梁状部分25. la、25. Ib来分隔传感器22. 1,23. 1,24. I。装置20. 1，…，20. 4被用于将晶片切割成芯片的沟槽26、27分隔。用于接触驱动和读出电极的接触电极未在图3中示出。图4示出了其中每个装置包括布置成一行的3个单轴传感器28. I、29. I、30. I和28. 2、29. 2、30. 2的阵列。在该实例中，各个传感器28. 1,29. 1,30. I的区域被示为使用同样的芯片面积量。框架31. 1、31.2具有类似的一行三个矩形窗口，且每个窗口分别被传感器28. 1,29. 1,30. I和28. 2、29. 2、30. 2占有，留下在每个传感器和环绕框架31. I之间的缝隙(具有在图4的俯视图中的矩形形状)。框架23. I通过梁状部分31. la、31. Ib将传感器28. 1,29. 1,30. I分隔，框架的分隔部分具有T形形状(在俯视图中)。图5示出了加速度检测装置的优选实施例。X和y轴传感器32. I和33. 2具有正方形形状，而z轴传感器32. 3具有在俯视图中(即在z方向的视图中)的T形形状。X和 y轴传感器32. I、32. 2布置在z轴传感器32. 3的T形的每一侧，因此被三个传感器32. I、32. 2、32. 3占据的整个区域具有矩形形状。z轴传感器可以具有活动块，其被中央柱(未示出)支撑，如被在该说明书的引言中提及的现有技术(US4，736，629 ；US5, 404，749等)所公开的。图6和7示出本发明进一步的实施例。替代具有可移动结构的MEMS系统，在基板36上存在两个电子电路35. I、35. 2。电子电路例如通过绝缘层37与基板36的主体电隔离。电子电路35. 1、35. 2可以是ASIC(如处理器，数据通信电路，传感器控制电路)并且没有被详细示出。盖晶片基板38固定在基板36的顶部，并对每个电子电路35. 1、35. 2形成腔体39. 1、39. 2。硅框架40结合在盖晶片基板38上，并具有与腔体39. 1、39. 2对齐的两个开口41. 1,41. 2，该两个开口 41. 1、41. 2具有与腔体39. 1、39. 2相同的尺寸。开口 41. 1、41· 2大于电子电路35. I、35. 2的面积，使得在框架40和电子电路35. I、35. 2之间不存在机械或电接触。框架40和盖晶片基板38之间的结合层42可以是绝缘体。实际上，框架40可通过SOI (绝缘体上硅)结构的方式实施在基板38上。框架40和基板36通过金属密封43电连接。金属密封43形成围绕每个电子电路35. 1、35. 2的封闭线。只有在局部的点，在此存在从电子电路35. 1、35. 2到布置在框架40外部的电极垫44. 1、44. 2的电连接45. 1、45. 2，在法拉第笼结构中存在小开口。为了电分隔电连接45. I与框架40和密封，在电连接45. I和金属密封43之间存在例如薄的绝缘层46。腔体内部的结构(如活动块，电子电路)和在外部的接触垫之间的电连接以及尤其是围绕该局部电开口制成法拉第笼的方式，对于MEMS结构和电子电路可以是相同的。因此，在图6、7中示出的细节也可用于图1-5中示出的实施例。本发明不局限于上述图中示出的实施例。传感器的几何布置依赖于传感器的特性(所需的芯片面积，特定二维形状，接触电极的位置等)，且依赖于期望的管芯面积的有效利用。代替使用SOI技术来提供具有位于活动块下方的腔体的MEMS结构，还可以使用只需要一个基板而不是两个基板的其他技术。本发明可应用于许多不同的可移动结构，例如，如在该说明书的“背景技术”部分中引用的现有技术中所示的。可移动块还可以是致动器，如RF 开关(参见如 US 7，501，911)。虽然根据本发明优选每个可移动结构在被法拉第笼结构保护的分隔腔体中，但是也可以在同一腔体内具有两个可移动结构。更一般地说，只要微电子级的腔体被抵挡外部电磁场，本发明就可被应用。用于电连接框架的外部金属层可被布置在沿第二和第三基板之间的连接的一个或几个点上。其也可以是围绕框架的连续线。总的来说，本发明提出一种技术方案，以最小化相邻传感器或致动器之间的电干扰。参考数字列表
权利要求
1.一种微电子装置，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)且具有布置在可移动结构(22. 1,23. 1,24. I)之间的分隔部分(25. Ia, 25. lb)。
10.根据权利要求1-9中的ー项的装置，其中可移动结构是响应加速度的惯性块。
11.根据权利要求10的装置，其中该两个可移动结构是传感器(3.1,3. 2)的检测元件，其对相互不同的方向敏感，优选对方向X，y和z中的至少两个方向敏感。
12.根据权利要求1-10中的ー项的装置，其中第一基板(5)包括电极(17.1,17. 2)，用于检测或启动可移动结构(4. 1,4. 2)的运动。
13.一种用于制造权利要求I的装置的方法，包括以下步骤 a)提供形成腔体(8.1,8. 2)的至少两个基板(5，6，7)， b)提供MEMS层中的至少ー个微电子结构，优选是可移动结构，所述微电子结构被提供在腔体(8. 1,8. 2)中， c)在两个基板的界面处提供导电框架(1)，且该框架围绕微电子结构，优选是可移动结构(3. 1,3. 2), 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，用于在腔体(8.1，8.2)中封装微电子结构(4. 1,4. 2)，其中框架(I)围绕微电子结构(3. 1,3. 2)，且框架(I)与所述框架(I)内部的所述微电子结构(3. 1,3. 2)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。
14.根据权利要求2的方法，包括在普通MEMS层中形成导电框架和可移动结构的步骤。
15.根据权利要求2的方法,包括在第一和第二基板(5,6)之间插入第三基板(7)的步骤，所述第三基板(7)包括可移动结构(4. 1,4. 2)以及框架(I)。
16.根据权利要求14的方法，包括在第三基板(7)中刻蚀沟槽(16.I,... ,16.4)的步骤，用于将框架(I)与可移动结构(3. 1,3. 2)分开。
17.根据权利要求2-16中的ー项的方法，包括刻蚀第二基板(6)的外周面(18)的倾斜部分的步骤。
18.根据权利要求17的方法，包括沉积连接倾斜外周面和框架(I)的金属层(19)的步骤。
19.根据权利要求17的方法，包括将框架⑴和第二基板(6)通过绝缘结合(9)材料在它们的配合的主表面处结合的步骤。
全文摘要
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)。
文档编号B81B7/00GK102757010SQ201210182189
公开日2012年10月31日 申请日期2012年4月20日 优先权日2011年4月20日
发明者A·菲利佩, F-X·布瓦洛, J·科莱, S·勒纳尔 申请人:特罗尼克斯微系统有限公司