微机械传感器以及用于制造微机械传感器的方法与流程

本公开涉及微机械传感器和微机械传感器元件以及其制造方法。本公开特别是涉及传感器和传感器元件，其具有至少一个电极，该电极可响应于待检测的变量(例如压力或加速度)而移动。

背景技术：

压阻式传感器或电容式传感器可用于加速度检测或压力检测。

在压阻式传感器中，电阻条响应于压力或加速度而弯曲，由此改变电阻条的电阻。可检测相应的电阻变化，以基于此推断待检测的变量，例如压力或加速度。

电容式传感器元件具有电容，其中至少一个电极是可移动的。通过待检测的变量，例如压力或加速度，可实现可移动电极的运动，这又引起电容变化，可检测该电容变化以推断待检测的变量。

为了检测信号，可将相应的传感器元件接入惠斯通电桥中。可使用晶圆技术以微加工传感器元件的可移动结构。可使用晶片键合来实现相应结构在前侧和后侧的封装从而实现足够的鲁棒性。

电容式加速度传感器可构造用于检测基板平面外的加速度。在此，可移动的检测质量块可通过电枢与静止不动的基板固定，其中无论是在检测质量块上还是在静止不动的基板上都构造有电极，该电极在电枢两侧形成两个电容器。作为对基板平面外加速度的反应，检测质量块相对于其旋转轴线倾斜，这改变了两个电容器的电容。可检测这种不平衡性以检测平面外的加速度。

技术实现要素：

所期望的是具有改进特性的微机械传感器和微机械传感器元件。

本公开的实施例提供了一种具有电容式的第一和第二传感器元件的微机械传感器，所述电容式传感器元件分别具有第一和第二电极，其中第一电极的电极壁面和第二电极的电极壁面在第一方向上彼此对置并且形成电容，其中第一电极响应于待检测的变量可在与第一方向不同的第二方向上移动，并且第二电极是固定的。第一传感器元件的第一电极的电极壁面在第二方向上比第一传感器元件的第二电极的对置的电极壁面具有更小的延伸范围。第二传感器元件的第二电极的电极壁面在第二方向上比第二传感器元件的第一电极的对置的电极壁面具有更小的延伸范围。

本公开的实施例提供了一种用于制造微机械传感器的方法，在该方法中制造电容式的第一和第二传感器元件，其分别具有第一和第二电极，其中第一电极的电极壁面和第二电极的电极壁面在第一方向上彼此对置并且形成电容，其中第一电极响应于待检测的变量可在与第一方向不同的第二方向上移动，并且第二电极是固定的。在此，第一传感器元件的第一电极的电极壁面在第二方向上的延伸构造为小于第一传感器元件的第二电极的对置的电极壁面在第二方向上的延伸。第二传感器元件的第二电极的电极壁面在第二方向上的延伸构造为小于第二传感器元件的第一电极的对置的电极壁面在第二方向上的延伸。

本公开的实例提供了一种用于制造具有第一和第二电极的微机械传感器元件的方法，其中第一和第二电极的电极壁面在第一方向上彼此对置并且形成电容，其中第一电极响应于待检测的变量可在与第一方向不同的第二方向上移动，并且第二电极是固定的。在此，在半导体基底中构造由掺杂半导体层封闭的空腔。在半导体层中构造电容式传感器元件的两个电极，其中修改两个电极中的一个电极的电极壁面，以使其在第二方向上具有比两个电极中的另一个电极的对置的电极壁面更小或更大的延伸。

附图说明

以下将参照附图说明本公开的示例。其中：

图1a和图1b示出了微机械传感器的一个示例的示意图。

图2示出了电容式传感器元件的一个示例的示意图，其中电极被不同地修改。

图3示出了图2所示的电容式传感器元件的示例性结构的模拟结果的示意图。

图4示出了半桥评估电路的一个示例的图示。

图5示出了全桥评估电路的一个示例的图示。

图6a和6b示出了具有介电绝缘电极的第一和第二电容式传感器元件的一个示例的示意性截面图。

图7a和图7b示出了具有悬置在基底处的可移动电极的第一和第二电容式传感器元件的一个示例的示意性截面图。

图8a和图8b示出了具有pn隔离的第一和第二电容式传感器元件的一个示例的示意性截面图。

图9a和图9b示出了根据图6a和图6b的第一和第二电容式传感器元件的基底示例的示意性俯视图。

图9c和图9d示出了根据图7a和图7b的第一和第二电容式传感器元件的基底示例的示意性俯视图。

图9e和图9f示出了根据图8a和图8b的第一和第二电容式传感器元件的基底示例的示意性俯视图。

图10示出了具有通过绝缘体改性的电极的电容式传感器元件示例的示意性截面图。

图11示出了具有通过反掺杂改性的电极的电容式传感器元件示例的示意性截面图。

图12示出了具有通过凹部改性的电极的电容式传感器元件示例的示意图。

图13a至图13c示出了用于说明在基底中形成空腔的方法示例的示意性截面图。

图14示出了用于说明通过氧化物层产生触点的方法示例的示意性截面图。

图15a至图15i示出了用于说明方法示例的示意性截面图，该方法用于制造具有由绝缘体改性的电极的电容式传感器元件。

图16a至图16i示出了用于说明方法示例的示意性截面图，该方法用于制造具有由反掺杂改性的电极的电容性传感器元件。

图17a至图17c示出了用于说明方法示例的示意性截面图，该方法用于制造具有由凹部改性的电极的电容式传感器元件。

图18a和图18b示出了具有改性的固定电极的第一传感器元件和具有改性的可移动电极的第二传感器元件的示例的示意性俯视图。

图19示出了微机械传感器的示例的示意性俯视图，其中第一和第二电容式传感器元件具有共同的可移动元件。

图20a和图20b示出了用于说明具有叉指电极的电容式传感器元件的示例的示意性俯视图。

具体实施方式

在下文中，将通过使用附图详细说明本公开的示例。应当指出的是，相同元件或具有相同功能的元件具有相同或相似的附图标记，其中通常省略了对具有相同或相似附图标记的元件的重复说明。对具有相同或相似附图标记的元件的说明是可互换的。在以下说明中阐述了许多细节，以便提供对本公开的示例的更全面的解释。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可实施没有这些具体细节的其他示例。所说明的各种示例的特征可彼此组合，除非相应组合的特征相互排斥或者这种组合被明确排除。

图1a示意性地示出了电容式的第一传感器元件2和电容式的第二传感器元件4的截面图。电容式的第一传感器元件2具有第一电极10和第二电极12。电容式的第二传感器元件4具有第一电极14和第二电极16。第一电极10和第二电极12的电极壁面10a、12a在第一方向r1上彼此对置并且形成电容。第一电极14和第二电极16的电极壁面14a、16a同样在第一方向r1上彼此对置并且形成电容。第一电极10和14可在与第一方向r1不同的第二方向r2上移动。第二电极12和16是固定的。

在示例中，第一电极10和14可移动地支承在载体处，并且第二电极12和16可固定地支承在载体处。该载体例如可为基底。例如，电极可形成在基底处或基底中，其中第一方向r1平行于基底平面，并且第二方向垂直于基底平面。在此，基底平面可为平行于基底主表面的平面。在此，基底可理解为具有由相应侧面连接的两个对置的主表面的主体。在此，主表面为基底的比侧面面积大的表面。在示例中，基底可为半导体基底，例如硅基底。可移动电极可弹性地支承在基底处，并且可响应于力从静止状态移动到偏移状态，即可偏移。如果力作用结束，可移动电极由于弹性支承可又返回到静止状态。由此，可移动电极可响应于平面外的力、即垂直于基底平面作用的力而偏移。

在本公开的示例中，电极可利用彼此对置的电极壁面以任意方式实施。在示例中，电极可由基底的掺杂半导体区域形成。在示例中，电极可形成在具有大于5×10¹⁷的掺杂度的半导体基底中，例如硅基底中。在其他示例中，电极可由另一导电材料、例如金属形成。在示例中，电极可通过绝缘材料上的导电涂层形成。

电极壁面10a、12a、14a和16a可为平面，并且可布置在垂直于第一方向r1且平行于第二方向r2的平面中，即在由第二方向r2与垂直于第一方向r1和第二方向r2的第三方向r3限定的平面中。在示例中，布置有电极壁面的平面可垂直于基底平面。如图1b所示，电极壁面在第二方向上的延伸可以是恒定的。

第一传感器元件2的第一电极10的电极壁面10a在第二方向r2上具有比相对置的第一传感器元件2的第二电极12的电极壁面12a小的延伸。第二传感器元件4的第二电极16的电极壁面16a在第二方向r2上具有比相对置的第二传感器元件4的第一电极14的电极壁面14a小的延伸。

如图1a所示，电极10、12、14和16可与评估电路20电连接。评估电路20可设计为用于检测电容式的第一传感器元件2和电容式的第二传感器元件4的电容。然后，通过使用所检测的电容可推导出致使可移动电极10和14朝方向r2或反向于方向r2移动的待检测变量。可移动电极10和14相对于固定电极12和16的这种移动促使至少一个传感器元件的电容变化，这又是可检测的。

在实例中，第一传感器元件2的第一电极10的电极壁面10a在第二方向r2上可具有与第二传感器元件4的第二电极16的电极壁面16a相同的延伸。第一传感器元件2的第二电极的电极壁面12a在第二方向r2上可具有与第二传感器元件4的第一电极14的电极壁面14a相同的延伸。

在实例中，第一传感器元件2的第一电极10和第二电极12的彼此对置的电极壁面10a和12a在方向r3上可具有相同的延伸。在示例中，第二传感器元件4的第一电极14和第二电极16的彼此对置的电极壁面14a和16a在方向r3上可具有相同的延伸。在示例中，所有电极在方向r3上可具有相同的延伸。

在示例中，电极10、12、14和16的电极壁面的第一端部可沿方向r2延伸至共同的第一平面。电极壁面10a和16a的与第一端部对置的第二端部可延伸至平行于第一平面的第二平面。电极壁面12a和14a的与第一端部对置的第二端部可延伸至与第一和第二平面平行且与第二平面相比距第一平面更远的第三平面。

第一电极10和14可沿与方向r1不同的方向r2移动。方向r2可垂直于方向r1。方向r1可平行于基底平面，并且方向r2可垂直于基底平面。在示例中，电极的移动除了第二方向r2上的主要分量之外可具有其他方向上的分量，只要在第二方向上的移动分量是最大分量即可。

本公开的示例使用平面外电容检测原理，其具有呈横向对置导体结构的电极系统，即导电电极。在此，词语“平面外”可指基底平面，并且词语“横向”和“垂直”同样可指相对于基底平面的布置。在待检测的力的作用下，电容式传感器元件的电极可能得到相对于彼此的垂直位置的位移，这促使在电容式传感器元件的电极之间的电容相应地变化。已经认识到的是，这种电容式传感器元件的一般特性可或多或少为非线性，或者甚至可在感兴趣的输入区域中具有最大值，这可能导致矛盾的结果。

本公开的示例提供了一种微机械传感器，其使用两个电容式传感器元件来获得具有比单个电容式传感器元件更线性的特性的输出信号。本公开的示例旨在实现随输入信号的近似线性差分电容变化，即，[δc1(信号)-δc2(信号)]/δsignal＝常数。在此，c1(信号)表示取决于待检测信号的电容式的第一传感器元件2的电容，并且c2(信号)表示取决于待检测信号的电容式的第二传感器元件4的电容。符号δ表示相应变量的变化。

为此目的，在示例中对于电容式传感器元件的其中一个，可移动电极可具有在第二方向上比相对置的固定电极的电极壁面具有更小延伸的电极壁面，并且在另一电容式传感器元件中，固定电极可具有在第二方向上比相对置的可移动电极的电极壁面具有更小延伸的电极壁面。由此，电容元件可被适当地修改以获得取决于输入信号的更线性的输出信号。

通过分别修改每个传感器元件中的电极以便在移动方向上实现相对置的电极面的不同延伸，由此可将不对称性引入通常对称的垂直几何电气轮廓中。在一个传感器元件中改性的电极是可移动的，并且在另一传感器元件中改性的电极是固定的。

这种特性通过模拟显示。图2示意性地示出了电容式传感器元件，其中中间列示出了在静止状态下、即在偏移为0时的相应传感器元件。左列示出了在可移动电极反向于方向r2的偏移-x1下的相应传感器元件，而右列示出了在可移动电极沿方向r2偏移x1时的相应传感器元件。

图2所示的传感器元件分别具有在其间形成电容的固定电极30和可移动电极32。此外，在图2中示意性地示出了相应传感器元件的基底34和顶盖36的部分区段。第一行分别示出了电容式传感器元件，其中第一电极30和第二电极32的彼此对置的电极壁面在第二方向上具有相同的延伸。由此，在这种情况下电极是对称的。在图2的中间行中，固定电极30在第二方向上具有较小的延伸，这由绝缘区域38表示。在示例中，为此目的可修改固定电极(efix)。在图2的下面一行中，可移动电极32在第二方向r2上具有较小的延伸，这由绝缘区域40表示。在示例中，为此目的可修改可移动电极(emov)。

如图2的左列和右列所示，作用在可移动电极32上的力引起反向于第二方向r2的偏移-x1或朝第二方向r2的偏移x1。在示例中，这种力可由待检测的变量产生，例如压力或加速度。在图3中示出了图2的电容式传感器元件对置电极之间的电容的二维模拟的结果。在此，在图3的上部分别示出了单个电容元件的电容，其中曲线41示出了未修改的单个元件的特性，曲线43示出了其中可移动电极被修改的单个元件的特性，并且曲线图45显示了固定电极已被修改的单个元件的特性。在此，分别绘制关于可移动电极偏移的电容。图3的下部示出了两个电容式传感器元件的差分信号。曲线47显示了两个对称传感器元件的差异，从而差异输出为0。曲线49示出了其中可移动电极被修改的第一电容式传感器元件与其中固定电极被修改的第二传感器元件之间的差异。曲线49显示出可实现基本上线性的差分电容变化。此外，图3示出了从无力静止状态开始可在较大范围上且特别是在两个偏移方向上实现线性特性。

在本公开的示例中，微机械传感器具有评估电路，该评估电路配置为用于输出与电容式的第一和第二传感器元件的电容差成比例的输出信号。

在示例中，评估电路可具有半桥电路，其中第一和第二传感器元件连接在半桥电路中。在图4中示出了这种半桥电路的一个示例，其中c2表示可移动电极被修改的电容式传感器元件的电容，而c1表示固定传感器电极被修改的传感器元件的电容。v1和v2表示电源电压，c_feedback表示用于差分放大器50的反馈电容器。这些元件以图4所示的方式连接，以便在差分放大器50的输出端获得输出信号v_out。此外，图4还显示了如何由指定的变量计算出所示半桥电路中的输出信号。

在本公开的示例中，微机械传感器可具有两个相应的电容式的第一传感器元件和两个相应的电容式的第二传感器元件，其中评估电路可具有全桥电路，并且其中第一和第二传感器元件可连接在全桥电路中。在图5中示出了这种全桥电路的一个示例。具有相应电容为c2的改性的可移动电极的两个电容式传感器元件和具有相应电容为c1的改性的固定电极的两个电容式传感器元件以图5所示的方式与具有差分输出v_out的差分放大器52的输入端连接。以所示方式连接两个反馈电容器c_feedback。信号源54提供矩形输入电压v_in。在图5中进一步指出，如在所示的全桥电路中那样，可由给定的变量计算输出信号v_out。通过使用全桥配置可实现附加的共模抑制比。

下面将参照图6至图9说明电极由基底的掺杂半导体区域形成的示例。

图6a和图6b示出了利用介电绝缘电极实现的电容式传感器元件的示意性截面图，图9a示出了图6a的传感器元件的基底的示意性俯视图，并且图9b示出了图6b的传感器元件的基底的示意性俯视图。

在图6a所示的传感器元件中，可移动电极14和固定电极16在半导体基底100中被结构化。半导体基底100可至少部分地被掺杂，使得电极14和16可导电。基底100具有掩埋空腔102和限定电极14和16的沟槽104。在此，图9a示出了限定电极14和16的沟槽的可能走向。在基底100的主表面上设置有绝缘层110。可移动电极14和固定电极16安装在绝缘层110处。由此，可移动电极14和固定电极16通过沟槽104、掩埋空腔102和绝缘层110彼此绝缘。绝缘层110可由电介质制成，例如氧化物。此外，电容式传感器元件具有用于可移动电极14的触点106和用于固定电极16的触点108。

固定电极16被修改为使得其面向可移动电极14的电极壁面14a的电极壁面16a具有比电极壁面14a更小的垂直于基底平面的延伸。为此目的，将电极16的部分区段111以绝缘材料(例如氧化物)代替。如图6a中的箭头112所示，可移动电极可响应于平面外的力而移动。由此，图6a示出了第二电容式传感器元件4的示例，其中固定电极在运动方向上具有较小的延伸。

沟槽104可构造为使得产生细长的可偏移的电极14，该电极的一个端部114被夹紧并且其与该夹紧端部有间距的端部是可移动的。

图6b示出了相应的电容式传感器元件，其中基底100通过掩埋空腔102和沟槽104被结构化，以实现可移动电极10和固定电极12。可移动电极10又构造为细长电极，其第一端部114通过绝缘层110被夹进，并且其第二端部可垂直于基底平面移动，如箭头112所示。在图6b所示的电容式传感器元件中，可移动电极10的电极壁面10a在移动方向上具有比固定电极12的电极壁面12a更小的延伸。这在所示示例中通过以下方式实现，即将可移动电极10的一部分更换为绝缘材料116。由此，图6b所示的电容式传感器元件表示第一电容式传感器元件2的示例，其中可移动电极在移动方向上具有较小的延伸。

在图6a和6b所示的传感器元件中，因为可移动电极完全被沟槽104包围，所以固定电极可支承在半导体基底处并且不必完全被沟槽104包围。

图7a和图7b示出了第二传感器元件4和第一传感器元件2的示例的示意性截面图，其在可移动电极的悬置方式方面不同于图6a和图6b所示的电容式传感器元件，从而以下说明特别是关注这些区别。图9c和图9d示出了图7a和图7b所示的电容式传感器元件的基底100的示意性俯视图，其中在可移动电极10和14的被夹紧的端部区域中的沟槽走向不同于在图6a和图6b所示示例中的沟槽走向。更确切地说，在图7a和图7b所示的示例中，沟槽104不会将可移动电极10和14与基底100绝缘，从而可移动电极10和14的第一端部120悬置于基底100处。另外，该结构与参考图6a和图6b所述的示例的结构相同，从而可省略详细说明。

图8a和图8b示出了第二电容式传感器元件4和第一电容式传感器元件2的示例的示意性截面图。图9e和图9f示出了图8a和图8b所示示例的基底的示意性俯视图。图8a和图8b所示示例与图7a和图7b所示示例的不同之处在于将可移动电极10和14与固定电极12和16绝缘的方式。基底100包括具有不同掺杂类型的两个层130和132。例如，层130可具有n型掺杂，并且层132可具有p型掺杂。如所示，掩埋空腔102可在两个层130和132中形成。电极在上部半导体层130中被结构化。可移动电极10和14的第一端部120又悬置在基底处，而与其有间距的第二端部又是可移动的，如箭头112所示。在图8a和图8b所示的示例中，固定电极12和16不仅通过沟槽104绝缘，而且进一步通过在不同掺杂类型的半导体层130和132之间的pn结而绝缘。就此而言，在图8a和图8b所示的示例中，固定电极不必完全被掩埋空腔和沟槽包围，而是可支承在半导体层130的一部分处。

下面将参照图10至图12说明三个示例，即可如何实现在移动方向上具有较小尺寸的相应电极的相应修改。然后将参照图13至图17说明用于产生相应修改的方法的示例。在这点上应注意的是，相应附图是纯粹示意性的，其中在每种情况下，电极的其中一个可构造为可移动电极并且电极的其中一个可构造为固定电极。因此，这些电极例如可如上面参照图6至图9所述那样实现。

在本公开的示例中，第一电极和第二电极在一侧分别可由基底中的空腔限定。在示例中，该空腔可通过所谓的威尼斯方法形成，如下面参考图13a至图13c所述。然而，作为替代，空腔也可通过其他方式形成，例如通过掩埋牺牲层。

在本公开的示例中，相应电极在移动方向上的较小延伸可通过替代相应电极一部分的绝缘材料、通过相应电极中的凹部或者通过相应电极中的相反掺杂半导体材料来实现。

图10示出了电容式传感器元件的一个示例，其中较小延伸通过替代电极一部分的绝缘材料实现。在下文中，该电极也被称为改性电极，其中其可为可移动电极或固定电极，这取决于所涉及的是微机械传感器的第一电容式传感器元件还是第二电容式传感器元件。

图10示出了具有基底100和顶盖200的电容式传感器元件的示意性截面图。顶盖200例如可由介电层(例如氧化物层)构成。例如，在加速度传感器的情况下，顶盖200可完全包围基底的顶部。例如，在差压传感器的情况下，在示例中顶盖200可具有开口。

基底100具有掩埋空腔102与限定可移动电极和固定电极的沟槽104，例如如上面参考图6至图9所述。电极的其中一个代表改性电极202，而另一电极代表未改性电极204。改性电极202或未改性电极204可实现为可移动电极，而另一电极实现为固定电极。在顶盖200中可设置空腔206，其允许可移动电极沿两个方向垂直于基底平面移动。基底100可具有高度掺杂的接触层208。改性电极202和未改性电极204可由掺杂半导体材料制成，其中改性电极202的半导体材料的一部分由绝缘体210替代。由此，与未改性电极204的侧壁面204a对置的改性电极202的侧壁面202a在移动方向r2上的延伸小于未改性电极204的侧壁面204a的延伸。绝缘体210例如可通过电介质实现。该电介质可具有氧化物或二氧化物。

由此，在图10所示的示例中，通过以下方式引入非对称性，即在其中一个电极的上侧引入代替电极导电材料的介电层210。如上所述，这种修改可涉及固定电极或可移动电极。如上文参照图2和图3所述，通过引入这样的不对称性，可获得不等于0的差分信号。

图11示出了电容元件的一个示例，其在改性电极202的修改方式方面不同于图10所示的示例。在图11所示的示例中，改性电极202具有反掺杂区域212，以实现相应的不对称特性。反掺杂区域具有与基底100的掺杂类型不同的掺杂类型。例如，如果基底为n掺杂，其可为p掺杂。反掺杂区域例如可通过在限定改性电极的区域中在基底表面进行注入来产生。反掺杂区域可连接到与改性电极的其余部分不同的电节点，从而其不会影响电极的有效电容器区域。为此目的，反掺杂区域可具有比反掺杂区域的其余区域212b掺杂更高的接触区域212a。在示例中，反掺杂区域212可不具有独立的端子，以使其保持悬浮并且通过p结与改性电极202的其余部分分离。

图12示出了电容式传感器元件的另一示例，其中改性电极202在移动方向上的较小延伸通过改性电极202中的凹部实现。凹部可设置在电极的整个表面上，如图12中的虚线214所示。作为替代，凹部可仅涉及改性电极202的面向未改性电极204的区域。例如，如图12中的虚线216所示，凹部可从改性电极202的面向未改性电极204的一侧仅延伸至中部区域。例如，可通过基底的回蚀来产生凹部。

在本公开的示例中，基底100中的空腔102可通过所谓的威尼斯方法形成。该方法可包括在半导体基底的表面蚀刻沟槽和在h大气环境中对半导体基底进行退火，以引起半导体材料的回流，从而在表面下方将沟槽联合为一体并在半导体基底中形成掩埋空腔。将参考图13a至图13c说明这种方法的示例。在相应方法的一个示例中，在硅基底300上沉积有具有氧化物层302和多晶硅层304的硬掩模叠层。该硬掩模叠层被结构化，并且通过使用结构化的硬掩模叠层在基底300中产生直到深度t的沟槽。深度t例如可为3μm。所得到的结构如图13a所示。

随后去除硬掩模叠层，如图13b所示。然后执行用于硅回流的h2退火。通过h2退火，沟槽306联合为具有深度t2的掩埋空腔310。例如，深度t2可为1μm。可选地，如图13c所示，在回流之后可施加适当厚度和掺杂度的外延硅层308。在h2退火之后可进行化学机械平坦化(cmp)，以消除由于形成空腔造成的基底表面上的拓扑。通过该方法可在半导体基底300中形成由掺杂半导体层312封闭的空腔310。在示例中，可在半导体层312中构造一个或多个电容式传感器元件的电极，其中电容式传感器元件的两个电极的其中一个的电极壁面可被修改以在第二方向上比对置的两个电极中的另一个的电极壁面具有更小的延伸。在示例中，该修改可包括以绝缘材料替换半导体层的背离空腔的一部分、在半导体层的背离空腔的部分中形成凹部或者在半导体层的背离空腔的部分中形成反向掺杂。在其他示例中，也可进行修改以在移动方向上增大两个电极的其中一个的延伸。

如上所述，可在硅回流之后利用已经封闭的表面实现硅外延层。这可有助于增加可移动部件的质量从而在加速度传感器的情况中加强加速度下的偏移。在示例中，回流过程可在空腔上留下约1μm厚的硅层，其厚度可通过示例中的外延方法增大到2μm至5μm。

在示例中，如上文参照图6至图9所述，电极的接触可通过绝缘层110进行。将参照图14说明如何进行这种接触的示例。为了说明的目的，图14纯粹示意性地示出了具有掩埋空腔402与限定两个电极406和408的沟槽404的基底400。尽管在图14中未示出，但电极406和408例如可为电容式传感器元件的相应电极，其中一个电极被修改而另一个未被修改。绝缘层410布置在基底400上，其中在基底400和绝缘层410之间可设置高度掺杂的接触层412。为了形成与电极406和408的接触，可在绝缘层410中构造延伸至高度掺杂层412的沟槽。在沟槽中可沉积衬层414，其可由钛/氮化钛构成。例如，衬层414可被溅镀。随后可进行该层414的退火以形成硅化钛，其与纯金属半导体肖特基接触相比可具有较低的接触电阻。之后，可施加或沉积导电材料416以填充沟槽。导电材料可为金属，例如钨。随后，如图14中的金属化区域418所示，可在绝缘层410上形成布线，以建立与电极的电连接。

本公开的实例提供了用于制造微机械传感器元件的方法，其中两个电极中的一个电极的电极壁面在第二方向上具有比对置的电极壁面小的延伸。本公开的示例提供一种用于制造具有两个电容式的传感器元件的微机械传感器元件的方法，这些电容式的传感器元件分别具有第一和第二电极，其中在电容式的第一传感器元件中可移动电极的电极壁面在第二方向上的延伸构造为小于固定电极的对置的电极壁面的延伸，并且其中第二传感器元件的固定电极的电极壁面在第二方向上的延伸构造为小于第二传感器元件的可移动电极的对置的电极壁面在第二方向上的延伸。在示例中，相应传感器元件的电极的形成包括在半导体基底中形成由掺杂半导体层封闭的空腔，其中相应传感器元件的两个电极在半导体层中形成，其中在第二方向上具有较小延伸的电极的电极壁面被修改，以在第二方向上具有更小的延伸。在其他示例中，相应的传感器元件的两个电极可在半导体层中形成，其中在第二方向上不具有较小延伸的电极的电极壁面被修改，以在第二方向上具有比两个电极中的另一个电极的对置的电极壁面更大的延伸。

示例可实现以微系统技术(mems技术)制造相应的微机械传感器和传感器元件。

在下文中，将参照图15a至图15i说明一种方法的示例，通过该方法可制造如图10所示的具有未改性电极和改性电极的电容式传感器元件。

图15a示出了在其中形成掩埋空腔310的半导体基底300。半导体基底300例如可由硅制成。半导体基底30可具有大于5×10¹⁷的掺杂度。在空腔310上方设置有半导体层312。图15a中所示的基底例如可通过威尼斯方法制造，如上文参照图13a至图13c所述。空腔310的深度t2例如可为1μm。半导体层312的厚度t3例如可为2μm至5μm。在此应指出的是，这些附图对此并未按比例绘制。例如，通过沉积具有相应掺杂度的外延硅层可增大半导体层312的厚度。

从图15a所示的结构开始，在半导体基底300的表面上施加氧化物层314，并且在该氧化物层上施加例如可由氮化硅制成的硬掩模316。随后构造具有深度t4的浅沟槽，该深度例如可为1μm。然后以氧化物318填充该浅沟槽。随后可执行终止于氮化物硬掩模316上的cmp(化学机械平坦化)方法。所得到的结构如图15b所示。然后执行被称为“去渣”的氧化物回蚀，之后去除氮化物硬掩模318。随后沉积氮化物蚀刻停止层320。这例如可由氧化硅构成。所得到的结构如图15c所示。

从图15c所示的结构开始，在氮化物蚀刻停止层320上施加另一硬掩模，其可被称为沟槽硬掩模。该沟槽硬掩模可具有氧化物层322和多晶硅层324。氧化物层322例如可具有大约2μm的厚度，并且多晶硅层324例如可具有大约500nm的厚度。然后，在沟槽硬掩模中构造开口326，其相应于在半导体层312中待形成的沟槽。所得结构如图15d所示。随后，通过开口326进行氮化物蚀刻和氧化物蚀刻直到半导体基底300的表面。所得到的结构示于图15e中。之后，通过开口326进行硅蚀刻，由此在半导体层312中形成限定电容式传感器元件的电极的沟槽104。所得到的结构如图15f所示。

从图15f所示的结构开始，具有层320、322和324的硬掩模被去除。随后进行高剂量接触注入以形成接触层208。例如，磷掺杂可用于n型硅基底以产生接触注入。随后执行活化退火，这会产生图15g所示的结构，其中在半导体基底300的表面上形成接触注入。如图15g所示，由此形成具有电极壁面202a的改性电极202和具有电极壁面204a的未改性电极204。

现在将参照图15h和15i说明用于制造图15g所示结构的顶盖的方法的示例。为此目的，首先将碳沉积在图15g所示结构的上侧并将其结构化，以产生图15h所示的碳层330。该碳层330构成牺牲层。然后，沉积并结构化氧化物层200，以留出用于去除碳层330的通道332。之后，去除碳层330并且执行hdp(高密度等离子体)氧化物空腔密封，以封闭通过去除碳层而形成的空腔206。由此得到图15i所示的结构，其相应于上文参考图10所述的电容式传感器元件。

在下文中，将参照图16a至图16i说明用于制造如图11所示的电容式传感器元件的方法的示例。

图16a又示出了初始基底300并且对此相应于图15a。从该结构开始，首先施加氧化物层314。在该氧化物层314上施加并结构化盖漆(抗蚀剂)，以在其中形成凹部402，该凹部具有在硅层312中待形成的反向注入部404的形状。随后执行注入，以在硅层312中产生反向注入部404。可产生例如直到深度为1μm的反向注入部404。反向注入部404具有与半导体基底300的掺杂类型不同的掺杂类型。所得到的结构如图16b所示。

然后，去除抗蚀剂400并且沉积氮化物蚀刻停止层320。随后可为半导体基底300执行高剂量掩模接触注入，以产生高度掺杂的接触区域406。此外，可选地，可为反向注入部404执行高剂量掩模接触注入，以在反向注入部404中产生高度掺杂的接触区域408。该高度掺杂的接触区域408与反向注入部404具有相同的掺杂类型。例如，半导体基底300可为n型掺杂，并且反向注入部404可为p型掺杂。之后可进行退火活化。所得到的结构如图16c所示。

然后构造如上文参照图15d所述的沟槽硬掩模。所得到的结构如图16d所示。随后，通过开口326打开氮化物蚀刻停止层320。之后，对半导体基底300选择性地进行各向异性氧化物蚀刻。所得到的结构如图16e所示。

随后进行一种处理，其基本上相当于上文参照图15f至图15i所述的处理，从而不需要详细解释。如图16f所示，通过开口326执行沟槽蚀刻，以在半导体层312中形成沟槽104。如图16g所示，随后进行硬掩模的去除，然而在去除硬掩模之后不再执行接触注入，因为已经创建了接触注入。如图16h和16i所示，随后制造如上文参照图15h和图15i所述的封装或顶盖。图16i所示的所得结构相应于如图11所示且如上所述的电容式传感器元件。

在下文中，将参照图17a至图17c说明用于制造如上文参照图12所述的电容式传感器元件的方法的示例。在此，初始处理相当于上文参考图15a至图15g所述的处理，从而对此可参考这些附图。从图15g所示的结构开始，然后进行氧化物318和氧化物层314的去除。由此得到图17a所示的结构，其中改性电极202的一部分被凹部420取代。从图17a所示的结构开始，可通过使用碳层330再次进行封装或顶盖的构造，如上文参考图15h和图15i所述。该过程示于图17b和图17c中，其中对于该过程的描述可参考上面关于图15h和图15i的说明。由此，参照图17a至图17c所述过程与参照图15a至图15i所述过程的不同之处特别是在于，在改性电极上形成的绝缘区域318被去除，以形成凹部420。

现在参考图15至图17分别仅说明了与本公开的说明相关的步骤，为了清楚起见，省略了对附加步骤的说明，例如相应电极的接触。

根据本公开的微机械传感器的示例具有两个电容式传感器元件，其中在第一传感器元件中可移动电极相应地被修改，并且在第二电容式传感器元件中固定电极相应地被修改。图18a示意性地示出了具有固定电极16和可移动电极14的电容式的第二传感器元件4的俯视图，并且图18b示意性地示出了具有可移动电极10和固定电极12的第一电容式传感器元件2的俯视图。在此应注意的是，图18a和图18b的俯视图也是纯粹示意性的，并且不包含关于各个电极支承方式的细节。在传感器元件4中固定电极16被修改，并且在传感器元件2中可移动电极被修改，如分别通过矩形400所示。此外，在图18a和图18b中示意性地示出了用于电极的触点402。另外，在图18a和图18b中示意性地示出了包围电极的绝缘沟槽104。在这些附图中，外部矩形404可指定在基底中形成的掩埋空腔的范围。矩形406示意性地示出了通过在制造封装中去除碳层而产生的空腔。虚线410示意性地示出了用于图10至图12中的截面图的截面。

传感器元件2和4构成根据本公开的微机械传感器的示例，并且可布置在共同的基底或单独的基底上。在示例中，传感器元件的电极可构造在布置于一个掩埋空腔上方的共同半导体层中，或构造在布置于多个空腔上方的半导体层中。此外，不同传感器元件的电极可布置在不同的半导体层中。在示例中，传感器元件可以是单片集成的并且可受到共同的处理。在其他示例中可进行传感器元件的离散处理。在本公开的示例中，电容式的第一和第二传感器元件可构造在相同的基底中。在示例中，电容式的第一和第二传感器元件可构造在基底平面彼此平行的分离的基底中。

在本公开的示例中，第一和第二传感器元件的第一电极可布置在共同的可移动元件上。在图19中示出了相应示例的示意性俯视图。在图19中使用与图1a和图1b以及图18a和图18b相同的附图标记。根据图19所示的示例，第一可移动电极10和第二可移动电极14布置在共同的可移动元件500上，该共同的可移动元件500可构造在布置于掩埋空腔404上方的半导体层中。元件500可移动地悬置，如通过弹簧502所示，从而可移动元件可垂直于基底平面移动。此外，图19所示的微机械传感器具有固定电极12和固定电极16。固定电极12和可移动电极10构成第一电容式传感器元件，并且可移动电极14和固定电极16构成第二电容式传感器元件。电极10和12的相应电极壁面12a和10a彼此对置，并且电极14和16的相应电极壁面14a和16a彼此对置，从而在其之间形成电容。如图19中的矩形400所示，在该示例中，可移动电极10和固定电极16被修改。

在电容式传感器元件的示例中，彼此对置的电极壁面是平面的。在其他示例中，彼此对置的电极壁面不是平面的。图20a和图20b示出了其中彼此对置的电极壁面不是平面的示例，其中图20a相应于图18a并且图20b相当于图20a中区域520的放大，以说明彼此对置的布置为指状组合型的电极壁面14b和16b。在此应指出的是，图20b同样示出了一个俯视图，从而可移动电极16可移入和移出绘图平面，即可垂直于基底平面移动。在其他示例中，彼此对置的电极壁面可具有其他形状。

在示例中，微机械传感器可被设计为用于检测导致可移动电极沿第二方向移动的任何物理变量。在示例中，微机械传感器可被设计为加速度传感器，其中第一电极可响应于第二方向上的加速度而沿第二方向移动。在这种示例中，可移动电极可由振动质量构成或者可布置在响应于加速度而偏移的振动质量上。在其他示例中，微机械传感器可被设计为压力传感器，其中第一电极可响应于作用在第一电极上的压力而移动。

由此，本公开的示例涉及使用不对称电极的横向平面外电容检测。由此可避免在对称电极的横向平面外电容感测中可能出现的模糊性，该对称电极在可移动电极的静止点附近具有电容对偏移x的基本上呈平方的响应。对传感器元件中固定电极和第二电容式传感器元件中可移动电极的修改使得可将极值向负偏移或正偏移移动近似相同的值a，c1＝～(x-a)²，c2＝～(x+a)²，如图3所示。由此，可通过使用减法来进行评估，通过该减法可实现提高线性并且在理想情况下仅留下线性贡献，例如作为电容半桥或电容全桥的结果输出。

本公开的示例涉及相应的传感器和传感器元件，其具有用于电容检测的横向对置的电极并且可借助于成本低廉的薄膜封装来制造。如上所述，在示例中可通过使用牺牲碳和电介质层实现这种薄膜封装。在其他示例中，可使用其他类型的封装，例如晶片键合等。例如可通过使用具有薄膜封装的单片微加工来制造。其他示例可通过使用多个晶片来制造，其中例如电容式传感器元件的电极可形成在第一晶片中，而第二晶片和第三晶片可用作顶盖和底盖。

如在本公开示例中执行的电容检测可相对于压阻检测原理具有较低的热系数，而无需困难的电阻匹配。在示例中，微机械传感器为压力传感器，例如在轮胎压力监测系统中使用的压力传感器。在示例中，微机械传感器为加速度传感器。示例可实现近乎线性的转换器特性，以高精度地实现信号提取。此外，示例还可实现在固定平面(基底平面)外的正方向和负方向上进行加速度检测，以实现在轮胎橡胶和阀门中的固定。示例包括相应微机械传感器与平面内加速度检测元件的集成。本公开的示例通常可实现直到较大偏移都具有线性特性的平面外电容偏移检测。

在上述示例中，通过使用硅回流技术(威尼斯)在电极下方形成空腔。然而，本公开并不局限于这种空腔形成方式。在其他示例中，可通过其他技术来实现电极下方的空腔，例如利用由硅锗或氧化物构成的牺牲层或背面的回蚀。在示例中，还可通过从背面接合另一基底来形成空腔。

在所述示例中，分别通过减小电极壁面在第二方向上的延伸来实现对改性电极的修改。在其他示例中，可通过添加电极壁面来实现修改，则其中未改性电极代表在第二方向上具有较小延伸的电极。例如，可通过沉积附加的电极材料和结构化的回蚀来实现延伸的这种扩大。由此，本公开并不局限于以下这种示例，即其中通过对具有较小延伸的电极进行减法修改来实现其中一个电极的更小的延伸，而是还包括以下那些示例，即其中对具有较大延伸的电极进行添加修改。

本公开不限于特定的支承方式，特别是可移动电极的支承方式。就此而言，没有指明具体细节，而是可使用所有类型的提供回复力的弹簧设计，该回复力抑制可移动电极从静止位置偏移。在面积高效的示例中，用于加速度传感器的振动质量或用于压力传感器的可偏移隔膜可用作两个电容式传感器元件的可移动电极。上文参考图19说明了一个这样的示例。

在本公开的示例中，可移动电极本身可构造为振动质量。在其他示例中，可移动电极可安装在振动质量处。

虽然作为示例说明了具有半桥电路或全桥电路的评估电路，但也可使用基于两个传感器元件的电容差形成输出信号的其他评估电路。

在所说明的示例中，用于薄膜封装的牺牲层是碳。在其他示例中，可使用其他材料作为牺牲材料，其可被结构化并且可被选择性地去除，以打开诸如氧化物材料、氮化硅材料或硅材料等材料。示例通过使用干燥方法来防止粘连。在所述示例中，电极材料是掺杂半导体材料，特别是掺杂硅。在其他示例中，可使用其他导电材料和对置电极的适当修改。在其他示例中，非导电材料可与合适的表面涂层一起使用，同样对彼此对置的电极进行适当修改。在示例中，为了在电极下方形成空腔，可代替所述方法而使用局部去除掩埋氧化物层的soi基底。在其他示例中，可使用局部去除硅锗的硅-硅锗-硅基底，这例如从所谓的“空洞层上的硅(son)”元件中是已知的。

虽然已将本公开的一些方面作为关于装置的特征进行说明，但应明确的是，这些说明同样可被视为对相应的方法特征的说明。虽然已将一些方面作为与方法相关联的特征进行说明，但应明确的是，这些说明也可被视为对装置的相应特征和装置的功能的说明。

在前面的详细说明中，已部分地将各种特征在示例中组合在一起，以简化本公开。这种公开不应被解读为旨在所要求的示例比每个权利要求中所明确陈述的具有更多的特征。而是如权利要求所反映的那样，陈述对象可能不在于单个公开示例的所有特征。因此，权利要求在此被结合到具体说明中，其中每个权利要求可代表其各自的单独示例。虽然每个权利要求可代表各自的单独示例，但应注意的是，尽管在权利要求中从属权利要求参考具有一个或多个其他权利要求的特定组合，但是其它示例还包括从属权利要求与任何其他从属权利要求的对象的组合或每个特征与其他从属或独立权利要求的组合。除非声明不打算使用某个特定的组合，否则这些组合都是被包括的。此外，旨在包括一个权利要求与任何其他独立权利要求的特征的组合，即使该权利要求不直接依赖于该独立权利要求。

上述示例仅仅是对本公开的原理的说明。应理解的是，对于本领域技术人员而言，所说明的配置和细节的修改和变化是显而易见的。因此，本公开旨在仅由所附权利要求来限制，而不是由为了说明和解释示例的目的而阐述的具体细节来限制。