玻璃基板上的全硅电极电容换能器的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本申请涉及一种玻璃基板上的全硅电极电容换能器。
【背景技术】
[0002]电容换能器广泛用于位移的静电感测并用于创建在MEMS微结构中产生位移的静电力。这些换能器由被一个或多个窄的间隙(通常1-20微米)所分离的至少两个电极组成。当电压差施加在两个电极之间时，电极位置的改变引起电极上的电荷的改变，这由外部电子装置检测到。通常，电极中的至少一个是可移动的微结构，其位移或速度指示要感测的一些物理量，诸如加速、旋转、压力，等等。
[0003]当电压差施加于电极之间时通过在电极上产生静电力，电容换能器也可以充当用于可移动微结构的致动器。
【发明内容】
[0004]提供了用于全硅电极电容换能器的一个实施例。所述换能器包括耦合到玻璃基板的可移动娃微结构，该可移动娃微结构具有可移动娃电极。所述玻璃基板具有顶表面和至少一个凹进。所述可移动硅电极具有平行于所述玻璃基板的所述顶表面的平面的第一平坦表面。所述可移动娃微结构和可移动娃电极具有第一电子功函数。固定娃电极被结合到所述玻璃基板。该固定硅电极被放置在可移动硅电极附近，并配置成感测或促使所述可移动硅微结构的位移。所述固定硅电极具有平行于所述第一平坦表面的第二平坦表面。所述固定硅电极具有与所述可移动硅微结构和可移动硅电极的所述第一电子功函数相等的第二电子功函数。
【附图说明】
[0005]应当理解，附图仅仅描绘示例性实施例并且因此不应被认为对范围进行限制，通过使用附图，将用附加的特异性和细节来描述该示例性实施例，在附图中:
图1图不出全娃电极电容换能器的一个实施例；
图2A图示出作为用于全硅电极电容换能器的示例性制造过程的一部分的玻璃基板中的凹进的一个实施例；
图2B图示出作为用于全硅电极电容换能器的示例性制造过程的一部分的玻璃基板上放置的金属引线的一个实施例；
图2C图示出作为用于全硅电极电容换能器的示例性制造过程的一部分而结合到玻璃基板的硅片的一个实施例；
图2D图示出作为用于全硅电极电容换能器的示例性制造过程的一部分而结合到玻璃基板的硅片的一个实施例；
图2E图示出作为用于全硅电极电容换能器的示例性制造过程的一部分而结合到玻璃基板的娃电极和可移动娃微结构的一个实施例； 图2F图示出作为用于全硅电极电容换能器的示例性制造过程的可选部分的全硅电极电容换能器的替换实施例；
图2G图示出水平(面内)配置中的全硅电极电容换能器的一个实施例；
图3A图示出说明用于全硅电极电容换能器的示例性制造方法的一个实施例的框图； 图3B图示出说明用于全硅电极电容换能器的制造方法中的可选步骤的框图；
图4图示出用于全硅电极电容换能器的示例性系统的一个实施例。
[0006]根据一般惯例，各种描述的特征未按比例绘制而是绘制用于突出与示例性实施例相关的具体特征。
【具体实施方式】
[0007]在下面的详细描述中，参考形成其一部分的附图，并且其中作为例证示出了具体的说明性实施例。然而，应当理解，可以使用其它实施例并且可以进行逻辑的、机械的和电气的改变。此外，绘制图形和说明书中提出的方法不应被解释为限制其中单个步骤可以被执行的顺序。因此，下面的详细描述不应以限制性意义进行。
[0008]为了可移动硅微结构的精确和鲁棒地进行垂直感测和致动，并且为了电屏蔽，期望用固定硅电极代替固定金属电极以减轻固定和可移动电极之间的接触电位差(CPD)。通过用硅电极代替金属电极，硅电极的电子功函数大致与可移动硅电极的电子功函数相匹配，从而减少或消除两个电极之间的CPD。
[0009]为了实现精确的感测或致动，重要的是具有对电极上的电压的精确控制。如果电极由具有不同电子功函数的不同材料制成，则这是困难的。在那种情况下，在电极之间存在与该电极材料的功函数之间的差相等的有效内置电压差。此内置电压差称为接触电位差(CPD)。CPD引起可以在外部电子装置中产生错误的传感器信号的电极上的电荷，和/或不期望的静电致动器力。CPD的精确值根据电极表面的成分而变化，该成分可以由于温度、与电容器间隙中的气体的化学反应、表面污染物、材料结构等等的变化而随时间变化。因此，(PD可以使由电容换能器组成的传感器或致动器的精度退化。
[0010]图1图示出玻璃基板100上的示例性全硅电极垂直电容换能器。全硅电极电容换能器100包括锚定娃(anchored silicon) 101、可移动娃微结构103、固定娃电极105和金属电引线107。固定硅电极105是结合到玻璃基板109中的凹进的高掺杂外延硅电极。
[0011 ] 在一个实施例中，玻璃基板109具有两个凹进，第一凹进和比第一个更深的第二凹进。固定硅电极105结合到第一凹进。金属电引线107a和107b沿玻璃基板图案化从而使得金属电引线107a中的一个沿着第二凹进的底部直到第一凹进而放置，从而使得金属电引线107a实现到固定硅电极105的电连接。可移动硅电极104电耦合到固定硅101。金属电引线107b沿着第二凹进的底部直到玻璃基板109的顶表面而放置，从而使得金属电引线107b耦合到锚定硅101。金属电极107a和107b定位在固定硅电极105的下方从而使得可移动娃微结构103由固定娃电极105屏蔽而免受金属电引线107a、107b和包括金属电引线107c的其它金属电引线影响。
[0012]在可移动硅微结构的下方的玻璃基板上的固定电极常常是必要的，以屏蔽该可移动微结构不受由玻璃基板的表面上不需要的电荷或者由设备的其它部分中施加的电压所产生的电场影响。此类屏蔽电极和可移动微结构之间的(PD可以导致错误的传感器输出或致动器力。
[0013]与具有玻璃基板上的金属电极和娃可移动微结构的垂直电容换能器相比，使用固定硅电极105减轻(诸如减少或消除)了固定硅电极105与可移动硅微结构103之间的CPD。
[0014]固定娃电极105配置成感测或促使可移动娃微结构103的位移。在一个实施例中，固定娃电极105具有延伸超出玻璃凹进的突出部分(overhang)115,固定娃电极105结合到玻璃基板109而到该玻璃凹进。绝缘玻璃表面111上的杂散电荷的密度可以随时间漂移，如果该杂散电荷产生的电场延伸到可移动娃微结构103,则会产生错误的传感器输出信号。除了消除硅电极105与可移动硅微结构103之间的CPD之外，硅电极105还具有将可移动硅微结构103屏蔽而免受玻璃表面111影响的“突出部分” 115。可移动硅微结构103包括形成于可移动娃微结构103中的可移动娃电极104。在一个实施例中,可移动娃微结构103也是可移动娃电极104。在其它实施例中，可移动娃电极104仅包括可移动娃微结构103的一部分。
[0015]锚定硅101结合到玻璃基板109。可移动硅微结构103与锚定硅101由柔性硅悬架113连接。柔性硅悬架113在机械上是顺从的，从而允许可移动硅微结构103移动。锚定娃101、可移动娃微结构103和柔性娃悬架113通过光刻