在微电子机械系统(MEMS)器件的叉指式电容器中形成偏移的金沙现金网平台

文档序号:16849014 发布日期:2019-02-12 22:34
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本公开涉及微电子机械系统领域。



背景技术:

微电子机械系统(MEMS)器件可以包括使用微加工技术制造的器件,诸如换能器、传感器、致动器等。MEMS器件可以通过测量换能器的物理状态的变化并且将已转换信号传送到与MEMS器件连接的处理电子器件来感测来自环境的信息。MEMS器件可以使用类似于用于集成电路的微加工制造技术来制造。



技术实现要素:

根据一些实现,一种用于形成微电子机械系统(MEMS)器件的方法可以包括:执行悬空硅工艺以在单晶硅衬底中在相对于单晶硅衬底的顶面的第一深度处形成腔体;在单晶硅衬底的导电电极区域中形成电绝缘区域,该电绝缘区域相对于单晶硅衬底的顶面延伸到小于第一深度的第二深度;以及蚀刻单晶硅衬底以暴露第一电极与第二电极之间的间隙,其中在第一深度区域内第二电极与第一电极分开由电绝缘区域和间隙限定的第一距离,并且其中在第二深度区域内第二电极与第一电极分开由间隙限定的第二距离。

根据一些实现,一种用于形成叉指式电容电极结构的方法可以包括:执行悬空硅工艺以在包括至少一个导电电极区域的衬底中形成腔体;以及形成结构化电极区域,使得在至少一个导电电极区域的第一电极与第二电极之间可以设置从衬底的顶面延伸到腔体的间隙,其中为了形成偏移,第二电极的端面的至少一部分可以相对于衬底的顶面与第一电极的端面偏移。

根据一些实现,一种微电子机械系统(MEMS)器件可以包括:包括MEMS结构的非绝缘体上硅(SOI)单晶半导体衬底,MEMS结构包括被布置为相对于彼此可移动并且通过间隙分开的第一电极和第二电极,其中第一电极和第二电极可以是叉指式电极结构的一部分,并且第一电极和第二电极可以在第一深度区域内彼此分开第一横向距离并且在第二深度区域内彼此分开第二横向距离。

附图说明

图1是MEMS器件可以在其中操作的示例系统的图;

图2是示例MEMS器件的图;

图3是示例悬空硅技术的图;

图4是没有叉指式电容器中的偏移的示例MEMS器件的图;

图5A、图5B以及图6至图9是具有叉指式电容器中的偏移的示例MEMS器件的图;

图10A至图10I是用于形成具有叉指式电容器中的偏移的MEMS器件的示例过程的图;以及

图11和图12是用于形成具有叉指式电容器中的偏移的MEMS器件的示例过程的流程图。

具体实施方式

示例实现的以下详细描述参考附图。不同附图中的相同的附图标记可以标识相同或相似的元件。

图1是MEMS器件可以在其中操作的示例系统100的图。如图1所示,系统100可以包括换能器单元110,换能器单元110可以包括MEMS器件120和专用集成电路(ASIC)130。如进一步所示,系统100可以包括处理器140。系统的组件100可以经由有线连接、无线连接或其某种组合来交互。

换能器单元110可以包括MEMS器件120和ASIC 130。在一些实现中,换能器单元110可以是包括用于接收物理信号(例如,通过MEMS器件120)的封装开口(诸如声音端口)的封装设备(诸如封装麦克风)。另外地或替代地,换能器单元110可以包括共享电路板,共享电路板具有用于MEMS器件120和ASIC 130的附接到共享电路板的分离的半导体管芯。在一些实现中,诸如通过倒装芯片接合,MEMS器件120和ASIC 130可以作为片上系统(SoC)组装在芯片堆叠中。在一些实现中,MEMS器件120和ASIC 130可以作为SoC集成在单个半导体管芯上(例如,单片集成)。

MEMS器件120可以接收物理信号,可以基于物理信号生成已转换信号,并且可以将已转换信号提供给ASIC 130。例如,MEMS器件120可以向ASIC 130提供表示由MEMS器件120感测的物理信号的模拟电信号。模拟电信号可以包括例如单个信号(例如,单端信号)、差分信号等。在一些实现中,MEMS器件120可以包括MEMS麦克风,并且物理信号可以包括压力信号,诸如声压波。另外地或替代地,MEMS器件120可以包括MEMS加速计、MEMS陀螺仪、MEMS反射镜结构、MEMS光检测和测距(LIDAR)器件、MEMS传感器、MEMS换能器等。

ASIC 130可以基于来自MEMS器件120的模拟电信号来生成输出信号,并且可以将输出信号提供给处理器140。另外地或替代地,ASIC 130可以执行其他功能,诸如向MEMS器件120提供偏置信号,向MEMS器件120提供恒定电荷和/或恒定电压,实现缓冲器电路,实现用于来自MEMS器件120的信号的放大器电路,等等。在一些实现中,ASIC 130可以包括模数转换器(ADC),并且可以向处理器140提供与从MEMS器件120接收的模拟电信号相对应的数字信号。另外地或替代地,ASIC 130可以包括用于与处理器140通信的输入/输出电路和/或通信接口。

处理器140以硬件、固件或硬件和软件的组合来实现。处理器140可以包括中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、加速处理单元(APU)、微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、ASIC或其他类型的处理组件。在一些实现中,处理器140包括能够被编程为执行功能的一个或多个处理器。处理器140可以从ASIC 130接收信号(例如,模拟信号、数字信号等),并且可以基于该信号执行处理。在一些实现中,诸如当MEMS器件120是MEMS麦克风时,处理器140可以是专用音频处理器,诸如音频编码器/解码器(CODEC)。在一些实现中,处理器140可以包括存储器设备或连接到存储器设备。

图1中所示的组件的数目和布置作为示例提供。实际上,可以存在与图1所示的相比更多的组件、更少的组件、不同的组件或不同地布置的组件。此外,图1所示的两个或更多个组件可以在单个组件内实现,或者如图1所示的单个组件可以实现为多个分布式组件。另外地或替代地,系统100的一组组件(例如,一个或多个设备)可以执行被描述为由系统100的另一组组件执行的一个或多个功能。

图2是示例MEMS器件200的图。在一些实现中,MEMS器件200对应于图1的MEMS器件120。如图2所示,MEMS器件200可以包括膜210、转子梳状指状件220、定子梳状指状件230、锚定件240和定子250。在一些实现中,MEMS器件200是包括诸如压力换能器(例如,声压波换能器)等梳状驱动换能器的MEMS麦克风。在一些实现中,MEMS器件200可以包括使用诸如加速度计、陀螺仪、反射镜结构、LIDAR设备等梳状驱动机构的另一类型的换能器。以下描述其中MEMS器件200是压力换能器的实现。

在一些实现中,膜210将膜210上方的第一体积与膜210下方的第二体积分开。如图所示,诸如声压波等压力P可以作用于膜210(例如,从下方、从上方等)。在图2中,压力P被示出为从膜210下方起作用,其可以对应于被布置为提供与膜210的底部(第二体积)流体连通的封装中的声音端口或开口。随着压力P变化,膜210偏转或振荡,由于梳状指状件的交叠区域的相应变化,这产生转子梳状指状件220与定子梳状指状件230之间的电容变化。因此,可以生成与压力P的变化相对应的电信号。例如,当压力P表示声波时,可以在转子梳状指状件220与定子梳状指状件230之间产生表示声波的电信号。在这种情况下,转子梳状指状件220和定子梳状指状件230可以通过偏置电压被偏置并且耦合到读出电路(例如,使用上面结合图1描述的ASIC 130)。

如图所示,转子梳状指状件220可以附接到膜210,膜210可以附接到锚定件240(例如,用于膜210和/或转子梳状指状件220的锚定件)。此外,定子梳状指状件230可以附接到定子250,定子250也可以被称为用于定子梳状指状件230的锚定件。锚定件240和定子250可以固定到衬底或另一刚性支撑结构,以便防止运动,而膜210可以被形成为薄的和/或可偏转的。

在一些实现中,图2所示的两个或更多个结构(例如,膜210、转子梳状指状件220、定子梳状指状件230、锚定件240和/或定子250)可以由相同的导电或半导体层(诸如单晶硅衬底)形成,如本文中其他地方更详细地描述。在一些实现中,单晶硅衬底不是绝缘体上硅(SOI)衬底或晶片(例如,是非SOI单晶半导体衬底或晶片)。通过使用相同材料形成多个结构,可以在整个结构中减小或均衡弯曲,并且可以在MEMS器件200的不同结构上均匀地平衡应力,从而提高MEMS器件200的性能。此外,不同结构的几何尺寸(例如,结构的高度、结构的宽度、结构的长度、结构之间的间隔等)可以使用本文中其他地方更详细地描述的技术容易地被调节,并且可以利用几百纳米或更少的尺寸来形成。此外,通过使用非SOI晶片,可以减少形成MEMS器件200的成本(例如,通过使用标准硅晶片材料的单个硅块)。

图2中所示的结构的数目和布置作为示例提供。实际上,可以存在与图2所示的相比更多的结构、更少的结构、不同的结构或不同地布置的结构。

图3是示例悬空硅(silicon-on-nothing)技术300的图。如图3所示,一个或多个沟槽310可以在衬底320中被蚀刻,衬底320诸如单晶硅衬底(例如,其可以是如上所述的非SOI衬底或晶片),并且衬底320可以经历退火工艺以回流硅来形成一个或多个腔体330。沟槽310可以根据与腔体330的期望形状相匹配的图案在衬底320中被蚀刻。在衬底320中蚀刻沟槽310之后,可以执行退火工艺以回流衬底320的硅。例如,退火工艺可以在高温下在低氧环境(诸如氢气环境)中执行。

在一些实现中,退火工艺可以在大约1100℃下在大约10托的压力下执行大约10分钟。在这种情况下,一个或多个腔体330可以形成为基本上管状的,如附图标记340所示。在退火工艺中,沟槽310之间的硅柱或硅柱体将回流,每个沟槽310的基部扩大并且每个沟槽310的顶部塌陷。当沟槽310靠近在一起(例如,在阈值距离内)时,沟槽310的扩展的基部将合并以形成腔体330,并且沟槽310的塌陷的顶部也将合并以形成悬空硅层350。悬空硅层350可以是单晶硅。

在一些实现中,退火工艺可以在大约1100℃下在大约10托的压力下执行大约30分钟。在这种情况下,腔体330可以形成为基本上平坦的,如附图标记360所示。在一些实现中,形成在衬底320中的沟槽310的间隔、在退火工艺期间使用的压力、温度、时间、气体组成等可以被调节以形成具有不同厚度和/或尺寸的针对腔体330的不同的形状。

在一些实现中,可以在腔体330中(例如,在腔体330的表面上)形成诸如氧化物衬垫等材料层,并且这个材料层可以在蚀刻工艺期间用作蚀刻停止层,如本文中其他地方更详细地描述。这个材料层可以是与衬底320不同的材料,以便在蚀刻衬底320时用作蚀刻停止层。例如,当衬底320是单晶硅时,该材料层可以是氧化硅、二氧化硅等。为了在腔体330中形成材料层,可以在悬空硅层350中形成开口,并且材料可以通过开口插入腔体330中。例如,悬空硅层350可以去除角部或者形成有小孔以将腔体330暴露于氧化工艺(诸如热氧化工艺)。在一些实现中,悬空硅技术可以包括用于半导体材料的Venezia工艺。

如上所述,图3仅作为示例提供。其他示例是可能的并且可以不同于关于图3描述的示例。

图4是没有叉指式电容器中的偏移的示例MEMS器件400的侧视图。

如图4所示,MEMS器件400可以包括其中形成有一个或多个腔体410(以白色示出)的衬底405(以浅灰色示出)。例如,腔体410可以通过执行悬空硅工艺来形成,如上面结合图3所述。如进一步所示,MEMS器件400可以包括导电电极区域415(以深灰色利用虚线轮廓示出),导电电极区域415可以包括第一电极420(例如,可移动电极)和第二电极425(例如,固定电极)。第一电极420和第二电极425可以通过以白色示出的间隙430(例如,气隙)分开。间隙430可以从衬底405的顶面435延伸到腔体410。

当向MEMS器件400施加加速度、压力或相似类型的力时,这样的力导致由支撑弹簧445支撑的质量块440(例如,震动质量块、检验质量块、测试质量块等)发生旋转或角度变形。例如,质量块440可以围绕轴线450旋转(例如,偏转、弯曲等),这可以暂时导致旋转的质量块455(被示出为虚线轮廓),其稍后可以在这样的旋转之后返回到初始位置。质量块455的旋转引起包括第一电极420的质量块455的端部沿着z轴偏转距离460。由于电极交叠和/或电极之间的距离的改变,该偏转引起第一电极420与第二电极425之间的电容C发生变化。可以测量电容的变化以确定施加到MEMS器件400的力(例如,加速度、压力等)。

如附图标记465所示,当第一电极420和第二电极425彼此不偏移(例如,在平行于衬底405的顶面435的方向上)时,如图4中所示,则电容C与偏转距离z(或旋转角度)之间可以存在非线性关系。这种非线性关系可能是不期望的,因为电容C和偏转z的函数(即,C(z))在初始未偏转状态下可以是平坦的(即,在未偏转状态下存在局部最大值)。因此,可以与灵敏度相对应的C(z)(dC/dz)的导数为零。因此,对于电极对(例如,转子电极和定子电极对)的z的小偏转(小的Δz),可能没有传感器信号。因此,无论差分读出如何,在只测量一对的情况下,可能没有可观察的信号。此外,电容C与偏转距离z之间的非线性关系对于相对较大的偏转可能是不期望的。例如,虽然可以在接近更线性状态时测量电容变化,但是可能不能获取相对的电极的差分信号,因为与两个可能的偏转距离(+z和-z)或旋转角度相关联的电容变化可能会相同,因此与线性关系470相比降低了测量的可区分性。此外,当质量块440的相对端上的电极对具有相同的几何形状时,这可能在测量电极对之间的差分信号时导致消失信号(例如,为零),因为在每个电极对处偏转量z或旋转量相等,但是方向相反。因此,电容C与偏转距离z之间的非线性关系可能是不期望的,因为对于小的偏转距离z,可能不存在可观察的信号,并且对于大的偏转距离,对于单个电极对可能存在小的非线性信号以及/或者对于差分读出可能不存在信号。

通过在平行于衬底405的顶面435的方向上偏移第一电极420和第二电极425,可以减少或消除上述非线性和消失信号的问题。在一些情况下,可以使用应力工程来引入偏移(例如,使用不同于所示长度的一个或多个弹簧445,使得第一电极420从第二电极425偏移)。然而,这样的应力工程可能由于质量块440和/或衬底405上的不可再生的应力和/或应力变化而引入大的传感器灵敏度分布。此外,应力的量可能随时间漂移,这可能导致传感器漂移和不准确。

本文中描述的一些技术可以用于在MEMS器件400的导电电极区域415内形成电绝缘区域,导致第一电极420与第二电极425之间的偏移。这些技术可以导致MEMS器件400上的更均匀的应力以及随着时间推移的较少的传感器漂移,从而提高传感器准确度。下面结合图5A至图12描述附加细节。

如上所述,图4仅作为示例提供。其他示例是可能的并且可以不同于关于图4描述的示例。

图5A和图5B是具有叉指式电容器中的偏移的示例MEMS器件500的侧视图。

如图5A所示,并且如上面结合图4所述,MEMS器件500可以包括其中已经形成一个或多个腔体504(以白色示出)的衬底502(以浅灰色示出)。例如,一个或多个腔体504可以通过执行悬空硅工艺来形成,如上面结合图3所述。在一些实现中,衬底可以是单晶硅衬底。例如,衬底502可以是非绝缘体上硅(SOI)单晶半导体衬底。如进一步所示,MEMS器件500可以包括导电电极区域506(以深灰色利用虚线轮廓示出),导电电极区域506可以包括第一电极508(例如,可移动电极)和第二电极510(例如,固定电极)。在一些实现中,第一电极508可以是转子梳状指状件(例如,转子梳状指状件220之一)的电极,并且第二电极510可以是定子梳状指状件(例如,定子梳状指状件230之一)的电极。第一电极508和第二电极510可以通过以白色示出的间隙512(例如,气隙)分开。间隙512可以从衬底502的顶面514延伸到腔体504。

如上面结合图4所述,第一电极508可以位于质量块516的端部。质量块516可以由支撑弹簧518支撑,并且可以围绕轴线520旋转(例如,平面外移动)和/或可以横向移动(例如,平面内移动)。因此,在一些实现中,第一电极508可以相对于第二电极510可移动。如图所示,在一些实现中,MEMS器件500可以包括一对导电电极区域506,其中每对中的第一电极508位于质量块516的相对端处。另外地或替代地,MEMS器件500可以包括形成叉指式电容电极结构(例如,叉指式电容器、叉指电极结构等)的多个这样的结构(例如,质量块516),如上面结合图2所述。

在一些实现中,MEMS器件500可以包括在导电电极区域506内的电绝缘区域522(例如,以浅灰色利用虚线轮廓示出)。在一些实现中,腔体504可以相对于衬底502的顶面514定位在第一深度524处,并且电绝缘区域522可以从顶面514延伸到第二深度526,其中第二深度526相对于顶面514小于第一深度524。在一些实现中,第一电极508的高度(例如,由第一深度524表示的高度)可以大致等于(例如,相等)第二电极510的高度528(例如,在公差范围)。另外地或替代地,由于电绝缘区域522而导致的第一电极508与第二电极510之间的偏移的高度(例如,由第二深度526表示的高度)可以大致为第一电极508和/或第二电极510的高度的一半(例如,在公差范围内)。

在这种配置中,基于第一电极508和第二电极510的读出可以表现出由于偏转或旋转而引起的第一电极508和第二电极510的偏移与电容之间的线性关系。此外,当偏转距离在质量块516的相对端上相等但是方向相反时,差分信号测量结果可能不会消失。

如图5B所示,在一些实现中,在导电电极区域506的第一深度区域530内,第二电极510可以与第一电极508分开第一距离(例如,第一横向距离)。第一距离可以是第一深度区域530的宽度,其在一些情况下可以由电绝缘区域522的宽度和间隙512的宽度的结合来被限定。如进一步所示,在导电电极区域506的第二深度区域532内,第二电极510可以与第一电极508分开第二距离(例如,第二横向距离)。第二距离可以是第二深度区域532的宽度,其在一些情况下可以由间隙512的宽度来被限定(例如,并且可以不包括电绝缘区域522的宽度)。在一些实现中,第一距离可以不同于第二距离。例如,如图所示,第一距离(例如,第一深度区域530的宽度)可以大于第二距离(例如,第二深度区域532的宽度)。如进一步所示,第一深度区域530可以被定位为比第二深度区域532更靠近衬底502的顶面514。另外地或替代地,腔室504可以被定位为比第一深度区域530和第二深度区域532更远离顶面514。

如图5B进一步所示,在一些实现中,MEMS器件500可以包括结构化电极区域534(例如,MEMS结构)。结构化电极区域534可以包括从衬底502的顶面514延伸到腔体504的间隙512。间隙512可以位于导电电极区域506的第一电极508与第二电极510之间。在一些实现中,第二电极510的端面536的至少一部分相对于衬底502的顶面514与第一电极508的端面538偏移。例如,第二电极510的端面536可以与第一电极508的端面538偏移电绝缘区域522的第二深度526。如图所示,第二电极510的端面536和第一电极508的端面538可以面对彼此。在一些实现中,第一电极508的端面538可以定位为比腔体504更靠近衬底502的顶面514,并且第二电极510的端面536可以定位为比电绝缘区域522更远离衬底502的顶面514。

在一些实现中,电绝缘区域522是通过使电介质材料凹陷(例如,执行浅沟槽隔离(STI)工艺)而形成的沟槽,如本文中其他地方更详细地描述。另外地或替代地,电绝缘区域522的边缘540(例如,沟槽的边缘)可以与腔体504的边缘542大致对准(例如,在公差范围内)。

在这些配置中的一个或多个中,基于第一电极508和第二电极510的读出可以表现出由于包括至少一个第一电极508的质量块516的偏转或旋转而引起的第一电极508和第二电极510的偏移与电容之间的线性关系。此外,当偏转距离在质量块516的相对端上相等但是方向相反时,差分信号测量结果不会消失。

如上所述,图5A和图5B作为示例提供。其他示例是可能的并且可以不同于关于图5A和图5B描述的示例。

图6是具有叉指式电容器中的偏移的另一示例MEMS器件600的图。在图6中,与图5A和图5B相同的附图标记标识相同或相似的元件。例如,MEMS器件600可以包括衬底502、一个或多个腔体504、一个或多个导电电极区域506、第一电极508和第二电极510(其沿着第一电极508和第二电极510的面对的端部的第一部分通过间隙512分开,并且沿着该面对的端部的第二部分通过间隙512和电绝缘区域522分开)、衬底502的顶面514、围绕轴线520旋转并且由支撑弹簧518支撑的质量块516、和/或上面结合图5A和/或图5B描述的一个或多个其他特征。

如图6所示,在一些实现中,MEMS器件600可以包括三个腔体504。在一些实现中,MEMS器件600可以包括多于三个腔体504,诸如四个腔体504、五个腔体504等。另外地或替代地,导电电极区域506可以包括电极的多个集合,诸如两对第一电极508和第二电极510,如图6所示。在一些实现中,第一电极508和第二电极510可以由于电绝缘区域522的形成而偏移,如本文中其他地方所述。

如图6进一步所示,在一些实现中,第二电极510之一形成在从腔体504的基部延伸的柱体640上。柱体640可以形成在导电电极区域506内在第一电极508之间。柱体640可以从第一电极508与第二电极510之间的间隙512形成。柱体640可以包括绝缘区域522以将柱体的第二电极510与第一电极508偏移。柱体640可以是或者可以形成定子梳状指状件(例如,类似于图2的定子梳状指状件230),其包括导电电极区域506中的绝缘区域522。这样,第一电极508可以基于质量块516围绕旋转轴线520的旋转来移动,而第二电极510保持固定到衬底502。在一些实现中,类似于导电电极区域506的导电区域可以相对于质量块516与导电电极区域506相对地形成。因此,可以在衬底502的导电电极区域506中形成多个柱体640。

如图6进一步所示,在一些实现中,帽650(例如,薄膜帽)可以被包括在衬底502之上,相对于顶面514与腔体504相对。在一些实现中,类似于柱体640的多个柱体(和/或不具有绝缘区域522的柱体)可以被包括在衬底502中(例如,在柱体640的前面或后面)以支撑帽650。帽650可以包围在顶面514与帽650之间的一个或多个隔室652。例如,帽650可以用于保护衬底502,诸如以防止质量块516与另一物体之间的物理接触,保持衬底的清洁度,等等。一个或多个隔室652可以是真空的或可以包括气体、流体或固体。因此,衬底502可以包括具有如本文中描述的绝缘区域的柱体640,柱体640可以用于支撑帽650而不会影响MEMS器件600的电容。

如上所述,图6仅作为示例提供。其他示例是可能的并且可以不同于关于图6描述的示例。

图7是具有叉指式电容器中的偏移的另一示例MEMS器件700的图。在图7中,与图5相同的附图标记表示相同或相似的元件。例如,MEMS器件700可以包括衬底502、一个或多个腔体504、至少一个导电电极区域506、第一电极508和第二电极510(其沿着第一电极508和第二电极510的面对的端部的第一部分508通过间隙512分开,并且沿着该面对的端部的第二部分通过间隙512和电绝缘区域522分开)、衬底502的顶面514、和/或上面结合图5A和/或图5B描述的一个或多个其他特征。

如图7所示,质量块516和/或支撑弹簧518可以通过有效地产生多个质量块516和/或多个支撑弹簧518的分隔腔体760分开。因此,图7的质量块516各自围绕单独的轴线520旋转(例如,偏转或弯曲)并且由单独的支撑弹簧518支撑。在一些实现中,分隔腔体760可以使用悬空硅工艺和/或分离质量块516和/或支撑弹簧518的蚀刻工艺来形成。因此,在图7的示例中,由于在衬底502的相对端上的质量块516的潜在的不同偏转或旋转,基于来自相对端的第一电极508和第二电极510的读出可以具有不同的读数(例如,不同的量值)。

如上所述,图7仅作为示例提供。其他示例是可能的并且可以不同于关于图7描述的示例。

图8是具有叉指式电容器中的偏移的另一示例MEMS器件800的图。在图8中,与图5A和图5B相同的附图标记标识相同或相似的元件。例如,MEMS器件800可以包括衬底502、一个或多个腔体504、第一电极508和第二电极510(其沿着第一电极508和第二电极510的面对的端部的第一部分通过间隙512分开,并且沿着该面对的端部的第二部分通过间隙512和一个或多个电绝缘区域522分开)、衬底502的顶面514、和/或上面结合图5A和/或图5B描述的一个或多个其他特征。

如图8所示,在一些实现中,MEMS器件800可以包括位于腔体504中的支撑一个或多个绝缘区域522的一个或多个支撑件702,一个或多个绝缘区域522将第一电极508与第二电极510偏移。被支撑的第二电极510可以与衬底502的外部部分704通过间隙712分开,使得支撑件702、绝缘区域522和第二电极510从腔体504的基部延伸。在一些实现中,衬底502的外部部分704可以包括电极(例如,类似于电极508、510)。在一些实现中,绝缘区域522的高度可以与偏移的高度706基本上相同,以及/或者第一电极508的高度可以与第二电极的高度相同。

如图8所示,绝缘区域522包括能够支撑第二电极510的电介质(例如,绝缘材料)。因此,当存在质量块516的旋转(例如,弯曲或偏转)时,当利用加速度g,偏转距离z和加速度的微分(dz/dg)在衬底502的相对侧上相反时,第一电极508和/或第二电极510可以被差分地读出。或者,当dz/dg在衬底502的相对侧上相等(或基本上相等)时,第一电极508和/或第二电极510可以针对质量块的旋转而被并行地读出。

如上所述,图8仅作为示例提供。其他示例是可能的并且可以不同于关于图8描述的示例。

图9是具有叉指式电容器中的偏移的另一示例MEMS器件900的图。在图9中,示出了MEMS器件900的顶视图。例如,图9所示的MEMS器件900可以包括具有多个相应的质量块516的多个衬底502。示例MEMS器件可以包括转子920、定子930和在转子920与定子930之间的沟槽940。在一些实现中,转子920可以包括第一电极508,并且定子930可以包括第二电极510。在一些实现中,沟槽940使用浅沟槽隔离(STI)工艺来从绝缘区域522和/或间隙512形成。

图10A至图10I是用于形成具有叉指式电容器中的偏移的MEMS器件的示例过程的图。在图10A中,衬底1002经由悬空硅工艺被形成为包括腔体1004并且被形成为包括电极区域1006。在图10B中,形成绝缘区域1022(例如,经由STI工艺,诸如硅蚀刻)。例如,在图10B中,绝缘区域1022可以与由悬空硅工艺形成的腔体1004的边缘对准。

在图10C中,将电介质层1030(例如,绝缘层,诸如氧化物层、原硅酸四乙酯(TEOS)等)放置在衬底1002之上以填充绝缘区域1022并且覆盖衬底1002的顶面1032。例如,可以使用化学气相沉积(CVD)工艺、等离子体CVD工艺等来将电介质层1030放置在衬底1002之上。在图10D中,电介质层1030被成形(例如,经由化学机械抛光(CMP)),使得电介质层1030的电介质表面1034平行于衬底1002的顶面1032。在图10E中,可以将具有对准开口1042的对准标记1040放置在电介质层1030之上。图10E中的对准开口1042产生间隙引导件1044以便对准衬底1002中的间隙(例如,类似于间隙512)。

在图10F中,间隙1050可以被形成为穿过对准掩模1040、电介质层1030并且进入绝缘区域1022。沟槽形成或间隙形成工艺(例如,二氧化硅蚀刻)可以用于形成间隙1050。在图10G中,图10E和图10F的对准掩模1040被去除。在图10H中,间隙1050经由蚀刻工艺从绝缘区域1022延伸到腔体中,从而在衬底1002中产生旋转轴线1060和支撑弹簧1062。在图10I中,在衬底1002的顶面1032之上的电介质层1030材料被去除。因此,电介质层1030的一部分可以被保留作为绝缘区域1022中的绝缘材料。

因此,图10A至图10I包括根据本文中的一些实现的用于形成具有叉指式电容器中的偏移的MEMS器件的示例过程。

图11是用于形成具有叉指式电容器中的偏移的MEMS器件的示例过程1100的流程图。在一些实现中,过程1100可以用于形成MEMS器件120、MEMS器件200、MEMS器件400、MEMS器件500、MEMS器件600、MEMS器件700、MEMS器件800、MEMS器件900、MEMS器件1000等。

如图11所示,过程1100可以包括执行悬空硅工艺以在单晶硅衬底中在相对于单晶硅衬底的顶面第一深度处形成腔体(框1110)。例如,在MEMS器件形成期间,可以执行悬空硅工艺以在单晶硅衬底中产生一个或多个腔体,如上面结合图5A、图5B、图6、图7和图10A至图10I所述。在一些实现中,单晶硅衬底是非绝缘体上硅(非SOI)衬底和/或晶片。在一些实现中,一个或多个腔体中的至少一个腔体基本上为管状的或基本上是平坦的。

如图11进一步所示,过程1100可以包括在单晶硅衬底的导电电极区域中形成相对于单晶硅衬底的顶面延伸到小于第一深度的第二深度的电绝缘区域(框1120)。例如,电绝缘区域可以是通过执行浅沟槽隔离工艺而形成的沟槽,其中沟槽的边缘与腔体的边缘大致对准,如上所述。

如图11进一步所示,过程1100可以包括蚀刻衬底以暴露第一电极与第二电极之间的间隙(框1130)。在一些实现中,可以使用蚀刻技术蚀刻衬底以暴露第一电极与第二电极之间的间隙,如上所述。在一些实现中,在第一深度区域内,第二电极与第一电极分开由电绝缘区域和间隙限定的第一距离。在一些实现中,在第二深度区域内,第二电极与第一电极分开由间隙限定的第二距离。在一些实现中,第一距离大于第二距离。

在一些实现中,第一电极和第二电极可以形成叉指式电容电极结构的一部分。在一些实现中,基于第一电极和第二电极的读出表现出由于偏转或旋转而引起的第一电极和第二电极的偏移与电容之间的线性关系。在一些实现中,第二电极可以形成在从腔体的基部延伸的柱体上。

尽管图11示出了过程1100的示例框,但是在一些实现中,过程1100可以包括与图11中描绘的那些相比更多的框、更少的框、不同的框或不同地布置的框。另外地或替代地,过程1100的两个或更多个框可以并行执行。

图12是用于形成叉指式电容电极结构的示例过程1200的流程图。在一些实现中,过程1200可以用于形成MEMS器件120、MEMS器件200、MEMS器件400、MEMS器件500、MEMS器件600、MEMS器件700、MEMS器件800、MEMS器件900、MEMS器件1000等的叉指式电容电极结构。

如图12所示,过程1200可以包括执行悬空硅工艺以在包括至少一个导电电极区域的衬底中形成腔体(框1210)。例如,腔体可以相对于衬底的顶面形成在第一深度处,如上所述。

如图12进一步所示,过程1200可以包括形成结构化电极区域,使得在至少一个导电电极区域的第一电极与第二电极之间设置从衬底的顶面延伸到腔体的间隙,其中为了形成偏移,第二电极的顶部端面的至少一部分相对于衬底的顶面与第一电极的顶部端面偏移(框1220)。在一些实现中,第一电极的端面和第二电极的端面可以彼此面对。另外地或替代地,可以通过在至少一个导电电极区域中形成相对于衬底的顶面延伸到小于第一深度的第二深度的电绝缘区域来形成偏移。在一些实现中,第一电极的端面被定位为比腔体更靠近衬底的顶面,并且第二电极的端面被定位为比电绝缘区域更远离衬底的顶面。

虽然图12示出了过程1200的示例框,但是在一些实现中,过程1200可以包括与图12中描绘的那些相比更多的框、更少的框、不同的框或不同地布置的框。另外地或替代地,过程1200的两个或更多个框可以并行执行。

本文中描述的一些技术可以用于在MEMS器件的导电电极区域内形成电绝缘区域,导致电极区域的第一电极与第二电极之间的偏移。这样,可以实现MEMS器件上的改善的均匀的应力和随着时间的推移的较少的传感器漂移,从而提高MEMS器件的传感器准确度。

前述公开内容提供了说明和描述,但是并非旨在穷举或将实现限制于所公开的精确形式。修改和变化鉴于上述公开内容是可能的,或者可以从实现的实践中获取。

如本文中使用的,术语"组件"旨在被广义地解释为硬件、固件和/或硬件和软件的组合。

即使在权利要求中记载和/或在说明书中公开了特征的特定组合,但是这些组合不意图限制可能实现的公开内容。实际上,这些特征中的很多特征可以以未在权利要求中具体记载和/或在说明书中公开的方式组合。尽管下面列出的每个从属权利要求可以仅直接依赖于一项权利要求,但是可能的实现的公开内容包括每个从属权利要求与权利要求集合中的每个其他权利要求的组合。

除非明确地如此描述,否则本文中使用的任何元件、动作或指令都不应当被解释为是关键或必要的。而且,如本文中使用,冠词"一"和"该"旨在包括一个或多个项目,并且可以与"一个或多个"可互换地使用。此外,如本文中使用,术语"集合"旨在包括一个或多个项目(例如,相关项目、不相关项目、相关项目和不相关项目的组合等),并且可以与"一个或多个"可互换地使用。如果只有一个项目是预期的,则使用术语"一个"或类似的语言。而且,如本文中使用,术语"具有"、"具有……的"等意图是开放式术语。此外,除非另有明确说明,否则短语"基于"旨在表示"至少部分地基于"。

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