具有弯曲接触表面的质量块定位结构制造技术

微机电系统(MEMS)包括衬底、位于衬底表面上方位置的第一曲面和沿着平行于衬底的表面的第一轴线与第一曲面大致相对的第二曲面，其中所述第一曲面能够沿着第一轴线在朝向第二曲面的方向上移动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有弯曲接触表面的质量块定位结构本申请要求2011年11月9日提交的美国临时申请号61/557,767的权益，其整个内容在本文中通过参考合并。
本专利技术涉及半导体器件，并且更具体地涉及包含传感器的半导体器件。
技术介绍
在本文中称为“MEMS”或者“MEMS器件”的微机电系统使用微型装配技术将电气和机械部件集成在相同的硅衬底上。电气部件使用集成电路方法装配，而机械部件使用与集成电路方法相兼容的微型加工方法装配。这个结合使得使用标准制造方法在硅衬底上装配整个机电系统成为可能。MEMS器件的常见应用是传感器的设计和制造。由于MEMS所表现的敏感度、空间和时间分辨率和较低的电力需求，这些传感器已证实在各种应用中是有效的解决方案。因此，MEMS传感器(比如惯性传感器、陀螺仪和压力传感器)已经被研发在各种广泛的应用中使用。MEMS惯性传感器对于测量静态和动态加速度都是有用的。特别地，MEMS惯性传感器可以用于感测器件的方位和位置。一种类型的MEMS惯性传感器包括由弹簧支撑在衬底固定架上方的质量块。衬底固定架限定腔，质量块可移动地定位在所述腔内。弹簧将质量块定位在腔内的中性位置。当衬底固定架加速时，质量块相对于衬底固定架从中性位置移动，但是仍然在腔内。响应于衬底固定架的加速度，在众多因素中，弹簧的弹簧常数确定由质量块展现的运动量。质量块在腔内的行进跨距称为位移范围。电气引线可以连接到衬底固定架和质量块。衬底固定架的加速度能够通过测量衬底固定架和质量块之间的电容而感测。一些已知的MEMS惯性传感器合并一个或者多个定位结构以便限制并限定质量块在腔内的位移范围。如果传感器受到超过阈值力的力，质量块可以移动到最大位移的位置。即使质量块已经移动到最大位移的位置，定位结构确保质量块保持合适地定位在腔内。而且，定位结构防止质量块移动到使弹簧折断、断裂或以其他方式破坏的位置。在过去，定位结构是用衬底固定架上的平的表面和质量块上相应的平的表面来实现。当质量块移动到最大位移的位置时，这些平的表面彼此接触。尽管具有平的表面的定位结构有效地限制并限定质量块的最大位移，但静摩擦力可能由于平的表面之间的接触而出现。如本文中所使用的，词语“静摩擦力”指的是将与第二物体物理接触的第一物体移动必须克服的力。通常，静摩擦力关于第一和第二物体之间的接触区域的表面积而增加。随着静摩擦力施加到具有带平的接触表面的定位结构的MEMS，静摩擦力可以由于大的外部物理冲击比如跌落试验、弹簧-质量共振频率激励等而出现。如G.J.O’Brian,D.J.Monk和L.lin，美国机械工程学会MEMS，第一卷，275-280页(1999)“通过电容-电压(C-V)曲线静电激励/锁存的静摩擦力研究”报道的，MEMS惯性传感器的静电自检测试激励也是可能导致静摩擦力的事件。静摩擦力可能导致MEMS惯性传感器产生错误的测量值或者变得无法操作。特别地，一些导致静摩擦力的事件可能导致质量块永久地粘附到衬底固定架上，从而导致MEMS终止感测加速度。其他的导致静摩擦力的事件可以导致质量块暂时粘附到衬底固定架，这可以导致MEMS不准确地感测加速度。因此，质量块由于静摩擦力暂时和永久的粘附到衬底固定架可能导致MEMS惯性传感器产生错误的测量值。因此，MEMS惯性传感器在衬底固定架和质量块之间受到较小的静摩擦力是有利的。
技术实现思路
在一个实施例中，微机电系统(MEMS)包括衬底、位于衬底的表面上方位置的第一曲面以及沿着平行于衬底表面的第一轴线与第一曲面大致相对的第二曲面，其中第一曲面可以沿着第一轴线以朝向第二曲面的方向移动。根据另一实施例，用于微机电系统(MEMS)的加速计包括衬底、在衬底表面上方位置并且具有位于质量块第一侧的第一曲面的质量块，以及行进挡块，其具有与第一曲面大致相对的第二曲面，其中第一曲面可以沿朝向第二曲面的方向移动。根据另一实施例，一种形成用于微机电系统(MEMS)的加速计的方法包括：形成衬底；在衬底表面上方的位置形成质量块，其具有位于质量块的第一侧的第一曲面；以及形成第一行进挡块，其相对于衬底固定到位置，并且所述第一行进挡块包括与第一曲面大致相对的第二曲面，其中质量块可以沿朝向第一行进挡块的方向移动。附图说明从下面的参照附图的描述，本文所公开的器件的特征将对于本领域技术人员来说变得明显，在附图中：图1描绘具有质量块定位结构的微机电系统(“MEMS”)的透视图，所述质量块定位结构包括质量块上的凹随动件和固定架上的凸行进挡块；图2描绘沿着图1的线2-2的MEMS的横截面图；图3描绘图1的MEMS的俯视图；图4描绘图1的MEMS的定位结构的局部俯视图，其中质量块处于中性位置；图5描绘图1的MEMS的定位结构的局部俯视图，其中质量块处于沿x轴的最大负向位移位置；图6描绘图1的MEMS的定位结构的局部俯视图，其中质量块处于沿y轴的最大负向位移位置；图7描绘具有质量块定位结构的MEMS的实施例的俯视图，所述质量块定位结构包括质量块上的凹随动件和固定架上的凸行进挡块；图8描绘具有质量块定位结构的MEMS的实施例的俯视图，所述质量块定位结构包括固定架上的凹随动件和质量块上的凸行进挡块；图9描绘具有质量块定位结构的MEMS的实施例的俯视图，所述质量块定位结构包括质量块上的矩形随动件和固定架上的凸行进挡块；图10描绘用于形成具有质量块定位结构的MEMS的掩膜的俯视图，所述质量块定位结构包括由亚微米间隙隔开的第一元件和第二元件；图11描绘形成有图10的掩膜的MEMS的俯视图；图12描绘用于形成具有质量块定位结构的MEMS的掩膜的俯视图，所述质量块定位结构包括由亚微米间隙隔开的第一元件和第二元件；图13描绘形成有图12的掩膜的MEMS的俯视图；图14描绘MEMS隧穿尖端加速计的示意性视图；和图15描绘用于形成图14的隧穿尖端加速器的第一和第二尖端的掩膜的局部俯视图。具体实施方式为了促进理解本文中所描述的器件和方法的原理的目的，现在将参照附图中示出并且在下面的书面说明书中描述的实施例。应理解，并不旨在由此限制器件和方法的范围。进一步应理解，器件和方法包括示出的实施例的任何变体和改进，并且包括如属于该器件和方法领域的技术人员通常想到的器件和方法的原理的进一步应用。图1描绘微机电系统(“MEMS”)100的示例性实施例。MEMS100配置为感测加速度。特别地，当MEMS100在具有沿z轴分量的方向加速时，MEMS100产生与加速度有关的电输出。MEMS100包括衬底108、壁112和质量块116。衬底108限定大致正交于(即，垂直于)z轴的x-y平面内的表面120。壁112连接到衬底108并且在表面120上方沿着z轴延伸。壁112可以由与衬底108相同的材料形成，并且，在一些实施例中，壁112可以与衬底108成为一体。可替代地，壁112可以是不同于衬底108的材料，其沉积在表面120上并且结合到衬底108。如图1所示，壁112作为单一的材料部分围绕质量块116形成；然而，壁112还可以作为由一个或多个空间间隔开的材料部分围绕质量块116形成。壁112和表面120限定腔124。腔124具有沿y轴的长度、沿x轴的宽度和沿z轴的深度。质量块116定位在腔124内以便响应于MEMS100在具有沿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机电系统(MEMS)，所述MEMS包括：衬底；第一曲面，其位于衬底表面上方的位置；和第二曲面，其沿着平行于衬底表面的第一轴线与第一曲面大致相对，其中所述第一曲面能够沿着第一轴线在朝向第二曲面的方向上移动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.09 US 61/557,7671.一种MEMS，所述MEMS包括：衬底；质量块，包括具有凹陷的第一随动件，所述凹陷包括第一曲面，所述第一曲面定位在衬底表面上方并且能够在平行于所述衬底表面的平面内移动，所述平面包括x轴和垂直于x轴的y轴；和第一行进挡块，包括第一颈部和限定第二曲面的第一头部，所述第二曲面沿着所述x轴与第一曲面大致相对，其中所述第一曲面、第一颈部和第一头部被构造以使得所述质量块仅仅沿着所述y轴的最大位移在所述第一颈部和所述凹陷的口之间产生点接触，并且所述质量块仅仅沿着所述x轴的最大位移在所述第一头部的顶点和第一曲面的顶点之间产生点接触，其中所述第一曲面和所述第二曲面中的一个是凸面；所述第一曲面和所述第二曲面中的另一个是凹面；以及所述凹面从口到定位在与x轴平行的第一轴线上的顶点朝向第一轴线弯曲。2.根据权利要求1所述的MEMS，其中：所述质量块沿着所述x轴的移动被限制到第一距离；所述凹面具有从凹面的所述口到凹面的所述顶点的第二距离；和所述第一距离的长度小于所述第二距离的长度。3.根据权利要求1所述的MEMS，其中：所述质量块还包括具有第三曲面的第二随动件，所述第三曲面定位在衬底表面上方；和所述MEMS还包括第二行进挡块，所述第二行进挡块包括第二颈部和第二头部，所述第二头部限定第四曲面，所述第四曲面沿着所述y轴与第三曲面大致相对。4.根据权利要求3所述的MEMS，其中：所述质量块还包括具有第五曲面的第三随动件，所述第五曲面定位在衬底表面上方；和所述MEMS还包括第三行进挡块，所述第三行进挡块包括第三颈部和第三头部，所述第三头部限定第六曲面，所述第六曲面沿着所述x轴与第五曲面大致相对。5.一种用于MEMS的加速计，其包括：衬底；质量块，其位于衬底表面上方的位置并且具有位于质量块第一侧的第一曲面，平行于所述衬底表面的平面包括x轴；和第一行进挡块，其具有与第一曲面大致相对的第二曲面，其中所述第一曲面能够朝向第二曲面的方向移动，所述第一曲面和第二曲面中的一个是凸面，所述第一曲面和第二曲面中的另一个是凹面，所述凹面从口到定位在与x轴平行的第一轴线上的顶点朝向第一轴线弯曲，以及所述第一行进挡块和质量块被构造以使得在所述第一行进挡块和质量块之间的任何接触要求在单个点处或者与所述第一曲面接触或者与所述第二曲面接触，所述单个点与所述第一曲面和第二曲面都相切。6.根据权利要求5所述的加速计，其中所述第一曲面和第二曲面中的凸面在大致平行于所述衬底表面的平...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·奥布赖恩，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，G·奥布赖恩，
类型：发明
国别省市：德国;DE