制造电子器件的方法以及对应的电子器件技术

本公开涉及制造电子器件的方法以及对应的电子器件。微机电器件包括衬底，第一结构层和半导体材料的第二结构层。感测质量块在第一结构层中延伸，并且通过第一弹性连接件耦合到衬底，以使得感测质量块能够在垂直于衬底的感测方向上相对于感测质量块的静止位置振荡最大量。平面外止动结构包括固定到衬底上的锚和机械行程端结构，该机械行程端结构在第二结构层中延伸，面向感测质量块，并通过宽度小于感测质量块的最大位移距离的间隙与感测质量块隔开。机械行程末端结构通过第二弹性连接件连接到锚，该第二弹性连接件使得机械行程末端结构能够响应于感测质量块的冲击而沿感测方向运动。运动。运动。

【技术实现步骤摘要】
制造电子器件的方法以及对应的电子器件


[0001]本公开涉及一种具有平面外止动结构的微机电(MEMS)器件，特别是具有电容型控制/感测的运动传感器，并且涉及一种用于制造微机电器件的工艺。

技术介绍

[0002]众所周知，为了增加微机电器件的机械强度，特别是惯性器件的机械强度，经常使用止动结构，其限制移动结构的微机电。止动结构限制了可移动结构的自由路径，并防止在冲击事件中可能产生的损坏，例如由于高速冲击或弹性连接件的过度伸展。当然，止动结构必须以适当的方式设计，以防止力的集中并能够吸收冲击，而不会受到或造成损坏。然而，平面外止动器结构的生产可能证明不是完全有效的。

技术实现思路

[0003]具体地，所考虑的MEMS器件包括堆叠在衬底上的两个结构层，并且形成至少一个可移动到结构层之一的平面外的结构(所谓的平面外可移动结构)以及形成另一结构层中的平面外止动结构。移动结构可以例如形成沿Z轴或沿Z方向的运动传感器的一部分，并且配备有形成在结构层之一中的移动质量块，该移动质量块在垂直于结构层的平面的感测方向上振荡，并且该移动质量块被电容耦合到形成在衬底上的固定电极。
[0004]特别地，在随后的描述中，将参考MEMS运动传感器和关于其制造的问题；然而，本公开可以一般地上应用于其它类型的MEMS器件。
[0005]例如，MEMS器件可以包括以下结构中的一个或多个结构，单个地或耦合在一起(组合)地：加速度计、陀螺仪、地震检波器、倾斜计和谐振器。此外，MEMS器件可以构成MEMS致动器。
[0006]这种类型的微机械器件广泛用于消费者、汽车和工业应用中。
[0007]在本公开的一个或多个实施例中，微机电器件和用于制造微机电器件的工艺使得能够克服或至少减少上述传统MEMS器件的限制。
[0008]本公开涉及一种微机电器件，其包括衬底、衬底上的第一结构层和第一结构层上的第二结构层。感测质量块，在第一结构层中。多个第一弹性连接件耦合到感测质量块和衬底。所述感测质量块经由所述多个第一弹性连接件在垂直于所述衬底的感测方向上具有最大位移距离。锚，耦合到衬底。限制板，在面对感测质量块的第二结构层中。间隙，位于感测质量块和限制板之间，该间隙具有的宽度小于感测质量块的最大位移距离。存在至少一个第二弹性连接件，耦合到所述限制板和所述锚。
附图说明
[0009]为了更好地理解本公开，现在将仅通过非限制性示例并参考附图来描述其一些实施例，其中：
[0010]图1是穿过已知微机电器件的截面图；
[0011]图2是穿过根据本公开的实施例的微机电器件的截面视图；
[0012]图3是图2的微机电器件的锚和弹性连接件的细节的俯视图；
[0013]图4是图3的细节的前视图；
[0014]图5是图2的微机电器件的简化俯视图；
[0015]图6是图2的微机电器件的电路图；
[0016]图7是穿过根据本公开的实施例的微机电器件的截面视图；
[0017]图8是图7的微机电器件的简化俯视图；
[0018]图9－图15是根据本公开的实施例的制造工艺的连续步骤的截面图；
[0019]图16是根据本公开的实施例的制造工艺的中间步骤的截面图；
[0020]图17是穿过根据本公开的实施例的微机电器件的截面视图；
[0021]图18是穿过根据本公开的实施例的微机电器件的截面视图；以及
[0022]图19是结合了根据本公开的微机电器件的电子系统的实施例的简化框图。
具体实施方式
[0023]例如，图1示出了已知的微机电器件1，特别是加速度计Z。微机电器件1包括衬底2、外延层3、从外延层3获得的外部支撑结构5、锚6、移动质量块7和弹性连接件8并且弹性连接件8被配置为使得移动质量块7能够在垂直于衬底2和外延层3的平面的感测方向Z上振荡。
[0024]盖10通过粘合层11接合到支撑结构5，粘合层11通常是玻璃
‑
熔块层。盖10被成形以便形成止动结构10a，该止动结构10a限制移动质量块7在感测方向上的振荡。
[0025]然而，所描述的解决方案不是没有限制的，其主要取决于粘合层11的厚度。假定粘合层11的厚度不能减小到超过一定限度，实际上，移动质量块7和止动结构10a之间的间隙具有的宽度也可能不总是具有期望值。因此，平面外止动器结构10a的有效性可能不是最佳的。另一方面，移动质量块7的有用振荡远小于移动质量块7和止动结构10a之间的间隙的宽度，因此如果该宽度过大，则在信号方面没有优势。此外，结合有止动结构10a的盖10具有相当大的刚度，并且用于耗散能量的能力可能不足以防止对具有常规MEMS设计的移动质量块7的损坏。
[0026]参考图2，示意性地示出了根据本公开的实施例的微机电器件，并且由数字20表示。在所示的例子中，特别地，微机电器件20是Z轴加速度计。然而，应当理解的是，本公开不限于这种类型的器件，并且适用于具有平面外运动的任何微机电器件，具体地包括用于平面外运动的差分类型的传感器，具有俯仰和滚动运动的陀螺仪，以及多轴陀螺仪和加速度计。
[0027]微机电器件20包括涂覆有绝缘层22的衬底21、第一结构层23、第二结构层25和通过粘合层28(例如玻璃
‑
熔块层)连接到第二结构层25的盖27。
[0028]第一结构层23和第二结构层25分别由半导体材料制成，例如在衬底21和绝缘层22上连续生长的第一外延层和第二外延层，如下文更详细解释的。因此，第一结构层23被插置在衬底21和第二结构层25之间。
[0029]微机电器件20的部件从第一结构层23和/或第二结构层25获得。
[0030]特别地，外部支撑框架30沿着微机电器件20的周界延伸并且包括第一结构层23和第二结构层25的相应部分30
’
，30”。部分30
’
，30”对应于第一和第二结构层23，25面向锚33
的外部或外端，如图2所示。在一个或多个实施例中，部分30
’
，30”是在形成下文更详细描述的各种组件之后界定MEMS器件20的外周界的第一和第二结构层23，25的剩余部分，其中部分30
’
，30”通过空间或间隙与锚33分离。盖27通过粘合层28接合到支撑框架30。
[0031]感测质量块32在第一结构层23中延伸或形成在第一结构层23中，并且由锚33(也可称为质量块锚33或第一锚33)和第一弹性连接件35支撑和连接到衬底21。锚33和第一弹性连接件35也由第一结构层23形成或形成在第一结构层23中。第一弹性连接件35被配置为使得感测质量块32能够在垂直于衬底21和穿过第一结构层23和第二结构层25的水平面的感测方向Z上振荡最大距离(其在本文中也可被称为最大位移距离)。多个第一弹性连接件35在延伸位置具有最大拉伸(其在本文中也可被称为最大长度或最大位移)并且在静止位置(即，在没有旋转和/或施加外力的情况下)具有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微机电器件，包括：衬底；第一结构层，在所述衬底上；第二结构层，在所述第一结构层上；感测质量块，在所述第一结构层中；多个第一弹性连接件，耦合至所述感测质量块和所述衬底，所述感测质量块经由所述多个第一弹性连接件在垂直于所述衬底的感测方向上具有最大位移距离；锚，耦合到所述衬底；限制板，在所述第二结构层中面向所述感测质量块；间隙，在所述感测质量块与所述限制板之间，所述间隙具有的宽度小于所述感测质量的所述最大位移距离；以及至少一个第二弹性连接件，耦合到所述限制板和所述锚。2.根据权利要求1所述的微机电器件，进一步包括：绝缘层，在所述衬底上；电压平衡结构，在所述绝缘层上，所述锚与所述电压平衡结构直接接触。3.根据权利要求2所述的微机电器件，其中所述电压平衡结构包括电耦合到所述感测质量块和所述限制板的导线。4.根据权利要求1所述的微机电器件，其中所述锚在所述第二结构层中。5.根据权利要求4所述的微机电器件，其中所述锚在所述第一结构层中。6.根据权利要求1所述的微机电器件，其中在操作期间，所述限制板经由所述至少一个第二弹性连接件围绕垂直于所述感测质量块的所述感测方向的轴旋转。7.根据权利要求1所述的微机电器件，其中在操作期间，所述限制板经由所述至少一个第二弹性连接件在所述感测质量块的所述感测方向上移动。8.根据权利要求1所述的微机电器件，进一步包括：支撑框架，耦合到所述衬底并且围绕所述感测质量块、所述锚和所述限制板；以及保护盖，耦合到所述支撑框架并且被布置在所述限制板之上。9.根据权利要求8所述的微机电器件，其中所述支撑框架在所述第一结构层和所述第二结构层二者中。10.根据权利要求8所述的微机电器件，其中所述锚是所述支撑框架的一部分。11.根据权利要求1所述的微机电器件，其中所述限制板包括朝向所述感测质量块延伸的突起。12.一种用于制造微机电器件的方法，包括：在衬底上形成第一结构层；在所述第一结构层上形成第二结构层；在所述第一结构层中形成感测质量块和将所述感测质量块耦合到所述衬底的第一弹性连接件，所述第一弹性连接件使得所述感测质量块能够在垂直于所述衬底的感测方向上振荡最大振荡距离；形成止动器组件，包括形成耦合到所述衬底和限制板的止动器锚，...

【专利技术属性】
技术研发人员：L，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：