【技术实现步骤摘要】
本公开内容涉及微机电装置，并且更具体地，涉及在面内方向上电容性地检测或致动运动的微机电装置。
技术介绍
1、术语微机电系统(mems)在这里指的是使用半导体微加工技术制造的小型化元件。mems元件的机械尺寸通常在从低于一微米至几毫米的值的范围内。mems包括机械或机电元件，其被配置成响应于检测到的现象来实现机械功能。与检测相对应的信号可以借助于以下结构部来生成：动态地阻尼响应于检测到的现象可移动的部分的移动的结构或可移动部。
2、电容被广泛地用于mems以将感应到的运动转换成电信号或者将输入电压转换成感应到的运动。为了实现电容转换，可以通过中间的非导电部件将可移动的导电部件和静态导电部件电隔离。在将可移动部件和静态部件连接至不同的电势时，它们形成电容换能器，即电容器。静态导电部件和可移动导电部件通常被布置成具有相对的平坦表面，并且电容的变化与相对的表面的交叠面积的变化或相对的表面之间的距离的变化相关。
3、这两种换能模式可以使用平行板电容器来建模，其中，两个导电板通过电介质隔离并耦接至电压源v。平行板电容器的电容c为：
4、
5、其中，ε是介电隔离的介电常数，a是板的交叠面积，d是板之间的距离，w是板的宽度，并且l是板的交叠部分的长度(如图1a和图1b中所示)。
6、作为电容换能的示例，图1a示出了平行板电容器的电容根据板之间的距离d的变化而改变的感测布置。所示出的电容器包括可移动板100和静态板102，该可移动板100和静态板102平行于沿两个面内方向ip1和ip2的
7、
8、因此，这种类型的电容器的电容变化不是恒定的，而是随着板之间的距离而改变。在可移动板的小位移范围内，响应可以近似线性，但是在较大的运动的情况下，响应是非线性的。
9、图1b示出了平行板电容器的电容根据板之间的交叠的面积a的变化而改变的感测布置。在该结构中，可移动板100可以响应于检测到的现象而在面内方向ip2上移动，使得板之间的距离d保持不变，交叠区域的长度l保持不变，但是交叠区域的宽度w+x随着位移x的变化而相应地改变。从等式(1)已经可以看出，电容与结构变量w成正比。电容器的电容变化为：
10、
11、因此，这种类型的电容器的响应在宽位移范围内是线性的，并且电容器的灵敏度取决于长度l和板之间的距离d。
12、在许多mems结构中，线性响应和更宽的位移范围将是优选的，但是仍然存在与面积调制电容相关的一些实际方面。使电容效应最大化的常见方式是通过将多个电隔离的梳状结构图案化到装置层中来实现mems结构，其中静态梳和可移动梳的梳齿相互交叉。对于线性响应，可移动梳的梳齿可以被布置成平行于静态梳的梳齿并在静态梳的梳齿之间移动。然而，为了避免可移动梳的梳齿的端部撞击并粘附至静态梳的风险，需要在结构中留有很大的空间。这意味着mems元件设计中的可用表面面积的使用并未得到有效优化。
13、homeijer、lazaroff、milligan、alley、wu、szepesi、bicknell、zhang、walmsley和hartwell的来自2011年1月23日至27日的2011ieee第24届微机电系统国际会议的文献“hewlett packard's seismic grade mems accelerometer”描述了针对传感器的计划，其中，位于验证质量上的电极阵列相对于静止电极阵列跨两个单独处理的晶片之间的固定间隙移动。利用高温金属共晶键合使晶片封闭，并且电极到电极间隙设置有围绕金属互连的氧化物支座。然而，容易理解的是，晶片级对准的典型公差不太可能使微小结构特征(如mems结构的梳齿中应用的期望尺寸)能够在间隙上充分受控地交叠。此外，即使使用薄膜工艺来制造氧化物支座，对于许多应用来说，它们往往无法为电极到电极间隙的尺寸提供足够的准确度和一致性。
技术实现思路
1、本公开内容的目的是描述mems结构和用于制造mems结构的方法，以解决上述缺点。
2、该目的通过一种mems结构和用于制造mems结构的方法来实现。
3、根据一方面，提供了一种mems结构，包括机械层，该机械层平行于参考装置平面延伸；其中，机械层被图案化成包括静态电极和可移动电极，可移动电极能够相对于静态电极平行于参考装置平面移动；静态电极和可移动电极连接以形成电容器，其中，电容器的电容根据静态电极和可移动电极的交叠而改变；机械层包括第一硅层和第二硅层；第二硅层和第一硅层的部分彼此直接键合；可移动电极位于第一硅层中，并且静态电极位于第二硅层中；可移动电极通过第一硅层与第二硅层之间的界面中的第一间隙与静态电极分开。
4、根据另一方面，提供了一种用于制造mems结构的方法，其中，静态电极和可移动电极被配置成形成电容器，电容器的电容根据可移动电极相对于静态电极平行于参考装置平面的移动而改变，该方法包括：将凹部图案化到第一硅晶片；将第一硅晶片直接键合至第二硅晶片；将静态电极图案化到第二硅晶片；将第二硅晶片键合至处理晶片；将可移动电极图案化到第一硅晶片；将盖晶片键合至第一硅晶片。
5、本公开内容基于将静态电极和可移动电极形成到包括第一硅层和第二硅层的机械层中的构思。用于电容检测的静态电极与可移动电极之间的间隙被布置在硅层之间的界面上，并且通过彼此直接键合将它们的外围封闭。所生成的信号被配置成根据静态电极和可移动电极的交叠而改变。
6、由于该新结构，分隔静态电极和可移动电极的间隙被非常精确地定尺寸，因为该间隙可以被图案化到两个直接键合的晶片层之间的界面中。精确的定尺寸使得能够精确检测梳齿在间隙上的交叠面积，并且使用面积调制能够实现线性信号响应和大的转子运动。
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1.一种MEMS结构，包括机械层，所述机械层平行于参考装置平面延伸；其中，
2.根据权利要求1所述的MEMS结构，其中，所述静态电极和所述可移动电极的交叠与所述静态电极和所述可移动电极在所述参考装置平面上的投影相对应。
3.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS结构，其中，所述可移动电极和所述静态电极包括一个或更多个梳齿，所述一个或更多个梳齿平行于所述参考平面延伸。
4.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS结构，其中，
5.根据权利要求4所述的MEMS结构，其中，所述梁是四个梁的矩形框架的一部分，其中，所述矩形框架的一个梁支承第一电极梳组的可移动梳齿，并且所述矩形框架的相对梁支承第二电极梳组的可移动梳齿。
6.根据权利要求5所述的MEMS结构，其中，所述第一电极梳组的静态梳齿和所述第二电极梳组的静态梳齿分别耦接至电压源，并且通过所述第一间隙与相对的可移动梳齿分开，以形成用于差分检测的两个电容器。
7.根据权利要求6所述的MEMS结构，其中，每个可移动梳齿能够与两个静态梳齿交叠以形成以相反的相位响应所述矩形框
8.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS结构，其中，所述MEMS结构包括盖层，所述盖层键合至所述第二硅层，并且所述可移动电极通过第二间隙与所述盖层分开，所述第二间隙被图案化到所述第二硅层与所述盖层之间的界面中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS结构，其中，所述电容器的电容用于检测平行于所述参考装置平面的加速度。
10.根据前述权利要求1至8中任一项所述的MEMS结构，其中，所述电容器的电容用于致动所述可移动电极平行于所述参考装置平面进行运动。
11.一种用于制造MEMS结构的方法，其中，静态电极和可移动电极被配置成形成电容器，所述电容器的电容根据所述可移动电极相对于所述静态电极平行于参考装置平面的移动而改变，所述方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种mems结构，包括机械层，所述机械层平行于参考装置平面延伸；其中，
2.根据权利要求1所述的mems结构，其中，所述静态电极和所述可移动电极的交叠与所述静态电极和所述可移动电极在所述参考装置平面上的投影相对应。
3.根据前述权利要求中任一项所述的mems结构，其中，所述可移动电极和所述静态电极包括一个或更多个梳齿，所述一个或更多个梳齿平行于所述参考平面延伸。
4.根据前述权利要求中任一项所述的mems结构，其中，
5.根据权利要求4所述的mems结构，其中，所述梁是四个梁的矩形框架的一部分，其中，所述矩形框架的一个梁支承第一电极梳组的可移动梳齿，并且所述矩形框架的相对梁支承第二电极梳组的可移动梳齿。
6.根据权利要求5所述的mems结构，其中，所述第一电极梳组的静态梳齿和所述第二电极梳组的静态梳齿分别耦接至电压源，并且通过所述第一间隙与相对的可移动梳齿分开，以形成用于差分检测...
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