具有大流體有效表面的MEMS制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一MEMS包括包含一空腔的一基材。該MEMS包括一可移動層布置結(jié)構(gòu)，該可移動層布置結(jié)構(gòu)布置在該空腔中，該空腔包含一第一桁條、一第二桁條及布置在該第一桁條與該第二桁條之間并固定在與之電氣絕緣的分立區(qū)域處的一第三桁條。該可移動層布置結(jié)構(gòu)被組配用以響應(yīng)于一第一桁條與一第三桁條之間的一電位、或響應(yīng)于該第二桁條與該第三桁條之間的一電位而在一基材平面中沿著一移動方向進(jìn)行一移動。第一、第二及第三桁條是該可移動層布置結(jié)構(gòu)的一第一層的部分。該可移動層布置結(jié)構(gòu)包含沿著垂直于該基材平面的一方向相鄰于該第一層布置的一第二層。該第二層沿著該移動方向采可移動方式布置。可移動方式布置。可移動方式布置。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】具有大流體有效表面的MEMS


[0001]本專利技術(shù)系涉及被組配用以包括大有效面積以供與流體相互作用之微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)。本專利技術(shù)尤其系涉及由于后結(jié)構(gòu)或電阻器結(jié)構(gòu)之堆迭及/或布置而具有擴(kuò)大型橫向表面之NED(納米觀靜電驅(qū)動)。

技術(shù)介紹

[0002]WO2012/095185A1中說明NED(納米觀靜電驅(qū)動)之原理。NED是一種新穎之MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))致動器原理。從一技術(shù)觀點來看，NED致動器基本上有兩種類型：垂直NED(V
?
NED)及側(cè)向NED(L
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NED)。在V
?
NED中，例如一硅(Si桁條)之物體垂直移動，亦即從基材平面移動出去，例如從通過Si碟片或晶圓所界定之基材平面移動出去。在L
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NED中，諸如一Si桁條之物體側(cè)向移動，亦即在平面內(nèi)移動，例如在一Si碟片內(nèi)移動。
[0003]在NED間隙中，可將情況描述為電極間隙越小，作用之電動力越大且桁條之所欲偏轉(zhuǎn)從而越大。這意味著幾乎總是希望間隙距離非常小(例如，在納米范圍內(nèi))。
[0004]從技術(shù)上講，該等電極之間的此類小距離并非總是易于生產(chǎn)。通常，當(dāng)在硅中生產(chǎn)間隙時，使用的方法系深硅蝕刻(DSi)。一種廣泛使用之DSi方法系所謂的Bosch方法。憑借Bosch方法，可蝕刻非常小之間隙距離，但僅當(dāng)外觀比，即一溝槽之深度與寬度之間的商，不比30大很多時才可蝕刻。
[0005]這意味著當(dāng)需要300nm之一間隙距離時，Bosch方法最大只能蝕刻到10μm之一深度才有合理之品質(zhì)。對于許多L
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NED應(yīng)用，僅10μm之深度并不足夠。當(dāng)需要例如100μm之深度時，這可能導(dǎo)致溝槽之寬度也必須施作成十倍大，即大約3μm寬。
[0006]圖11a展示組配為L
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NED之一已知MEMS 1000的一示意性截面圖或一截面。MEMS 1000可包含一基材層1002，諸如一BSOI(接合型硅絕緣體)晶圓之一手柄晶圓。BSOI晶圓之一裝置層系堆迭于其上，其中層1002及1004系經(jīng)由一氧化層來連接，亦即經(jīng)由BSIO晶圓之一埋入式氧化物(BOX)來連接。布置由層1004所構(gòu)成之外部電極1008a及1008b，使得層1004之一內(nèi)部電極1008c系布置在外部電極1008a與1008b之間，其中NED間隙1012 1及1012 2系布置在可例如借助所述DSi方法取得之該等電極之間。分別介于外部電極1008a與10008b之間的外部溝槽10141及10142、以及層1004留下作為外部基材之材料可界定由該等電極所形成之可移動桁條，并且舉例而言，亦可通過DSi來形成。L
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NED致動器之一高度1016舉例而言，可有關(guān)于可移動元件之延伸，可能通過在電極1008a、1008b及/或1008c與層1002之間且垂直于例如由層1002之一主延伸方向所界定之一基材平面新增一間隙而有關(guān)。
[0007]圖11b展示MEMS 1000的一示意性俯視圖。電極1008a與1008c以及1008b與1008c各可經(jīng)由布置在分立區(qū)域上之一絕緣層1022彼此牢固地機(jī)械性連接。由可移動電極1008a、1008b及1008c所形成之可移動元件可沿著平面內(nèi)布置之側(cè)向移動方向1024移動。
[0008]L
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NED致動器之側(cè)向移動可導(dǎo)致內(nèi)有致動器移動之介質(zhì)(例如：空氣或液體)之一移動。介質(zhì)之這種移動可用于生產(chǎn)基于L
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NED致動器之(微型)揚(yáng)聲器或(微型)泵。一揚(yáng)聲器之音量或一泵之功率取決于所移動體積(空氣或液體)之大小。以一L
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NED致動器來說明，所
移動體積系通過偏轉(zhuǎn)量來確定，亦即，通過沿著移動方向1024之幅度及L
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NED致動器之高度1016來確定。因此，期望生產(chǎn)L
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NED致動器高且具有一大偏轉(zhuǎn)之MEMS揚(yáng)聲器及/或MEMS泵。
[0009]如上述，以下一般性陳述適用于L
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NED致動器：
[0010]·
L
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NED致動器之間隙越小，偏轉(zhuǎn)越大；
[0011]·
L
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NED致動器之間隙越小，(Bosch方法)生產(chǎn)期間基于有限外觀比之致動器之高度越小。
[0012]這意味著生產(chǎn)過程使得一小間隙(大偏轉(zhuǎn))及桁條之一大高度很難兼得。
[0013]DE10 2015 210 919A1中說明基于L
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NED之微型揚(yáng)聲器或微型泵之原理。
[0014]圖12展示從中獲知之一MEMS 2000的一示意性截面圖，其大幅對應(yīng)于MEMS 1000之側(cè)截面圖，其中層1002可另外包含一開口1026，用以允許介于內(nèi)有電極1008a、1008b及1008c移動之一空腔1028與MEMS2000之一外部環(huán)境之間的一體積流。除此之外，借助再一絕緣層10062布置再一基材層1032，其舉例而言，可形成例如MEMS 2000之一蓋子，并且亦包含一開口1034，開口1034可在開口1026當(dāng)作聲學(xué)或流體出口時例如當(dāng)作用于空腔1028之入口開口。介于層1002與電極1008a、1008b及/或1008c之間的距離10361、及/或介于該等電極與蓋晶圓1032之間的一距離10362通常可具有大約1μm之值(通過Si之熱氧化作用來確定：10nm至10μm)。
[0015]根據(jù)圖12之主要原理是要提供在一BSOI晶圓上生產(chǎn)、亦于圖11a及圖11b之上下文中描述為裝置晶圓、且具有一蓋晶圓1032之一L
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NED致動器。裝置晶圓及蓋晶圓可借助一接合方法來接合。入口及出口1026及1034系為了聲學(xué)信號或流體而提供。
[0016]L
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NED桁條可側(cè)向移動，從而可產(chǎn)生一聲學(xué)效應(yīng)或泵效應(yīng)。當(dāng)L
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NED高度與L
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NED間隙之比偏大時，聲學(xué)效應(yīng)及泵效應(yīng)變得更有效，越大越好。L
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NED高度1016與L
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NED間隙1012之比大約為30。此限制導(dǎo)因于Si技術(shù)之生產(chǎn)過程。
[0017]除此之外，根據(jù)圖12之L
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NED桁條受垂直拉入效應(yīng)限制(拉入＝L
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NED桁條與蓋晶圓或手柄晶圓之間的機(jī)械及/或電氣接觸，諸如受到靜電力之作用而接觸)。這意味著，當(dāng)向L
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NED電極1008a、1008b或1008c之一施加電壓并且層1002及/或1032系連接至接地時，產(chǎn)生一電氣垂直力，其將L
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NED桁條拉向底端或拉向頂端。由于L
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NED桁條與蓋晶圓1032或手柄晶圓1002之間的距離10361及10362較小(在1bis 2μm之范圍內(nèi))，因此L
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NED桁條朝向底端(垂直，z方向)之移動可導(dǎo)致一拉入效應(yīng)。基于兩個原因，垂直拉入非為所欲：
[0018]·
...

【技術(shù)保護(hù)點】

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】1.一種MEMS，包括：一基材(12)，包含一空腔(16)；一可移動層布置結(jié)構(gòu)(36)，布置在該空腔(16)中，該空腔包括一第一桁條(26a)、一第二桁條(26b)及布置在該第一桁條(26a)與該第二桁條(26b)之間并固定在與之電氣絕緣的分立區(qū)域處的一第三桁條(26c)；其中該可移動層布置結(jié)構(gòu)(36)被組配用以響應(yīng)于該第一桁條(26a)與該第三桁條(26c)之間的一電位、或響應(yīng)于該第二桁條(26b)與該第三桁條(26c)之間的一電位而在一基材平面中沿著一移動方向(34)進(jìn)行一移動；其中第一、第二及第三桁條(26a
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c)是該可移動層布置結(jié)構(gòu)(36)的一第一層(24；241)的部分，并且該可移動層布置結(jié)構(gòu)包含沿著垂直于該基材平面的一方向(z)相鄰于該第一層(24；241)布置的一第二層(242；18)，其中該第二層(242；18)沿著該移動方向(34)采可移動方式布置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS，其中桁條(26a
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c)是靜電、壓電、熱機(jī)械電極。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的MEMS，其中該第二層(242)結(jié)構(gòu)化成一第四桁條(26d)、一第五桁條(26e)及一第六桁條(26f)，其中該第四桁條(26d)相鄰于該第一桁條(26a)布置；并且該第五桁條(26e)相鄰于該第二桁條(26b)；以及該第六桁條(26f)沿著垂直于該基材平面的該方向(z)相鄰于該第三桁條(26c)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MEMS，其中諸相鄰層的桁條彼此偏移布置。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的MEMS，其中該第一桁條(26a)與該第四桁條(26d)、該第二桁條(26b)與該第五桁條(26e)、以及該第三桁條(26c)與該第六桁條(26f)中的至少一者經(jīng)由布置在該第一層(241)與該第二層(242)之間的一中間層(222)彼此機(jī)械性連接。6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項所述的MEMS，其中該第三桁條(26c)與該第六桁條(26f)經(jīng)由布置在該第一層(241)與該第二層(242)之間的一中間層(222)彼此機(jī)械性連接；以及一方面移除介于該第一桁條(26a)與該第四桁條(26d)之間的該中間層，并且另一方面移除介于該第二桁條(26b)與該第五桁條(26e)之間的該中間層，以便將該第一桁條(26a)與該第四桁條(26d)隔開且將該第二桁條(26b)與該第五桁條(26e)隔開。7.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項所述的MEMS，其中一方面該第一桁條(26a)與該第四桁條(26d)且另一方面該第二桁條(26b)與該第五桁條(26e)經(jīng)由布置在該第一層(241)與該第二層(242)之間的一中間層(222)彼此機(jī)械性連接；以及移除介于該第三桁條(26c)與該第六桁條(26f)之間的該中間層(222)，以便在該第三桁條與該第六桁條之間提供一間隙。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MEMS，其中該第一層(241)與該第二層(242)經(jīng)由一中間層(222)在該基材(12)的一區(qū)域中彼此連接；其中移除介于該第一桁條(26a)與該第四桁條(26d)之間、介于該第二桁條(26b)與該第五桁條(26e)之間、及介于該第三桁條(26c)與該第六桁條(26f)之間的該空腔(16)的一區(qū)域中的該中間層(222)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的MEMS，其中第一、第二及第三桁條(26a
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c)形成可移動層結(jié)構(gòu)(36)的一第一可移動元件(321)，并且其中第四、第五及第六桁條(26d
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f)形成該可移動層結(jié)構(gòu)(36)的一第二可移動元件(322)，其中該第一可移動元件(321)相對該第二可移動元件(322)沿著該移動方向(34)采可移動方式布置。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的MEMS，其中
一方面在該第一桁條(26a)與該第三桁條(26c)之間且另一方面在該第四桁條(26d)與該第六桁條(26f)之間可施加不同電位，及/或其中一方面在該第二桁條(26b)與該第三桁條(26c)之間且另一方面在該第五桁條(26e)與該第六桁條(26f)之間可施加不同電位。11.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的MEMS，其中該第一桁條(26a)、該第二桁條(26b)及該第三桁條(26c)形成一可移動元件(32)，并且其中該第二層(18)形成一電阻器結(jié)構(gòu)(48)以供與該空腔(16)中的一流體相互作用，機(jī)械性連接至該可移動元件(32)，并且連同該可移動元件(32)一起移動及/或變形。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的MEMS，其中該電阻器結(jié)構(gòu)(48)借助一中間層(22)連接至該第一層。13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的MEMS，其中該第一層(241)還包括面離該第三桁條(26c)的一側(cè)面上機(jī)械性固定于第一或第二桁條(26a,26b)的一背負(fù)元件(62)，其中該電阻器結(jié)構(gòu)(48)至少部分地布置在該背負(fù)元件(62)上。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的MEMS，其中該背負(fù)元件(62)經(jīng)由一耦合元件(64)牢固地機(jī)械性連接至該第一或第二桁條(26a,26b)，其中該耦合元件(64)布置在于該可移動元件(32)的一變形期間經(jīng)歷最大偏轉(zhuǎn)的一區(qū)域中。15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中任一項所述的MEMS，其中該電阻器結(jié)構(gòu)(48)包含沿著該可移動層布置結(jié)構(gòu)(36)的一軸向延伸方向...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：塞爾久，
申請(專利權(quán))人：弗蘭霍菲爾運輸應(yīng)用研究公司，
類型：發(fā)明
國別省市：