CN105992109A - 基于mems的扬声器实现 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于MEMS的扬声器实现。微机电系统(MEMS)设备包括基底、支持结构、功能元件和包括导电元件的导电路径；其中功能元件被包括在多个功能层中，多个功能层彼此间隔开；其中支持结构配置成向多个功能层提供结构支持；其中每个功能层经由与功能层相关的导电路径耦合到导电接口；以及其中支持结构包括横向蚀刻停止元件。
Description
背景
MEMS扬声器可用在各种设备中。
存在对提供MEMS扬声器的有效制造过程的增长的需要。
概述
根据本发明的实施方式，可提供MEMS设备，其可包括基底、支持结构、功能元件和包括导电元件的导电路径；其中功能元件被包括在多个功能层中，多个功能层彼此间隔开；其中支持结构配置成向多个功能层提供结构支持；其中每个功能层经由与该功能层相关的导电路径耦合到导电接口；以及其中支持结构可包括横向蚀刻停止元件。
蚀刻停止元件可以是电绝缘的。
每个支持结构可包括可以是导电的横向蚀刻停止元件。横向蚀刻停止元件可通过钝化层图案与位于横向蚀刻停止元件之下的功能层电绝缘。
支持结构的横向蚀刻停止元件可位于多个功能层之间而不电耦合多个功能层。
每个支持结构可包括侧壁，侧壁可包括可以是电绝缘的一个或多个横向蚀刻停止元件。
每个支持结构的侧壁还可包括属于一功能层的一个或多个导电元件。
给定支持结构可包括可被包括在多个功能层内的第一部分和可位于多个功能层之间的第二部分。
每个导电路径可至少部分地在支持结构内形成。
与不同的功能层相关的导电路径可在不同的支持结构内形成。
每个导电路径可包括属于功能层的水平导电元件和位于功能层之间的垂直导电元件。
支持结构可包括可由横向蚀刻停止元件定界限的核心段。
一个或多个核心段可由从正硅酸乙酯、氧化硅和非掺杂硅石玻璃(USG)中选择的材料制成。
多个功能层中的功能层的数量可以超过三。
MEMS设备可包括MEMS单元，MEMS单元包括膜、障蔽物和遮挡板。
膜、障蔽物和遮挡板可属于多个功能层中的不同功能层。
膜、障蔽物和遮挡板可位于具有封闭侧面的空间内。
第一功能元件可属于第一功能层，而第二功能元件可属于第二功能层。
某个功能层可包括多个功能元件。
在同一功能层中的多个功能元件的全部可实质上彼此相同。
在同一功能层中的多个功能元件中的至少一些功能元件可不同于彼此。
在同一功能层中的多个功能元件的全部可以电耦合到彼此。
在同一功能层中的多个功能元件中的一些可以不电耦合到彼此。
至少两个功能层中的每个功能层可包括多个功能元件。
根据本发明的实施方式，可提供用于制造微机电系统(MEMS)设备的方法，该方法可包括：通过重复下列步骤来产生多个牺牲层图案和多个导电层图案：沉积牺牲层；图案化牺牲层以提供牺牲层图案；沉积钝化层；移除钝化层的上部部分以暴露牺牲层图案；沉积导电层；以及图案化导电层，从而形成导电层图案。在这些步骤重复(N-1)次 之后(N是设备中的功能层的数量)，沉积顶部(第N)牺牲层；图案化顶部牺牲层以提供顶部牺牲层图案；沉积顶部钝化层；移除顶部钝化层的上部部分以暴露牺牲层图案；沉积顶部导电层；沉积金属层；图案化金属层以提供金属层图案；图案化顶部导电层，从而形成导电层图案；以及通过应用蚀刻过程来移除暴露于蚀刻过程的每个牺牲层图案，从而暴露支持结构和由多个导电层图案和顶部导电层图案形成的功能元件，其中功能元件被包括在多个功能层中，多个功能层彼此间隔开；其中支持结构配置成向多个功能层提供结构支持；以及其中支持结构包括电绝缘横向蚀刻停止元件。
多个导电层图案可界定绝缘支持结构和/或功能元件的边缘。
根据本发明的实施方式，可提供用于制造微机电系统(MEMS)设备的方法，该方法可包括将钝化层沉积在基底上并图案化钝化层以提供钝化层图案；通过重复下面的步骤产生多个牺牲层图案和多个导电层图案：沉积牺牲层；图案化牺牲层以提供牺牲层图案；沉积导电层；沉积钝化层；图案化钝化层以提供钝化层图案；以及图案化导电层，从而形成导电层图案。在这些步骤重复(N-1)次之后(N是设备中的功能层的数量)，沉积顶部(第N)牺牲层；图案化顶部牺牲层以提供顶部牺牲层图案；沉积顶部导电层；沉积金属层；图案化金属层以提供金属层图案；以及图案化顶部导电层从而形成顶部导电层图案并通过应用蚀刻过程来移除暴露于蚀刻过程的每个牺牲层图案，从而暴露支持结构和由多个导电层图案和顶部导电层图案形成的功能元件；其中功能元件被包括在多个功能层中，多个功能层彼此间隔开；其中支持结构配置成向多个功能层提供结构支持；以及其中支持结构包括电绝缘横向蚀刻停止元件。
附图的简要说明
被看作本发明的主题被特别指出并在说明书的结束部分中被清楚地主张。然而，当与附图一起被阅读时，本发明——关于组织和操作方法——连同其目的、特征和优点可参考下面的详细描述被最好地理 解，其中：
图1是现有技术扬声器的横截面视图；
图2是现有技术扬声器阵列的例证性实施方式的顶视图；
图3示出根据本发明的实施方式的一组支持元件的阵列；
图4示出根据本发明的实施方式的一组支持元件；
图5示出根据本发明的实施方式的一组支持元件的阵列；
图6示出根据本发明的实施方式的包括膜和一组支持元件的第一层；
图7示出根据本发明的实施方式的包括障蔽物和一组支持元件的第二层；
图8示出根据本发明的实施方式的包括遮挡板和一组支持元件的第三层；
图9示出根据本发明的实施方式的第二层和位于第二与第三层之间的第二中间层的掩模；
图10示出根据本发明的实施方式的位于第二与第三层之间的第二中间层的掩模；
图11示出根据本发明的实施方式的也包括接合垫和到接合垫的连接的第三层的掩模；
图12示出根据本发明的实施方式的也包括位于接合垫之下的支持元件和到第三层的接合垫的连接的第二层的掩模；
图13是根据本发明的实施方式的扬声器的横截面视图；
图14示出根据本发明的实施方式的方法；
图15示出根据本发明的实施方式的方法；
图16-37包括根据本发明的实施方式的在不同的制造步骤期间的 MEMS设备的顶视图和横截面视图；
图38-45示出根据本发明的实施方式的各种掩模；以及
图46-67包括根据本发明的实施方式的在不同的制造步骤期间的MEMS设备的顶视图和横截面视图。
附图的详细描述
在下面的详细描述中，阐述了很多特定的细节，以便提供对本发明的彻底理解。然而，本领域中的技术人员将理解，本发明可在没有这些特定的细节的情况下被实施。在其它实例中，没有详细描述公知的方法、过程和部件，以便不使本发明含糊。
被看作本发明的主题被特别指出并在说明书的结束部分中被清楚地主张。然而，当与附图一起被阅读时，本发明——关于组织和操作方法——连同其目的、特征和优点可通过参考下面的详细描述被最好地理解。
因为可通常使用本领域中的技术人员已知的电子部件和电路来实现本发明的所示实施方式，将不在任何比如上所示被考虑为必要的程度更大的程度上解释细节，为了本发明的基本概念的理解和认识且为了不使本发明的教导模糊或从本发明的教导岔开。
本申请描述了基于如在美国专利8,861,752中公开的操作的原理的皮可扬声器(Picospeaker)的MEMS实现。
扬声器基于具有三层的实质上相同形状的MEMS单元的阵列：超声膜层、穿孔板层和遮挡板层。在每个单元中的膜层的膜在超声频率下振荡并通过旨在通过由扬声器再现的音频信号而得到调制。穿孔板层和/或遮挡板层可以是振荡的或静止的。
穿孔层和遮挡板一起充当超声调制器，因而有效地完成对来自膜的经调制超声信号的频移，因而使音频被再现。
图1示出在下部膜之下的层处的单独单元的蚀刻释放屏障的掩模 100。每个单元在这里被描绘为圆形形状，但应注意，可以不是这样，且实际形状可以是六边形、正方形或具有某个其它形式。
图1示出七个这样的单元(在附图中的101、102、103、104、105、106和107)的阵列。这个掩模100用于蚀刻单独单元的蚀刻释放屏障。单元直径是D_单元，在单元之间的距离是“单元距离”，以及蚀刻释放屏障具有宽度W_屏障。阴影区域(每个单元的周界)被蚀刻并可由多晶硅或另一材料填充。
图2示出释放屏障的可选实现的掩模200。在这个例子中，在膜之下的单独单元没有在声学上被隔离，而是由具有宽度W_CT的通道互连。对于一些实现，这样的声耦合可证明对设备操作和效率是有益的。掩模200包括在掩模200的平面上的围绕图1的单元101-107的垂直轨迹的周界201。掩模还包括相应于在掩模100的单元101-107的位置之间的空间的内部空间202。
图3示出阵列的膜层的掩模300。阴影区域310未被蚀刻。该层由导电材料(例如掺杂多晶硅)实现，且因此这个阵列的所有膜彼此之间都被连接。膜的直径是D_m，且裂缝(spring)尺寸由SW_m和SL_m给出。
掩模300包括七组孔331、332、333、334、335、336和337，每组包括四个弧形孔。这些组孔由蚀刻屏障(点圆)321、322、323、324、325、326和327围绕。
图4示出紧接着在膜层之上生长的绝缘层400，具有用于致动膜的膜层接触通孔。它包括在未蚀刻的阴影区域410内形成的孔401、402、403、404、405、406和407及支持元件的孔440。
图5类似于图1并示出在膜和穿孔层之间的蚀刻释放屏障的掩模500。掩模500包括来自七个单元101-107的七个孔501、502、503、504、505、506和507。也在这里示出膜层接触通孔504(支持结构的例子)，其具有直径D_CV_内部和D_CV_外部的用于蚀刻的两个同心屏障。D_CV_外部屏障包封在由图2所示的绝缘层(D_CV_绝缘体) 中的洞240提供的相应接触之上的通孔。D_CV_内部当被蚀刻和填充有掺杂多晶硅时通过通孔提供电接触。
图6示出在膜和穿孔层之间的单元盒的屏障的可选实现。掩模600包括在掩模600的平面上的围绕图1的单元101-107的垂直轨迹的周界601。掩模还包括相应于在掩模100的单元101-107的位置之间的空间的内部空间602。
当使用掩模100、200、300、400、500和600时得到的单独单元通过具有宽度W_CT的隧道在声学上被耦合。对于一些实现，这样的声耦合可证明对设备操作和效率是有益的。
图7示出穿孔层(障蔽层)的掩模700。掩模700包括用于膜层接触通孔的洞740。穿孔层在这个例子中包括七组孔731、732、733、734、735、736和737，每组包括四个间隔开的弧形孔，其形成具有内径D_PHint、外径D_PHext的环形区域和具有宽度W_PL_PlrSpring的裂缝。
洞740和七组孔731、732、733、734、735、736和737在未蚀刻的阴影区域710内形成。
图8提供用于穿孔层的绝缘层的掩模800。它也示出用于接触通孔的两个洞841和842：一个用于膜层接触通孔，而一个用于穿孔层接触通孔。
掩模800包括未蚀刻的阴影区域810、全部在未蚀刻的阴影区域810内形成的洞841和841及七组孔831、832、833、834、835、836和837，每组包括七个间隔开的弧形孔。
图8还示出设计成防止在穿孔层和遮挡板层之间的静摩擦的接触界面结构的“微坑”851、852、853、854、855、856和857。
图9示出类似于图2的掩模200和图6的掩模600的掩模900，且这次掩模为在穿孔层和遮挡板之间的单元的结构而设计。掩模900包括在掩模900的平面上的围绕图1的单元101-107的垂直轨迹的周界901。掩模900还包括相应于在掩模100的单元101-107的位置的内部 空间902。掩模900还包括用于接触通孔——膜接触通孔和穿孔层接触通孔——的两对同轴圆941和942。这些结构与图3所示的结构实质上相同。
每对同轴圆包括具有直径D_CV_内部和D_CV_外部的用于蚀刻的两个同心屏障。D_CV_外部屏障包封在由绝缘层中的洞提供的相应接触之上的通孔。D_CV_内部当被蚀刻和填充有掺杂多晶硅时通过通孔提供电接触。
图10是图9所示的掩模的可选实现。类似于图2和图7，在这个可选方案中，单独单元的盒在声学上被耦合。在图10中，在穿孔层和遮挡板之间的耦合与图2和7一样由具有宽度W_CT的互连实现。
掩模1000包括在掩模1000的平面上的围绕图1的单元101-107的垂直轨迹的周界1001。掩模1000还包括相应于在掩模100的单元101-107的位置之间的空间的内部空间1002。掩模1000还包括用于接触通孔——膜接触通孔和穿孔层接触通孔——的两对同轴圆1041和1042。
图11示出遮挡板层的掩模1100。在这个例子中，七个遮挡板中的每个遮挡板被成形为与图7所示的穿孔层的穿孔环重叠的环。确定遮挡板的形状的参数在这个例子中是D_Sint(环的内圆的直径)、D_Sext(环的外圆的直径)和裂缝的宽度W_SSpring。掩模1100的阴影区域1110是未蚀刻的区域。同一掩模留出穿孔层接触通孔和膜层接触通孔的区域不被覆盖。
掩模1100界定七组孔1131、1132、1133、1134、1135、1136和1137，每组孔包括中心洞和四个间隔开的弧形。
图12示出接触垫的掩模1200。示出三个接触垫1241、1242和1243(膜层接触垫、穿孔层接触垫和遮挡板层接触垫)，其提供用于设备的3层的馈送和促动的触头。
图12为了参考也示出相应于在遮挡板掩模的图1100中所示的七组孔1131、1132、1133、1134、1135、1136和1137的七组孔1231、 1232、1233、1234、1235、1236和1237。
图13示出根据本发明的实施方式的MEMS设备的单个MEMS单元的三维横截面。图13示出基底1310、膜层1320、障蔽层1330和遮挡板层1340。隔板1350位于基底1310、膜层1320、障蔽层1330和遮挡板层1340的每个之间。
MEMS设备可以是可包括一个或多个MEMS单元的MEMS扬声器。当有多于单个MEMS单元时，则MEMS扬声器可包括可通过使用图1-12的掩模来制造的MEMS单元的阵列。
图14示出根据本发明的实施方式的方法1400。
假设MEMS设备具有N个功能层，N是正整数。
方法1400可开始于步骤1410，通过重复(例如N-1次)下列步骤来产生多个牺牲层图案、多个钝化层图案和多个导电层图案：沉积牺牲层；图案化牺牲层以提供牺牲层图案；沉积钝化层；移除钝化层的上部部分以暴露牺牲层图案；沉积导电层；以及图案化导电层，从而形成导电层图案。
钝化层的上部部分的移除暴露顶部牺牲层并暴露位于牺牲层内的钝化层元件。导电层然后沉积在平面上。
步骤1410可包括执行多个(N-1)个制造迭代。一个制造迭代的层沉积在彼此上和在前一制造迭代期间制造的层上。
步骤1410的每个牺牲层的图案化可包括产生光致抗蚀剂层图案；使光致抗蚀剂图案显影；蚀刻牺牲层以形成牺牲层图案；其中蚀刻包括完全移除未被光致抗蚀剂图案覆盖的所有牺牲层部分。
步骤1410后面可以是步骤1420：沉积顶部牺牲层；图案化顶部牺牲层以提供顶部牺牲层图案；沉积顶部钝化层；移除顶部钝化层的上部部分以暴露牺牲层图案；沉积顶部导电层；沉积金属层；图案化金属层以提供金属层图案；图案化顶部导电层，从而形成导电层图案。平面化暴露顶部牺牲层和在顶部牺牲层内的钝化层元件。
步骤1420后面可以是步骤1430：通过应用蚀刻过程来移除暴露于蚀刻过程的每个牺牲层图案，从而暴露支持结构和由多个导电层图案和由顶部导电层图案形成的功能元件，其中功能元件被包括在多个功能层中，多个功能层彼此间隔开；其中支持结构配置成向多个功能层提供结构支持；其中每个功能层经由与功能层相关的导电路径耦合到导电接口；以及其中支持结构包括横向蚀刻停止元件。横向蚀刻停止元件可以是电绝缘的。
多个导电层图案可界定功能元件和/或界定支持结构的边缘。
方法1400可用于制造包括基底、支持结构和功能元件的MEMS设备；其中功能元件可被包括在多个功能层中，多个功能层可彼此间隔开；其中支持结构可以是导电的并可配置成向多个功能层提供结构支持。
图15示出根据本发明的实施方式的方法1500。
方法1500可由在基底上沉积钝化层并图案化钝化层以提供钝化层图案的步骤1510开始。
步骤1510后面可以是步骤1520：通过重复(例如N-1次)下列步骤来产生多个牺牲层图案、多个钝化层图案和多个导电层图案：沉积牺牲层；图案化牺牲层以提供牺牲层图案；沉积导电层；沉积钝化层；图案化钝化层以提供钝化层图案并图案化导电层从而形成导电层图案。
步骤1520可包括执行多个制造迭代。每个制造迭代包括沉积牺牲层；图案化牺牲层以提供牺牲层图案；沉积导电层；以及图案化导电层从而形成导电层图案。
在制造迭代期间图案化的牺牲层沉积于在前一制造迭代期间形成的导电层图案的顶部上。
步骤1520的每个牺牲层的图案化可包括产生光致抗蚀剂层图案；使光致抗蚀剂图案显影；蚀刻牺牲层以形成牺牲层图案；其中蚀刻可包括完全移除未被光致抗蚀剂图案覆盖的所有牺牲层部分。
步骤1520后面可以是步骤1530：沉积顶部牺牲层；图案化顶部牺 牲层以提供牺牲层图案；沉积顶部导电层；沉积金属层；图案化金属层以提供金属层图案；以及图案化顶部导电层，从而形成顶部导电层图案。
步骤1530后面可以是步骤1540：通过应用蚀刻过程来移除暴露于蚀刻过程的每个牺牲层图案，从而暴露支持结构和由多个导电层图案形成的功能元件；其中功能元件被包括在多个功能层中，多个功能层彼此间隔开；其中支持结构配置成向多个功能层提供结构支持；其中每个功能层经由与功能层相关的导电路径耦合到导电接口；以及其中支持结构包括横向蚀刻停止元件。横向蚀刻停止元件可以是导电的。
图16-37包括根据本发明的实施方式的在不同的制造步骤期间的MEMS设备的顶视图和横截面视图。图16-37示出制造过程，其中位于功能层之间的横向蚀刻停止元件是电绝缘的。可通过执行方法1400来制造图16-37的MEMS设备。注意，在这些附图中，单个单元不是圆形而是具有六边形形状。
图16示出基底11和在基底上形成的牺牲层12。
图17示出牺牲层12的图案化——例如通过形成洞12’。图案化牺牲层现在被表示为12”。图17还示出顶视图171。
图18示出钝化层13的沉积。钝化层13包括位于图案化牺牲层12”的顶部上的上部部分和填充洞12’的电绝缘蚀刻停止元件13’。
图19示出钝化层的上部部分的移除和电绝缘蚀刻停止元件13’的暴露。
图20示出导电层14的沉积。
图21示出导电层14的图案化以形成导电层图案14’例如膜。图21还包括顶视图172。
图22示出在导电层图案14’上和在未被导电层图案14’覆盖的图案化牺牲层12”的部分上的牺牲层15的形成。
图23示出牺牲层15的图案化——例如通过形成洞15’。图案化牺 牲层现在被表示为15”。图23还示出顶视图。
图24示出钝化层16的沉积。钝化层16包括位于图案化牺牲层15”的顶部上的上部部分和填充洞15’的电绝缘蚀刻停止元件16’。
图25示出钝化层的上部部分的移除和电绝缘蚀刻停止元件16’的暴露。
图26示出通过形成额外的洞18对图案化牺牲层15”的进一步地图案化。图26还包括顶视图173。
图27示出导电层19的沉积。导电层还通过导电元件18填充洞18。
图28示出导电层19的图案化以形成导电层图案19’例如障蔽物。图28还包括顶视图174。
图29示出在导电层图案19’上和在未被导电层图案19’覆盖的图案化牺牲层15”的部分上的牺牲层20的形成。
图30示出顶部牺牲层20的图案化——例如通过形成洞20’。顶部图案化牺牲层现在被表示为20”。
图31示出顶部钝化层21的沉积。顶部钝化层21包括位于顶部图案化牺牲层20”的顶部上的上部部分和填充洞20’的电绝缘蚀刻停止元件21’。
图32示出钝化层的上部部分的移除和电绝缘蚀刻停止元件21’的暴露。钝化层的上部部分的移除后面可以是钻一直到达障蔽遮挡板层的导电元件的洞(未示出)。
图33示出顶部导电层22的沉积。顶部导电层在顶部钝化层的上部部分的移除之后还填充(见导电元件22”)在图案化牺牲层中形成的洞(以形成未用作蚀刻停止元件的垂直导电元件)。
图34示出金属层23的沉积。
图35示出金属层23的图案化以形成金属层图案23’。
图36示出顶部导电层22的图案化以形成顶部导电层图案。图36还包括顶视图175。
图37示出通过应用蚀刻过程来移除暴露于蚀刻过程且未被绝缘停止蚀刻元件210’、16’和13’停止的每个牺牲层图案，从而暴露支持结构和由多个导电层图案和由顶部导电图案形成的功能元件。功能元件(例如MEMS单元26)被包括在多个功能层(膜层、障蔽层和遮挡板层)中，多个功能层彼此间隔开。封闭间隙25被形成并由包括横向蚀刻停止元件13’、26’和20’的侧壁围绕。图37还示出支持结构27和28。支持结构配置成向多个功能层提供结构支持。每个功能层经由与功能层相关的导电路径耦合到导电接口。
图38-45示出根据本发明的实施方式的各种掩模38-45。这些掩模用于形成包括实质上相同的MEMS单元的阵列的MEMS扬声器。
图38的掩模38是膜层释放屏障掩模。
图39的掩模39是膜层掩模。
图40的掩模40是穿孔层(障蔽层)屏障掩模。
图41的掩模41是膜层通孔掩模。通孔掩模用于在右上角中形成圆——该图的其余部分仅仅作为参考被提供——以到达通孔的位置。
图42的掩模42是穿孔层(障蔽层)掩模。
图43的掩模43是遮挡板释放屏障掩模。
图44的掩模44是膜和穿孔层(障蔽层)通孔掩模。通孔掩模用于在附图的右上角中形成两个圆，是通孔掩模，且所有其余部分是为了参考——该图的其余部分仅仅作为参考被提供——以到达通孔的位置，图45的掩模45是遮挡板图案掩模。
图46-67包括根据本发明的实施方式的在不同的制造步骤期间的MEMS设备的顶视图和横截面视图。注意在这些图中，单个单元具有圆形形状。
图46-67示出制造过程，其中位于功能层之间的横向蚀刻停止元件是导电的。
可通过执行方法1500来制造图46-67的MEMS设备。
图46示出基底51和钝化层52。
图47示出钝化层52的图案化以形成钝化层图案52’。图47还包括顶视图181。
图48示出牺牲层53的沉积。
图49示出通过在钝化层图案52’之上形成洞53’来图案化牺牲层(现在被称为图案化牺牲层53”)，从而提供牺牲层图案。图49还包括顶视图182。
图50示出导电层54的沉积。导电层通过导电的横向蚀刻停止元件54’填充洞53’。电蚀刻停止元件54’连接到钝化层元件52’。
图51示出钝化层55的沉积。
图52示出钝化层55的图案化以形成钝化层图案55’。图52还包括顶视图183。
图53示出导电层54的图案化以提供导电层图案54’。图53还包括顶视图184。
图54示出牺牲层53的沉积。
图55示出通过在钝化层图案54’之上形成洞55’来图案化牺牲层(现在被称为图案化牺牲层55”)，从而提供牺牲层图案。图55还包括顶视图185。
图56示出在图案化牺牲层55中形成额外的洞551。图55还包括顶视图186。
图57示出沉积导电层56，从而填充洞55’以形成导电的蚀刻停止元件56’，且也形成将导电层56电耦合到导电层图案54’的一部分的电元件561。
图58示出钝化层57的沉积。
图59示出钝化层57的图案化以形成钝化层图案57’。图59还包括顶视图187。
图60示出导电层56的图案化以提供导电层图案56’。
图61示出顶部牺牲层58的沉积。
图62示出通过在钝化层图案57’之上形成洞58’来图案化顶部牺牲层(现在被称为图案化顶部牺牲层58”)，从而提供牺牲层图案。图62还包括顶视图188。
图63示出在图案化顶部牺牲层58”中形成额外的洞59’。图63还包括顶视图189。
图64示出沉积顶部导电层60，从而填充洞59’以形成导电的蚀刻停止元件60’，且也形成将顶部导电层60电耦合到导电层图案56’的一部分的电元件601。
图65示出金属层的沉积和金属层的图案化以形成金属层图案62’。图65还包括顶视图190。
图66示出顶部导电层60的图案化以提供导电层图案60’。图60还包括示出遮挡板和支持结构的顶视图191。
图67示出通过应用蚀刻过程来移除暴露于蚀刻过程的每个牺牲层图案，从而暴露支持结构和由多个导电层图案形成的功能元件。功能元件被包括在多个功能层——膜层71、障蔽层72和遮挡板层73——中。多个功能层彼此间隔开。支持结构配置成向多个功能层提供结构支持。每个功能层经由与功能层相关的导电路径(例如91和92)耦合到导电接口。支持结构包括横向蚀刻停止元件。横向蚀刻停止元件可以是导电的。
对任一术语“comprise(包括)”、“comprises”、“comprising”、“including(包括)”、“可包括”和“includes”的任何提及可适用于术语“consists(由…组成)”、“consisting”和“本质上由…组成”中的任一个。例如，描述用于实现MEMS设备的掩模的任何附图可包括比在附图中示出的部件更多的部件、仅仅在附图中示出的部件或实质上仅仅在附图中示出的部件。
在前述说明书中，参考本发明的实施方式的特定例子描述了本发明。然而将明显，可在其中做出各种修改和变化而不偏离如在所附权 利要求中阐述的本发明的更宽的精神和范围。
而且，在描述中和在权利要求中的术语“前面”、“后面”、“底部”、“顶部”、“在…之上”、“在…之下”等——如果有的话——用于描述的目的且不一定用于描述永久的相对位置。应理解，这样使用的术语在适当的情况下是可互换的，使得本文所述的本发明的实施方式例如能够在除了在本文所示或以其他方式描述的方向以外的其它方向上操作。
本领域中的技术人员将认识到，在MEMS元件之间的边界仅仅是例证性的，以及可选的实施方式可合并MEMS元件或在各种MEMS元件上强加功能的可选分解。因此，应理解，本文所述的架构仅仅是示例性的，以及事实上实现相同功能的很多其它架构可被实现。
实现相同功能的部件的任何布置实际上是“相关的”，使得期望功能被实现。因此，被组合以实现特定功能的其中的任两个部件可被看作彼此“相关”，使得期望功能被实现，而不考虑架构或中间部件。同样，这样相关的任两个部件也可被视为“操作地连接”或“操作地耦合”到彼此以实现期望功能。
此外，本领域中的技术人员将认识到，在上面所述的操作之间的界限仅仅是例证性的。多个操作可组合成单个操作，单个操作可分布在额外的操作中，且操作可在时间上至少部分地重叠地被执行。而且，可选的实施方式可包括特定操作的多个实例，且在各种其它实施方式中操作的顺序可改变。
此外例如在一个实施方式中，所示例子可被实现为位于单个MEMS设备上的电路。可选地，例子可被实现为任何数量的单独MEMS设备或以适当的方式彼此互连的单独MEMS设备。然而，其它修改、变化和变更也是可能的。相应地在例证性意义上而不是在限制性意义上看待说明书和附图。
在权利要求中，放置在括弧之间的任何参考符号不应被解释为限制权利要求。词“包括”并不排除除了在权利要求中列出的元件或步 骤以外的其它元件或步骤。此外，如在本文使用的术语“a”或“an”被定义为一或多于一。此外，在权利要求中的引导短语例如“至少一个”和“一个或多个”的使用不应被解释为暗示由不定冠词“a”或“an”对另一权利要求元件的引入将包含这样引入的权利要求元件的任何特定的权利要求限制到只包含一个这样的元件的发明，即使同一权利要求包括引导短语“一个或多个”或“至少一个”和不定冠词如“a”或“an”。同理适用于定冠词的使用。除非另有规定，术语例如“第一”和“第二”用于任意区分开这样的术语所描述的元件。因此，这些术语不一定意欲指示这样的元件的时间或其它优先化。
虽然在本文示出和描述了本发明的某些特征，本领域中的普通技术人员现在将会想到很多修改、替换、变化和等效形式。因此应理解，所附权利要求意欲涵盖如落在本发明的真实精神内的所有这样的修改和变化。
Claims (28)
1.一种微机电系统(MEMS)设备，包括基底、支持结构、功能元件和包括导电元件的导电路径；
其中所述功能元件被包括在多个功能层中，所述多个功能层彼此间隔开；
其中所述支持结构配置成向所述多个功能层提供结构支持；
其中每个功能层经由与所述功能层相关的导电路径耦合到导电接口；
其中所述支持结构包括横向蚀刻停止元件。
2.如权利要求1所述的MEMS设备，其中所述蚀刻停止元件是电绝缘的。
3.如权利要求1所述的MEMS设备，其中每个支持结构包括导电的横向蚀刻停止元件。
4.如权利要求3所述的MEMS设备，其中所述支持结构的所述横向蚀刻停止元件位于所述多个功能层之间而不电耦合所述多个功能层。
5.如权利要求3所述的MEMS设备，其中每个横向蚀刻停止元件通过钝化层元件与位于所述横向蚀刻停止元件之下的功能层电绝缘。
6.如权利要求1所述的MEMS设备，其中每个支持结构包括侧壁，所述侧壁包括电绝缘的一个或多个横向蚀刻停止元件。
7.如权利要求6所述的MEMS设备，其中每个支持结构的所述侧壁还包括属于一功能层的一个或多个导电元件。
8.如权利要求1所述的MEMS设备，其中给定支持结构包括被包括在所述多个功能层内的第一部分和位于所述多个功能层之间的第二部分。
9.如权利要求1所述的MEMS设备，其中每个导电路径至少部分地在所述支持结构内形成。
10.如权利要求9所述的MEMS设备，其中与不同的功能层相关的导电路径在不同的支持结构内形成。
11.如权利要求1所述的MEMS设备，其中每个导电路径包括属于所述功能层的水平导电元件和位于所述功能层之间的垂直导电元件。
12.如权利要求1所述的MEMS设备，其中所述支持结构包括由所述横向蚀刻停止元件定界限的核心段。
13.如权利要求12所述的MEMS设备，其中所述一个或多个核心段由从正硅酸乙酯、氧化硅和非掺杂硅石玻璃(USG)中选择的材料制成。
14.如权利要求1所述的MEMS设备，其中所述多个功能层中的功能层的数量超过三。
15.如权利要求1所述的MEMS设备，其中所述MEMS回路包括膜、障蔽物和遮挡板。
16.如权利要求15所述的MEMS设备，其中所述膜、所述障蔽物和所述遮挡板属于所述多个功能层中的不同功能层。
17.如权利要求15所述的MEMS设备，其中所述膜、所述障蔽物和所述遮挡板位于具有封闭侧面的空间内。
18.如权利要求1所述的MEMS设备，其中第一功能元件属于第一功能层，而第二功能元件属于第二功能层。
19.如权利要求1所述的MEMS设备，其中某个功能层包括多个功能元件。
20.如权利要求19所述的MEMS设备，其中在所述某个功能层中的所述多个功能元件的全部实质上彼此相同。
21.如权利要求19所述的MEMS设备，其中在所述某个功能层中的所述多个功能元件中的至少一些功能元件不同于彼此。
22.如权利要求19所述的MEMS设备，其中在所述某个功能层中的所述多个功能元件的全部电耦合到彼此。
23.如权利要求19所述的MEMS设备，其中在所述某个功能层中的所述多个功能元件中的一些不电耦合到彼此。
24.如权利要求1所述的MEMS设备，其中至少两个功能层中的每个功能层包括多个功能元件。
25.一种用于制造微机电系统(MEMS)设备的方法，所述方法包括：
通过重复下列步骤来产生多个牺牲层图案和多个导电层图案：沉积牺牲层；图案化所述牺牲层以提供牺牲层图案；沉积钝化层；移除所述钝化层的上部部分以暴露所述牺牲层图案；沉积导电层；以及图案化所述导电层，从而形成导电层图案；
沉积顶部牺牲层；图案化所述顶部牺牲层以提供顶部牺牲层图案；
沉积顶部钝化层；
移除所述顶部钝化层的上部部分以暴露所述牺牲层图案；
沉积顶部导电层；
沉积金属层；
图案化所述金属层以提供金属层图案；
图案化所述顶部导电层，从而形成导电层图案；以及
通过应用蚀刻过程来移除暴露于所述蚀刻过程的每个牺牲层图案，从而暴露支持结构和由所述多个导电层图案和所述顶部导电层图案形成的功能元件，其中所述功能元件被包括在多个功能层中，所述多个功能层彼此间隔开；其中所述支持结构配置成向所述多个功能层提供结构支持；以及其中所述支持结构包括电绝缘横向蚀刻停止元件。
26.如权利要求25所述的方法，其中所述多个导电层图案界定所述绝缘支持结构的边缘。
27.如权利要求25所述的方法，其中所述多个导电层图案界定所述功能元件。
28.一种用于制造微机电系统(MEMS)设备的方法，所述方法包括：
将钝化层沉积在基底上并图案化所述钝化层以提供钝化层图案；
通过重复下列步骤产生多个牺牲层图案和多个导电层图案：沉积牺牲层；图案化所述牺牲层以提供牺牲层图案；沉积导电层；沉积钝化层；图案化所述钝化层以提供钝化层图案；以及图案化所述导电层，从而形成导电层图案；
沉积顶部牺牲层；
图案化所述顶部牺牲层以提供牺牲层图案；
沉积顶部导电层；
沉积金属层；
图案化所述金属层以提供金属层图案；以及
图案化所述顶部导电层从而形成顶部导电层图案，并通过应用蚀刻过程来移除暴露于所述蚀刻过程的每个牺牲层图案，从而暴露支持结构和由所述多个导电层图案和所述顶部导电层图案形成的功能元件；其中所述功能元件被包括在多个功能层中，所述多个功能层彼此间隔开；其中所述支持结构配置成向所述多个功能层提供结构支持；以及其中所述支持结构包括导电的横向蚀刻停止元件。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20161005 |