CN110451451A - 微电子机械传感器和用于制造微电子机械传感器的方法 - Google Patents

微电子机械传感器和用于制造微电子机械传感器的方法 Download PDF

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Abstract

本文公开了微电子机械传感器和用于制造微电子机械传感器的方法。一种微电子机械传感器，包括：第一衬底(202)，包括相对于第一衬底(202)可移动的元件(210)；以及第二衬底(204)，包括第一接触垫(206；506)和第二接触垫(208；508)。第一衬底(202)被接合到第二衬底(204)，使得元件(210)的移动改变第一接触垫(206；506)与第二接触垫(208；508)之间的耦合。

Description

微电子机械传感器和用于制造微电子机械传感器的方法
技术领域
示例涉及微电子机械传感器和用于制造微电子机械传感器的方法。
背景技术
微电子机械传感器通常包括使用半导体工艺构造的微电子机械元件。在压力传感器或麦克风的情况下，微电子机械元件可以是例如膜(压力传感器细丝)。加速度传感器可以例如包括可移动的惯性质量块作为微电子机械元件。通常，微电子机械元件用作相对于对置电极可移动的电极，使得两个电极之间的耦合强度可以被测量以确定两个电极之间的相对移动。耦合可以是例如电容性或电感性的。微电子机械传感器要感测的物理量通常来源于在两个电极之间测量的耦合。为了测量耦合，需要接触微电子机械元件的电极和通常固定且不可移动的对置电极。这可能导致在设计和技术方面的相当大的结构复杂性。因此，可能期望降低制造微电子机械传感器的复杂性。
发明内容
一种微电子机械传感器的实施例包括：第一衬底，包括相对于第一衬底可移动的元件；以及第二衬底，包括第一接触垫和第二接触垫。第一衬底被接合到第二衬底，使得元件的移动改变第一接触垫与第二接触垫之间的耦合。如果第一衬底和第二衬底以导致元件的运动改变两个接触垫之间的耦合的相对取向来被接合在一起，则在第二衬底上具有两个固定接触垫的同时创建相对于第一衬底可移动的元件可以允许避免直接接触可移动的微电子机械元件。这样做可以导致微电子机械传感器的设计和制造复杂性显著降低。特别地，可以避免在两个衬底之间的昂贵且敏感的接合工艺和接触方案，诸如例如使用穿通选择通孔(TSV)或混合接合。特别地，如果通过不同的工艺产生第一衬底和第二衬底，则节省可能是显著的，因为提供可移动元件的第一衬底可以独立于包括接触垫和可能的另外的读出电路的第二衬底来被设计和制造。在制造微电子机械传感器时，可以不需要在两个衬底之间建立元件的电接触。
一种用于制造微电子机械传感器的方法的实施例可以降低成本和复杂性。方法的实施例包括在第一衬底内产生元件，该元件相对于第一衬底的本体可移动。该方法还包括在第二衬底的表面上提供第一接触垫和第二接触垫。根据实施例，第一衬底被接合到第二衬底，使得元件面对与腔体相对的第一接触垫和第二接触垫，该腔体在第一衬底与第二衬底之间。
附图说明
以下将通过仅示例并且参考附图来描述装置和/或方法的一些示例，在附图中：
图1是传统实现的示例；
图2是微电子机械传感器的实施例；
图3是微电子机械传感器的实施例，其中可移动元件与接触垫之间的距离是可变的；
图4是微电子机械传感器的实施例，其中可移动元件与接触垫之间的重叠是可变的；
图5是适合于差分读出电路的微电子机械传感器的实施例；
图6是适合于全桥读出电路的微电子机械传感器的另一实施例；
图7是针对图6实施例的全桥读出电路的实施例；
图8是用于制造微电子机械传感器的方法的一个实施例的框图；
图9是允许控制第一衬底的电位的微电子机械传感器的两个实施例；以及
图10是允许从第一衬底的背面接触第二衬底内的评估电路的微电子机械传感器的两个实施例。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述各种示例。在附图中，为了清楚起见，可以夸大线、层和/或区域的厚度。
因此，虽然其他示例能够具有各种修改和替代形式，但是其一些特定示例在附图中示出并且随后将被详细描述。然而，该详细描述并不将其他示例限制于所描述的特定形式。其他示例可以涵盖落入本公开的范围内的所有修改、等同物和替代物。在整个附图的描述中，相同或相似的数字指代相同或相似的元件，当相互比较时，这些元件可以相同地或以修改的形式实现，同时提供相同或相似的功能。
应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，这些元件可以直接或者经由一个或多个中间元件连接或耦合。如果使用“或”组合两个元件A和B，则这应当被理解为公开所有可能的组合，即仅A、仅B、以及A和B，如果没有另外明确或隐含地定义。对于相同组合的替代措辞是“A和B中的至少一个”或“A和/或B”。这同样适用于两个以上元件的组合。
本文中用于描述特定示例的术语不旨在限制其他示例。每当使用诸如“一个”、“一”和“该”等单数形式并且仅使用单个元件既不明确地或隐含地定义为强制性的时，其他示例也可以使用多个元件来实现相同的功能。同样地，当随后将功能描述为使用多个元件实现时，其他示例可以使用单个元件或处理实体来实现相同的功能。将进一步理解，术语“包括”、“包括……的”、“包含”和/或“包含……的”在使用时指定所述特征、整体、步骤、操作、过程、动作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、过程、动作、元件、部件和/或其任何组的存在或添加。
除非另外定义，否则所有术语(包括技术术语和科学术语)在本文中以其示例所属领域的普通含义来使用。
图1示意性地示出了微电子机械系统(MEMS)的相对于固定的对置电极120可移动的电极110的传统实现的示例。在图1所示的示例中，可移动电极110与固定电极120之间的电容性耦合被评估以得出可移动电极110与固定电极120之间的相对移动。例如，可以评估相对移动以在MEMS麦克风中提供麦克风信号或者导出惯性传感器中的加速度。为了确定耦合，可移动电极110和固定的对置电极120都被接触。在典型实现中，移动电极110根据微电子机械工艺制造。微电子机械工艺(MEMS工艺)应当被理解为也用于构造半导体衬底以生成机械作用结构的任何工艺。固定电极120的衬底通常还包括信号评估电路，信号评估电路进一步评估电容性耦合的测量结果以便得出关于由MEMS传感器确定的物理量的信息。例如，专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)可以用作评估电路的一部分以评估电容性耦合的变化。在这种组合中，第一衬底和第二衬底使用不同的工艺(例如，用于第一衬底的MEMS工艺和用于第二衬底的互补金属氧化物半导体CMOS)来生成，从而两个衬底不能联合产生，这需要从包括可移动电极110的衬底到提供固定的对置电极120的衬底的昂贵且复杂的电接触的传递。在微电子机械传感器中避免这种衬底间连接可能是有益的。
图2示出了微电子机械传感器的一个实施例的一部分的第一截面，而图3示出了微电子机械传感器的另一截面以及第一衬底202和第二衬底204两者的俯视图。在图2的实施例中，第一衬底202包括相对于第一衬底202可移动的元件210。例如，元件210可以在第一衬底202内借助于微电子机械结构化来形成。为了相对于第一衬底202可移动，元件210可以例如借助于半导体材料、电介质材料或其组合的桥211相对于第一衬底202枢转安装。根据传统工艺，可以在从第一衬底202挖掘元件210的同时形成桥211。图2的桥211被理解为仅是如何在第一衬底202仍然针对元件210提供支撑的同时在元件210的至少部分与第一衬底202之间建立相对移动的一个特定示例。其他实施例可以使用任意其他机构或结构来产生元件210相对于
第一衬底202可移动的结果。例如，与构成铰链的衬底的连接也可以仅在元件的平面中延伸以侧向地将元件与衬底连接。相对于第一衬底202可移动的元件210应当被理解为至少包括相对于第一衬底202执行相对移动的部分的元件。在图2和图3所示的示例中，元件210的与桥211间隔开的部分沿着垂直方向214执行相对于第一衬底202的相对移动。
第二衬底204包括第一接触垫206和第二接触垫208。第一衬底202和第二衬底204以元件210的移动改变第一接触垫206与第二接触垫208之间的耦合的相对取向来彼此接合。例如，如果元件210与接触垫206、208之间的距离减小，则第一接触垫206更强地耦合到元件210并且第二接触垫208也可以更强地耦合到元件210。通过双相互耦合，第一接触垫206经由元件210耦合到第二接触垫208，因为元件210面对与腔体230相对的第一接触垫206和第二接触垫208两者，腔体230建立在接触垫与元件210之间。由于接触垫测量耦合的功能，接触垫在本文中也可以被称为电极。由于经由元件210的接触垫之间的间接耦合，可以避免将第一衬底202的元件210直接连接到第二衬底204的接触垫，同时仍然允许确定元件210的移动或位移。
为了实现良好的间接耦合，一些实施例在元件处包括导电表面212，导电表面面对与腔体230相对的第一接触垫206和第二接触垫208。接触的导电表面212可以增加电荷载流子迁移率，以实现良好的响应并且增加对元件210相对于接触垫206和208的相对位移的灵敏度。导电表面212可以通过获得导电表面的任意工艺来实现，诸如例如将掺杂剂注入到半导体衬底中或通过应用金属化等。虽然图2和
图3所示的实施例示出了其中元件210的移动改变元件210与第一接触垫206和第二接触垫208中的至少一个之间的距离的一种配置，但是在元件210移动的情况下产生两个接触垫之间的耦合的变化的任意其他配置是可行的。随后将参考图4的实施例描述其中元件210的横向移动改变两个接触垫之间的耦合的示例。
图2和图3的实施例允许有效地制造向第二衬底204中包括信号评估电路220的微电子机械传感器，例如如图3所示。信号评估电路220用于测量第一接触垫206与第二接触垫208之间的电容性耦合的变化，并且进一步基于当前测量的耦合来计算物理量的测量值。例如，在惯性传感器中，传感器元件在垂直方向214上的加速度改变接触垫之间的电容性耦合，从而允许计算所施加的力或加速度。信号评估电路可以由允许执行计算的任何传统结构来实现，诸如例如借助于ASIC或FPGA。例如，CMOS工艺可以用于在第二衬底204内产生信号评估电路220，使得信号评估电路220单片集成在第二衬底204内。
因此，使用微电子机械传感器的实施例可以允许分别地制造包括电子机械结构的第一衬底202和包括评估电路或逻辑的第二衬底204，并且可以允许借助于传统的晶片接合工艺简单地将衬底接合在一起以获得功能性微电子机械传感器，而不需要附加的复杂且昂贵的接合工艺来电接触元件210。
图4示出了微电子机械传感器的另一实施例，其中可移动元件310a与至少一个接触垫之间的重叠是可变的。在图4的实施例中，第一衬底302包括元件310a，元件310a在横向方向314上相对于第一衬底302可移动，横向方向314垂直于垂直方向214。如图4所示，在第二衬底304的表面上的第一电极306a和第二电极308a被设置使得元件310a的横向移动改变元件310a与接触垫306a和308a中的至少一个的横向重叠。横向重叠可以通过在垂直方向上将元件310a的区域投影到接触垫306a、306b上来被确定。横向重叠的改变转而会改变第一接触垫306a与第二接触垫308a之间的耦合。虽然图4的实施例示出了横向重叠发生改变，但是还可以实现其他实施例以改变元件与两个接触垫中的至少一个的垂直重叠。
图4所示的实施例进一步包括第二组部件，其包括元件310b、第一接触垫306b和第二接触垫308b。由于功能与包括元件310a、第一接触垫306a和第二接触垫308a的组的功能相同，因此省略对第二组部件的进一步详细描述。然而，重要的是要注意，几何形状被选择使得在施加引起元件310a和310b两者在一个方向上移动的力时，接触垫306a和308a之间的耦合与接触垫306b和308b之间的耦合相反地改变。这种配置可以适合于与半桥配置中的放大器直接一起使用以一次感测两组协作元件的耦合的变化。随后将参考图6和图7描述这种配置的特定示例。
图5示出了适合于差分读出电路的微电子机械传感器的另一实施例，其中元件410在垂直方向上移动以改变元件与接触垫之间的距离。图5的实施例的微电子机械结构对应于图2和图3的实施例的微电子机械结构。然而，接触垫在第二衬底404的表面上不同地布置以本质上支持差分读出。图5所示的实施例包括两对相应的接触垫，针对其可以分别确定相互耦合。第一对由第一接触垫406和第二接触垫408构成。第二对由第二接触垫408和第三接触垫414构成。第二接触垫408在第一接触垫406与第三接触垫414之间被共享。因此，它在横向方向上在第一接触垫406与第三接触垫414之间延伸。元件410相对于第一衬底402以及第二衬底404的表面上的接触垫406、408和414的相对移动与图2和图3的实施例中的实现类似，该实现借助于由半导体材料、电介质材料或其组合的桥411构成的铰链来进行。
类似于图4的实施例，第一接触垫406与第二接触垫408之间的电容性耦合以及第三接触垫414与第二接触垫408之间的电容性耦合在相反的方向上变化。作为图5的电极配置的替代方案，第二接触垫408也可以分成两个单独的接触垫，每个接触垫用于确定与第一接触垫406和第三接触垫414中的一个之间的耦合。这种配置随后在图6的实施例中示出。
除了参考图2至图4描述的实施例之外，图5的实施例还包括围绕第一接触垫406的第一导电屏蔽结构416。此外，第二导电屏蔽结构418围绕第三接触垫414。屏蔽结构可以被接地。使用围绕两个接触垫中的其间接相互耦合被评估的至少一个接触垫的屏蔽结构可以减小接触垫之间的直接耦合，这可以增加微电子机械传感器的可靠性和灵敏度。所使用的导电屏蔽结构可以在平面内、即在第二衬底404的表面上、或者在三个维度中围绕接触垫，从而在第二衬底404内形成阱。
图6示出了适合于全桥读出电路的微电子机械传感器的另一实施例。
机械设置与图2至图4和图5所示的实施例相同。然而，图6的实施例包括四对接触垫，其间接相互耦合被评估。第一对由在第二衬底504的面对第一衬底502的表面上的第一接触垫506和第二接触垫508构成。第二对由第三接触垫510和第四接触垫512构成，第三对由第五接触垫514和第六接触垫516构成，并且第四对由第七接触垫518和第八接触垫512构成。第一屏蔽结构522围绕第一接触垫502和第五接触垫514。第二屏蔽结构524围绕第三接触垫510和第七接触垫518。与图5的实施例不同，元件530包括四个分离的导电表面部分532a至532d，每个导电表面部分间接地耦合一对相应的接触垫。在元件530移动时，两对相应的接触垫的耦合在相反的方向上改变。具体地，第一接触垫506与第二接触垫508之间的耦合和第三接触垫510与第四接触垫512之间的耦合相反地改变。同样，第四接触垫514与第五接触垫516之间的耦合和第七接触垫518与第八接触垫520之间的耦合相反地改变。由于这种特性，图6的实施例中所示的配置本质上适合于借助于如例如图7所示的全桥读出电路来读出。
图7示出了用于图6的实施例的全桥读出电路的实施例。对于全桥读出电路，使用差分放大器610。全桥读出电路基本上是两个半桥读出的组合。单个半桥读出仅使用放大器610的一个差分输入。由于相应的成对的接触垫在元件530移动时改变不同方向上的耦合，这些相应的成对本质上适合用于半桥读出电路。第一半桥630使用接触垫506、508、510和512。第一接触垫506和第三接触垫510耦合到放大器610的输入端子。第二接触垫508耦合到第一电源电压620，并且第四接触垫512耦合到第二电源电压622，以完成半桥630的设置。第二半桥640完成全桥设置并且以类似的方式使用接触垫510、512、514和516。使用半桥读出或全桥读出以及本文中描述的实施例可以增加电路的灵敏度并且增加对外部电场或其他干扰影响的鲁棒性。
虽然前面的实施例示出了两种特定的机械配置，但是其他实施例可以基于替代配置。例如，元件可以构成通过氧化的威尼斯(venetia)通道隔离的惰性单硅质块。元件可以构成由单独的装置悬挂的惰性单硅质块(由所限定的半导体或电介质材料片形成的铰链)。元件可以构成未被隔离但与第一衬底电接触的惰性单硅质块。元件可以通过p-n结与第一衬底隔离。元件可以构成通过EPI多晶硅工艺制造的惰性物质。第一接触垫(电极)和第二接触垫(电极)可以被构造为用于支持平面内读出的设置的梳状结构。元件可以包括构成导电表面的薄隔离多晶硅/金属电极。可以在与元件的不同距离处(例如，在不同的BEOL层级中)生成多个接触垫，以允许不同的读出选项(例如，对于x/y和z传感器)。第一衬底可以被保持在预定电位(电压)。
虽然前面的附图示出了微机械传感器的一些实施例，但是图8示出了用于制造微电子机械传感器的方法的框图。制造根据实施例的微电子机械传感器包括在第一衬底内产生元件802，该元件相对于第一衬底的本体可移动。第一衬底内的可移动元件可以使用传统的微电子机械工艺或半导体结构化工艺来产生。在第一衬底内产生元件可以例如包括工艺流程，其包括威尼斯工艺、注入、深沟槽蚀刻、沟槽蚀刻掩模和(干法)剥离中的至少一种。
该方法进一步包括在第二衬底的表面上提供804第一接触垫和第二接触垫。根据一些实施例，提供第一接触垫和第二接触垫可以可选地包括在第二衬底的表面中形成凹部，以及在凹部内产生第一接触垫和第二接触垫。除了在元件的产生期间构造第一衬底之外，形成凹部还可以允许借助于构造第二衬底来调节元件与接触垫之间的距离。接触垫可以使用用于产生接触垫的传统工艺来产生，诸如例如注入或表面金属化。提供第一接触垫和第二接触垫可以例如包括工艺流程，其包括用于提供固定电极结构的BEOL(最终甚至在不同的BEOL层中)、形成腔体和运动停止层的凹陷蚀刻、以及通过BEOL薄膜沉积精确地限定固定ASIC接触垫(电极)到MEMS元件(对置电极)的距离中的至少一种。
该方法进一步包括将第一衬底接合806到第二衬底，使得元件面对与腔体相对的第一接触垫和第二接触垫，腔体在第一衬底与第二衬底之间。借助于传统的晶片接合工艺，可以生成包括其相互耦合对元件的移动敏感的接触垫的微电子机械结构，而不需要对直接电接触元件的要求，以及对在第一衬底与第二衬底之间建立专用的导电接触的要求。将第一衬底接合806到第二衬底可以例如包括工艺流程，其包括晶片直接键合、第一衬底(MEMS晶片)的减薄、可选的第二衬底(ASIC晶片)的减薄中的至少一种。工艺流程还可以可选地包括清洁/Ti/Al/退火以形成接触垫以控制电荷。工艺流程还可以可选地包括在接触垫上方的第二衬底(MEMS晶片)的BOSCH开口和用于开放接触垫的Al(或Cu)覆盖层蚀刻。
可选地，该方法可以进一步包括在第二衬底内产生信号评估电路，以及将第一接触垫和第二接触垫耦合到信号评估电路的信号输入，以便单片地包括从接触垫之间的耦合的变化中导出与物理量相对应的测量值的处理。向第二衬底中包括信号评估电路可以在将第一衬底接合(并且最终单个化)到第二衬底之后产生可操作的微电子机械传感器。
图9示出了允许控制第一衬底的电位的微电子机械传感器的另外两个实施例。图9的实施例基于图4的实施例的布局，并且随后更详细地描述仅与该实施例的不同之处。
在图9的上图所示的实施例中，第一衬底的背面是高度掺杂的。第一衬底的表面910表现出比衬底的本体更高的掺杂剂浓度，这允许电接触本体并且控制其电位。作为使用背面的整个区域(第一衬底的与面对第二衬底的表面相对的一侧)的替代方案，仅可移动质量/元件的区域中的表面可以被掺杂或者表面的多个不同区域可以被高度掺杂以建立与本体的电接触。高度掺杂的表面可以借助于金属化的接触垫920来被接触。在多个分离的高度掺杂区域的情况下，可以使用多个接触垫。
图9的下图示出了另一实施例，其允许借助于第一衬底的背面处的金属化930来接触第一衬底的本体以控制其电位。使用金属化可以另外提供抵抗外部电磁场的屏蔽。可替代地，与第一衬底的接触可以通过任意其他方式来建立，诸如例如通过TSV、引线键合或夹子。
具有控制衬底的电位的能力可以允许控制移动质量与第一衬底之间的参数和/或泄漏。此外，可以增加ESD鲁棒性并且可以阻挡外部EM场。根据一些实施例，控制衬底的电位还可以用作致动可移动元件的附加装置。使用金属化最终还可以避免用于容纳MEMS的封装件的金属盖的成本。
图10示出了微电子机械传感器的另外两个实施例，其允许从第一衬底的背面接触第二衬底内的评估电路。此外，图10的实施例基于图4的实施例的布局，并且随后更详细地描述仅与该实施例的不同之处。
在图10的上图的实施例中，第一TSV 1020和第二TSV 1030用于直接接触第二衬底或者从第一衬底的背面接触第二衬底内的接触垫，例如以建立针对集成在第二衬底中的电路(例如，ASIC)的读出接触。换言之，电接触通孔(1040)从第一衬底的与第二衬底相对的表面延伸到第二衬底中的接触垫。此外，横向地覆盖可移动元件的金属化1010用作对可移动元件的电磁屏蔽，同时与衬底隔离。金属化存在于第一衬底的与第二衬底相对的表面上。例如，TSV可以是与第一衬底和第二衬底隔离的铜或钨TSV。
在借助于图10的下图所示的实施例中，可移动质量/元件也借助于第三TSV 1040被接触。具体地，由第三TSV 1040从第一衬底的背面接触可动元件的面对第二衬底的高度掺杂的表面。换言之，电接触通孔(1040)从第一衬底的与第二衬底相对的表面延伸到可移动元件，特别是延伸到元件的导电表面。第三TSV 1040可以例如是钨TSV，其与第一衬底隔离以便能够控制可移动元件相对于第一衬底和第二衬底的电位。
从第一衬底的背面建立电接触可以允许节省第二衬底上的接触垫的面积。如果第二衬底比第一衬底更昂贵或者如果在第二衬底中产生接触垫的工艺昂贵或不可靠(若第二衬底构成ASIC正是这种情况)，则这可能是有意义的。
前面的实施例主要关于微电子机械传感器内的移动元件的产生来进行讨论，重要的是要注意，包括这样的元件的微电子机械传感器可以用于确定任意物理量的多个测量值。例如，本文中描述的实施例可以用于构成压力传感器、麦克风、加速度传感器、陀螺仪或微机械致动器，例如用于生成超声波的致动器。对于加速度传感器和陀螺仪，相对于衬底可移动的元件也可以被称为检验质量，以强调元件的质量与弹簧/质量系统内的偏转一起用于确定物理量。同样，对于压力传感器和麦克风，相对于衬底可移动的元件也可以被称为膜，以强调元件的偏转用于确定物理量。应用列表不应当被理解为穷举，本文中描述的微电子机械结构可以用于生成针对任意环境参数或物理量的传感器。
总之，一种微电子机械传感器的第一实施例包括第一衬底和第二衬底，第一衬底包括相对于第一衬底可移动的元件，第二衬底包括第一接触垫和第二接触垫。第一衬底接合到第二衬底，使得元件的移动改变第一接触垫与第二接触垫之间的耦合。实施例可以用于降低制造微电子机械传感器的复杂性。
在第二实施例中，微电子机械传感器还包括耦合到第一接触垫和第二接触垫的信号评估电路，信号评估电路被配置为基于第一接触垫与第二接触垫之间的耦合来计算测量值。
在实施例3中，实施例2的信号评估电路被单片集成在第二衬底内，这可以使得能够在将两个衬底接合在一起之后并且最终在可选的后续分割之后提供功能性MEMS传感器。
在实施例4中，在实施例1至3的微电子机械传感器中，元件包括面对与腔体相对的第一接触垫和第二接触垫的导电表面，腔体在第一衬底与第二衬底之间。使用导电表面可以增强元件内的电荷载流子迁移率，并且从而增加传感器的灵敏度。
在实施例5中，在实施例1至4的微电子机械传感器中，元件的移动改变元件与第一接触垫和第二接触垫中的至少一个接触垫的横向重叠或垂直重叠中的至少一个。横向重叠和垂直重叠的改变可以允许在平面移动中实现，这可以允许对多个方向敏感而不会使传感器大量增厚。
在实施例6中，在实施例1至4的微电子机械传感器中，元件的移动改变元件与第一接触垫和第二接触垫中的至少一个接触垫之间的距离。
在实施例7中，在实施例1至6中任一个的微电子机械传感器中，耦合是电容性耦合。
在实施例8中，实施例1至7中任一个的微电子机械传感器还包括围绕第一接触垫的第一导电屏蔽结构和围绕第二接触垫的第二导电屏蔽结构中的至少一个。使用屏蔽结构可以减少接触垫之间的直接耦合，这可以提供传感器的更高灵敏度。
在实施例9中，实施例1至8中任一个的微电子机械传感器还包括在第二衬底内的第三接触垫和第四接触垫，其中元件的移动与第一接触垫与第二接触垫之间的耦合的变化相反地改变第三接触垫与第四接触垫之间的耦合。这种传感器可以本质上被配置为支持灵敏且稳健的半桥读出电路。
在实施例10中，实施例9的微电子机械传感器还包括在第二衬底中的评估电路内的半桥配置中的放大器，第一接触垫和第三接触垫耦合到放大器的输入端子，第二接触垫耦合到第一电源电压，并且第四接触垫耦合到第二电源电压。
在实施例11中，实施例3的测量值对应于压力、加速度和角速度中的一个。
实施例12是一种用于制造微电子机械传感器的方法，其包括在第一衬底内产生元件，该元件相对于第一衬底的本体可移动。该方法还包括在第二衬底的表面上提供第一接触垫和第二接触垫，以及将第一衬底接合到第二衬底，使得元件面对与腔体相对的第一接触垫和第二接触垫，腔体在第一衬底与第二衬底之间。方法的实施例可以用于降低制造微电子机械传感器的复杂性。
在实施例13中，实施例12的方法还包括在第二衬底的表面中形成凹部，以及在凹部内产生第一接触垫和第二接触垫。产生凹部可以允许准确地调节元件与接触垫之间的距离。
在实施例14中，实施例12或13的方法还包括在第二衬底内产生信号评估电路；以及将第一接触垫和第二接触垫耦合到信号评估电路的信号输入。在衬底内具有信号评估电路可以导致在将两个衬底接合在一起之后并且最终在可选的后续分割之后获得功能性MEMS传感器。
实施例15是一种微电子机械压力传感器，其包括：第一衬底，包括相对于第一衬底可移动的膜；以及第二衬底，包括第一接触垫和第二接触垫。第一衬底被接合到第二衬底，使得膜的移动改变第一接触垫与第二接触垫之间的耦合。
实施例16是一种微电子机械麦克风，其包括：第一衬底，包括相对于第一衬底可移动的膜；以及第二衬底，包括第一接触垫和第二接触垫。第一衬底被接合到第二衬底，使得膜的移动改变第一接触垫与第二接触垫之间的耦合。
实施例17是一种微电子机械加速度传感器，其包括：第一衬底，包括相对于第一衬底可移动的检验质量；以及第二衬底，包括第一接触垫和第二接触垫。第一衬底被接合到第二衬底，使得检验质量的移动改变第一接触垫与第二接触垫之间的耦合。
实施例18是一种微电子机械陀螺仪，其包括：第一衬底，包括相对于第一衬底可移动的检验质量；以及第二衬底，包括第一接触垫和第二接触垫。第一衬底被接合到第二衬底，使得检验质量的移动改变第一接触垫与第二接触垫之间的耦合。
实施例19是一种微电子机械致动器，其包括：第一衬底，包括相对于第一衬底可移动的膜；以及第二衬底，包括第一接触垫和第二接触垫。第一衬底被接合到第二衬底，使得膜的移动改变第一接触垫与第二接触垫之间的耦合。
在实施例20中，实施例19的微电子机械致动器被配置为生成声音信号。
与一个或多个先前详述的示例和附图一起提及和描述的方面和特征也可以与一个或多个其他示例组合以便替换其他示例的相同特征或者以便另外将该特征引入其他示例。
说明书和附图仅说明了本公开的原理。此外，本文所述的所有示例主要旨在明确地仅用于说明性目的以帮助读者理解本公开的原理和发明人为促进本领域所贡献的概念。本文中叙述本公开的原理、方面和示例的所有陈述以及其具体示例旨在涵盖其等同物。
表示为“用于......的装置”的用于执行特定功能的功能块可以指代被配置为执行特定功能的电路。因此，“用于某事的装置”可以实现为“被配置为或适合于某事的装置”，诸如被配置为或适合于相应任务的设备或电路。
图中所示的各种元件(包括标记为“装置”的任何功能块、“用于提供信号的装置”、“用于生成信号的装置”等)的功能可以以专用硬件的形式实现，诸如“信号提供器”、“信号处理单元”、“处理器”、“控制器”等，以及可以以能够与适当软件相关联地执行软件的硬件的形式实现。当由处理器提供时，功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器或多个单独的处理器提供，多个单独的处理器中的一些或全部可以被共享。然而，术语“处理器”或“控制器”到目前为止不限于专门能够执行软件的硬件，而是可以包括数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储器。也可以包括其他常规和/或定制的硬件。
例如，框图可以示出实现本公开的原理的高级电路图。类似地，流程图表、流程图、状态转换图、伪代码等可以表示可以例如基本上在计算机可读介质中表示并且因此由计算机或处理器执行的各种过程、操作或步骤，而无论这样的计算机或处理器是否明确示出。说明书或权利要求中公开的方法可以通过具有用于执行这些方法的每个相应动作的装置的设备来实现。
应当理解，说明书或权利要求中公开的多个动作、过程、操作、步骤或功能的公开可以不被解释为在特定顺序内，除非明确地或隐含地另外说明，例如出于技术原因。因此，多个动作或功能的公开不会将这些限制于特定顺序，除非由于技术原因而导致这些动作或功能不可互换。此外，在一些示例中，单个动作、功能、过程、操作或步骤可以包括或可以分别分成多个子动作、功能、过程、操作或步骤。除非明确排除，否则这样的子动作可以被包括在内并且是该单个动作的公开的一部分。
此外，所附权利要求在此并入到详细描述中，其中每个权利要求可以作为单独的示例独立存在。尽管每个权利要求可以作为单独的示例独立存在，但是应当注意，尽管从属权利要求可以在权利要求中引用与一个或多个其他权利要求的特定组合，但是其他示例还可以包括从属权权利要求与彼此从属或独立的权利要求的主题的组合。除非声明不打算特定组合，否则本文中明确提出了这样的组合。此外，意图包括对任何其他独立权利要求的某个权利要求的特征，即使该权利要求不直接从属于该独立权利要求。

Claims (20)

1.一种微电子机械传感器，包括：
第一衬底(202)，包括相对于所述第一衬底(202)可移动的元件(210)；
第二衬底(204)，包括第一接触垫(206；506)和第二接触垫(208；508)；其中
所述第一衬底(202)被接合到所述第二衬底(204)，使得所述元件(210)的移动改变所述第一接触垫(206；506)与所述第二接触垫(208；508)之间的耦合。
2.根据权利要求1所述的微电子机械传感器，还包括：
信号评估电路(220)，耦合到所述第一接触垫(206；506)和所述第二接触垫(208；508)，所述信号评估电路(220)被配置为基于所述第一接触垫(206；506)与所述第二接触垫(208；508)之间的耦合来计算测量值。
3.根据权利要求2所述的微电子机械传感器，其中所述信号评估电路(220)被单片集成在所述第二衬底(204)内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的微电子机械传感器，其中所述元件(210)包括导电表面(212)，所述导电表面(212)面对与腔体(230)相对的所述第一接触垫(206；506)和所述第二接触垫(208；508)，所述腔体(230)在所述第一衬底(202)与所述第二衬底(204)之间。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的微电子机械传感器，其中所述元件(310a，310b)的移动改变所述元件与所述第一接触垫(306a，306b)和所述第二接触垫(308a，308b)中的至少一个接触垫的横向重叠或垂直重叠中的至少一个。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的微电子机械传感器，其中所述元件(210)的移动改变所述元件(210)与所述第一接触垫(206；506)和所述第二接触垫(208；508)中的至少一个接触垫之间的距离。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的微电子机械传感器，其中所述耦合是电容性耦合。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的微电子机械传感器，还包括以下中的至少一个：
第一导电屏蔽结构(416)，围绕所述第一接触垫(406)；以及
第二导电屏蔽结构，围绕所述第二接触垫(408)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的微电子机械传感器，还包括：
在所述第二衬底内的第三接触垫(510)和第四接触垫(512)；
其中所述元件的移动与所述第一接触垫(506)与所述第二接触垫(508)之间的耦合的变化相反地改变所述第三接触垫(510)与所述第四接触垫(512)之间的耦合。
10.根据权利要求9所述的微电子机械传感器，还包括在所述第二衬底(504)中的评估电路内的半桥配置中的放大器(610)，
所述第一接触垫(506)和所述第三接触垫(510)耦合到所述放大器(610)的输入端子，所述第二接触垫(508)耦合到第一电源电压，并且所述第四接触垫(512)耦合到第二电源电压。
11.根据权利要求3所述的微电子机械传感器，其中所述测量值对应于压力、加速度和角速度中的一个。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的微电子机械传感器，还包括：
电接触通孔(1040)，从所述第一衬底(202)的与所述第二衬底(204)相对的表面延伸直到所述可移动元件。
13.一种用于制造微电子机械传感器的方法，包括：
在第一衬底内产生(802)元件，所述元件相对于所述第一衬底的本体可移动；
在第二衬底的表面上提供(804)第一接触垫和第二接触垫；以及
将所述第一衬底接合(806)到所述第二衬底，使得所述元件面对与腔体相对的所述第一接触垫和所述第二接触垫，所述腔体在所述第一衬底与所述第二衬底之间。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
在所述第二衬底的表面中形成凹部；以及
在所述凹部内产生所述第一接触垫和所述第二接触垫。
15.根据权利要求13或14所述的方法，还包括：
在所述第二衬底内产生信号评估电路；以及
将所述第一接触垫和所述第二接触垫耦合到所述信号评估电路的信号输入。
16.一种微电子机械压力传感器或微电子机械麦克风，包括：
第一衬底(202)，包括相对于所述第一衬底(202)可移动的膜(210)；
第二衬底(204)，包括第一接触垫(206；506)和第二接触垫(208；508)；其中
所述第一衬底(202)被接合到所述第二衬底(204)，使得所述膜(210)的移动改变所述第一接触垫(206；506)与所述第二接触垫(208；508)之间的耦合。
17.一种微电子机械加速度传感器，包括：
第一衬底(202)，包括相对于所述第一衬底(202)可移动的检验质量(210)；
第二衬底(204)，包括第一接触垫(206；506)和第二接触垫(208；508)；其中
所述第一衬底(202)被接合到所述第二衬底(204)，使得所述检验质量(210)的移动改变所述第一接触垫(206；506)与所述第二接触垫(208；508)之间的耦合。
18.一种微电子机械陀螺仪，包括：
第一衬底(202)，包括相对于所述第一衬底(202)可移动的检验质量(210)；
第二衬底(204)，包括第一接触垫(206；506)和第二接触垫(208；508)；其中
所述第一衬底(202)被接合到所述第二衬底(204)，使得所述检验质量(210)的移动改变所述第一接触垫(206；506)与所述第二接触垫(208；508)之间的耦合。
19.一种微电子机械致动器，包括：
第一衬底(202)，包括相对于所述第一衬底(202)可移动的膜(210)；
第二衬底(204)，包括第一接触垫(206；506)和第二接触垫(208；508)；其中
所述第一衬底(202)被接合到所述第二衬底(204)，使得所述膜(210)的移动改变所述第一接触垫(206；506)与所述第二接触垫(208；508)之间的耦合。
20.根据权利要求19所述的微电子机械致动器，其中所述膜(210)被配置为生成声音信号。
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