CN113148943A - 传感器装置及制造方法 - Google Patents

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CN113148943A CN202110070570.8A CN202110070570A CN113148943A CN 113148943 A CN113148943 A CN 113148943A CN 202110070570 A CN202110070570 A CN 202110070570A CN 113148943 A CN113148943 A CN 113148943A
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Abstract

一种装置包括衬底、形成于所述衬底上的第一电极和形成于所述衬底上的结构层。所述结构层包括可移动块和固定部分，所述可移动块悬挂在所述衬底上方并且所述第一电极置于所述衬底与所述可移动块之间。第二电极与所述可移动块的上表面间隔开一间隙，并且锚固件将所述第二电极耦合到所述结构层的所述固定部分。一种方法涉及将所述第二电极的形成集成到形成所述第一电极和所述结构层的晶片工艺流程中。

Description

传感器装置及制造方法
技术领域
本发明大体上涉及微机电系统(MEMS)装置。更具体地，本发明涉及具有集成的顶部电极和底部电极的MEMS惯性传感器装置以及制造方法。
背景技术
微机电系统(MEMS)技术提供了一种使用常规批次半导体加工技术来制造极小的机械结构并将这些结构与电气装置一起集成在单个衬底上的方法。MEMS的一个常见应用是传感器装置的设计和制造。MEMS传感器装置广泛用于例如汽车、惯性引导系统、家用电器、游戏装置、用于各种装置的保护系统以及许多其它工业、科学和工程系统等应用。MEMS传感器装置包括惯性传感器，例如加速度计和陀螺传感器。具体地，MEMS加速度计和陀螺传感器越来越多地用于汽车行业，例如用于安全气囊控制，以促进防滑控制、防侧翻系统中的电子稳定控制等。加速度计感测沿一个或多个轴的线性加速度，并且陀螺传感器，可替换地被称作“陀螺仪”或“角速率传感器”，感测绕一个或多个轴的角速度或速度。
发明内容
在所附权利要求书中限定本公开的各方面。
在第一方面中，提供一种装置，所述装置包括：衬底；第一电极，所述第一电极形成于所述衬底上；结构层，所述结构层形成于所述衬底上，所述结构层包括可移动块和固定部分，所述可移动块悬挂在所述衬底上方并且所述第一电极置于所述衬底与所述可移动块之间；第二电极，所述第二电极与所述可移动块的上表面间隔开一间隙；以及锚固件，所述锚固件将所述第二电极耦合到所述结构层的所述固定部分。
可选地，所述第一电极和所述第二电极不能够相对于所述可移动块移动。
可选地：
所述衬底具有平坦表面；
所述第一电极和所述第二电极在垂直于所述衬底的所述平坦表面的方向上彼此对准；并且
所述可移动块位于所述第一电极与所述第二电极之间。
可选地，所述可移动块被配置成用于响应于物理刺激而沿垂直于所述衬底的所述平坦表面的第一轴移位，并且所述第一电极和所述第二电极被配置为用于检测所述可移动块沿所述第一轴的所述移位的差分电极对。
可选地：
所述可移动块被配置成相对于大体平行于所述平坦表面的驱动轴进行振荡驱动运动，并且所述可移动块另外被配置成响应于绕垂直于所述驱动轴和感测轴中的每一个的输入轴的角速度而沿所述感测轴进行振荡感测运动，所述感测轴垂直于所述衬底的所述平坦表面；并且
所述第一电极和所述第二电极被配置成接收校正电压，所述校正电压被配置成补偿由沿所述驱动轴的所述振荡驱动运动而引起的所述可移动块沿所述感测轴的正交运动。
可选地：
所述结构层由第一导电材料形成；
所述结构层的所述固定部分的至少一区段与所述可移动块电绝缘；并且
所述装置另外包括电连接所述第二电极和所述结构层的所述固定部分的所述区段的连接元件。
可选地：
所述结构层由第一导电材料形成；
所述第二电极和所述锚固件同时由第二导电材料形成；并且
所述装置另外包括置于所述锚固件与所述固定部分之间的电绝缘材料。
可选地：
所述第一导电材料包括第一多晶硅沉积层；
所述第二导电材料包括第二多晶硅沉积层；并且
所述电绝缘材料包括氮化物沉积层。
可选地，所述第一电极由初始导电材料形成，所述初始导电材料包括沉积在所述衬底上的初始多晶硅沉积层。
在第二方面中，提供一种制造传感器装置的方法，所述方法包括：在衬底上形成第一电极；在所述第一电极上方形成第一牺牲层；在所述第一牺牲层上形成结构层，所述结构层包括可移动块和固定部分；在所述结构层上方形成第二牺牲层；在所述第二牺牲层中蚀刻第一开口以露出所述结构层的所述固定部分的第一区段；在所述第二牺牲层上形成第二电极；在所述第一开口中形成锚固件以将所述第二电极耦合到所述结构层的所述固定部分；以及去除所述第一牺牲层和所述第二牺牲层，使得所述可移动块悬挂在所述衬底上方，所述第一电极置于所述衬底与所述可移动块之间，并且所述第二电极与所述可移动块的上表面间隔开一间隙。
可选地：
所述形成所述结构层包括在所述第一牺牲层上方沉积第一导电材料并蚀刻所述第一导电材料以限定所述可移动块和所述固定部分；并且
所述形成所述第二电极包括在所述第二牺牲层上方沉积第二导电材料并蚀刻所述第二导电材料以限定所述第二电极。
可选地，所述形成所述锚固件包括：
在沉积所述第二导电材料之前在所述第一开口中形成电绝缘材料；并且
沉积所述第二导电材料包括用所述第二导电材料填充所述第一开口以形成所述锚固件，其中所述电绝缘材料置于所述锚固件与所述固定部分之间。
可选地，所述方法另外包括：
在所述第二牺牲层中蚀刻第二开口以露出所述结构层的所述固定部分的第二区段，所述第二区段与所述可移动块电绝缘；以及
在所述第二开口中形成连接元件，所述连接元件电连接所述第二电极和所述结构层的所述固定部分的所述第二区段。
可选地，所述沉积所述第二导电材料包括用所述第二导电材料填充所述第二开口以形成所述连接元件。
可选地，所述方法另外包括：
在所述第二牺牲层中蚀刻第二开口以露出所述结构层的所述固定部分的第二区段，所述第二区段与所述可移动块电绝缘；
在所述第二牺牲材料上方沉积电绝缘材料；
选择性地去除所述电绝缘材料，使得所述电绝缘材料保持衬在所述第一开口内并且至少部分地从所述第二开口去除；
在所述第二牺牲层上方沉积第二导电层，其中所述第二导电材料填充所述第一开口以形成所述锚固件，并且所述第二导电材料填充所述第二开口以形成连接元件；并且
所述形成所述第二电极包括蚀刻所述第二导电材料以限定所述第二电极，其中所述第二开口中的所述连接元件电连接所述第二电极和所述结构层的所述固定部分的所述第二区段。
在第三方面中，提供一种装置，所述装置包括：衬底，所述衬底具有平坦表面；第一电极，所述第一电极形成于所述衬底上；结构层，所述结构层由第一导电材料形成于所述衬底上，所述结构层包括可移动块和固定部分，所述可移动块悬挂在所述衬底上方并且所述第一电极置于所述衬底与所述可移动块之间；第二电极，所述第二电极与所述可移动块的上表面间隔开一间隙，其中所述第一电极和所述第二电极在垂直于所述衬底的所述平坦表面的方向上彼此对准，并且所述可移动块位于所述第一电极与所述第二电极之间；锚固件，所述锚固件将所述第二电极耦合到所述结构层的所述固定部分的第一区段；以及连接元件，所述连接元件将所述第二电极电连接到所述结构层的所述固定部分的所述第二区段，所述固定部分的所述第一区段和所述第二区段与所述可移动块电绝缘。
可选地，所述第一电极和所述第二电极不能够相对于所述可移动块移动。
可选地，所述可移动块被配置成用于响应于物理刺激而沿垂直于所述衬底的所述平坦表面的第一轴移位，并且所述第一电极和所述第二电极被配置为用于检测所述可移动块沿所述第一轴的所述移位的差分电极对。
可选地：
所述可移动块被配置成相对于大体平行于所述平坦表面的驱动轴进行振荡驱动运动，并且所述可移动块另外被配置成响应于绕垂直于所述驱动轴和感测轴中的每一个的输入轴的角速度而沿所述感测轴进行振荡感测运动，所述感测轴垂直于所述衬底的所述平坦表面；并且
所述第一电极和所述第二电极被配置成接收校正电压，所述校正电压被配置成补偿由沿所述驱动轴的所述振荡驱动运动而引起的所述可移动块沿所述感测轴的正交运动。
可选地：
所述结构层由第一导电材料形成；
所述第二电极、所述锚固件和所述连接元件同时由第二导电材料形成；并且
所述装置另外包括置于所述锚固件与所述固定部分的所述第一区段之间的电绝缘材料。
附图说明
附图用于进一步示出各种实施例并解释根据本发明的所有各种原理和优点，在附图中类似的附图标记贯穿不同的视图指代相同的或功能类似的元件，各图不一定按比例绘制，并且附图与下文的具体实施方式一起并入本说明书并且形成本说明书的部分。
图1以简化和表示形式示出根据实施例的传感器装置的俯视图；
图2示出沿图1的剖面线2-2的传感器装置的侧视图；
图3示出根据另一实施例的传感器装置制造工艺的流程图；
图4示出根据图3的传感器装置制造工艺的处于制造图1-2的传感器装置的中间加工阶段的半导体晶片的侧视图；
图5示出处于后续加工阶段的图4的晶片的侧视图；
图6示出处于后续加工阶段的图5的晶片的侧视图；
图7示出处于后续加工阶段的图6的晶片的侧视图；
图8示出处于后续加工阶段的图7的晶片的侧视图；
图9示出处于后续加工阶段的图8的晶片的侧视图；
图10示出处于后续加工阶段的图9的晶片的侧视图；以及
图11示出处于后续加工阶段的图10的晶片的侧视图。
具体实施方式
概括地说，本文中所公开的实施例涉及例如惯性传感器的微机电系统(MEMS)装置，以及用于制造MEMS装置的方法。MEMS传感器装置具有集成到结构中的顶部电极和底部电极两者。更具体地，顶部电极与包含底部电极和结构层的MEMS晶片集成。底部电极可以由底部多晶硅层限定，而顶部电极可以由定位在可移动块上方的多晶硅悬垂结构形成。顶部电极利用或不利用电连接锚固在结构层的固定部分上。此类配置可以在例如角速率传感器或加速度计设计中实现对可移动块的平面外感测运动的差分感测。在角速率传感器设计中，顶部电极和底部电极可以用作感测电极和/或用作正交补偿电极，以提高角速率灵敏度和/或增大正交补偿范围。此外，平衡的顶部电极和底部电极可以消除角速率传感器对线性加速度的灵敏度。
提供本公开以用实现方式进一步解释根据本发明的至少一个实施例。另外提供本公开以加强对本公开的创造性原理和优点的理解和了解，而不是以任何方式限制本发明。本发明仅由所附权利要求书限定，包括在本申请未决期间做出的任何修正和所发布的那些权利要求的所有等效物。
应理解，例如第一和第二、顶部和底部等相关术语(如果存在的话)的使用仅用于区分实体或动作，而未必要求或暗示在此类实体或动作之间的任何实际此种关系或次序。此外，图式中的一些可以通过使用各种阴影和/或影线区分在各个结构层内产生的不同元件来示出。可以利用当前和未来的沉积、图案化、蚀刻等微制造技术来产生结构层内的这些不同元件。因此，尽管图示中利用了不同的阴影和/或影线，但是结构层内的不同元件可以由相同材料形成。
参考图1和2，图1以简化和表示形式示出根据实施例的传感器装置20的俯视图，并且图2示出沿图1的剖面线2-2的传感器装置20的侧视图。传感器装置20可以是角速率传感器，所述角速率传感器被配置成感测三维坐标系统中绕一个或多个旋转轴的角速率。传统上，传感器装置20示出为在X-Y平面内具有大体平坦的结构，其中X轴22在图1中向右和向左延伸、Y轴24在图1中向上和向下延伸,并且Z轴26在图1中延伸出页面(并且Z轴26在图2中向上和向下延伸)。尽管本文中大体上描述角速率传感器，但应理解，传感器装置20可以是被配置成用于平面外感测的另一惯性传感器设计，例如加速度计。
传感器装置20包括衬底28和形成于衬底28上的第一电极，所述第一电极在本文中被称作底部电极30(图2中可见)。结构层32形成于衬底28上。结构层32包括可移动块34和固定部分36。固定部分36耦合到衬底28，并且可移动块34通过弹簧系统38悬挂在衬底28上方(在图1中以高度简化形式示出)。底部电极30置于衬底28与可移动块34之间。另外，可移动块34与底部电极30间隔开具有预定宽度的间隙41。在本文中被称作顶部电极40的第二电极与可移动块34的上表面42间隔开间隙44，并且锚固件46使顶部电极40与结构层32的固定部分36互连。因此，顶部电极40形成为可移动块34上方的悬垂结构。
为了保持一致并且如图1所示，用具有贯穿的“X”的框描绘任何连接结构，例如将传感器装置20的元件连接到传感器装置20的另一元件的锚固件46。例如，锚固件46将顶部电极40耦合到固定部分36的第一区段47。此外，虽然本文中论述了单个底部电极30和单个顶部电极40，但根据特定设计配置，传感器装置20可以包括底部电极30和顶部电极40中的每一个的不止一个。
在一些实施例中，传感器装置20另外包括电连接顶部电极40和固定部分36的第二区段50的连接元件48，其中第二区段50可以与可移动块34电绝缘。连接元件48可以用于从顶部电极40接收感测信号或用于向顶部电极40提供校正电压，如下文将更详细地论述。在其它实施例中，不需要提供连接元件48。
在一些实施例中，固定部分36的区段50可以额外与固定部分36的第一区段47电绝缘。此外，固定部分36的第一区段47可以与可移动块34和锚固件46电绝缘。第一区段47和其它电极(未示出)可以充当驱动电极以使可移动元件34沿X轴22振荡运动(在下文论述)。可替换的是，在多轴感测设计中，第一区段47可以充当用于传感器装置20的横向电极，所述横向电极被配置成感测可移动元件34沿例如X轴22的横向移动。在其它实施例中，不需要提供被配置为电极的第一区段47。在又一实施例中，连接元件48可以被配置成充当用于第二电极40的电连接和锚固件两者，使得不需要提供锚固件46。
在简化示出的配置中，具有第二区段50的固定部分36呈环绕开口52的框架形式，所述开口52中存在可移动块34和第一区段47。另外，可移动块34可以通过弹簧系统38附接到衬底28的平坦表面54并悬挂在所述平坦表面54上方，所述弹簧系统38可以包括耦合到平坦表面54的锚固件元件56和使可移动块34与锚固件元件56互连的扭力弹簧58。在此例子中，扭力弹簧58可以使可移动块34绕与Y轴24重合的旋转轴枢转，使得可移动块34响应于物理刺激(在下文论述)而沿Z轴26在平面外移动。可以根据已知的机械设计原理适当地选择扭力弹簧58的形状、大小、数量、位置、材料和弹簧常数以实现频率匹配、稳定性和感测范围期望的硬度。另外，尽管可移动块34示出为锚固到衬底28，但在可替换配置中，可移动块34可以柔性地耦合到固定部分36。再者，在可替换配置中，传感器装置可以配置有超过一个可移动块。另外，可移动块、固定部分以及底部电极和顶部电极可以具有多种形状、大小和相对位置。
一般来说，底部电极30和顶部电极40无法相对于可移动块34移动。另外，底部电极30和顶部电极40可以在垂直于衬底28的平坦表面54的方向上(例如，沿Z轴26)彼此对准，其中可移动块34位于底部电极30与顶部电极40之间。因此，底部电极30和顶部电极40可以被配置为差分电极对，以用于响应于物理刺激(例如，加速度或角速度)而检测或感测可移动块34沿Z轴26的移位。相对于仅包括例如顶部电极或底部电极的现有技术设计，利用底部电极30和顶部电极40的差分感测的实施方案可以有效地提高传感器装置20的灵敏度。
在角速率传感器设计中，可移动块34可以被配置成在X-Y平面内进行振荡运动。例如，可以向传感器装置20的驱动系统(未示出)施加交流电(AC)电压以使可移动块34大体平行于驱动轴(在此例子中，为X轴22)移动。由于科氏(Coriolis)加速度分量，弹簧系统38使可移动块34沿感测轴(在此例子中，为Z轴26)随传感器装置20绕输入轴(在此例子中，为Y轴24)的角旋转速率(即，角速度)而振荡到X-Y平面外。可移动块34沿Z轴26的移动的振幅与传感器装置20绕感测轴的角旋转速率成比例。
在一些实施例中，底部电极30和顶部电极40被配置成感测此科氏加速度分量，使得可以确定角速度。在其它实施例中，可以可替换或额外地提供底部电极30和顶部电极40用于频率调谐、力反馈和/或正交补偿。正交运动是可移动块34沿感测轴(例如，Z轴26)的运动，由沿驱动轴X轴22的振荡驱动运动引起。因此，在一些实施例中，校正电压可以由与传感器装置20相关联的电路系统提供并且在底部电极30和顶部电极40处接收。此校正电压可以用于补偿或以其它方式抵消正交运动。相对于仅包括例如顶部电极或底部电极的现有技术设计，底部电极和顶部电极(例如，底部电极30和顶部电极40)的实施方案均可以有效地增大传感器装置20的正交补偿范围。
在仅包含顶部电极或底部电极的X轴或Y轴角速率传感器中，沿Z轴26的线性加速度会使可移动块与电极之间的间隙宽度发生改变，从而导致可能会对角速率传感器的灵敏度产生不利影响的频率改变。相对于仅包括例如顶部电极或底部电极的现有技术设计，传感器装置20的对准并且平衡的底部电极30和顶部电极40可以大大消除传感器装置20对线性加速度的灵敏度，进而进一步提高传感器装置20的灵敏度。
图3示出根据另一实施例的传感器装置制造工艺60的流程图。实施传感器装置制造工艺60以形成具有顶部电极和底部电极两者的传感器装置。为论述的简单起见，结合制造具有底部电极30和顶部电极40的传感器装置20(图2)描述工艺60。因此，在随后的论述中可以同时参考图2。然而，传感器装置制造工艺60可以适用于制造包括顶部电极和底部电极两者的各种传感器装置。传感器装置制造工艺60提供执行以产生传感器装置20的通用工艺框。将用关于结合图4-11所描述的加工阶段提供另外的细节。
现有技术设计有时包括帽晶片或结构以实现具有顶部电极和底部电极的配置。在此类配置中，底部电极可以形成于可移动块下方的衬底上，并且顶部电极可以形成于随后接合到衬底的帽晶片上，使得可移动块可以置于底部电极与顶部电极之间。此类设计存在各种问题。例如，可能会难以通过接合来控制顶部电极与可移动块之间的间隙宽度。另外，可能会难以通过接合来控制底部电极和顶部电极的对准。没有充分地控制间隙大小和对准误差可能会有效地降低此类传感器装置的灵敏度。本文中所描述的方法使顶部电极在装置晶片的传感器装置工艺流程中集成。因此，不需要包含顶部电极的帽晶片，并且可以避免与没有充分控制间隙大小和对准误差相关联的问题。
传感器装置制造工艺60的通用工艺操作涉及框62，在所述框62，至少一个第一电极(例如，底部电极30)形成于衬底(例如，衬底28)上。在框64，第一牺牲层形成于或以其它方式沉积在第一电极上方。在框66，结构层(例如，结构层32)形成于第一牺牲层上。结构层包括至少一个可移动块(例如，可移动块34)和至少一个固定部分(例如，固定部分36)。在框68，第二牺牲层形成于或以其它方式沉积在结构层上方。
在框70，在第二牺牲层中蚀刻开口。在框72，形成至少一个第二电极(例如，顶部电极40)，至少一个锚固件(例如，锚固件46)形成在开口之一中，并且当使用时，至少一个电连接元件(例如，连接元件48)形成在开口中的另一个中。在框74，去除第一牺牲层和第二牺牲层以使得可移动块悬挂在衬底上方、第一电极置于衬底与可移动块之间，并且第二电极与可移动块的上表面(例如，上表面42)间隔开一间隙(例如，间隙44)。此后，传感器制造工艺60以集成到传感器装置晶片的工艺流程中的顶部电极结束。当然，本领域的技术人员将认识到，在去除第一牺牲层和第二牺牲层之后可以进行额外的工艺操作。这些工艺框可能涉及唯一地标记传感器装置、单切以形成单独的传感器装置、检查、测试、封装等。
图4示出根据传感器装置制造工艺60(图3)的处于形成传感器装置20(图1-2)的中间加工阶段80的晶片78的侧视图。为了简化图示，图4和后续的图5-11示出制造单个传感器装置20。因此，在图4-11中仅表示晶片78的极小部分。然而，应理解，在加工期间，可以在例如晶片78的单个半导体晶片上制造多个传感器装置20。
如中间阶段80所示，衬底28可以由一个或多个绝缘层82(示出一个)覆盖。绝缘层82可以包括玻璃、二氧化硅、氮化硅或任何其它相容的材料。(初始)导电材料84已经沉积在绝缘层上方。导电材料84可以是例如沉积在绝缘层82上的初始多晶硅沉积层。导电材料84可以适当地图案化和蚀刻以结合传感器装置的其它固定组件形成底部电极30。例如氮化物沉积层86的绝缘层可以随后形成于导电材料84上方。氮化物沉积层86也已经适当地图案化和蚀刻，使得底部电极30从氮化物沉积层86暴露。
第一牺牲层88已经形成于氮化物沉积层86上方和导电材料84的暴露部分上方，所述导电材料84包括底部电极30。第一牺牲层88也已经适当地图案化和蚀刻以暴露导电材料84和氮化物沉积层86的部分。结构层32已经由在第一牺牲层88上方并且在导电材料84和氮化物沉积层86的任何暴露部分上方的另一(第一)导电材料92(例如，另一多晶硅沉积层)形成。在图4中可以观察到，第一牺牲层88位于结构层32的部分之下。此后，第二牺牲层94已经形成于或以其它方式沉积在结构层90上方。
如阶段80具体地所示，已经进行刻蚀工艺以形成延伸穿过第二牺牲层94和结构层90的窄沟槽96。也就是说，掩模98可以形成于第二牺牲层94上方，并且适当地图案化有延伸穿过其的开口。然后可以通过实施例如深反应离子蚀刻(DRIE)工艺来形成沟槽96。DRIE是一种高度各向异性刻蚀工艺，用于形成深穿透、陡边的孔和沟槽，所述孔和沟槽通常具有高的长宽比。DRIE可以产生例如1.5微米宽的窄沟槽96。可以在后续的工艺操作中利用这些窄沟槽和/或孔，以从结构层32的可移动块34(图2)下方去除第一牺牲层88。应理解，可以替换地实施其它合适的刻蚀工艺。
图5示出处于后续加工阶段100的图4的晶片78的侧视图。在阶段100，去除掩模98(图4)，使用例如低压化学气相沉积(LPCVD)工艺再填充沟槽96。在低于大气压的压力下进行LPCVD，这种压力往往可以减少不必要的气相反应并改善整个晶片78的薄膜均一性。在一些配置中，可以用例如二氧化硅的氧化物材料再填充沟槽96。应理解，可以替换地实施其它合适的沟槽再填充工艺。另外，在阶段100，可以适当地使结构层32上方的第二牺牲层94变薄以限定间隙44(图2)的宽度102。
图6示出处于后续加工阶段102的图5的晶片78的侧视图。在阶段102，第二牺牲层94经历刻蚀工艺(例如，氧化物刻蚀工艺)以形成锚固件46(图2)的第一开口104和连接元件48(图2)的第二开口106，第一开口104和第二开口106延伸穿过牺牲层94并暴露结构层32的部分。
图7示出处于后续加工阶段108的图6的晶片78的侧视图。在阶段108，例如氮化物的电绝缘层110已经沉积在第二牺牲层98上方并进入第一开口104和第二开口106中。电绝缘层110可以有效地覆盖第一开口104和第二开口106中的每一个的侧壁和底部。
图8示出处于后续加工阶段112的图7的晶片78的侧视图。在阶段112，适当地蚀刻电绝缘层110以去除上覆于第二牺牲层94的层110的部分。另外，从第二开口106的底部蚀刻掉绝缘层110以露出导电结构层32的固定部分36的区段50。
图9示出处于后续加工阶段114的图8的晶片78的侧视图。在阶段114，另一(例如，第二)导电层116沉积在第二牺牲层94上方。例如第二多晶硅沉积层的导电层116填充第一开口104以形成锚固件46并填充第二开口106以形成连接元件48。因此，在沉积导电层116之前沉积在开口104中的电绝缘层110置于锚固件46与结构层32的固定部分36的第一区段47之间。因而，电绝缘层110将锚固件46与下层结构层32电绝缘。然而，因为固定部分36的第二区段50是在阶段112(图8)所示的先前蚀刻工艺中露出的，所以沉积在第二开口106中的导电层116使结构层32的固定部分36的区段50与导电层116电互连。
图10示出处于后续加工阶段118的图9的晶片78的侧视图。在阶段118，已经适当地蚀刻导电层116以限定顶部电极40。
图11示出处于后续加工阶段120的图10的晶片78的侧视图。在阶段120，然后可以通过实施例如DRIE工艺来形成相对宽的沟槽122。因此，在阶段80(图4)和阶段120(图11)所示的蚀刻工艺在结构层32中产生可移动元件34以及包括第一区段47和第二区段50的固定部分36。此后，可以通过常规工艺去除第一牺牲层88和第二牺牲层94以释放可移动元件34，从而在底部电极30与可移动块34之间形成间隙41，并在可移动块34的上表面42与顶部电极30之间形成间隙44，如图2中所示。
因此，结合图3概述并且在图4-11的加工阶段中示出的方法产生具有用于平面外感测和/或平面外正交补偿的底部电极和顶部电极两者的传感器装置配置。另外，所述方法使顶部电极在装置晶片的传感器装置工艺流程中集成，以实现可控制的间隙大小并避免对准误差。
本文中所描述的实施例涉及具有集成到结构中的底部电极和顶部电极两者的传感器装置以及制造所述传感器装置的方法。传感器装置具有集成到结构中的顶部电极和底部电极两者。底部电极可以由底部多晶硅层限定，而顶部电极可以由定位在可移动块上方的多晶硅悬垂结构形成。顶部电极利用或不利用电连接锚固到结构层的固定部分。此类配置可以在例如角速率传感器或加速度计设计中实现对可移动块的平面外感测运动的差分感测。在角速率传感器设计中，顶部电极和底部电极可以用作感测电极和/或正交补偿电极，以提高角速率灵敏度和/或增大正交补偿范围。此外，平衡的顶部电极和底部电极可以消除角速率传感器对线性加速度的灵敏度。
本公开旨在解释如何设计和使用根据本发明的各种实施例，而非限制本发明的真实、既定和公平的范围和精神。以上描述并非旨在是详尽的或将本发明限于所公开的确切形式。鉴于以上教示，可以进行修改或变化。选择和描述实施例是为了提供对本发明的原理和本发明的实际应用的最佳说明，并且使本领域的普通技术人员之一能够在各种实施例中并用适合于所预期特定用途的各种修改来利用本发明。当根据清楚地、合法地并且公正地赋予的权利的宽度来解释时，所有此类修改和变化及其所有等效物均处于如由所附权利要求书所限定的本发明的范围内，并且在本专利申请未决期间可以进行修正。

Claims (10)

1.一种装置，其特征在于，包括：
衬底；
第一电极，所述第一电极形成于所述衬底上；
结构层，所述结构层形成于所述衬底上，所述结构层包括可移动块和固定部分，所述可移动块悬挂在所述衬底上方并且所述第一电极置于所述衬底与所述可移动块之间；
第二电极，所述第二电极与所述可移动块的上表面间隔开一间隙；以及
锚固件，所述锚固件将所述第二电极耦合到所述结构层的所述固定部分。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述衬底具有平坦表面；
所述第一电极和所述第二电极在垂直于所述衬底的所述平坦表面的方向上彼此对准；并且
所述可移动块位于所述第一电极与所述第二电极之间。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：
所述可移动块被配置成相对于大体平行于所述平坦表面的驱动轴进行振荡驱动运动，并且所述可移动块另外被配置成响应于绕垂直于所述驱动轴和感测轴中的每一个的输入轴的角速度而沿所述感测轴进行振荡感测运动，所述感测轴垂直于所述衬底的所述平坦表面；并且
所述第一电极和所述第二电极被配置成接收校正电压，所述校正电压被配置成补偿由沿所述驱动轴的所述振荡驱动运动而引起的所述可移动块沿所述感测轴的正交运动。
4.一种制造传感器装置的方法，其特征在于，包括：
在衬底上形成第一电极；
在所述第一电极上方形成第一牺牲层；
在所述第一牺牲层上形成结构层，所述结构层包括可移动块和固定部分；
在所述结构层上方形成第二牺牲层；
在所述第二牺牲层中蚀刻第一开口以露出所述结构层的所述固定部分的第一区段；
在所述第二牺牲层上形成第二电极；
在所述第一开口中形成锚固件以将所述第二电极耦合到所述结构层的所述固定部分；以及
去除所述第一牺牲层和所述第二牺牲层，使得所述可移动块悬挂在所述衬底上方，所述第一电极置于所述衬底与所述可移动块之间，并且所述第二电极与所述可移动块的上表面间隔开一间隙。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：
所述形成所述结构层包括在所述第一牺牲层上方沉积第一导电材料并蚀刻所述第一导电材料以限定所述可移动块和所述固定部分；并且
所述形成所述第二电极包括在所述第二牺牲层上方沉积第二导电材料并蚀刻所述第二导电材料以限定所述第二电极。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，另外包括：
在所述第二牺牲层中蚀刻第二开口以露出所述结构层的所述固定部分的第二区段，所述第二区段与所述可移动块电绝缘；以及
在所述第二开口中形成连接元件，所述连接元件电连接所述第二电极和所述结构层的所述固定部分的所述第二区段。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，另外包括：
在所述第二牺牲层中蚀刻第二开口以露出所述结构层的所述固定部分的第二区段，所述第二区段与所述可移动块电绝缘；
在所述第二牺牲材料上方沉积电绝缘材料；
选择性地去除所述电绝缘材料，使得所述电绝缘材料保持衬在所述第一开口内并且至少部分地从所述第二开口去除；
在所述第二牺牲层上方沉积第二导电层，其中所述第二导电材料填充所述第一开口以形成所述锚固件，并且所述第二导电材料填充所述第二开口以形成连接元件；并且
所述形成所述第二电极包括蚀刻所述第二导电材料以限定所述第二电极，其中所述第二开口中的所述连接元件电连接所述第二电极和所述结构层的所述固定部分的所述第二区段。
8.一种装置，其特征在于，包括：
衬底，所述衬底具有平坦表面；
第一电极，所述第一电极形成于所述衬底上；
结构层，所述结构层由第一导电材料形成于所述衬底上，所述结构层包括可移动块和固定部分，所述可移动块悬挂在所述衬底上方并且所述第一电极置于所述衬底与所述可移动块之间；
第二电极，所述第二电极与所述可移动块的上表面间隔开一间隙，其中所述第一电极和所述第二电极在垂直于所述衬底的所述平坦表面的方向上彼此对准，并且所述可移动块位于所述第一电极与所述第二电极之间；
锚固件，所述锚固件将所述第二电极耦合到所述结构层的所述固定部分的第一区段；以及
连接元件，所述连接元件将所述第二电极电连接到所述结构层的所述固定部分的所述第二区段，所述固定部分的所述第一区段和所述第二区段与所述可移动块电绝缘。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述可移动块被配置成用于响应于物理刺激而沿垂直于所述衬底的所述平坦表面的第一轴移位，并且所述第一电极和所述第二电极被配置为用于检测所述可移动块沿所述第一轴的所述移位的差分电极对。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：
所述可移动块被配置成相对于大体平行于所述平坦表面的驱动轴进行振荡驱动运动，并且所述可移动块另外被配置成响应于绕垂直于所述驱动轴和感测轴中的每一个的输入轴的角速度而沿所述感测轴进行振荡感测运动，所述感测轴垂直于所述衬底的所述平坦表面；并且
所述第一电极和所述第二电极被配置成接收校正电压，所述校正电压被配置成补偿由沿所述驱动轴的所述振荡驱动运动而引起的所述可移动块沿所述感测轴的正交运动。
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