CN118108173A - 微机电器件及其制造方法、以及测试设备 - Google Patents

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Abstract

一种微机电器件包括：支撑体；至少一个可移动质量块，由半导体材料制成，该至少一个可移动质量块被弹性地约束至支撑体，从而能够振荡；固定检测电极，被刚性地连接至所述支撑体，并且被电容性地耦合至至少一个可移动质量块；以及至少一个测试结构，由半导体材料制成，该至少一个测试结构被刚性地连接至所述支撑体，并且不同于固定检测电极。测试结构被电容性地耦合至至少一个可移动质量块，并且被配置为响应于测试结构与至少一个可移动质量块之间的电压，向至少一个可移动质量块施加静电力。

Description

微机电器件及其制造方法、以及测试设备
技术领域
本公开涉及具有测试结构的微机电器件、用于测试微机电器件的测试设备以及用于制造微机电器件的方法。
背景技术
众所周知，具有复杂结构的微机电器件，诸如惯性传感器以及特别是陀螺仪，可能会受到在存在特定频率下的应力的情况下被触发的不需要的振动模式的影响。
例如，单轴的微机电陀螺仪、双轴的微机电陀螺仪或者三轴的微机电陀螺仪可以包括一个或多个驱动质量块以及一个或多个检测质量块，驱动质量块和检测质量块被弹性地约束到衬底并且互相约束，从而具有预定的相对自由度。在使用中，驱动质量块被设置为以受控制的驱动频率和幅度振荡，并且拖动检测质量块，如果陀螺仪围绕对应的旋转轴旋转，则该检测质量块进而根据约束允许的自由度振动。在一些情况下，单个质量块可以被约束到具有多个自由度的衬底，并且被用作驱动质量块和检测质量块这两者。产生有用信号的振动模式也被称作操作振动模式，并且陀螺仪的操作基于操作振动模式。
然而，驱动频率的、高次谐波可能落在杂散振动模式的固有频率附近，杂散振动模式可能因此被触发，并且在一些情况下使器件的响应失真。在陀螺仪中，杂散共振模式可能是由于结构的非线性和强迫(通常是方波类型)两者导致的。
杂散振动模式的影响可以利用一些措施被部分减轻。例如，微结构(驱动质量块、检测质量块和约束)可以被基于双重视角设计：一方面，确保与杂散振动模式有关的共振频率离驱动频率的谐波足够远，以避免在操作过程中触发不需要的现象；并且另一方面，减少微结构的机器非线性。另外，方波强迫然后可以被正弦强迫代替，正弦强迫在高次谐波方面产生更低的贡献。
尽管采取了预防措施，然而，固有的工艺可变性不可避免地导致总不良品中有一定比例的不良品，这既是因为微结构如此复杂以致实际上不可能控制所有可能的杂散振动模式，也是因为限制机器非线性，这本身就已经困难，可能经常与减小相同器件的尺寸的日益频繁的请求冲突。即使是正弦强迫也往往不切实际，因为它在能源消耗与架构复杂度方面过于昂贵。
由杂散振动模式的存在而导致的不良品的问题，除了不能被消除之外，也是至关重要的，因为对器件的测试只能在成品组装结束时被执行。结果，不仅必须消除有缺陷的器件，而且还浪费了用于组装和封装的时间、机器和材料。
发明内容
本公开的实施例提供了一种用于测试微机电器件的测试设备以及一种用于制造微机电器件的方法，该测试设备和该方法使得上述限制能够被克服或至少被减轻。
根据本公开，提供了一种具有测试结构的微机电器件、一种用于测试微机电器件的测试设备以及一种用于制造微机电器件的方法。
在一个实施例中，一种微机电器件包括：支撑体；以及至少一个可移动质量块，由半导体材料制成，所述至少一个可移动质量块被弹性地约束至所述支撑体，以沿着一个或多个轴振荡。该微机电器件包括：固定检测电极，被刚性地连接至支撑体，并且被电容性地耦合至至少一个可移动质量块；以及至少一个测试结构，由半导体材料制成，该至少一个测试结构被刚性地连接至支撑体，并且不同于固定检测电极。至少一个测试结构被电容性地耦合至至少一个可移动质量块，并且被配置为响应于至少一个测试结构与至少一个可移动质量块之间的电压，向至少一个可移动质量块施加静电力。
在一个实施例中，一种用于测试微机电器件的测试设备包括半导体晶片和测试机器，该半导体晶片集成了多个微机电器件，该测试机器被连接到微机电器件的焊盘，并且包括至少一个测试信号发生器，该至少一个测试信号发生器被配置为在至少一个可移动质量块与至少一个测试结构之间施加测试电压。
在一个实施例中，一种用于制造微机电器件的方法包括：形成支撑体；形成至少一个可移动质量块，该至少一个可移动质量块由半导体材料制成，该至少一个可移动质量块被弹性地约束至支撑体，以沿着一个或多个轴振荡；以及形成固定检测电极，该固定检测电极被刚性地连接至支撑体，并且被电容性地耦合至至少一个可移动质量块。该方法包括：形成至少一个测试结构，该至少一个测试结构由半导体材料制成，该至少一个测试结构被刚性地连接至支撑体，被电容性地耦合至至少一个可移动质量块，并且不同于固定检测电极；以及响应于至少一个测试结构与至少一个可移动质量块之间的电压，利用至少一个测试结构向至少一个可移动质量块施加静电力。
附图说明
为了更好地理解本公开的原理，现在将仅仅通过非限制性示例的形式并且参考附图来描述本公开的一些实施例，其中：
图1是根据本公开的实施例的半导体晶片以及形成测试设备的测试机器的简化示意图；
图2是被集成在图1的晶片中的、根据本公开的实施例的微机电器件的俯视图；
图3是沿图2中的线III-III截取的、图2的微机电器件的截面图；
图4是沿图2中的线IV-IV截取的、图2的微机电器件的截面图；
图5示出了图2的微机电器件的放大细节；
图6是图1的测试设备的简化框图；
图7是图2的微机电器件在使用配置中的简化框图；
图8是根据本公开的不同实施例的微机电器件的俯视图；
图9是沿图8中的线IX-IX截取的、图8的微机电器件的截面图；
图10至图15是整合了图2的微机电器件的晶片在根据本公开的实施例的方法的连续处理步骤中的截面图。
具体实施方式
图1示出了半导体晶片1以及被集成在晶片1中的根据本公开的实施例的多个微机电器件2的俯视图。在本文描述和图示的情况下，微机电器件2是双检测陀螺仪，如下文中详细说明的。然而，这不应该在限制意义上被理解。被集成的微机电器件可以包括任何类型(单轴、双轴、三轴)的陀螺仪、以及其他惯性传感器(加速度计、倾斜仪)，并且一般来说，可以包括具有含有可移动部件的微结构的微机电器件。
在图1的示例中，呈现在晶片1中的每个微机电器件2都包括微结构3和相应的焊盘5，焊盘5被连接至微结构3。测试机器7，例如用于在晶片级的EWS(电晶圆分选)测试，被连接至焊盘5，以在晶片级对微机电器件2的功能(特别是微结构3的杂散振动模式)进行测试，如在下文中详细描述的。
图2至图4示出了被集成有微机电器件2中的一个微机电器件的晶片1的一部分的更多细节。如从图2至图4中可以看见的，晶片1包括：衬底8，由半导体材料(例如单晶硅)制成；第一结构层10，通过第一介电层11被连接到衬底8；以及第二结构层12，通过第二介电层13被连接到第一结构层10。第一结构层10和第二结构层12可以是通过外延生长的半导体材料层(单晶外延层或多晶外延层)。微结构3是通过凭借各向异性刻蚀将第一结构层10和第二结构层12的相应部分与第一结构层10和第二结构层12的剩余部分分离从第一结构层10和第二结构层12获得的。
微结构3包括从第一结构层10获得的可移动质量块15、以及基本上从第一结构层10和第二结构层12获得并且被提供有锚(anchor)18用于机械且电连接至衬底8的测试结构17。
第一结构层10和第二结构层12限定了腔19，可移动质量块15和测试结构17被容纳在腔19中。特别地，第一结构层10形成用于可移动质量块15的支撑架。在一个实施例中第二结构层12支撑焊盘5。第一介电层11和第二介电层13都不存在于腔19的内部。
可移动质量块15通过弹性连接元件16被约束至第一结构层10。在实践中，衬底8、第一结构层10、第一介电层11、第二结构层12和第二介电层13形成用于可移动质量块的支撑体。在本文描述的实施例中，弹性连接元件16被配置为使得可移动质量块15能够在腔19中以三个平移自由度振荡，这三个平移自由度平行和垂直于衬底8的表面8a。可移动质量块15也被提供有驱动致动器20，驱动致动器20被配置为使相同的可移动质量块15沿着与衬底8的表面8a平行的驱动X轴振荡。可移动质量块15还包括一个或多个可移动偏转检测电极21，可移动偏转检测电极21面对对应的固定偏转检测电极22，被刚性地连接至衬底8。可移动偏转检测电极21和固定偏转检测电极22限定了具有平行于X轴的平坦面的电容器，该电容器具有可变的电容，该可变的电容随可移动质量块15沿着平行于衬底8的表面8a并且垂直于X轴的Y轴的位移变化。在微机电器件2的情况中，可移动质量块15响应于偏转移动(即，围绕垂直于衬底8的表面8a的轴旋转)，沿着Y轴平移。可移动质量块15的面对相应的固定偏转检测电极22的一侧可以充当可移动偏转检测电极21。
固定俯仰/滚动检测电极23被定位在衬底8上，并且面对可移动质量块15，可移动质量块15充当可移动俯仰/滚动检测电极。可移动质量块15和固定俯仰/滚动检测电极23限定了具有可变的电容的电容器，该可变的电容随可移动质量块15沿着与X轴和Y轴垂直的Z轴的位移变化。在微机电设备2的情况中，可移动质量块15响应于俯仰移动和/或滚动移动(即，围绕与衬底8的表面8a平行的轴的旋转)，沿着Z轴平移。
可移动质量块15与所有的可移动检测电极以及所有的固定检测电极通过形成在衬底8上和/或者嵌入衬底8中的连接线26被连接至微机电器件1的相应的焊盘5。
测试结构17包括半导体材料主体，该半导体材料主体形成锚18、测试板25以及一组固定测试电极27，并且被固定至衬底8。测试结构17不同于驱动致动器20并且不同于固定检测电极22、23。
本质上从第一结构层10获得的锚18包括支柱(pillar)，支柱被固定到放置在衬底8上的偏置焊盘28，并且与衬底8和可移动质量块15两者电(电流地)隔离。偏置焊盘28通过连接线26中的一个连接线被连接至微机电器件1的焊盘5中的一个焊盘。以这种方式，在测试步骤期间，锚18和整个测试结构可以独立于可移动质量块15被偏置。
此外，锚18在Z轴的方向上延伸穿过可移动质量块15中的开口30。锚18和开口30具有彼此面对的相应的侧。在静止条件下，即，在没有强迫应力和外部应力的情况下，锚18相对于可移动质量块15中的开口30偏离中心。在一个实施例中，特别地，锚18的中心C1在Y轴的方向上相对于开口30的中心C2偏移，使得与相对侧相比，锚18在Y轴的方向上更接近于可移动质量块15的限定开口30的一侧。不同的距离引起了不同的电容耦合。因此，当电压被施加在可移动质量块15与测试结构17的锚18之间时，作用在可移动质量块15上的静电力不平衡并且可移动质量块15沿着Y轴移动。锚18在实际中限定了测试致动器，该测试致动器被配置为在Y轴的方向上向可移动质量块15施加测试力FY。在图2至图4的实施例中，可移动质量块15反而在X轴的方向上相对于开口30被居中。在X轴的方向上的力因此平衡，并且在可移动质量块15与锚18之间的电容耦合不会影响同一可移动质量块15的运动。
像固定测试电极27一样，测试板25从第二结构层12获得，并且通过锚18被连接至衬底8。可移动质量块15被布置在衬底8与测试结构17的测试板25之间。因此，可移动质量块15具有面对衬底8的第一侧15a以及面对测试板25的第二侧15b。
可移动质量块15和测试板25彼此面对并且被电容性地耦合。因此，被施加在可移动质量块15与测试结构17的测试板25之间的电压引起使可移动质量块15在Z轴的方向上移动的静电力。测试板25因此限定了测试致动器，该测试致动器被配置为在Z轴的方向上向可移动质量块15施加测试力FZ。
固定测试电极27由相应的平坦半导体板限定，该相应的平面半导体板从测试板25的平行于由X轴和Z轴限定的XZ平面的一侧延伸。固定测试电极27被电容性地耦合至形成在可移动质量块15的、与测试板25相邻的面上的可移动测试电极31。更准确地，可移动测试电极31由从第二结构层12获得的、平行于XZ平面的相应的平坦半导体板限定，并且相对于固定测试电极27以叉指(interdigitated)配置进行布置。被施加在测试结构17的固定测试电极27与可移动质量块15的可移动测试电极31之间的电压引起使可移动质量块15在X轴的方向上移动的静电力。固定测试电极27因此限定了测试致动器，该测试致动器被配置为在X轴的方向上向可移动质量块15施加测试力FX。
参考图6，在EWS测试步骤期间，测试机器7被连接至被集成在晶片1中的微机电器件2中的焊盘5、或至少选择性地被连接至微机电器件2中的多组微机电器件(为了简单起见，图6仅图示了一个微机电器件1连接至测试机器7；图1示出了更多数目的微机电器件)。测试机器7包括控制单元35以及一个或多个测试信号发生器37，该一个或多个测试信号发生器37由控制单元35控制。
测试信号发生器37被耦合至相应的焊盘5，从而在控制单元35的控制下在可移动质量块15与测试结构17之间施加测试电压VT。测试电压VT可以是例如正弦电压，该正弦电压具有由控制单元35控制的频率和幅值。例如，测试电压VT的频率可以随时间变化，从而对微机电器件2的微结构3不同的杂散振动模式施加应力。
控制单元35也具有被耦合至连接至(固定)检测电极22、23的焊盘5的输入，以接收响应于可移动质量块15的移动的感测信号SSENSE。
在使用中，另一方面，通过将晶片1切割(dice)获得的每个微机电器件2被耦合至将微结构15和测试结构17维持在相同电压处的相应的控制集成电路或ASIC(专用集成电路)50，如图7所示。微结构15与测试结构17之间的连接可以例如通过由ASIC 50的控制单元52控制的开关51获得，或者由永久直接连接获得。以这种方式，在微机电器件1的正常操作期间，测试结构17对可移动质量块15的响应没有影响，因为可移动质量块15与测试结构17之间的电压为零。
由于固定测试电极27与可移动测试电极31之间的电容耦合、在开口30中在锚18与可移动质量块15之间的电容耦合、以及测试板25与可移动质量块15之间的电容耦合，测试电压VT引起在可移动质量块15与测试结构17之间分别沿着X轴、沿着Y轴以及沿着Z轴的测试力FX、FY、FZ，如图3和图4所示。进而，测试力FX、FY、FZ激发微结构3的杂散振动模式，并且响应通过感测信号SSENSE被读取，该感测信号SSENSE包含被叠加在由测试电压VT感应的信号上的杂散贡献。对高于编程阈值的测试电压VT具有响应的微机电器件2被标记为有缺陷。
因此，在实践中，测试结构17使得微结构3的杂散振动模式的影响在晶片级能够被检查。有缺陷的微机电器件2可以以系统的方式被识别，并且一旦晶片1已经被切割，在组装操作之前有缺陷的微机电器件2就被消除。在晶片级的测试因此使得能够显著节省被使用的方法步骤和材料。
就微机电器件的占用面积和灵敏度而言，测试结构17具有几乎可以忽略的影响，仅限于开口30在XY平面中的尺寸。换句话说，在相同的导轨面积下，由于开口30减小了可移动质量块5的惯性而引起的灵敏度的降低并不显著；以双重方式，用于补偿开口30的在可移动质量块15的尺寸上的任何增加都将是非常小的。测试结构17实际上主要被叠加在可移动质量块15上，并且主要在垂直于衬底8的表面8a的方向上(沿着Z轴)增加微机电器件1的整体尺寸。然而，在该方向上尺寸的增加通常不是关键的。
本公开的原理可以在微机电器件(特别是具有可移动质量块的任何配置的陀螺仪)中有利地被利用。
例如，根据图8和图9中所示的实施例，半导体晶片101包括多个微机电器件102，特别是三轴微机电陀螺仪，为了方便仅示出了多个微机电器件102中的一个微机电器件102。
每个微机电器件102都具有微结构103，微结构103包括支撑体、四个可移动质量块115以及四个测试结构117，这四个可移动质量块115围绕中心C以镜面对称成对地被布置，这四个测试结构117各自与相应的可移动质量块115相关联。支撑体包括晶片101的衬底108、第一结构层110、第一介电层111、第二结构层112和第二介电层113。第一结构层110和第二结构层112由半导体材料制成，例如通过外延生长。
可移动质量块115被约束至支撑体，以便以本身已知的方式成对地反相振荡。特别地，两个可移动质量块115沿着与衬底108的表面108a平行的X轴反相振荡，并且两个可移动质量块115沿着平行于表面108a且垂直于X轴的Y轴反相振荡。此外，所有的可移动质量块115围绕平行于衬底108的表面108a的相应的旋转轴Ra-Rd成对地反相振荡。
可移动质量块115被提供有可移动检测电极121的相应的系统，该可移动检测电极121被电容性地耦合至被锚定至衬底108的相应的固定检测电极122。被布置在衬底108上的另外的固定检测电极123被电容性地耦合至相应的可移动质量块115的一面。可移动质量块115与所有的可移动检测电极121以及所有的固定检测电极122、123通过形成在衬底108上和/或嵌入衬底108中的连接线126被连接至微机电器件101的相应的焊盘105。
图9示出了两个可移动质量块115以及相关的测试结构117。可以被理解的是，另外的两个可移动质量块115和测试结构117与图9所示出的两个可移动质量块115和测试结构117基本上相同。
类似于可移动质量块115，测试结构117也相对于微机电器件101的中心C以镜面对称成对地被布置。每个测试结构117都包括半导体材料主体，该半导体材料主体形成锚118、测试板125以及一组固定测试电极127，并且被固定至衬底108，基本上如已经描述的那样。更确切地，每个锚118都被固定至被放置在衬底108上的相应的偏置焊盘128，并且与同一衬底108和可移动质量块115两者电隔离。偏置焊盘128通过连接线126被连接至相应的焊盘105。
每个锚118都在Z轴的方向上延伸穿过相应的可移动质量块115中的开口130。如已描述的那样，锚118相对于相应的开口130偏离中心。例如，与沿着X轴振荡的可移动质量块115相关联的测试结构117的锚118在Y轴的方向上偏离中心，从而限定根据X轴施加测试力FY1的致动器。与沿着Y轴振荡的可移动质量块115相关联的测试结构117的锚118在X轴的方向上偏离中心，从而限定根据X轴施加测试力FX1的致动器。
测试板125通过相应的锚118被连接至衬底108。可移动质量块115被布置在一侧的衬底108与另一侧的相应的测试结构117的测试板125之间。因此，每个可移动质量块115都具有面对衬底108的第一侧115a以及面对测试板125的第二侧115b。
可移动质量块115和相应的测试板125彼此面对并且被电容性地耦合。测试板125因此限定了测试致动器，该测试致动器被配置为在Z轴的方向上向相应的可移动质量块115施加静电测试力FZ。
与沿着X轴振荡的可移动质量块115相关联的固定测试电极127包括相应的平坦半导体板，该相应的平坦半导体板在相应的测试板125的与由X轴和Z轴限定的XZ平面平行的一侧延伸。固定测试电极127以叉指配置被电容性地耦合布置到形成在相应的可移动质量块115上的可移动测试电极131。与沿着X轴振荡的可移动质量块115相关联的固定测试电极127因此限定了测试致动器，该测试致动器被配置为在X轴的方向上向相应的可移动质量块115施加测试力FX2。
与沿着Y轴振荡的可移动质量块115相关联的固定测试电极127包括相应的平坦半导体板，该相应的平坦半导体板在相应的测试板125的与由Y轴和Z轴限定的YZ平面平行的一侧延伸。固定测试电极127以叉指配置被电容性地耦合布置到形成在相应的可移动质量块115上的可移动测试电极131。与沿着Y轴振荡的可移动质量块115相关联的固定测试电极127因此限定了测试致动器，该测试致动器被配置为在Y轴的方向上向相应的可移动质量块115施加测试力FY2。
在测试步骤期间，根据三个轴X、Y、Z定向的静电力可以基本上如已经描述的那样通过相应的测试结构117被施加到可移动质量块115，从而激发微结构103的可能的杂散振动模式。另外，可移动质量块115可以单独地或同时以各种组合(例如，在相反对或相邻对中)被迫运动，以具有更宽范围的应力，该应力可以触发杂散振动模式。
方法将参照图1至图5的实施例被概括地描述。然而，要理解的是，相同的方法可以被应用于图8、图9的实施例，并且更一般地，可以被应用于本公开的任何实施例。在实践中，可移动质量块15、测试结构17以及固定检测电极和可移动检测电极从一个在另一个上外延生长的两个结构层获得，如下文详细描述的。关于微机电器件的形成的进一步细节在于2021年11月24日公布的欧洲专利申请EP 3 912953A1中被描述。EP3912953通过引用整体地并入本文。
首先(图10)，在衬底8上形成连接线26以及固定俯仰/滚动检测电极23和偏置焊盘28。第一介电层11被在衬底8上形成，并且被刻蚀以在偏置焊盘28上在与锚18相对应的位置处形成窗口60。
从沉积在第一介电层11上的种子层10’通过外延生长第一结构层10(图11)。第一结构层10然后在第一介电层11上方延伸，并且穿过窗口60接触偏置焊盘28。
如图12所示，然后蚀刻第一结构层10，以限定可移动质量块15、弹性连接元件16、锚18、固定偏转检测电极22(在图12中不可见)以及可能的基于设计偏好被提供的其他区域。晶片1被未示出的抗蚀剂掩模(第一沟槽掩模)覆盖，并且经过干刻蚀，形成完全穿过第一结构层10的沟槽61。在该步骤中，还穿过第一结构层10的旨在形成可移动质量块15的部分形成沟槽(未示出)，该可移动质量块15将具有晶格结构。沟槽还将用于去除介电层11的部分的后续步骤，以释放可移动质量块15。刻蚀在第一介电层11上自动地停止。
随后，如图13所示，沉积第二介电层13达厚度T，该厚度T等于可移动质量块15与将随后被形成的测试板25之间的间隙的期望宽度。第二介电层13部分地填充了沟槽61达例如它们的深度的三分之一，尽管该填充以及填充范围和深度都不重要。然后使用未示出的掩模层在第二介电层13的整个厚度上选择性地蚀刻和去除第二介电层13，从而在与锚18对应的位置以及与可移动质量块15的随后将必须被形成可移动测试电极31的区域对应的位置处形成窗口62。
如图14所示，然后从第二沉积种子层12’开始生长第二结构层12，在这种情况下也通过外延生长。第二结构层12的厚度与期待的微机电结构相关。通常而言，第二结构层12可以比第一结构层10薄，尽管可能出现相反的情况，并且本公开不限于结构层10的厚度与结构层12的厚度之间的任何特定比例。
然后，如图15所示，刻蚀第二结构层12。晶片1被未示出的抗蚀剂掩模(第二沟槽掩模)覆盖，并且经受干刻蚀。在该步骤中，第二结构层12的没有被抗蚀剂掩模覆盖的部分在整个厚度上被去除，并且刻蚀在第二介电层13的剩余部分上停止。特别地，在该步骤中开设沟槽65，沟槽65完全穿过第二结构层12和测试板25，固定测试电极27和可移动测试电极31被限定。
通过沟槽31、沟槽65和穿过可移动质量块的沟槽(未示出)，第二介电层13和第一介电层11在可移动质量块的上方和下方，在可移动质量块15与测试板25之间以及在锚18周围被连续地部分去除。可移动质量块15因此被释放，并且图2至图4的结构被获得。
最终，显而易见的是，在不脱离如所附的权利要求限定的本公开的范围内，可以对被描述的微机电器件、设备和方法做出修改和改变。
例如，固定测试电极和可移动测试电极可以形成平行板而不是叉指板类型的致动器。在这种情况下，固定电极和可移动电极在垂直(而不是平行)于被施加到可移动质量块的静电力的方向上延伸。
锚可以既相对于X轴又相对于Y轴而不是仅相对于这两者之一相对于可移动质量块中的开口偏离中心。
在一些实施例中，测试结构可能限于延伸穿过开口进入可移动质量块的偏离中心的支柱，并且可能包括从第一结构层获得的另外的固定测试电极和可移动测试电极。
一种微机电器件可以被概括为包括：支撑体(8、10-13；108、110-113)；至少一个可移动质量块(15；115)，由半导体材料制成，该至少一个可移动质量块被弹性地约束至支撑体(8、10-13；108、110-113)，从而能够沿一个或多个轴(X、Y、Z、Ra-Rd)振荡；固定检测电极(22、23；122、123)，被刚性地连接至支撑体(8、10-13；108、110-113)并且被电容性地耦合至至少一个可移动质量块(15；115)；以及至少一个测试结构(17；117)，由半导体材料制成，该至少一个测试结构被刚性地连接至支撑体(8、10-13；108、110-113)，并且不同于固定检测电极(22、23；122、123)；其中至少一个测试结构(17；117)被电容性地耦合至至少一个可移动质量块(15；115)，并且被配置为响应于至少一个测试结构(17；117)与至少一个可移动质量块(15；115)之间的电压(VT)，向至少一个可移动质量块(15；115)施加静电力(FX、FY、FZ)。
至少一个测试结构(17；117)可以与可移动质量块(15；115)电隔离，并且与衬底(8；108)电隔离。
支撑体(8、10-13；108、110-113)可以包括衬底(8；108)，该衬底由半导体材料制成；至少一个测试结构(17；117)包括第一部分(25、27；125、127)和第二部分(18、28；118、128)；至少一个可移动质量块(15；115)可以被布置在衬底(8；108)与至少一个测试结构(17；117)的第一部分(25、27；125、127)之间；并且至少一个测试结构(17；117)的第二部分(18、28；118、128)可以被锚定至衬底(8；108)，并且延伸穿过至少一个可移动质量块(15；115)。
至少一个测试结构(17；117)的第一部分(25、27；125、127)可以包括测试板(25；125)，该测试板由半导体材料制成，并且至少一个可移动质量块(15；115)可以具有面对衬底(8；108)的第一侧(17a；115a)以及面对测试板(25；125)的第二侧(15b；115b)。
至少一个测试结构(17；117)的第一部分(25、27；125、127)可以包括固定测试电极(27；127)，并且至少一个可移动质量块(15；115)可以包括可移动测试电极(31；131)，该可移动测试电极被电容性地耦合至固定测试电极(27；127)。
固定测试电极(27；127)可以从测试板(25；125)延伸，并且可移动测试电极(31；131)可以被布置在至少一个可移动质量块(15；115)的、面对测试板(25；125)的第二侧(15b；115b)上。
固定测试电极(27；127)可以从测试板(25；125)延伸的相应的平坦半导体板限定，并且可移动测试电极(31；131)可以由被形成在可移动质量块(15；115)的、与测试板(25；125)相邻的面上的相应的平坦半导体板限定，并且固定测试电极(27；127)和可移动测试电极(31；131)可以是叉指的。
至少一个可移动质量块(15；115)可以具有开口(30；130)，并且至少一个测试结构(17；117)的第二部分(18、28；118、128)可以包括锚(18、28；118、128)，该锚将至少一个测试结构(17；117)的第一部分(25、27；125、127)连接至衬底(8；108)，并且延伸穿过至少一个可移动质量块(15；115)中的开口(30；130)。
锚(18、28；118、128)可以相对于开口(30；130)偏离中心。
固定测试电极(27；127)可以被配置为在与衬底(8；108)的表面(8a；108a)平行的第一方向(X)上施加第一静电测试力(FX)，并且锚(18、28；118、128)可以在平行于衬底(8；108)的表面(8a；108a)且垂直于第一方向(X)的第二方向(Y)上相对于开口(30；130)偏离中心。
该器件可以包括：多个可移动质量块(115)，该可移动质量块由半导体材料制成，该可移动质量块被弹性地约束至支撑体(108、110-113)，从而能够以相应的相对自由度振荡；以及多个测试结构(117)，该多个测试结构由半导体材料制成，该多个测试结构被刚性地连接至支撑体(108、110-113)，不同于固定检测电极(122、123)，并且各自被电容性地耦合至相应的可移动质量块(115)。
可移动质量块(115)和相应的测试结构(117)可以围绕中心(C)以镜面对称成对地被布置。
该器件可以包括焊盘(5；105)，该焊盘从外部可访问，其中至少一个可移动质量块(15；115)和至少一个测试结构(17；117)被电耦合至相应的焊盘(5；105)。
该器件包括控制集成电路(50)，该控制集成电路被连接至焊盘(5)，并且被配置为在至少一个微结构(15)与至少一个测试结构(17)之间设置零电压。
一种用于测试微机电器件的测试设备可以被概括为包括半导体晶片(1)和测试机器(7)，该半导体晶片(1)集成了多个微机电器件(2)，该测试机器(7)被连接到微机电器件的焊盘(5)，并且包括至少一个测试信号发生器(37)，该至少一个测试信号发生器(37)被配置为在至少一个可移动质量块(15)与至少一个测试结构(17)之间施加测试电压(VT)。
一种用于制造微机电器件的方法可以被概括为包括：形成支撑体(8、10-13；108、110-113)；形成至少一个可移动质量块(15；115)，由半导体材料制成，该至少一个可移动质量块被弹性地约束至支撑体(8、10-13；108、110-113)，从而能够沿着一个或多个轴(X、Y、Z、Ra-Rd)振荡；形成固定检测电极(22、23；122、123)，该固定检测电极被刚性地连接至支撑体(8、10-13；108、110-113)，并且被电容性地耦合至至少一个可移动质量块(15；115)；以及形成至少一个测试结构(17；117)，该至少一个测试结构由半导体材料制成，该至少一个测试结构被刚性地连接至支撑体(8、10-13；108、110-113)，并且不同于固定检测电极(22、23；122、123)；其中至少一个测试结构(17；117)被电容性地耦合至至少一个可移动质量块(15；115)，并且被配置为响应于至少一个测试结构(17；117)与至少一个可移动质量块(15；115)之间的电压(VT)，向至少一个可移动质量块(15；115)施加静电力(FX、FY、FZ)。
形成支撑体(8、10-13；108、110-113)可以包括：形成第一介电层(11；111)，从第一沉积种子层(10’)通过外延在第一介电层(11；111)上生长第一结构层(10；110)，在第一结构层(10；110)上形成第二介电层(13；113)，并且从第二沉积种子层(12’)通过外延在第二介电层(13；113)上生长第二结构层(12；112)；形成至少一个可移动质量块(15；115)可以包括：在生长第一结构层(10；110)之前在第一介电层(11；111)中形成第一窗口(60)，并且选择性地刻蚀第一结构层(10；110)直到第一介电层(11；111)；并且形成至少一个测试结构(17；117)可以包括：在生长第二结构层(12；112)之前在第二介电层(13；113)中形成第二窗口(62)，并且选择性地刻蚀第二结构层(12；112)直至第二介电层(13；113)。
可以根据上述详细描述对实施例做出这些和其他改变。一般而言，在所附的权利要求中，所使用的术语不应该被解释为将权利要求限制为在说明书和权利要求中公开的具体实施例，而应该被解释为包括所有可能的权利要求以及这些权利要求所享有的等同物的全部范围。因此，权利要求不受本公开限制。

Claims (20)

1.一种微机电器件，包括：
支撑体；
至少一个可移动质量块，由半导体材料制成，所述至少一个可移动质量块被弹性地约束至所述支撑体，以沿着一个或多个轴振荡；
固定检测电极，被刚性地连接至所述支撑体，并且被电容性地耦合至所述至少一个可移动质量块；以及
至少一个测试结构，由半导体材料制成，所述至少一个测试结构被刚性地连接至所述支撑体，并且不同于所述固定检测电极；
其中所述至少一个测试结构被电容性地耦合至所述至少一个可移动质量块，并且被配置为响应于所述至少一个测试结构与所述至少一个可移动质量块之间的电压，向所述至少一个可移动质量块施加静电力。
2.根据权利要求1所述的器件，其中所述至少一个测试结构与所述可移动质量块电隔离，并且与所述衬底电隔离。
3.根据权利要求1所述的器件，其中：
所述支撑体包括衬底，所述衬底由半导体材料制成；
所述至少一个测试结构包括第一部分和第二部分；
所述至少一个可移动质量块被布置在所述衬底与所述至少一个测试结构的所述第一部分之间；并且
其中所述至少一个测试结构的所述第二部分被锚定至所述衬底，并且延伸穿过所述至少一个可移动质量块。
4.根据权利要求3所述的器件，其中所述至少一个测试结构的所述第一部分包括测试板，所述测试板由半导体材料制成，并且其中所述至少一个可移动质量块具有第一侧和第二侧，所述第一侧面向所述衬底，所述第二侧面向所述测试板。
5.根据权利要求4所述的器件，其中所述至少一个测试结构的所述第一部分包括固定测试电极，并且其中所述至少一个可移动质量块包括可移动测试电极，所述可移动测试电极被电容性地耦合至所述固定测试电极。
6.根据权利要求5所述的器件，其中所述固定测试电极从所述测试板延伸，并且所述可移动测试电极被布置在所述至少一个可移动质量块的、面向所述测试板的所述第二侧上。
7.根据权利要求6所述的器件，其中所述固定测试电极是从所述测试板延伸的相应的平坦半导体板，并且所述可移动测试电极是被形成在所述可移动质量块的、与所述测试板相邻的面上的相应的平坦半导体板，并且其中所述固定测试电极和所述可移动测试电极是叉指的。
8.根据权利要求7所述的器件，其中所述至少一个可移动质量块具有开口，并且其中所述至少一个测试结构的所述第二部分包括锚，所述锚将所述至少一个测试结构的所述第一部分连接至所述衬底，并且延伸穿过所述至少一个可移动质量块中的所述开口。
9.根据权利要求8所述的器件，其中所述锚相对于所述开口偏离中心。
10.根据权利要求9所述的器件，其中所述固定测试电极被配置为在与所述衬底的表面平行的第一方向上施加第一静电测试力，并且其中所述锚在平行于所述衬底的所述表面且垂直于所述第一方向的第二方向上相对于所述开口偏离中心。
11.根据权利要求1所述的器件，包括：
多个可移动质量块，由半导体材料制成，所述多个可移动质量块被弹性地约束至所述支撑体，以便以相应的相对自由度振荡；以及
多个测试结构，由半导体材料制成，所述多个测试结构被刚性地连接至所述支撑体，不同于所述固定检测电极，并且各自被电容性地耦合至所述可移动质量块中的相应的可移动质量块。
12.根据权利要求11所述的器件，其中所述可移动质量块和所述相应的测试结构围绕中心以镜面对称成对地被布置。
13.根据权利要求1所述的器件，包括焊盘，所述焊盘能够从外部访问，其中所述至少一个可移动质量块和所述至少一个测试结构被电耦合至相应的焊盘。
14.根据权利要求1所述的器件，包括控制集成电路，所述控制集成电路被连接至所述焊盘，并且被配置为在所述至少一个微结构与所述至少一个测试结构之间设置零电压。
15.一种用于制造微机电器件的方法，包括：
形成支撑体；
形成至少一个可移动质量块，所述至少一个可移动质量块由半导体材料制成，所述至少一个可移动质量块被弹性地约束至所述支撑体，以沿着一个或多个轴振荡；
形成固定检测电极，所述固定检测电极被刚性地连接至所述支撑体，并且被电容性地耦合至所述至少一个可移动质量块；
形成至少一个测试结构，所述至少一个测试结构由半导体材料制成，所述至少一个测试结构被刚性地连接至所述支撑体，被电容性地耦合至所述至少一个可移动质量块，并且不同于所述固定检测电极；以及
响应于所述至少一个测试结构与所述至少一个可移动质量块之间的电压，利用所述至少一个测试结构向所述至少一个可移动质量块施加静电力。
16.根据权利要求15所述的方法，其中：
形成所述支撑体包括：形成第一介电层，从第一沉积种子层通过外延在所述第一介电层上生长第一结构层，在所述第一结构层上形成第二介电层，并且从第二沉积种子层通过外延在所述第二介电层上生长第二结构层；
形成所述至少一个可移动质量块包括：在生长所述第一结构层之前，在所述第一介电层中形成第一窗口，并且选择性地刻蚀所述第一结构层直到所述第一介电层；并且
形成所述至少一个测试结构包括：在生长所述第二结构层之前，在所述第二介电层中形成第二窗口，并且选择性地刻蚀所述第二结构层直到所述第二介电层。
17.一种方法，包括：
将测试设备的测试机器耦合至第一微机电器件的接触焊盘，所述第一微机电器件包括：
可移动质量块，由半导体材料制成，所述可移动质量块被弹性地约束至支撑体，以沿着一个或多个轴振荡；
固定检测电极，被刚性地连接至所述支撑体，并且被电容性地耦合至所述可移动质量块；以及
测试结构，由半导体材料制成，所述测试结构被刚性地连接至所述支撑体，被电容性地耦合至所述可移动质量块，不同于所述固定检测电极，并且被配置为响应于所述测试结构与所述可移动质量块之间的电压，向所述可移动质量块施加静电力，其中所述可移动质量块和所述测试结构各自被电耦合至所述接触焊盘中的相应一个接触焊盘；以及
通过利用所述测试机器的测试信号发生器，经由所述接触焊盘在所述可移动质量块与所述测试结构之间施加测试电压，测试所述第一微机电器件。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述微机电器件被集成在晶片中，所述晶片包括第二微机电器件，所述第二微机电器件与所述第一微机电器件基本上相同，所述方法包括：
将所述测试机器耦合至所述第二微机电器件的接触焊盘；以及
通过利用所述测试机器的所述测试信号发生器，经由所述第二微机电器件的所述接触焊盘在所述至少一个可移动质量块与所述第二微机电器件的所述至少一个测试结构之间施加所述测试电压，测试所述第二微机电器件。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述测试电压包括正弦电压，所述正弦电压具有随时间变化的频率。
20.根据权利要求17所述的方法，包括：利用所述测试机器的测试控制单元经由输入接触焊盘接收来自所述检测电极的、基于所述可移动质量块响应于所述测试电压的移动的感测信号。
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