[發明專利]用于集成MEMS?CMOS裝置的方法和結構

有效

• 申請號: 201310076476.9
• 申請日: 2013-03-11
• 公開（公告）號: CN103303859B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 桑德希爾·S·希瑞達拉莫爾希;提-希斯·特倫斯·李;阿里·J·拉斯特加爾;姆谷拉爾·斯唐庫;肖·查理斯·楊
• 申請（專利權）人: 矽立科技有限公司
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司11204
• 代理人: 余朦,王艷春

相關申請的交叉引用

本發明要求以下專利申請的優先權，并通過引用將這些專利申請全部內容并入本文：2012年3月9日提交的第61/609,248號美國臨時申請、2012年12月21日提交的第61/745,496號美國臨時申請、以及2013年3月7日提交的第13/788,503號美國專利申請。

技術領域

本發明涉及MEMS（微電子機械系統）。更具體地，本發明的實施方式提供了一種用于改善包括內部傳感器等的集成MEMS裝置的方法和結構。僅通過舉例的方式，MEMS裝置可包括至少一個加速計、陀螺儀、磁傳感器、壓力傳感器、麥克風、濕度傳感器、溫度傳感器、化學傳感器、生物傳感器、慣性傳感器等。但是可認識到，本發明具有更寬的應用范圍。

背景技術

集成微電子學的研究和開發已經在CMOS和MEMS方面產生了令人驚訝的進步。CMOS技術已經成為了用于集成電路（IC）的主要制造技術。然而，MEMS繼續依靠傳統制造技術。對于非專業人員來說，微電子IC是集成裝置的提供決策能力的“大腦”，而MEMS是提供感測和控制環境的能力的“眼”和“臂”。這些技術的廣泛應用的某些示例是射頻（RF）天線系統中的開關，諸如位于加尼佛尼亞庫比蒂諾的蘋果公司的iphone裝置中的開關和位于加拿大安大略省滑鐵盧的RIM公司的黑莓手機中的開關，以及配備傳感器的游戲裝置中的加速計，諸如由日本任天堂公司制造的Wii控制器。雖然這些技術不總是可輕易辨認的，但這些技術在現實生活中將越來越流行。

除了消費者電子產品之外，IC和MEMS的使用在模塊化測量裝置（諸如加速計、陀螺儀、致動器和傳感器方面）具有無限應用。在傳統車輛中，加速計和陀螺儀被分別用于配置安全氣囊和觸發動態穩定性控制功能。MEMS陀螺儀還能夠用于視頻和靜態相機中的圖像穩定系統，和飛機和魚雷中的自動轉向系統。生物MEMS（Bio-MEMS）實施用于芯片實驗室（Lab-On-Chip）應用的生物傳感器和化學傳感器，芯片實驗室（Lab-On-Chip）應用在僅單個毫米尺寸的芯片上集成了一個或多個實驗室功能。其他應用包括互聯網和電話網絡、安全和金融應用、以及衛生保健和醫療系統。如上所述，IC和MEMS可用于事實上從事各種類型的環境互動。

雖然獲得高度成功，但IC，尤其是MEMS依然具有局限性。與IC開發相似，MEMS開發關注于增加性能、減小尺寸、以及降低成本，因此具有挑戰性。此外，MEMS常常需要越來越復雜的微系統，這些微系統需要更大計算能力。不幸地，這些應用通常不存在。傳統MEMS和IC的這些限制和其他限制在本說明書中進一步描述并將在下文更加具體地描述。

如上所述，十分需要用于改善集成電路裝置和MEMS的操作的技術。

發明內容

本發明涉及MEMS（微電子機械系統）。更具體地，本發明的實施方式提供了一種用于改善包括內部傳感器等的集成MEMS裝置的方法和結構。僅通過舉例的方式，MEMS裝置可包括至少一個加速計、陀螺儀、磁傳感器、壓力傳感器、麥克風、濕度傳感器、溫度傳感器、化學傳感器、生物傳感器、慣性傳感器等。但是可認識到，本發明具有更寬的應用范圍。

本發明包括用于集成MEMS-COMS裝置的方法和結構。該結構可包括3軸慣性傳感裝置。在各種實施方式中，3軸慣性傳感裝置包括單質量塊和雙質量塊配置。虛設區域和對稱電極可用于由非對稱基板應力導致的減小差別化偏差。金屬結構、通道結構（via?structure）和接地結構可用于減小蝕刻處理期間的等離子體破壞的風險。停止結構和交錯蛇形彈簧可用于減小MEMS部件的靜摩擦力。接合的彈簧結構可包括U形構件以減小彈簧旋轉。形成所述特征的這種制造方法可減小變形、以及裝置在諸如MEMS蝕刻、蓋子焊接等處理期間失敗的風險。

在實施方式中，本方法使用微制造處理，該微制造處理通過在CMOS的頂部焊接機械結構晶片且使用諸如深反應離子蝕刻（DRIE）的等離子體蝕刻處理來蝕刻機械層，在傳統CMOS結構的頂部實現移動機械結構（MEMS）。在蝕刻機械層的過程中，直接連接到機械層的CMOS裝置暴露于等離子體。這有時導致對CMOS電路的永久損壞，且稱為等離子體誘發損壞（PID）。本發明的目的是防止或降低該PID且通過接地并為CMOS電路提供替代路徑來保護底層CMOS電路，直到MEMS層完全被蝕刻。