具有改善的应力分布的MEMS器件以及其制造工艺的制作方法

阅读：评论：0

具有改善的应力分布的mems器件以及其制造工艺
1.相关申请
2.本公开要求于2020年10月15日提交的意大利专利申请102020000024352号，在法律允许的最大范围内，该案的内容通过引用全部并入。
技术领域
3.本公开涉及一种具有改善的应力分布的mems器件以及其制造工艺。

背景技术：

4.众所周知，mems(“微机电系统”)电子器件，诸如致动器和/或传感器，通常形成在容纳腔体的衬底上，并且包括可移动结构，该可移动结构悬置在腔体上并且通过弹性元件受限于固定区域。衬底、可移动结构和弹性元件可以是整体的，并且通常由半导体材料(例如硅)形成。
5.这些电子器件还包括：一个或多个致动和/或检测结构，被耦合到可移动结构；以及电气控制电路，被集成在相同的衬底中或形成在不同的衬底中并且被耦合到致动和/或检测结构，能够向致动结构提供电驱动信号和/或接收来自检测结构的电检测信号。
6.详细地，当由对应的电驱动信号控制时，致动结构可以导致可移动结构的位移，例如旋转。类似地，检测结构被配置为生成对应的电信号，这些电信号是可移动结构的操作条件的函数，并且例如是可移动结构的旋转范围的函数。
7.电气控制电路和致动和/或检测结构通常通过导电轨相互电连接，例如由导电层堆叠形成。
8.导电轨通常在固定区域、弹性元件上延伸，并且有时部分在可移动结构上延伸。
9.在使用中，可移动结构的位移导致弹性元件的变形，例如扭曲，这些弹性元件将可移动结构限制在固定区域。
10.弹性元件的变形在弹性元件本身以及与其集成的导电轨中生成机械应力。
11.如果机械应力具有高值，例如如果它超过形成导轨的材料的塑性变形阈值，则导电轨可能会经受分层和/或破坏。因此，电气控制电路与致动和/或检测结构之间的电气连接可能会受到损害，并且mems电子器件可能会经受故障和/或破坏。
12.目前，mems器件(例如微反射镜)是已知的，其中导轨是由具有大量金属层的特定材料堆叠形成的，这些金属层被设计为对机械应力有更强的抵抗力。然而，这涉及导电轨的设计和形成的高复杂性；事实上，例如，金属层的数目和材料是根据特定应用所施加的抗应力要求进行的。
13.此外，导电轨可以使用复杂的化学/物理工艺来制造，这些工艺能够避免意外结构(诸如不需要的过蚀刻)的形成。然而，这涉及使用更复杂和昂贵的工艺，导致mems器件的生产的复杂性和成本增加。此外，这些预防措施可能不足以减少导电轨在使用过程中被破坏的可能性。
14.此外，mems微反射镜是已知的，其中可移动结构的旋转幅度自动保持在减小的角
范围内，例如数度，以减少机械应力，从而减少导电轨破坏的可能性。然而，这在具体应用中是不可能实现的，其中可移动结构的高旋转角是需要的。
15.因此，还需要发展。
16.需要克服现有技术的缺点。

技术实现要素：

17.本文中的实施例涉及一种mems器件和制造工艺。
18.例如，在本文中公开了一种mems器件，包括：半导体材料主体，限定支撑结构，其中贯通式腔体被限定在半导体材料主体中并且由支撑结构包围；可移动结构，悬置在贯通式腔体中；弹性结构，在支撑结构与可移动结构之间的贯通式腔体中延伸，弹性结构具有第一部分和第二部分，并且经受机械应力；金属区域，在弹性结构的第一部分上延伸；其中弹性结构具有限定在其中的掩埋腔体；以及其中掩埋腔体在弹性结构的第一部分和第二部分之间延伸。
19.弹性结构的第一部分可以具有比弹性结构的第二部分小的厚度。
20.弹性结构的第一部分可以具有1μm到10μm之间的厚度，并且弹性结构的第二部分可以具有10μm到400μm之间的厚度。
21.掩埋腔体的高度可以在弹性结构的厚度的五十分之一到五分之一之间。
22.弹性结构可以沿第一方向具有长度，并且掩埋腔体可以沿第一方向延伸弹性结构的全部长度。
23.掩埋腔体还可以部分延伸到可移动结构内并且部分延伸到支撑结构内。
24.掩埋腔体可以沿第二方向具有宽度，等于弹性结构的宽度。
25.金属区域可以沿第二方向具有宽度，等于掩埋腔体的宽度。
26.器件可以被配置为限定微反射镜。反射区域可以被设置在可移动结构上，在相对于贯通式腔体的相对侧。
27.在本文中还公开了一种从半导体材料的工作主体制造mems器件的工艺。该工艺包括：在工作主体中形成掩埋腔体；在工作主体中形成贯通式腔体，该贯通式腔体限定支撑结构，该支撑结构包围贯通式腔体；形成可移动结构，悬置在贯通式腔体中；形成弹性结构，在支撑结构与可移动结构之间的贯通式腔体中延伸，其中掩埋腔体被形成以在弹性结构处延伸并且将弹性结构的第一部分和第二部分相互分离；以及在弹性结构的第一部分上形成金属区域。
28.形成掩埋腔体可以包括：从工作主体的第一表面挖掘多个沟槽，界定半导体支柱；在工作主体的第一表面上生长外延层；使工作主体退火，从而导致半导体原子从半导体支柱迁移到外延层；形成掩埋腔体；以及形成封闭层。
29.沟槽可以具有5μm到20μm的深度。每个半导体支柱与相邻的半导体支柱的距离可以在0.1μm到5μm之间。
30.形成金属区域可以包括在工作主体的第一表面上形成至少一个金属层，该至少一个金属层在掩埋腔体之上延伸，并且具有比掩埋腔体的宽度小的宽度。
31.工作主体可以由第一半导体材料的结构层形成并且由第二半导体材料的工作衬底形成，结构层由工作主体的第一表面界定并且由结合表面界定，该结合表面与工作主体
的第一表面相对，工作衬底被结合到结构层的结合表面并且由工作主体的第二表面界定，该第二表面与第一表面相对。
32.形成贯通式腔体可以包括：选择性地将工作衬底从工作主体的第二表面去除，一直到结构层的结合表面，以形成底部腔体；以及选择性地将结构层从工作主体的第一表面去除，一直到结构层的结合表面。
33.选择性地去除结构层可以包括：在工作主体的第一表面上形成掩模区域，该掩模区域限定成形部分，该成形部分在掩埋腔体上具有比掩埋腔体小的宽度；以及使用掩模区域蚀刻工作主体，其中成形部分限定弹性结构。
34.在本文中还公开了一种mems器件，包括：半导体材料主体，限定支撑结构；其中贯通式腔体被限定在半导体材料主体中并且被支撑结构包围；可移动结构，悬置在贯通式腔体中并且通过多个弹性元件耦合到支撑结构，多个弹性元件形成在半导体材料主体中；弹性结构，在支撑结构与可移动结构之间的贯通式腔体中延伸，弹性结构包括第一部分和第二部分并且经受机械应力；金属区域，在弹性结构的第一部分上延伸；以及至少一个绝缘层，被设置在半导体材料主体上；其中至少一个绝缘层已经在其中限定一对沟槽，这些沟槽通过该绝缘层延伸到半导体材料主体的厚度的至少一部分中，一对沟槽在金属区域的相对侧延伸。
35.每个沟槽的深度都可以小于半导体材料主体的厚度的一半。每个沟槽的深度都可以在1μm到10μm之间。
36.一对沟槽可以横向界定弹性结构的第一部分。弹性结构的第一部分具有比弹性结构的第二部分小的厚度。
37.在本文中还公开了一种mems器件，包括：半导体材料主体，限定支撑结构；其中贯通式腔体被限定在半导体材料主体中并且由支撑结构包围；可移动结构，悬置在贯通式腔体中并且通过多个弹性元件耦合到支撑结构，多个弹性元件形成在半导体材料主体中；弹性结构，在支撑结构与可移动结构之间的贯通式腔体中延伸，弹性结构包括第一部分和第二部分并且经受机械应力；金属区域，在弹性结构的第一部分上延伸；以及至少一个绝缘层，被设置在半导体材料主体上；其中可移动结构由半导体材料主体中的平台形成，平台由形成在附加衬底中的加强结构承载。
38.加强结构可以通过结合元件结合到平台。加强结构可以从平台延伸通过贯通式腔体。
39.平台可以在其中限定沟槽，从平台的底表面延伸，一直到加强结构的侧面的表面部分。沟槽可以具有比平台的厚度小的深度。沟槽的深度可以在1μm到50μm之间。
附图说明
40.为了更好地理解，现在仅仅通过非限制性示例参照附图对其实施例进行描述，其中：
41.图1示出了本mems器件的实施例的俯视图；
42.图2示出了沿图1的剖面线ii-ii截取的图1的mems器件的横截面；
43.图3至图11示出了连续制造步骤中的图1和图2的mems器件的横截面，沿穿过旋转轴线a的截面平面截取并且由图2的剖面线ii-ii标识；
44.图7a示出了图1的制造步骤中图1和图2的mems器件的俯视图；
45.图12示出了本mems器件的不同实施例的俯视图；
46.图13示出了沿图12的剖面线xiii-xiii截取的图12的mems器件的横截面；
47.图14示出了图12和图13的mems器件的透视图；
48.图15示出了中间制造步骤中图12至图14的mems器件的横截面，在图13所示的相同截面平面中；以及
49.图16示出了本mems器件的附加实施例的横截面。
具体实施方式
50.在下面，描述了使用mems(“微机电系统”)技术制作的电子器件，具体是mems微反射镜。
51.图1和图2示出了相对于旋转轴线a对称的mems微反射镜1，该旋转轴线a与笛卡尔参考系统xyz的第一轴线x平行。
52.mems微反射镜1在这里是在裸片5中形成的，该裸片5由顶部表面5a界定，并且包括相互结合的多个半导体材料(例如硅)衬底。
53.在该实施例中，裸片5由第一衬底6和第二衬底7形成，这些衬底通过结合元件8(例如氧化硅)相互结合。
54.第一衬底6具有厚度z1，例如被包括在15μm到400μm之间，并且由一个或多个绝缘层(在这里简称为绝缘层9)覆盖，该绝缘层由裸片5的顶表面5a界定。绝缘层9是薄的，具有例如小于2μm的厚度，因此在下文被忽略。
55.第二衬底7具有厚度，例如被包括在50μm到400μm之间，特别是150μm，并且在相对于第一衬底6的相对侧，可以被结合到支撑结构，支撑结构在这里未示出。
56.裸片5包括：框架10，包围贯通式腔体15；以及可移动结构20，悬置在贯通式腔体15中并且通过弹性元件25耦合到框架10。
57.框架10由第二衬底7形成并且由结合和叠加到第二衬底7的第一衬底6的部分形成，而可移动结构20和弹性元件25由悬置在贯通式腔体15中的第一衬底6的对应部分形成。
58.详细地，mems微反射镜1包括两个弹性元件或弹簧25，其各自在这里是棒状的，沿旋转轴线a延伸。每个弹性元件25都具有与框架10构成整体的第一锚固端和与可移动结构20构成整体的第二锚固端，以及与笛卡尔参考系统xyz的第二轴线y平行的宽度w1，该宽度w1在所示的实施例中是恒定的。
59.如图2中可见并且如图1中的虚线所突出显示的，mems微反射镜1还包括两个掩埋腔体30，针对每个弹性元件25一个该掩埋腔体30，掩埋腔体30被设置在第一衬底6内，这些掩埋腔体延伸弹性元件25的整个长度，从而将每个弹性元件25分为第一部分25a和第二部分25b，这些部分相互叠加。
60.弹性元件25的第一部分25a在这里向上界定掩埋腔体30，并且具有厚度，被包括在例如1μm到10μm之间，特别是5μm。
61.弹性元件25的第二部分25b在这里向下界定掩埋腔体30，并且具有比第一部分25a大的厚度，被包括在例如100μm到400μm之间，特别是50μm。
62.详细地，每个掩埋腔体30都在第一衬底6中延伸，与裸片5的顶表面5a间隔开深度
z2，该深度z2是沿笛卡尔参考系统xyz的第三轴线z测量的，该深度被包括在例如1μm到100μm之间，特别是5μm，并且具有高度z3，例如被包括在对应的弹性元件25的厚度z1的五十分之一到五分之一之间，例如被包括在1μm到20μm之间，特别是10μm。
63.详细地，在这里，每个掩埋腔体30沿第一轴线x都具有比对应的弹性元件25大的长度，以便每个掩埋腔体30延伸超出对应的弹性元件25的锚固端。换言之，每个掩埋腔体30部分延伸到框架10内并且部分延伸到可移动结构20内。
64.在该实施例中，平行于第二轴线y，每个掩埋腔体30都具有与对应的弹性元件25的宽度w1相等的延伸；换言之，在该实施例中，掩埋腔体30与贯通式腔体15联通(即，打开进入)。
65.因此，弹性元件25的第一部分25a和第二部分25b通过框架10和可移动结构20的部分相互机械耦合，这些部分与掩埋腔体30的端部相邻。
66.然而，每个掩埋腔体30都可以具有比宽度w1小的宽度和/或小于或等于对应的弹性元件25的长度，即使这在一些实施例中可能涉及在第一部分25a与第二部分25b之间更强的机械耦合。
67.mems微反射镜1还包括一个或多个致动结构35、接触焊盘40和导电轨45。导电轨45在接触焊盘40与致动结构35之间延伸并且与接触焊盘40和致动结构35直接电气连接。
68.在这里被示意性地描绘的致动结构35可以是例如电磁、压电或静电类型，其被形成并且被耦合到可移动结构20，以便在使用中使其绕旋转轴线a旋转。
69.在该实施例中，致动结构35被设置在可移动结构20上，在裸片5的顶表面5a上。
70.接触焊盘40和导电轨45用于将致动结构35电连接到电路，电路在这里未示出，能够提供和/或接收mems微反射镜1的电气控制信号。该电路可以集成在裸片5或单独的裸片中，该单独的裸片电连接到裸片5。
71.详细地，在讨论中的实施例中，导电轨45由多层结构形成，如图2所示。具体地，在这里，多层结构包括：种子层46，例如由铜制成，在制造过程中使用并且被设置为与裸片5的顶表面5a接触；以及导电层48的堆叠，其数目、厚度和材料可以根据具体应用的要求而变化，例如根据抗应力或对电流通过的阻力的所需水平。
72.在该实施例中，导电层48的堆叠是由第一金属层48a(例如由镍制成，直接覆盖种子层46)、第二金属层48b(例如由金制成，在第一金属层48a上面)、第三金属层48c(例如由镍制成，在第二金属层48b上面)和第四金属层48d(例如由金制成，在第三金属层48c上面)连续形成的。
73.导电轨45至少部分地在弹性元件25上延伸，在与绝缘层9邻接的位置，从而与弹性元件25的第一部分25a构成整体，并且沿第二轴线y具有宽度w2，宽度w2比弹性元件25的宽度w1小，因此与弹性元件25的宽度比掩埋腔体30的宽度小。
74.mems微反射镜1还包括反射区域27，由能够反射光辐射的一种或多种材料形成并且被设置在可移动结构20上，在这里是在裸片5的顶表面5a上。
75.例如，如果光辐射在可见频率范围内，则反射区域27可以由铝制成，或如果光辐射在红外频率范围内，则反射区域可以由金属制成。
76.在使用中，当需要旋转可移动结构20，从而需要旋转反射区域27例如以引导光束时，由电气控制电路将电信号提供给致动结构35，这会导致可移动结构20绕旋转轴线a旋
转。
77.可移动结构20的旋转伴随着弹性元件25绕旋转轴线a的变形，特别是扭曲。
78.弹性元件25的扭曲在弹性元件25中生成高机械应力，在弹性元件25内侧和相应的锚固端中都是如此。
79.然而，弹性元件25的形式，特别是将对应的弹性元件25的第一部分25a与第二部分25b解耦的掩埋腔体30的存在使得最高的应力值分布在第二部分25b中。
80.事实上，如上所述，由于第一部分25a和第二部分25b沿第一轴线x和第二轴线y二者机械解耦，每个弹性元件25的第一部分25a和第二部分25b分别充当平行设置的第一弹簧和第二弹簧。
81.此外，每个弹性元件25的第二部分25b都具有比对应的第一部分25a大的厚度，从而具有更大的弹性常数。因此，考虑到相同的变形(扭曲)，机械应力在第二部分25b中发展得更多。
82.因此，第一部分25a经受较低的机械应力，因此，与其构成整体的对应的导电轨45也经受较低的机械应力。这使导电轨45(设置在第一部分25a上面，受较少的应力)相对于弹性元件25是坚固体的情况也经受较少的应力。
83.此外，由于掩埋腔体30延伸超过弹性元件25的锚固端，通常在锚固端形成的高应力值在框架10和可移动结构20内移动并且被分布在其中，从而减少与导电轨45的接口处的应力。此外，框架10和可移动结构20上的导电轨45的形式和位置可以被设计，使得它们远离框架10和可移动结构20的最大应力点。
84.结构的模拟证实，所描述的方法使导电轨45中的机械应力保持在应力阈值以下，例如低于200mpa，超过该阈值后，形成导电轨45的金属层会发生塑性变形。
85.因此，在可移动结构20的旋转期间，导电轨45不太会经受分层和/或破坏的风险，因此mems微反射镜1具有改善的可靠性。
86.这允许mems微反射镜的设计，其可移动结构20能够以高旋转角旋转，例如以绕旋转轴线a的高达
±
25
°
的角度，特别是
±9°
，而不存在导电轨45分层和/或破坏的风险。
87.mems微反射镜1可以由工作主体200(旨在形成裸片5)形成，例如绝缘体上硅(soi)晶片，如图3所示，包括由半导体材料制成(例如单晶硅)的第一层205(旨在形成第二衬底7)和同样由半导体材料(例如单晶硅)制成的结构层210(旨在形成第一衬底6)，这些层通过结合层215(例如由氧化硅制成)相互结合。
88.第一层205具有第一表面205a和第二表面205b以及例如650μm的厚度；结构层210具有第一表面210a和第二表面210b以及厚度，例如被包括在15μm到400μm之间，特别是65μm。
89.详细地，第一层205的第一表面205a结合到结构层210的第二表面210b。
90.随后，如图4所示，工作沟槽220形成在结构层210的第一部分217中。具体地，为要形成的每个微反射镜1提供一对第一部分217，一对第一部分217由结构层210的第二部分219彼此分隔开。详细地，在每个第一部分217中，形成一组工作沟槽220，其界定由半导体材料制成的多个对应的支柱223。工作沟槽220是例如通过使用光刻和选择性蚀刻步骤从结构层210的第一表面210a形成的。
91.例如，工作沟槽220各自都具有深度，深度被包括在例如5μm到20μm之间，并且每个
支柱223都被设置在距相邻支柱223的一段距离处，该距离被包括在例如0.1μm到5μm之间。
92.在图5中，外延层(例如具有厚度，被包括在1μm到10μm之间)通过外延生长步骤在结构层210的第一表面210a上生长(因此，这会增加厚度；为了简便起见，由此获得的变厚的外延层再次用210指示)。工作主体200的一个或多个退火步骤然后执行，例如在还原环境中，例如在氢气氛中、在高压下，例如高于1000℃。
93.如上所述，例如，在美国专利8,575,710号(欧洲专利1,577,656号)中，这两专利的内容均通过引用并入，一个或多个退火步骤导致半导体原子的迁移，在这里是硅，其倾向于移动到较低的能量位置。因此，也由于多个支柱223之间的近距离，多个支柱223的半导体原子完全迁移，形成第一工作腔体230，其旨在形成掩埋腔体30。第一工作腔体230由半导体层向上界定，该半导体层部分由外延生长的原子形成并且部分由迁移的原子形成，这形成封闭层225，其构成结构层的部分，在这里再次用210指示。
94.在设计步骤中，通过修改结构层210的第一表面210a上的工作沟槽220的深度和外延层的厚度和/或通过执行附加的外延生长，可以调整第一工作腔体230(以及掩埋腔体30)的高度和它们被埋在结构层210中的深度。
95.在该实施例中，如图7a中可见，第一工作腔体230沿第二轴线y具有宽度w3，大于图1的掩埋腔体30的宽度w1，以便促进掩埋腔体30的制造步骤。
96.然而，第一工作腔体230的宽度w3可以等于掩埋腔体30的宽度w1(即等于弹性元件25的宽度)。
97.随后，再次参照图5，一个或多个绝缘层(为了简便起见，被指示为图1中的绝缘层9)沉积在结构层210的第一表面210a上。
98.在该实施例中，第一绝缘层233a(例如由氧化硅制成)和第二绝缘层233b(例如由氮化硅制成)沉积在结构层210的第一表面210a上。
99.随后，如图6所示，导电层235的堆叠形成在第二绝缘层233b上。在这里，导电层235包括第一种子层241(例如由铜制成，用于提高连续导电层的附着力)以及第一金属层243a、第二金属层243b、第三金属层243c和第四金属层243d，例如分别由镍、金、镍和金制成。然后，如图7所示，导电层235的堆叠被成形，以形成接触焊盘40和导电轨45。
100.如图7a中可见，在俯视图(其中为了清晰可见，第一绝缘层233a和第二绝缘层233b被示出为透明的)中，导电轨45至少部分地在结构层210的成对的第一部分217上延伸；即导电轨45分别设置在对应的第一工作腔体230上方，在这里用虚线表示。
101.然后，如图8所示，形成致动结构35，并且执行选择性蚀刻以选择性地去除第一绝缘层233a和第二绝缘层233b，其中旨在形成反射区域27。因此，反射区域27直接形成在结构层210的第一表面210a上，例如通过沉积能够反射光束的一种或多种材料形成。
102.随后，如图9所示，第一掩模层240沉积在第一层205的第二表面205b上，并且被光刻成形，以形成第一开口245。
103.然后，如图10所示，从第一层205的第二表面205b去除第一层205和结合层215的部分，一直到结构层210的第二表面210b，形成第二工作腔体250。例如，一系列选择性蚀刻可以使用第一掩模层240来执行。
104.然后，如图11所示，第二掩模层沉积在工作主体200上并且被限定以形成掩模区域(在这里被示出为透明的)，掩模区域包围第二开口265。
105.第二开口265面向结构层210，位于与结构层210的第二部分219相邻的位置并且在导电轨45的一侧部分与第一部分217重叠。
106.具体地，掩模区域在导电轨45处沿第二轴线y具有宽度w1，以完全覆盖导电轨45，掩模区域并且具有比第一工作腔体230的宽度w3小的宽度。
107.然后，通过第二开口265，使用掩模区域来执行一系列选择性蚀刻，以去除第一绝缘层233a和第二绝缘层233b以及结构层210，一直到结构层210的第二表面210b；即，以与第二工作腔体250联通，从而形成贯通式腔体15。
108.以这种方式，第一工作腔体230与贯通式腔体15横向联通并且形成掩埋腔体30。
109.此外，结构层210的数对第一部分217和第二部分219的剩余部分分别形成弹性元件25和可移动结构20。
110.处理步骤如下，诸如例如使第一层205变薄，将工作主体200切成小块以及包装相应的裸片，以形成mems微反射镜1。
111.图12至图14示出了根据不同实施例的本mems器件。具体地，图12至图14示出了mems微反射镜100，具有与图1中所示的一种mems微反射镜1相似的一般结构；因此，共同的元件设置有相同的附图标记。
112.详细地，在这里，mems微反射镜100也形成在裸片5中，该裸片5包括：框架10，界定贯通式腔体15；以及可移动结构20，悬置在贯通式腔体15中并且通过两个弹性元件125耦合到框架10。mems微反射镜100还包括致动结构35、接触焊盘40和导电轨45。
113.弹性元件125形成在第一衬底135中，类似于mems微反射镜1的第一衬底6；绝缘层139(类似于图2的绝缘层9，因此由一个或多个绝缘层形成)在第一衬底135上延伸并且界定裸片5的第一表面5a。弹性元件125在这里也是棒状或杆状的，沿第二轴线y有宽度w1，并且通过对应的锚固端受限于框架10和可移动结构20。
114.同样，在这里，每个弹性元件125都包括第一部分125a和第二部分125b，但是这些部分是连续的，不是由腔体分隔开的。
115.在第一衬底135中一对沟槽145在每个导电轨45的一侧通过绝缘层139延伸第一衬底135的厚度的部分。
116.详细地，每个沟槽145都由第一衬底135的底壁150向下界定并且由对应的第一侧壁152a以及对应的第二侧壁152b横向界定。底壁150和侧壁152a、152b相互形成对应的拐角。
117.具体地，沟槽145的深度小于第一衬底135的厚度的一半。例如，沟槽145可以具有深度，被包括在1μm到10μm之间。
118.因此，沟槽145横向界定弹性元件125的第一部分125a，其因此具有比第二部分125b小的厚度。
119.在使用中，当可移动结构20被致动旋转时，弹性元件125中的机械应力在第一衬底135的表面部分更集中，该外围部分与在第一侧壁152a和底壁150之间的拐角以及在第二侧壁152b和底壁150之间存在的拐角相邻。事实上，沟槽145在弹性元件125中形成不连续区域。
120.与拐角相邻(因此在距导电层的堆叠一段距离处)的第一衬底135的表面部分中的应力集中由申请人所进行的模拟验证，在这里没有示出。
121.因此，应力被集中在有更大机械阻力的区域中，由于由半导体材料(诸如硅)制成的第一衬底135具有高应力耐性(高塑性变形阈值)。形成导电轨45(并且具有较低的塑性变形阈值)的金属层反而经受降低的应力值，例如低于200mpa，因此它们经受低于其塑性变形阈值的应力。
122.因此，即使在可移动结构20相对于旋转轴线a的高旋转角(例如高达
±
25
°
，特别是
±9°
)的情况下，导电轨45也有低分层和/或破坏风险。
123.mems微反射镜100可以由图3的工作主体200形成，类似于mems微反射镜1，除了没有形成掩埋腔体30，但是沟槽145在导电轨45的一侧形成，如下面简要描述的。
124.第一绝缘层233a和第二绝缘层233b、导电轨45、接触焊盘40、致动结构35、反射区域27以及贯通式腔体15类似于mems微反射镜1而被形成。
125.详细地，如图15所示，第一绝缘层233a和第二绝缘层233b沉积在结构层210的第一表面210a上，并且导电轨45如前面参考mems微反射镜1所描述的那样被形成。随后，沟槽145是通过选择性地去除结构层210、第一绝缘层233a和第二绝缘层233b的部分而形成的，这些部分沿第二轴线y与导电轨45相邻并且为了清晰起见用图15中的虚线标识。
126.然后，弹性元件125和可移动结构20被释放，如参照图11所描述的。
127.下文描述了本mems器件的附加实施例。
128.详细地，图16示出了mems微反射镜300，类似于mems微反射镜1、100，该mems微反射镜300形成在裸片5中，该裸片5包括：框架10，包围贯通式腔体15；以及可移动结构320，悬置在贯通式腔体15中并且通过弹性元件25固定到框架10，为了清晰起见，该弹性元件由图16中的虚线界定。
129.mems微反射镜300还包括接触焊盘40、导电轨45、致动结构35和反射区域27，类似于关于mems微反射镜1、100所描述的内容。
130.可移动结构320由平台325(形成在第一衬底6中)形成并且由一个或多个加强结构(在这里是两个加强结构330)形成。
131.在这里，加强结构330由第二衬底7的部分7a形成，该部分7a通过结合元件8的部分8a结合到平台325。加强结构330因此通过贯通式腔体15从平台325延伸。
132.mems微反射镜330包括沟槽340，分别在每个加强结构330的侧面从其底表面325a在平台325中一直延伸到对应的表面部分331。沟槽340具有比平台325的厚度小得多的深度，例如被包括在1μm到50μm之间。
133.在使用中，可移动结构320经受旋转，通常在高频率(例如数赫兹)下。这会在可移动结构320中生成机械应力，这往往会变形；另一方面，加强结构330反对这种变形，在加强结构330与平台325的结合区域中产生应力。
134.类似于已经针对mems微反射镜100所描述的内容，沟槽340表示第一衬底6中的不连续，这导致应力集中在第一衬底6内部，靠近沟槽340的底壁331。以这种方式，最高的应力值集中在离结合元件8的部分8a很远的地方，从而降低高应力导致部分8a破坏的风险，因此降低加强结构330脱离的风险。
135.很明显，mems微反射镜300可以以类似于已经关于mems微反射镜100的制造所描述的方式由图3的工作主体200制造。
136.最后，很明显，可以对mems器件1、100、300和本文中所描述和所示的其制造工艺进
行修改和变更，但不会因此偏离本公开的保护范围，如所附权利要求中所定义的。
137.例如，不同的所描述的实施例可以组合以提供附加解决方案。
138.例如，尽管在图1和图12中，弹性元件25、125具有恒定的宽度，但是根据具体应用所需的抗应力要求，它们也可能具有不同的形状，例如它们可能具有非恒定的宽度，或它们可能是狗骨状的或折叠的。
139.例如，mems微反射镜1、100可以被配置为还围绕第二旋转轴线旋转，该第二旋转轴线与第一旋转轴线a横向。
140.此外，mems微反射镜1、100、300可以包括对其操作有用的其他结构，例如检测结构，诸如压阻式传感器，特别是用于检测可移动结构20、320的旋转幅度，并且导电轨可以将接触焊盘电连接到这种其他结构。
141.本mems器件可以与微反射镜不同，例如它可以是温度传感器、压力传感器或微阀，包括可移动和/或可变形结构，悬置在贯通式腔体上并且在使用中经受高应力，以及其中掩埋腔体30或沟槽145、340允许应力集中在更耐应力的区域中，如上所述。
142.例如，掩埋腔体30可以通过沉积牺牲层(例如氧化硅)而被形成，然后在该牺牲层上沉积半导体材料(例如硅)，然后该半导体材料可以被去除以形成腔体。
143.代替沟槽340，类似于参考mems微反射镜1所描述的掩埋腔体30，mems微反射镜300可以包括掩埋腔体，设置在可移动平台325中并且面向加强结构330。

技术特征：

1.一种mems器件，包括：半导体材料主体，限定支撑结构；其中贯通式腔体被限定在所述半导体材料主体中，并且由所述支撑结构包围；可移动结构，被悬置在所述贯通式腔体中；弹性结构，在所述支撑结构与所述可移动结构之间在所述贯通式腔体中延伸，所述弹性结构包括第一部分和第二部分，并且经受机械应力；以及金属区域，在所述弹性结构的所述第一部分上延伸；其中所述弹性结构具有被限定在其中的掩埋腔体；以及其中所述掩埋腔体在所述弹性结构的所述第一部分与所述第二部分之间延伸。2.根据权利要求1所述的器件，其中所述弹性结构的所述第一部分具有比所述弹性结构的所述第二部分小的厚度。3.根据权利要求2所述的器件，其中所述弹性结构的所述第一部分具有被包括在1μm到10μm之间的厚度；以及其中所述弹性结构的所述第二部分具有被包括在10μm到400μm之间的厚度。4.根据权利要求1所述的器件，其中所述掩埋腔体的高度被包括在所述弹性结构的厚度的五十分之一到五分之一之间。5.根据权利要求1所述的器件，其中所述弹性结构沿第一方向具有长度，并且所述掩埋腔体沿所述第一方向延伸所述弹性结构的全部长度。6.根据权利要求1所述的器件，其中所述掩埋腔体还在所述可移动结构内部分地延伸，并且在所述支撑结构内部分地延伸。7.根据权利要求1所述的器件，其中所述掩埋腔体沿第二方向具有宽度，所述掩埋腔体的宽度等于所述弹性结构的宽度。8.根据权利要求1所述的器件，其中所述金属区域沿第二方向具有宽度，所述金属区域的宽度小于所述掩埋腔体的宽度。9.根据权利要求1所述的器件，其中所述器件被配置为限定微反射镜；并且所述器件还包括反射区域，所述反射区域在相对于所述贯通式腔体的相对侧被布置在所述可移动结构上。10.一种由半导体材料的工作主体制造mems器件的工艺，所述工艺包括：在所述工作主体中形成掩埋腔体；在所述工作主体中形成贯通式腔体，所述贯通式腔体限定包围所述贯通式腔体的支撑结构；形成可移动结构，所述可移动结构被悬置在所述贯通式腔体中；形成弹性结构，所述弹性结构在所述支撑结构与所述可移动结构之间在所述贯通式腔体中延伸，其中所述掩埋腔体被形成为在所述弹性结构处延伸，并且将所述弹性结构的第一部分与第二部分彼此分隔开；以及在所述弹性结构的所述第一部分上形成金属区域。11.根据权利要求10所述的工艺，其中形成所述掩埋腔体包括：从所述工作主体的第一表面挖掘多个沟槽，所述多个沟槽界定半导体支柱；在所述工作主体的所述第一表面上生长外延层；
退火所述工作主体，从而导致所述半导体原子从所述半导体支柱迁移到所述外延层；形成所述掩埋腔体；以及形成封闭层。12.根据权利要求11所述的工艺，其中所述沟槽具有被包括在5μm到20μm之间的深度；以及其中每个半导体支柱与相邻半导体支柱相距被包括在0.1μm到5μm之间的距离。13.根据权利要求10所述的工艺，其中形成金属区域包括：在所述工作主体的第一表面上形成至少一个金属层，所述至少一个金属层在所述掩埋腔体之上延伸，并且所述至少一个金属层具有比所述掩埋腔体的宽度小的宽度。14.根据权利要求10所述的工艺，其中所述工作主体由第一半导体材料的结构层以及第二半导体材料的工作衬底形成，所述结构层由所述工作主体的第一表面以及结合表面界定，所述结合表面与所述工作主体的所述第一表面相对，所述工作衬底被结合到所述结构层的所述结合表面，并且由所述工作主体的第二表面界定，所述第二表面与所述第一表面相对；以及其中形成贯通式腔体包括：选择性地从所述工作主体的所述第二表面去除所述工作衬底直到所述结构层的所述结合表面，以形成底部腔体；以及选择性地从所述工作主体的所述第一表面去除所述结构层直到所述结构层的所述结合表面。15.根据权利要求14所述的工艺，其中选择性地去除所述结构层包括：在所述工作主体的所述第一表面上形成掩模区域，所述掩模区域限定成形部分，所述成形部分在所述掩埋腔体上具有比所述掩埋腔体小的宽度；以及使用所述掩模区域蚀刻所述工作主体，其中所述成形部分限定所述弹性结构。16.一种mems器件，包括：半导体材料主体，限定支撑结构；其中贯通式腔体被限定在所述半导体材料主体中，并且由所述支撑结构包围；可移动结构，被悬置在所述贯通式腔体中，并且通过多个弹性元件耦合到所述支撑结构，所述多个弹性元件被形成在所述半导体材料主体中；弹性结构，在所述支撑结构与所述可移动结构之间在所述贯通式腔体中延伸，所述弹性结构包括第一部分和第二部分，并且经受机械应力；金属区域，在所述弹性结构的所述第一部分上延伸；以及至少一个绝缘层，被设置在所述半导体材料主体上；其中所述至少一个绝缘层具有在其中限定的一对沟槽，所述一对沟槽穿过所述至少一个绝缘层延伸到所述半导体材料主体的厚度的至少一部分中，所述一对沟槽在所述金属区域的相对侧延伸。17.根据权利要求16所述的mems器件，其中每个沟槽的深度都小于所述半导体材料主体的厚度的一半。18.根据权利要求17所述的mems器件，其中每个沟槽的所述深度都在1μm到10μm之间。19.根据权利要求16所述的mems器件，其中所述一对沟槽横向界定所述弹性结构的所述第一部分。
20.根据权利要求19所述的mems器件，其中所述弹性结构的所述第一部分具有比所述弹性结构的所述第二部分小的厚度。21.一种mems器件，包括：半导体材料主体，限定支撑结构；其中贯通式腔体被限定在所述半导体材料主体中，并且由所述支撑结构包围；可移动结构，被悬置在所述贯通式腔体中，并且通过多个弹性元件耦合到所述支撑结构，所述多个弹性元件被形成在所述半导体材料主体中；弹性结构，在所述支撑结构与所述可移动结构之间在所述贯通式腔体中延伸，所述弹性结构包括第一部分和第二部分并且经受机械应力；金属区域，在所述弹性结构的所述第一部分上延伸；以及至少一个绝缘层，被设置在所述半导体材料主体上；其中所述可移动结构由所述半导体材料主体内的平台形成，所述平台由加强结构承载，所述加强结构被形成在额外的衬底内。22.根据权利要求21所述的mems器件，其中所述加强结构通过结合元件被结合到所述平台。23.根据权利要求21所述的mems器件，其中所述加强结构从所述平台延伸穿过所述贯通式腔体。24.根据权利要求21所述的mems器件，其中所述平台具有在其中限定的沟槽，所述沟槽从所述平台的底表面延伸直到所述加强结构的侧面上的表面部分。25.根据权利要求24所述的mems器件，其中所述沟槽具有比所述平台的厚度小的深度。26.根据权利要求25所述的mems器件，其中所述沟槽的所述深度在1μm到50μm之间。

技术总结

本公开的实施例涉及具有改善的应力分布的MEMS器件以及其制造工艺。MEMS器件由半导体材料主体形成，所述半导体材料主体限定支撑结构。所述半导体材料主体中的贯通式腔体由所述支撑结构包围。可移动结构被悬置在所述贯通式腔体中。弹性结构在所述支撑结构与所述可移动结构之间的所述贯通式腔体中延伸。所述弹性结构具有第一部分和第二部分并且在使用中经受机械应力。所述MEMS器件还由金属区域形成，所述金属区域在所述弹性结构的所述第一部分上延伸，并且由所述弹性结构中的掩埋腔体形成。所述掩埋腔体在所述弹性结构的所述第一部分与所述第二部分之间延伸。与所述第二部分之间延伸。与所述第二部分之间延伸。