具有弯曲接触表面的质量块定位结构专利检索- 微观结构技术专利检索查询-专利查询网

具有弯曲接触表面的质量块定位结构
申请号	CN201280060813.9	申请日	2012-11-09	公开(公告)号	CN104145185B	公开(公告)日	2017-07-11
申请人	罗伯特·博世有限公司; G·奥布赖恩;			发明人	G·奥布赖恩;
摘要	微机电系统 (MEMS)包括衬底、位于衬底表面上方位置的第一曲面和沿着平行于衬底的表面的第一轴线与第一曲面大致相对的第二曲面，其中所述第一曲面能够沿着第一轴线在朝向第二曲面的方向上移动。
权利要求	1.一种MEMS，所述MEMS包括：衬底；质量块，包括具有凹陷的第一随动件，所述凹陷包括第一曲面，所述第一曲面定位在衬底表面上方并且能够在平行于所述衬底表面的平面内移动，所述平面包括x轴和垂直于x轴的y轴；和第一行进挡块，包括第一颈部和限定第二曲面的第一头部，所述第二曲面沿着所述x轴与第一曲面大致相对，其中所述第一曲面、第一颈部和第一头部被构造以使得所述质量块仅仅沿着所述y轴的最大位移在所述第一颈部和所述凹陷的口之间产生点接触，并且所述质量块仅仅沿着所述x轴的最大位移在所述第一头部的顶点和第一曲面的顶点之间产生点接触，其中所述第一曲面和所述第二曲面中的一个是凸面；所述第一曲面和所述第二曲面中的另一个是凹面；以及所述凹面从口到定位在与x轴平行的第一轴线上的顶点朝向第一轴线弯曲。 2.根据权利要求1所述的MEMS，其中：所述质量块沿着所述x轴的移动被限制到第一距离；所述凹面具有从凹面的所述口到凹面的所述顶点的第二距离；和所述第一距离的长度小于所述第二距离的长度。 3.根据权利要求1所述的MEMS，其中：所述质量块还包括具有第三曲面的第二随动件，所述第三曲面定位在衬底表面上方；和所述MEMS还包括第二行进挡块，所述第二行进挡块包括第二颈部和第二头部，所述第二头部限定第四曲面，所述第四曲面沿着所述y轴与第三曲面大致相对。 4.根据权利要求3所述的MEMS，其中：所述质量块还包括具有第五曲面的第三随动件，所述第五曲面定位在衬底表面上方；和所述MEMS还包括第三行进挡块，所述第三行进挡块包括第三颈部和第三头部，所述第三头部限定第六曲面，所述第六曲面沿着所述x轴与第五曲面大致相对。 5.一种用于MEMS的加速计，其包括：衬底；质量块，其位于衬底表面上方的位置并且具有位于质量块第一侧的第一曲面，平行于所述衬底表面的平面包括x轴；和第一行进挡块，其具有与第一曲面大致相对的第二曲面，其中所述第一曲面能够朝向第二曲面的方向移动，所述第一曲面和第二曲面中的一个是凸面，所述第一曲面和第二曲面中的另一个是凹面，所述凹面从口到定位在与x轴平行的第一轴线上的顶点朝向第一轴线弯曲，以及所述第一行进挡块和质量块被构造以使得在所述第一行进挡块和质量块之间的任何接触要求在单个点处或者与所述第一曲面接触或者与所述第二曲面接触，所述单个点与所述第一曲面和第二曲面都相切。 6.根据权利要求5所述的加速计，其中所述第一曲面和第二曲面中的凸面在大致平行于所述衬底表面的平面内是凸的。 7.根据权利要求6所述的加速计，其中所述第二曲面在大致平行于所述衬底表面的平面内是凸面。 8.根据权利要求6所述的加速计，其中所述第二曲面从第一行进挡块的颈部延伸。 9.根据权利要求6所述的加速计，其中：所述质量块具有沿着平行于衬底表面的第一轴线的跨度，质量块被允许在该跨度内移动；所述第二曲面定位成沿着第一轴线与第一曲面大致相对；和凸的曲面的至少一部分贯穿所述跨度被定位在凹的曲面的口内。 10.根据权利要求5所述的加速计，其还包括：具有第三曲面的质量块的第二侧；和具有与第三曲面大致相对的第四曲面的第二行进挡块，其中所述质量块能够沿着第二轴线在朝向第四曲面的方向上移动，以及所述第二行进挡块和质量块被构造以使得在所述第二行进挡块和质量块之间的任何接触要求单个点接触。 11.根据权利要求10所述的加速计，其中所述第一侧与所述第二侧相邻。 12.一种形成用于MEMS的加速计的方法，所述方法包括：形成衬底；在衬底表面上方的位置形成具有第一随动件的质量块，所述第一随动件在质量块的第一侧具有包括第一曲面的凹陷，所述质量块能够在平行于所述衬底表面的平面内移动，所述平面包括x轴和垂直于x轴的y轴；形成第一行进挡块，其相对于衬底固定到位并且包括第一颈部和第一头部，所述第一头部限定沿着所述x轴与第一曲面大致相对的第二曲面，其中所述第一曲面、第一颈部和第一头部被构造以使得所述质量块仅仅沿着所述y轴的最大位移在所述第一颈部和所述凹陷的口之间产生点接触，并且所述质量块仅仅沿着所述x轴的最大位移在所述第一头部的顶点和第一曲面的顶点之间产生点接触，其中所述第一曲面和所述第二曲面中的一个是凸面；所述第一曲面和所述第二曲面中的另一个是凹面；以及所述凹面从口到定位在与x轴平行的第一轴线上的顶点朝向第一轴线弯曲。 13.根据权利要求12所述的方法，其中形成质量块包括：形成所述第一曲面以具有所述凹面，所述凹面具有第一曲率半径。 14.根据权利要求13所述的方法，其中形成所述第一行进挡块包括：形成所述第二曲面以具有所述凸面，所述凸面具有第二曲率半径，并且所述第一曲率半径大于所述第二曲率半径。 15.根据权利要求14所述的方法，其中形成所述第一行进挡块还包括：在面向所述第一曲面的壁上形成突起；和在所述突起内形成所述第二曲面。 16.根据权利要求12所述的方法，其还包括：在质量块的第二侧上形成具有第三曲面的第二随动件；和形成第二行进挡块，其相对于衬底固定到位并且包括与第三曲面大致相对的第四曲面。 17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一侧与所述第二侧相邻。
说明书全文	具有弯曲接触表面的质量块定位结构 [0001] 本申请要求2011年11月9日提交的美国临时申请号61/557,767的权益，其整个内容在本文中通过参考合并。技术领域 [0002] 本发明涉及半导体器件，并且更具体地涉及包含传感器的半导体器件。背景技术 [0003] 在本文中称为“MEMS”或者“MEMS器件”的微机电系统使用微型装配技术将电气和机械部件集成在相同的硅衬底上。电气部件使用集成电路方法装配，而机械部件使用与集成电路方法相兼容的微型加工方法装配。这个结合使得使用标准制造方法在硅衬底上装配整个机电系统成为可能。 [0004] MEMS器件的常见应用是传感器的设计和制造。由于MEMS所表现的敏感度、空间和时间分辨率和较低的电力需求，这些传感器已证实在各种应用中是有效的解决方案。因此，MEMS传感器(比如惯性传感器、陀螺仪和压力传感器)已经被研发在各种广泛的应用中使用。 [0005] MEMS惯性传感器对于测量静态和动态加速度都是有用的。特别地，MEMS惯性传感器可以用于感测器件的方位和位置。一种类型的MEMS惯性传感器包括由弹簧支撑在衬底固定架上方的质量块。衬底固定架限定腔，质量块可移动地定位在所述腔内。弹簧将质量块定位在腔内的中性位置。当衬底固定架加速时，质量块相对于衬底固定架从中性位置移动，但是仍然在腔内。响应于衬底固定架的加速度，在众多因素中，弹簧的弹簧常数确定由质量块展现的运动量。质量块在腔内的行进跨距称为位移范围。电气引线可以连接到衬底固定架和质量块。衬底固定架的加速度能够通过测量衬底固定架和质量块之间的电容而感测。 [0006] 一些已知的MEMS惯性传感器合并一个或者多个定位结构以便限制并限定质量块在腔内的位移范围。如果传感器受到超过阈值力的力，质量块可以移动到最大位移的位置。即使质量块已经移动到最大位移的位置，定位结构确保质量块保持合适地定位在腔内。而且，定位结构防止质量块移动到使弹簧折断、断裂或以其他方式破坏的位置。 [0007] 在过去，定位结构是用衬底固定架上的平的表面和质量块上相应的平的表面来实现。当质量块移动到最大位移的位置时，这些平的表面彼此接触。尽管具有平的表面的定位结构有效地限制并限定质量块的最大位移，但静摩擦力可能由于平的表面之间的接触而出现。 [0008] 如本文中所使用的，词语“静摩擦力”指的是将与第二物体物理接触的第一物体移动必须克服的力。通常，静摩擦力关于第一和第二物体之间的接触区域的表面积而增加。随着静摩擦力施加到具有带平的接触表面的定位结构的MEMS，静摩擦力可以由于大的外部物理冲击比如跌落试验、弹簧-质量共振频率激励等而出现。如G.J.O’Brian,D.J.Monk和L.lin，美国机械工程学会MEMS，第一卷，275-280页(1999)“通过电容-电压(C-V)曲线静电激励/锁存的静摩擦力研究”报道的，MEMS惯性传感器的静电自检测试激励也是可能导致静摩擦力的事件。 [0009] 静摩擦力可能导致MEMS惯性传感器产生错误的测量值或者变得无法操作。特别地，一些导致静摩擦力的事件可能导致质量块永久地粘附到衬底固定架上，从而导致MEMS终止感测加速度。其他的导致静摩擦力的事件可以导致质量块暂时粘附到衬底固定架，这可以导致MEMS不准确地感测加速度。因此，质量块由于静摩擦力暂时和永久的粘附到衬底固定架可能导致MEMS惯性传感器产生错误的测量值。 [0010] 因此，MEMS惯性传感器在衬底固定架和质量块之间受到较小的静摩擦力是有利的。发明内容 [0011] 在一个实施例中，微机电系统(MEMS)包括衬底、位于衬底的表面上方位置的第一曲面以及沿着平行于衬底表面的第一轴线与第一曲面大致相对的第二曲面，其中第一曲面可以沿着第一轴线以朝向第二曲面的方向移动。 [0012] 根据另一实施例，用于微机电系统(MEMS)的加速计包括衬底、在衬底表面上方位置并且具有位于质量块第一侧的第一曲面的质量块，以及行进挡块，其具有与第一曲面大致相对的第二曲面，其中第一曲面可以沿朝向第二曲面的方向移动。 [0013] 根据另一实施例，一种形成用于微机电系统(MEMS)的加速计的方法包括：形成衬底；在衬底表面上方的位置形成质量块，其具有位于质量块的第一侧的第一曲面；以及形成第一行进挡块，其相对于衬底固定到位置，并且所述第一行进挡块包括与第一曲面大致相对的第二曲面，其中质量块可以沿朝向第一行进挡块的方向移动。附图说明 [0014] 从下面的参照附图的描述，本文所公开的器件的特征将对于本领域技术人员来说变得明显，在附图中： [0015] 图1描绘具有质量块定位结构的微机电系统(“MEMS”)的透视图，所述质量块定位结构包括质量块上的凹随动件和固定架上的凸行进挡块； [0016] 图2描绘沿着图1的线2-2的MEMS的横截面图； [0017] 图3描绘图1的MEMS的俯视图； [0018] 图4描绘图1的MEMS的定位结构的局部俯视图，其中质量块处于中性位置； [0019] 图5描绘图1的MEMS的定位结构的局部俯视图，其中质量块处于沿x轴的最大负向位移位置； [0020] 图6描绘图1的MEMS的定位结构的局部俯视图，其中质量块处于沿y轴的最大负向位移位置； [0021] 图7描绘具有质量块定位结构的MEMS的实施例的俯视图，所述质量块定位结构包括质量块上的凹随动件和固定架上的凸行进挡块； [0022] 图8描绘具有质量块定位结构的MEMS的实施例的俯视图，所述质量块定位结构包括固定架上的凹随动件和质量块上的凸行进挡块； [0023] 图9描绘具有质量块定位结构的MEMS的实施例的俯视图，所述质量块定位结构包括质量块上的矩形随动件和固定架上的凸行进挡块； [0024] 图10描绘用于形成具有质量块定位结构的MEMS的掩膜的俯视图，所述质量块定位结构包括由亚微米间隙隔开的第一元件和第二元件； [0025] 图11描绘形成有图10的掩膜的MEMS的俯视图； [0026] 图12描绘用于形成具有质量块定位结构的MEMS的掩膜的俯视图，所述质量块定位结构包括由亚微米间隙隔开的第一元件和第二元件； [0027] 图13描绘形成有图12的掩膜的MEMS的俯视图； [0028] 图14描绘MEMS隧穿尖端加速计的示意性视图；和 [0029] 图15描绘用于形成图14的隧穿尖端加速器的第一和第二尖端的掩膜的局部俯视图。具体实施方式 [0030] 为了促进理解本文中所描述的器件和方法的原理的目的，现在将参照附图中示出并且在下面的书面说明书中描述的实施例。应理解，并不旨在由此限制器件和方法的范围。进一步应理解，器件和方法包括示出的实施例的任何变体和改进，并且包括如属于该器件和方法领域的技术人员通常想到的器件和方法的原理的进一步应用。 [0031] 图1描绘微机电系统(“MEMS”)100的示例性实施例。MEMS100配置为感测加速度。特别地，当MEMS100在具有沿z轴分量的方向加速时，MEMS100产生与加速度有关的电输出。 [0032] MEMS100包括衬底108、壁112和质量块116。衬底108限定大致正交于(即，垂直于)z轴的x-y平面内的表面120。壁112连接到衬底108并且在表面120上方沿着z轴延伸。壁112可以由与衬底108相同的材料形成，并且，在一些实施例中，壁112可以与衬底108成为一体。可替代地，壁112可以是不同于衬底108的材料，其沉积在表面120上并且结合到衬底108。如图1所示，壁112作为单一的材料部分围绕质量块116形成；然而，壁112还可以作为由一个或多个空间间隔开的材料部分围绕质量块116形成。壁112和表面120限定腔124。腔124具有沿y轴的长度、沿x轴的宽度和沿z轴的深度。 [0033] 质量块116定位在腔124内以便响应于MEMS100在具有沿z轴分量的方向加速而相对于衬底108移动。质量块116可以由不同于衬底108的材料形成。如下面所描述的，弹簧126(图2)使质量块116悬在衬底108上方。质量块116具有沿着y轴的长度、沿着x轴的宽度和沿着z轴的高度。质量块116的长度和宽度小于腔124的长度和高度以便允许质量块116在腔124内沿着x轴、y轴和z轴移动。 [0034] 参照图2和图3更加详细地描述MEMS100。如图2的横截面图所示出的，MEMS100包括弹簧126和保持元件128。弹簧126使质量块116在中性位置悬在表面120上方。在图1-图4中，质量块116被示出在中性位置。弹簧126的弹簧常数与响应于MEMS100的加速度由质量块116显示的位移的程度有关。特别地，具有低振幅弹簧常数弹簧的MEMS100可以具有低于具有较高振幅弹簧常数弹簧126的MEMS100的加速度阈值。如本文中所使用的，“加速度阈值”指的是MEMS100配置为感测的最小加速度。当MEMS100终止加速时以及当MEMS100的加速度降到低于加速度阈值时，弹簧126使质量块116返回到中性位置。保持元件128(在图1和图3中未示出)形成腔124的上边界并且大致平行于表面120。保持元件128防止质量块116由于MEMS100在具有沿着负z轴方向分量的方向加速而离开腔124。 [0035] MEMS100包括定位结构132以便限制质量块116相对于衬底108沿着x轴和y轴方向的移动。定位结构132包括行进挡块134和随动件136。如图1和图3所示，随动件136在质量块116上形成并且行进挡块134在壁112上形成；然而，在其他实施例中，随动件136在壁112上形成并且行进挡块134在质量块116上形成。在每个实施例中，当质量块116移动到沿着x轴和/或y轴的最大位移位置时，随动件136接触行进挡块134。 [0036] 定位结构132参照图4-图6进一步详细描述。随动件136包括凹陷138和口140。凹陷138限定具有半径142的曲面。凹陷138的曲面定位在衬底108的表面120上方并且在x-y平面内大致是凹面。口140限定凹陷138的外边缘。口140具有从凹陷138的下边缘延伸到凹陷138的上边缘的长度150。行进挡块134包括具有头部146和颈部147的柱144。头部146连接到颈部147的端部。头部146限定曲面，其在x-y平面内大致是凸面。头部146的曲面具有半径148。半径142和半径148是不相等的，特别地，半径142大于半径148。 [0037] 如图4所示，当质量块116在中性位置时，行进挡块134定位在凹陷138内。如图5所示，当质量块116被移动到沿着x轴的最大位移点时，头部146的顶点151接触凹陷138的顶点152。如本文所使用的，词语“顶点”指的是凹陷138的最深点和头部146的最高点。由于半径 142大于半径148，顶点151和顶点152之间的接触是点接触。当质量块116移动到沿着y轴的最大位移点时，如图6所示，颈部147以点接触接触口140。当质量块116移动到沿着x轴的最大位移点和沿着y轴的最大位移点之间的位置时，头部146在顶点152与口140之间以点接触接触凹陷138。 [0038] 定位结构132将质量块116沿着x轴和y轴的运动限制到固定的距离。具体地，MEMS100左侧和右侧的定位结构132将质量块116沿y轴的运动限制到距离154(图6)。特别地，距离154等于长度150减去颈部147的厚度156。而且，MEMS100左侧和右侧的定位结构132将质量块116沿x轴的运动限制到距离160。具体地，当质量块116在中性位置时，间隙162使头部146与凹陷138分离。距离160等于间隙162的长度的两倍。MEMS100的上侧和下侧的定位结构132将质量块116沿x轴的运动限制到距离154并将质量块116沿y轴的运动限制到距离160。 [0039] MEMS100可以形成有减少数量的定位结构132。再次参照图3，MEMS100左侧的定位结构132解决负x轴方向和正负y轴方向的超行程，而MEMS100右侧的定位结构132解决正x轴方向和正负y轴方向的超行程。因此，MEMS100可以用MEMS100左侧的一个定位结构132和MEMS100右侧的一个定位结构132来解决质量块116在x-y平面内的每个方向的超行程。而且，MEMS100的顶侧的定位结构132解决正负x轴方向和正y轴方向的超行程，而MEMS100的底侧的定位结构132解决正负x轴方向和负y轴方向的超行程。因此，MEMS100也可以用MEMS100顶侧的一个定位结构132和MEMS100底侧的一个定位结构132来解决质量块116在x-y平面内的每个方向的超行程。 [0040] 因为具有小于第二曲面半径的第一曲面必定在与两个曲面都相切的单个点与第二曲面接触，定位结构132配置为减小行进挡块134与随动件136之间的静摩擦力。特别地，如图5所示，当质量块116已经移动到沿x轴的最大负位移位置时，头部146的顶点151接触凹陷138的顶点152。相似地，如图6所示，当质量块116已经移动到沿y轴的最大正位移位置时，头部146接触口140。为了满足相切点接触区域，半径142和半径148是不相等的。与已知的平的行进挡块相比，接触区域的减小表面积减小随动件136与行进挡块134之间的静摩擦力。因此，MEMS100具有减小的静摩擦力阈值，并且，因此可以配置为测量非常小的加速度。 [0041] 现在参照图7，MEMS200的另一实施例被示出。MEMS200包括衬底204、壁208和质量块212。衬底204限定x-y平面内的表面216，其大致正交于(即，垂直于)z轴。壁208连接到衬底204并且沿z轴在表面216上方延伸。壁208和表面216限定腔220，其具有沿着y轴的长度、沿着x轴的宽度和沿着z轴的深度。质量块212定位在腔220内以便响应于MEMS200在具有沿着z轴分量的方向加速而相对于衬底204移动。 [0042] MEMS200包括定位结构224以便限制质量块212相对于衬底204在沿着x轴和y轴的方向的运动。特别地，与MEMS100相比，MEMS200包括四个附加的定位结构224。附加的定位结构224减小在外部物理冲击(比如但不局限于跌落试验)、静电自测试致动、弹簧-质量共振频率激励期间施加到任何一个定位结构224上的力。 [0043] MEMS300的另一实施例在图8中示出。MEMS300包括衬底304、壁308和质量块312。衬底304限定x-y平面内的表面316，其大致正交于(即，垂直于)z轴。壁308连接到衬底304并且在表面316上方沿着z轴延伸。壁308和表面316限定腔320，其具有沿着y轴的长度、沿着x轴的宽度和沿着z轴的深度。质量块312定位在腔320内以便响应于MEMS300沿着具有z轴分量的方向加速而相对于衬底304移动。 [0044] MEMS300包括定位结构324以便限制质量块312相对于衬底304在沿着x轴和y轴方向的移动。定位结构324包括随动件328和柱332。随动件328中的一些在壁308上形成，并且随动件328中的一些在质量块312上形成。相似地，柱332中的一些在壁308上形成，并且柱332中的一些在质量块312上形成。MEMS300具有如参照MEMS100所描述的相同的静摩擦力阈值减小的优点。 [0045] 参照图9，MEMS400的另一实施例被示出。MEMS400包括衬底404、壁408和质量块412。衬底404限定x-y平面内的表面416，其大致正交于(即，垂直于)z轴。壁408连接到衬底 404并且在表面416的上方沿着z轴延伸。壁408和表面416限定腔420，其具有沿着y轴的长度、沿着x轴的宽度和沿着z轴的深度。质量块412定位在腔420内以便响应于MEMS400在具有沿着z轴分量的方向加速而相对于衬底404移动。 [0046] MEMS400包括定位结构424以便限制质量块412相对于衬底404在沿着x轴和y轴方向的运动。定位结构424包括随动件428和行进挡块432。行进挡块432包括具有曲面的头部436。随动件428包括矩形区域440而不是凹陷138。定位结构424限制质量块412在沿着x轴和y轴方向的超行程。额外地，当质量块412已经移动到最大位移位置时，定位结构424减小壁 408和质量块412之间的接触面积。例如，当质量块412已经移动到沿着x轴的最大位移位置时，头部436的顶点接触矩形区域440的单个点。然而，当质量块412已经移动到沿着x轴和y轴的最大位移位置时，头部336在离散的接触点接触矩形区域440。因此，与已知的平的定位结构相比，静摩擦力阈值减小。在另一实施例(未示出)中，行进挡块432在质量块412上而具有矩形区域440的随动件428在壁408上。 [0047] MEMS100可以根据下面的方法形成。首先，形成衬底108。在一个实施例中，衬底108在硅晶片上形成。然后，表面120在衬底108上刻蚀，或者以其他方式微加工。本文中所使用的词语“刻蚀”包括湿化学刻蚀、汽相刻蚀和干刻蚀以及其他形式的刻蚀和微加工。虽然表面120示出为与衬底108的剩余部分在相同的x-y平面内，表面120还可以在井内在衬底108的剩余部分下面形成。 [0048] 然后，形成弹簧126的材料沉积在表面120上。氧化物的牺牲层可以围绕弹簧126在表面120上形成。此后，形成壁112和质量块116的材料沉积在表面120上，以使得形成质量块116的材料沉积在牺牲层上并且悬在表面120上方。形成质量块116的材料结合到弹簧126。形成壁112的材料结合到表面120。然后，掩膜沉积在材料上方。掩膜至少轮廓出并且限定壁 112、质量块116和定位结构132。 [0049] 接着，不受掩膜阻碍的材料被刻蚀以便形成壁112、质量块116和定位结构132。额外地，如果存在一个牺牲层，牺牲层也被刻蚀以便将质量块116与表面120分离以便允许弹簧将质量块116支撑在中性位置。该方法还可以包括，形成保持元件128以便将质量块116密封在腔124内。而且，第一电引线可以连接到表面120，并且第二电引线可以连接到质量块116。在一些实施例中，弹簧126可以用作第二电引线。 [0050] 在操作中，MEMS100感测具有沿z轴分量的方向的加速度。在一个实施例中，加速度通过用连接到第一和第二电引线的电容测量器件测量表面120与质量块116之间的电容而感测。特别地，质量块116被示出在与表面120轻微分离的中性位置，其导致质量块116与表面120之间的电容。如果MEMS100要沿着z轴向下加速，质量块116将相对于表面120向上移动。质量块116和表面120之间测量的电容随着质量块116和表面120之间的距离增加而减小。电容的改变与MEMS100的加速度有关。 [0051] 图10示出用于形成MEMS的示例的掩膜500。掩膜500配置为形成图11的MEMS502。图11的MEMS502包括衬底530、壁534和质量块538。衬底530限定x-y平面内的表面542，其大致正交于(即，垂直于)z轴。壁534连接到衬底530并且在表面542上方沿z轴延伸。壁534和表面 542限定腔546，其具有沿着y轴的长度、沿着x轴的宽度和沿着z轴的深度。质量块538定位在腔546内以便响应于MEMS502在具有沿着z轴分量的方向加速而相对于衬底530移动。 MEMS502包括多个定位结构550，每个定位结构具有壁元件554和质量块元件558。 [0052] 掩膜500(图10)使用横向硅蚀刻方法以便形成壁元件554和质量块元件558之间的亚微米间隙562(图11)。如图10所示，掩膜500配置为形成许多类型的定位结构550。特别地，掩膜500包括壁元件掩膜部分560和质量块元件掩膜部分564。部分560和部分564在点568处桥接到一起以使得部分560接触部分564。然而，在横向硅蚀刻过程期间，在部分560、564下面和点568下面延伸的某些材料被蚀刻，从而形成壁元件554和质量块元件558并且将壁元件554与质量块元件558分离。在部分560、564下面和点568下面发生的横向蚀刻的程度由点568的面积控制，如所示由图11的亚微米间隙562控制。亚微米间隙562从最小(顶部)到最大(底部)布置。图12的掩膜600也被配置为利用横向硅蚀刻方法形成MEMS604(图13)。掩膜600包括定位结构掩膜部分608，其产生如图13的MEMS604的定位结构612所示的各种宽度的亚微米间隙616。亚微米间隙616从最小(顶部)到最大(底部)布置。 [0053] 横向硅蚀刻可以用于形成如图14所示的MEMS隧穿尖端加速计700。隧穿尖端部加速计在包括C.H.Liu和T.W.Kenny,“高精度、宽带宽微加工隧穿加速计”，微机电系统期刊，第十卷，3号，425-433页(2001)以及P.G.Hartwell,F.M.Bertsch,K.L.Turner,和N.C.MacDonald“,单个掩膜横向隧穿加速计”，微机电系统会议(1998)的文献中讨论。在图14的加速计700中，质量块704由弹簧708支撑。加速计700包括x-y平面内的第一凸面，其被称为尖端712，以及x-y平面内的第二凸面，其被称为尖端716。隧穿电流从尖端712流到尖端 716。隧穿电流在焊盘720和724之间测量。静电力反馈施加到焊盘728和732上以便维持隧穿尖端间隙736并且也确保用于宽范围的外部加速输入激励幅值的隧穿电流稳定。加速计700的场浓度在如图14所示的尖端位置最大。在一些实施例中，局部热氧化可以施加到尖端 712、716。 [0054] 加速计700的尖端712、716由下面的方法形成。首先，图15的掩膜部分750施加到沉积在衬底上的半导体材料区域的上方。掩膜部分750包括桥接到一起的尖端掩膜754、758。然后，横向蚀刻方法将在掩膜部分750下面延伸的半导体材料的一部分去除。特别地，在横向蚀刻方法之后，即使尖端掩膜754、758桥接到一起，亚微米间隙736也在尖端712、716之间形成。 [0055] 本文中所描述的器件和方法已经在附图和前面的描述中详细示出和描述，其被认为是示例性的并且本质上不受限制。应理解，仅仅已呈现优选的实施例，并且期望保护在本文中所描述的器件和方法的精神范围内的所有的改变、变体和进一步的应用。

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