[0002] 本申请要求2013年8月30日提交的美国临时
专利第61/871,957号申请的权益。
背景技术
[0003] 在二十世纪六十年代，
微电子学领域中的从业者首先开发了用于使用一系列步骤制造微小机械结构的技术，该一系列步骤涉及将材料层淀积到
硅晶片衬底的表面上，然后选择性地蚀刻掉部分所淀积的材料。到二十世纪八十年代，该行业开始走向将
多晶硅用作机械层来进行硅基表面微加工。然而，虽然多晶硅由于其机械特性、电气特性以及热
力特性而已经被证明是制造微
机电系统(MEMS)的有用
基础材料，但用于多晶硅基MEMS的制造技术未与用于互补金属
氧化物
半导体(CMOS)技术的制造技术一起良好地工作。由此，在
现有技术中，用于控制MEMS的
电路传统上在单独的裸片上制造。虽然在将CMOS和多晶硅制造集成在单个裸片上已经有一些成功，但这些混合CMOS多晶硅器件由于长的设计时间和复杂的制造要求已经证明是不太理想的。
[0004] 最近，从业者已经尝试使用标准CMOS材料而不是传统用于多晶硅基MEMS结构中的材料来制造MEMS结构。在标准CMOS制造中，晶体管形成在硅晶片的表面上，并且电气通路通过重复地淀积并选择性地去除金属和介电材料层而建立在晶体管上方。在集成CMOS/MEMS裸片中，在CMOS电路互连在晶片的一部分上的同时，晶片的另一部分上构图后的金属和介电材料层可以形成复杂的MEMS结构。一旦建立起所有层，则MEMS结构被“释放”--即，使用诸如vHF(
蒸汽氢氟酸)等的蚀刻剂去除MEMS结构周围的牺牲介电材料，这使MEMS结构的机械部件自由运动。可以使用诸如湿法“
衬垫蚀刻”、
等离子体或RIE干法蚀刻或其任意组合等的其他牺牲蚀刻剂。特定牺牲蚀刻剂侵害氮化硅
钝化。在一些CMOS处理中所包括的位于
钝化层顶部的聚酰亚胺可以减轻对氮化硅的侵害。
[0005] 这简化了设计和制造，因为不必使用特殊过程和材料以适应制造混合CMOS多晶硅裸片的不同要求。然而，作为结构性的建造
块，CMOS中所使用的金属层缺乏用作结构性MEMS部件所需的
刚度(stiffness)，而且，薄金属层在释放之后往往弯曲。虽然可以通过建立由具有连接各金属层的金属过孔的堆叠金属层组成的结构来处理这些问题，但许多其他问题依然未解决。
[0006] 第一，虽然多层金属MEMS结构可以是刚性(rigid)的，但是在某些情况下，MEMS结构的刚性应是
各向异性的(即，在一个运动轴线上是刚性的，而在另一个运动轴线上是挠性的)。例如，许多MEMS结构使用
弹簧(spring)来控制运动；将多层金属用于弹簧结构可以创建防止弹簧弯曲的额外刚度，但沿x轴、y轴以及z轴的刚度会限制该结构作为弹簧的有效性。
[0007] 第二，许多种类的MEMS在释放之后需要气密腔室，所以必须安装盖晶片，或者必须在顶层中构创建孔，以允许蚀刻剂触及介电材料。在前者的情况下，附接盖晶片需要非标准CMOS处理和成本，使得对接合垫的接近更具挑战性，并且增加了裸片高度。在后者的情况下，为了在蚀刻步骤之后密封孔，必须淀积金属或其他材料，这冒着将密封材料无意引入到腔室内部中的危险，这潜在地影响机械部件的运动。
[0008] 第三，为了去除介电材料，vHF(或其他牺牲蚀刻剂)必须与材料物理
接触。对于窄的堆叠结构，vHF可以容易地去除介电材料。然而，对于宽板结构(例如，麦克风
背板)，vHF可能花费相当长的时间到达板的内部，并且这可能导致从MEMS结构的其它部分去除比所期望多的介电材料。
[0009] 第四，对于宽板结构，甚至在去除金属层之间的介电材料之后，板也可能具有很大的
质量。这可能导致较低的谐振
频率，这可能负面地影响麦克风的频率响应。
[0010] 第五，如上所述，单个金属层较弱。在未加固的顶金属层
覆盖容纳MEMS结构的密封腔室的情况下，顶层可能由于腔室内部的
真空而向内弯曲。增加MEMS结构与顶层之间的空间可以阻止顶层与MEMS结构干扰，但附加的空间增大了裸片的高度。
[0011] 第六，当MEMS结构的机械部件的表面彼此接触时，粘附面力(通常称为“静
摩擦力”)可能使表面变得彼此粘住，这危害器件的机械功能。
[0012] 因此，存在对于解决制造集成CMOS/MEMS裸片中的已知问题的结构和方法的未满足的需要。
发明内容
[0013] 在本发明的一个实施方式中，蚀刻剂借助晶片底部中的孔引入到裸片的内部中，而不是从晶片的顶侧引入蚀刻剂。在完成蚀刻步骤之后，密封晶片(例如，硅或玻璃)可以附接到晶片的底部。这比将构图后的盖晶片添加到晶片的顶部或者采取防止密封材料借助顶面中的孔进入MEMS腔室所必需的
预防措施简单且成本低。进一步地，密封晶片的底部使得顶面上的接合垫不受影响。更进一步地，密封晶片可以在应用之后折叠以使整体结构厚度变薄。
[0014] 在本发明的另一个实施方式中，板由多个交替的金属和介电材料层制成，在金属层之间有金属过孔。金属层中的至少一个具有多个开口，使得在引入蚀刻剂时，蚀刻剂通过开口去除介电材料且迅速到达并去除金属层之间的介电材料。所产生的结构因蚀刻剂更迅速地触及全部介电材料而较容易制造。进一步地，与具有连续金属层的多层板相比，本发明的板具有几乎同样的刚度但明显更小的质量。
[0015] 在本发明的另一个实施方式中，在顶金属层覆盖容纳含有MEMS结构的密封腔室的情况下，在晶片与顶金属层之间延伸的结构
支撑物向顶金属层提供支撑。这些结构支撑物可以是独立柱子或可以是MEMS结构自身的固定部的一部分，向可能另外由于腔室内部的真空而向内弯曲的顶金属层提供支撑。
[0016] 在本发明的另一个实施方式中，多个交替的金属和介电材料层(在金属层之间有金属过孔)组成用于
活塞式MEMS麦克风膜片的弹簧。该弹簧比其宽度高得多，使得在去除层之间的介电材料之后，弹簧沿竖直方向比沿
水平方向硬得多；由此，与由各向同性弹簧支撑的膜片相比，由本发明的弹簧支撑的膜片对于给定声
信号具有大致50％的更多的电容变化。
[0017] 在本发明的另一个实施方式中，多个交替的金属和介电材料层(在金属层之间有金属过孔)组成活塞式MEMS麦克风膜片。在膜片的一侧上，膜片的顶金属层从相邻支撑结构的金属层偏离，使得在膜片向下运动时，膜片的金属层将与支撑结构的金属层接触，防止膜片进一步向下运动。在膜片的另一侧上，膜片的底金属层从相邻支撑结构的金属层偏离，使得在膜片向上运动时，膜片的金属层将与支撑结构的金属层接触，防止膜片进一步向上运动。
[0018] 在本发明的另一个实施方式中，可以形成几行过孔，而没有金属层在过孔上方，这实际上看起来像洞穴的石笋。类似地，可以形成几行过孔，而没有金属层在过孔下方，这实际上看起来像洞穴的钟乳石。当运动部件和支撑结构部件相对于彼此偏离时，类似于之前的实施方式，运动将在钟乳石过孔与其下方的金属层接触时受限，或者在石笋过孔与其上方的金属层接触时受限。或者，在另一个构造中，运动将在钟乳石与直接在其下方的石笋接触时受限。消除一个或两个金属层允许与之前的实施方式中不同的器件运动范围，在之前的实施方式中由于金属层对金属层的接触而阻止了运动。进一步地，消除一个或两个金属层减小了器件的重量。进一步地，因为接触区域仅与过孔一样宽，而不是与整个金属层一样宽，所以大大降低两个部件之间的静摩擦力的可能性。
附图说明
[0020] 图2是五层弹簧结构的角度图。
[0021] 图3是释放之前的真空密封裸片的截面图。
[0022] 图4是释放之后的真空密封裸片的截面图。
[0023] 图5是刚性电容式
传感器板的一部分的截面图。
[0024] 图6是用作活塞式电容式麦克风中的膜片的刚性电容式
传感器板的角度图。
[0025] 图7是内置到可运动MEMS结构(静止)中的机械阻挡件的截面图。
[0026] 图8是内置到可运动MEMS结构(延伸到向上停止点)中的机械阻挡件的截面图。
[0027] 图9是内置到可运动MEMS结构(延伸到向下停止点)中的机械阻挡件的截面图。
[0028] 图10是用过孔和金属层(静止)建立的机械阻挡件的截面图。
[0029] 图11是用过孔和金属层(延伸到停止点)建立的机械阻挡件的截面图。
[0030] 图12是用相对的过孔(延伸到停止点)建立的机械阻挡件的截面图。
[0031] 图13是在不使用偏移金属层的情况下建立的机械阻挡件的截面图。
[0032] 图14是包括单个过孔系列的结构支撑柱的截面图。
[0033] 图15是包括多个金属层和多个过孔的结构支撑柱的截面图。
[0034] 图16是集成到MEMS结构中的结构支撑柱的截面图。
[0035] 图17是使用发明的结构和方法制造的示例性MEMS麦克风裸片的膜片的角度图。
[0036] 图18是使用发明的结构和方法制造的示例性MEMS麦克风裸片的膜片的第二角度图。
[0037] 图19是使用发明的结构和方法制造的示例性MEMS麦克风裸片的角度图。
[0038] 图20是使用发明的结构和方法制造的示例性MEMS
谐振器裸片的角度图。
[0039] 图21是使用发明的结构和方法制造的示例性MEMS谐振器裸片的第二角度图。
[0040] 图22是使用发明的结构和方法制造的示例性MEMS
压力传感器裸片的角度图。
[0041] 图23是使用发明的结构和方法制造的示例性MEMS压力传感器裸片的第二角度图。
具体实施方式
[0042] 以下部分利用发明的各种方面阐述了许多具体实施方式。这些具体实施方式不旨在是发明的每个实施方式的详尽集合，因为发明的实施方式可以在不偏离发明的原理的情况下以多重方式组合。
[0043] 一般制造技术
[0044] 所公开的实施方式可以使用本领域技术人员所知的标准亚微米CMOS制造技术来制造，例如：
[0045] 1、在硅晶片衬底的打算由晶体管占据的部分上，使用标准CMOS技术建立晶体管。晶片的用于MEMS结构的部分保持原样，这在该区域留下场氧化物。
[0046] 2、在整个晶片上淀积SiO2层。
[0047] 3、将构图后的掩膜涂敷到SiO2层上，其带有用于晶体管
连接线所需的电气过孔和用于MEMS结构的结构金属间支撑物所需的过孔的开口。
[0048] 4、使用反应离子蚀刻(RIE)来蚀刻SiO2层。
[0049] 5、使用物理气相淀积(PVD)用钨填充过孔。
[0050] 6、使用化学机械
抛光(CMP)使层平整。
[0051] 7、使用溅射淀积Ti粘附层。
[0052] 8、使用溅射淀积TiN阻挡层。
[0053] 9、使用溅射淀积Al/Cu
合金(1％Cu)金属层。
[0054] 10、将构图后的掩膜涂敷到金属层上，以创建用于电气通路和用于MEMS结构的连接线。
[0055] 11、使用RIE蚀刻金属层。
[0056] 12、根据需要的金属层重复步骤2到步骤11。
[0057] 13、淀积Si3N4钝化层，并且按需在钝化层中构图并干法蚀刻开口。
[0058] 14、可选地，在钝化的顶部上添加聚酰亚胺层并按需构图开口。
[0059] 15、可选地，借助在MEMS结构下方的硅晶片创建一个或更多个开口。
[0060] 16、借助钝化层和/或硅晶片的开口引入vHF(或其他蚀刻剂)，以蚀刻MEMS结构的SiO2部分。(释放MEMS结构所需的暴出在vHF的长度将根据vHF的浓度、
温度和压力以及要去除的SiO2量而变化。)
[0061] 17、将硅晶片切片。
[0062] 各种部件的尺寸可以根据应用需求而变化。例如，金属层的厚度可以是从大约0.5μm到1.0μm，并且各层不需要与其他层厚度相同。过孔可以从大约0.2μm到0.5μm并在大约0.5μm到5.0μm之间彼此隔开，并且过孔的尺寸或间距不需要一致。任意给定层上的过孔可以按行和列对齐或者可以彼此偏离；一层的过孔可以直接在下层的过孔的上方或者可以与下层的过孔偏离。金属层之间的SiO2的厚度可以从大约0.80μm到1.0μm，并且金属层之间的各SiO2层不需要与其他SiO2层厚度相同。
[0063] 进一步地，可以使用CMOS制造常用的其他材料。除了Al/Cu(1％)合金之外的金属(诸如
铜或不同比例的Al/Cu合金等)可以用于金属层。除了SiO2之外的介电材料(诸如
聚合物等)可以用于金属间层并且很可能需要使用不同的释放蚀刻剂。如果另外与CMOS
制造过程兼容，则除了硅之外的材料可以用于晶片衬底。
[0064] 进一步地，在释放步骤期间，除了借助时间、温度以及压力来控制蚀刻的深度之外，结构还可以包括阻止蚀刻剂进一步渗透的物理障碍物。
[0065] 进一步地，上述步骤列表可以被更改为满足特定制造器件的使用要求、裸片的非MEMS部件的制造要求以及特定MEMS结构的制造要求。以下部分描述了对于特定MEMS结构的附加制造要求的示例。
[0066] 各向异性MEMS弹簧结构
[0067] 在图1中所示的MEMS弹簧结构1000的优选实施方式中，各个金属层1001、1002以及1003为大约1.0μm宽和大约0.555μm厚，并且由
铝制成。在金属层1001、1002以及1003之间的是大约1μm宽和0.850μm厚的金属间层1004和1005。过孔1006为大约0.26μm的正方形，以大约1.0μm的间隔隔开，并且由钨组成。
[0068] 弹簧结构1000使用标准亚微米CMOS制造技术(例如，如上在“通用制造技术”下所公开的)来制造。
[0069] 以下表格将弹簧结构1000与相同尺寸的固态金属结构进行比较：
[0070] 结构1000 可比较的固态梁
惯性矩(Z) 2.234 3.175
惯性矩(Y) 0.139 0.280
Z与Y刚度的比 16.1:1 11.3:1
[0071] 图2示出了弹簧结构1007，该弹簧结构1007除了弹簧结构1007由两个附加金属层1008和1009以及两个附加金属间层1010和1011构成之外可与弹簧结构1000比较。以下表格将弹簧结构1007与相同尺寸的固态金属结构进行比较：
[0072] 结构1006 可比较的固态梁
惯性矩(Z) 11.027 19.621
惯性矩(Y) 0.231 0.514
Z与Y刚度的比 47.7:1 38.1:1
[0073] 依赖于弹簧结构在MEMS器件中的用途，金属层的长度可以改变。例如，当用于支撑MEMS麦克风裸片中的活塞式膜片时，金属层可以大约为100μm，但是当用于其他应用(诸如
加速计或
阀等)时，金属层的长度会根据器件的构造和运动部件的质量而不同。同样地，金属层的数量和/或弹簧的宽度可以被改变为根据MEMS器件中弹簧的用途的需要而增大或降低弹簧的刚度。通常地，弹簧的刚度将随着长度的三次方而(反比)变化，随着宽度而线性地变化并且随着高度的三次方而变化。
[0074] 真空密封的MEMS裸片
[0075] 在图3中释放之前和图4中释放和覆盖之后的截面中所示的真空密封的MEMS裸片2000的优选实施方式中，金属层和未释放的介电材料层组成存在于腔室2002中的未释放的MEMS结构2001。MEMS结构2001可以是例如加速计、谐振器、
陀螺仪或者其他结构。在释放之前，介电材料2003层填充腔室2002中的空白空间。可以由金属和介电材料层制成的支撑结构2004围绕腔室2002，并且支撑结构2004可以具有与用于描述该实施方式不相关的其他特征和用途。结构2001和2004以及介电材料2003全部位于晶片2005上方。由1.0μm厚的铝层组成的金属层2006已经淀积在支撑结构2004和腔室2002的顶部上。由Si3N4组成的钝化层2007已经淀积在金属层2006的顶部上。开口2008延伸穿过晶片2005到腔室2002中。
[0076] 在制造MEMS裸片2000中的未释放结构2001之后，将蚀刻剂通过开口2008引入到腔室2002中。蚀刻剂去除腔室2002中的介电材料2003(包括在现在释放的MEMS结构2001a中和支撑结构2004中的任何露出的介电材料)。支撑结构2004中介电蚀刻的范围由蚀刻时间来控制。如图4所示，在释放之后，硅密封晶片2009已经接合到晶片2005的底部。
[0077] 真空密封的MEMS器件2000使用标准亚微米CMOS制造技术(例如，如上在“通用制造技术”下所公开的)来制造，具有以下变化：
[0078] 17、在真空中，使用诸如静电接合、共晶接合或玻璃熔块等的技术将硅密封晶片附接到裸片晶片的底部。
[0079] 18、使用诸如
研磨、折叠、抛光、
化学机械抛光(CMP)等的技术或这些技术的组合来将密封晶片的厚度减小到大约100μm。
[0080] 19、将硅晶片切片。
[0081] 重量轻但刚性的电容式传感器板
[0082] 凭借图5中部分示出的重量轻但刚性的电容式传感器板3000，各个金属层3001和3002大约为0.5μm厚，并且优选地由铝/
铜合金组成。在金属层3001与3002之间的是金属间层3003，该金属间层3003大约为0.850μm厚且代表性地由氧化硅组成。钨过孔3004为大约
0.26μm的正方形，以大约1.0μm的间隔隔开，并且在金属层3001与3002之间。如图6所示，单独的金属层3001为大约600μm宽的立体六边形，而单独的金属层3002具有类似的形状和尺寸但为格状，具有等边三角形的开口3005，尺寸大约为10μm并且全部隔开。
[0083] 传感器板3000使用标准亚微米CMOS制造技术(例如，如上在“通用制造技术”下所公开的)来制造。
[0084] 如由图6所提出的，传感器板3000在由弹簧3006连接到支撑结构3007时，适应于用作活塞式电容式麦克风中的膜片。因为其包括金属层3001和3002，所以不必须对其淀积附加的导电材料以充当一个电容式板。进一步地，因为传感器板3000具有由过孔3004连接的金属层3001和3002，所以传感器板3000将有效地用作固态部件，可是，因为在释放期间，金属间层3003借助三角形开口3005而去除，所以比固态部件明显更轻且具有比固态部件更高的谐振频率。
[0085] 板的形状和尺寸可以根据板的应用而改变。例如，当用作电容式传感器的背板时，板可以为矩形且延伸到支撑结构围绕传感器结构的壁中。进一步地，当板用作电容式传感器的背板时，可以对金属层3001进行穿孔，以在听觉上透明；另选地，开口3005可以延伸穿过金属层3001。进一步地，金属层3001和/或3002中的开口3005的形状可以为任意规则或不规则的多边形、圆形或椭圆形，板的形状可以为任意规则或不规则的多边形、圆形或椭圆形，并且板可以包括附加的金属层。
[0086] 机械阻挡件
[0087] 在图7中所示的电容式传感器膜片4001的机械阻挡件4000a和4000b的优选实施方式中，膜片4001的底金属层4002的各侧的边缘在六边形传感器膜片4001周围以交替模式与顶金属层4003的各侧的边缘轻微偏离(大约10μm)。即，在三侧上，金属层4002的边缘延伸超出金属层4003，并且在另外三侧上，金属层4003的边缘延伸超出金属层4002。金属层4002和4003大约为0.5μm厚，并且由铝/铜合金组成。在金属层4002与4003之间的是金属间层(未示出，在释放蚀刻期间去除)，该金属间层大约为0.850μm厚。为大约0.26μm的正方形的多个钨过孔4005在金属层4002与4003之间以大约1.0μm的间隔隔开。
[0088] 在与传感器膜片4001的金属层4002和4003的边缘的模式相反的模式下，支撑结构4006包括至少两个金属层4007和4008，偏离边缘与金属层4002和4003的偏离边缘相邻。即，在三个侧上，金属层4007的边缘延伸超出金属层4008，并且在其他三个侧上，金属层4008的边缘延伸超出金属层4007，使得金属层4007和4008的边缘充当防止传感器膜片4001的过度运动的机械阻挡件。
[0089] 现在参照图8，当压力使传感器膜片4001向上运动时，金属层4002的顶部与金属层4007的底部接触，以构建机械阻挡件4000a，这阻止传感器膜片4001进一步向上运动。如图9所示，当压力使传感器膜片4001向下运动时，金属层4003的底部与金属层4008的顶部接触，以构建机械阻挡件4000b，这阻止传感器膜片4001进一步向下运动。
[0090] 带有机械阻挡件4000a和4000b的传感器可以使用标准亚微米CMOS制造技术(例如，如上在“通用制造技术”下所公开的)来制造。
[0091] 在另一个优选实施方式中，图10中所示的悬臂4009的金属层4003b包括从金属层4003b向下延伸的一行过孔4005a，而金属层4002b不延伸到过孔4005a的底部，使得过孔
4005a类似洞穴中的钟乳石。全部金属层为0.5μm厚，并且由铝/铜合金组成。在金属层之间的是金属间层(未示出，在释放蚀刻期间去除)，该金属间层大约为0.850μm厚。全部过孔为大约0.26μm的正方形，并且在金属层之间以大约1.0μm的间隔隔开。
[0092] 如图11所示，当悬臂4009朝向部件4010向下弯曲时，悬臂4009的运动在过孔4005a与部件4010上的金属层4002a物理接触时受限。在图12中所示的关于该实施方式的变型例中，成行的过孔4005a从金属层4003b向下延伸，而成行的过孔4005b从金属层4002a向上延伸。当悬臂4009朝向部件4010向下弯曲时，悬臂4009的运动在过孔4005a与过孔4005b物理接触时受限。
[0093] 在图13中所示的另一个优选实施方式中，可运动部件4011的向上运动将在部件4011的顶金属层与金属层4013的机械阻挡件接触时受限。同样地，部件4011的向下运动将在底金属层与金属层4014的机械阻挡件接触时受限。在该构造中，部件4011的顶金属层和底金属层的边缘不需要彼此偏离。
[0094] 带有机械阻挡件的传感器可以部分使用标准亚微米CMOS制造技术(例如，如上在“通用制造技术”下所公开的)来制造。然而，标准CMOS制造“规则”通常将不允许在上方和下方没有金属层的过孔，因此在制造期间将需要不顾规则(不存在物理阻止制造诸如过孔等的任何东西)。
[0095] 虽然图7至图12的实施方式在活塞式电容式传感器和悬臂的背景下描述了发明的机械阻挡件的使用，但类似的机械阻挡件也可以用于限制MEMS结构内的其他机械部件的运动。借助示例而不限制，这些实施方式中的任一实施方式的阻挡件可以用于限制膜片、弹簧、板、悬臂、阀、镜子、微夹持器等的运动。
[0096] 用于MEMS器件的结构支撑物
[0097] 在图14中所示的用于MEMS裸片5001的结构支撑物的第一优选实施方式中，为大约0.26μm的正方形且由带有单列对齐过孔钨的成片的金属层组成的支撑结构5002存在于室
5003中，并且形成在器件晶片5004与金属层5005之间。室5003在裸片晶片5004与金属层
5005之间延伸。MEMS结构5006(概括地示出)也存在于室的内部。
[0098] 在图15中所示的用于MEMS裸片5011的结构支撑物的第二优选实施方式中，由交替的金属和金属间层(未示出，在释放蚀刻期间去除)组件(金属过孔在金属层之间)的支撑柱5012存在于室5013中，并且形成在裸片晶片5014与金属层5015之间。室5013在裸片晶片
5014与金属层5015之间延伸。柱5012的金属层为大约1μm至5μm之间的正方形且大约0.555μm厚，并且由铝组成。柱5012的金属间层大约为0.850μm厚。柱5012的过孔为大约0.26μm的正方形，以大约1.0μm的间隔隔开，并且由钨组成。可以改变各金属层之间的过孔的数量，以实现柱的必需强度。MEMS结构5016(概括地示出)也存在于室的内部。
[0099] 在图16中所示的用于MEMS裸片5021的结构支撑物的第三优选实施方式中，由交替的金属和金属间层(未示出，在释放蚀刻期间去除)(金属过孔在金属层之间)组成的支撑柱5022存在于室5023中，并且形成在MEMS结构5026(概括地示出)的固定部与金属层5015之间。室5023在裸片晶片5024与金属层5025之间延伸。柱5022的金属层为大约1μm至5μm之间的正方形且0.5μm厚，并且由铝组成。柱5022的金属间层大约为0.850μm厚。柱5022的过孔为大约0.26μm的正方形，并且由钨组成。
[0100] 支撑过孔5002、柱5012以及柱5022使用标准亚微米CMOS制造技术(例如，如上在“通用制造技术”下所公开的)来制造。支撑物5002、5012以及5022的具体形状、
位置以及数量可以根据MEMS结构5006、5016以及5026的形状、位置以及用途而改变。
[0101] 示例性应用-电容式麦克风
[0102] 图17、图18以及图19示出了使用一些发明的方法和结构制造的MEMS电容式麦克风裸片6000的实施方式的图。六边形膜片6001已经用立体金属层、格状金属层以及两个金属层之间的多个金属过孔来建立。弹簧6002、6003以及6004将膜片6001附接到围绕膜片6001的支撑结构6005。各用三个金属层建立的弹簧6002、6003以及6004具有大约1.0:3.6的宽高比。膜片6001和支撑结构6005包括压力阻挡件6006和6007。背板6008已经用两个格状金属层来建立，多个金属过孔在两层之间。膜片6001与背板6008之间的保护
电极6009由CMOS电路来驱动，以使存在于膜片与背板之间的支撑结构中的杂散耦合电容最小化。垫6010和6011提供裸片与外部电路之间的电气连接。区域6012(裸片未被MEMS结构占用的部分)容纳支持麦克风的操作的CMOS电路(例如，
电压控制、
放大器、A/D转换器等)。
[0103] 在操作时，随着
声波撞击膜片6001，膜片6001像结构6005内的活塞一样上下运动，这改变膜片6001与背板6008之间的电容。弹簧6002、6003以及6004起作用，以恢复膜片6001在波前之间的位置。压力阻挡件6006和6007响应于超压或物理冲击而限制膜片6001的运动。
[0104] 在该实施方式中，背板6008位于衬底6013上方，膜片6001位于背板6008上方。另选地，麦克风裸片6000可以被制造为使得膜片6001位于衬底6013上方，
基板6008位于膜片6001上方。在两者之中任一实施方式中，声波将根据麦克风裸片6000如何安装在麦克风组件中而从顶部或从底部撞击膜片6001。例如在美国专利第8,121,331号中公开了将麦克风裸片6000安装在封装中的各种构造，这作为一个整体以引证的方式并入。
[0105] 示例性应用-谐振器
[0106] 图20和图21示出了使用一些发明的方法和结构制造的MEMS谐振器裸片7000的实施方式。固定梳状物7001和运动梳状物7002已经用五个金属层和各金属层之间的多个金属过孔来建立。固定梳状物7001延伸到周边结构7003中。运动梳状物7002附接到弹簧7004，弹簧7004反过来附接到锚7005。并入到MEMS结构的固定部中的锚/柱7005已经凭借各层之间的多个过孔用金属层建立；锚/柱7005通过将它们连接到底部上的晶片7006和顶部上的金属层7007而固定到位；钝化层7008覆盖裸片的顶部。晶片7006中的释放蚀刻通道孔(未示出)已经覆盖有密封晶片7009，这构建由晶片7006、金属层7007以及周边结构7003形成的室中的真空。
[0107] 在操作时，当交流电施加到谐振器时，运动梳状物7002的
手指在固定梳状物7001的手指之间运动，手指的谐振频率确定两个元件之间最小的阻抗。虽然室中存在真空，但锚/柱7005也防止金属层7007弯曲并防止金属层7007潜在地与运动梳状物7002的运动干扰。由此可见，室中的额外空间未必导致弯曲，并且谐振器7000将比现有技术的谐振器更薄。另外，金属层7007将充当使谐振器免受
电磁干扰的屏蔽。
[0109] 图22和图23示出了MEMS流体压力传感器裸片8000的实施方式。背板8001已经凭借各层之间的多个金属过孔用三个格状金属层建立。膜片8002用背板8001上方的顶金属层建立，并且由Si3N4构成的钝化层8003形成在顶膜片8002上。
[0110] 如从图23中可以看出，膜片8002的外部包括第二金属层8002a。金属层8002a增加膜片8002的牢固性，并且尺寸可以改变，以改变传感器的灵敏度。这使得膜片的顺度对释放蚀刻处理及其对围绕膜片的支撑结构的
电介质的侵害更不敏感。
[0111] 在操作时，随着使传感器裸片8000露出到由流体或气体施加的压力，膜片8002与压力量成比例地弯曲，这改变膜片8002与背板8001之间的电容。裸片8000中的CMOS电路(未示出)检测电容的变化并将其转换成可用的外部信号。进一步地，因为膜片8002由金属层组成，所以膜片8002还可以用作使裸片免受电磁干扰的低
电阻EMI屏蔽。
[0112] 图22和图23的实施方式用作绝对压力传感器。在释放步骤期间，蚀刻剂借助释放孔8004进入，并且在构建释放之后，使用密封晶片8005覆盖孔8004，这在裸片内构建真空。作为另选的实施方式，传感器裸片8000可以不使用密封晶片8005建立，由此，用作差动压力传感器。
