專利名稱：具有能量收集器件的傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器，更具體地說(shuō)，涉及一種具有能量收集器件的傳感器。
背景技術(shù)：
傳感器有時(shí)被放在沒(méi)有電源或者電源受到例如蓄電池壽命或尺寸限制的位置。在MEMS傳感器有效的很多應(yīng)用中，一些微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)傳感器具有足夠大以影響蓄電池壽命的功率消耗。這種MEMS傳感器包括用于檢測(cè)位置、速度、加速度或磁場(chǎng)的傳感器。用于這種MEMS傳感器的應(yīng)用包括例如對(duì)智能手機(jī)的導(dǎo)航。動(dòng)態(tài)電磁感應(yīng)MEMS能量收集器通過(guò)將機(jī)械運(yùn)動(dòng)(諸如,能量收集器的一部分或所有的變形、位移、速度、和/或加速度)轉(zhuǎn)化為電流和電壓，來(lái)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。電能被 用于給附加器件供電。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種器件，包括基板；傳感器元件，連接至所述基板并且包括板件，所述板件相對(duì)于所述基板可移動(dòng)；以及能量收集器件，所述能量收集器件形成在所述傳感器元件的所述板件上。優(yōu)選地，所述能量收集器件包括形成在所述板件上的線圈。優(yōu)選地，該器件進(jìn)一步包括控制器，適于使用由所述能量收集器件收集的能量的至少一部分給所述器件供電。優(yōu)選地，能量收集器件適于使用所述板件的振動(dòng)模式收集能量。優(yōu)選地，所述傳感器元件是磁場(chǎng)傳感器。優(yōu)選地，所述傳感器元件是具有響應(yīng)于所述板件的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行電容檢測(cè)的洛倫茲力磁場(chǎng)傳感器。優(yōu)選地，所述傳感器元件是運(yùn)動(dòng)傳感器。優(yōu)選地，所述傳感器元件是具有響應(yīng)于所述板件的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行電容檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)傳感器。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種系統(tǒng)，包括基板；板件，相對(duì)于所述基板可移動(dòng)，可移動(dòng)板件適于響應(yīng)于環(huán)境改變而移動(dòng)；能量收集器件，形成在可移動(dòng)板件上；以及控制器，適于使用由所述能量收集器件收集的能量的至少一部分給傳感器系統(tǒng)供電。優(yōu)選地，可移動(dòng)板件形成在所述基板上，并且所述控制器形成在該相同的基板上。優(yōu)選地，可移動(dòng)板件形成在所述控制器之上。優(yōu)選地，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括將可移動(dòng)板件連接至所述基板的彈性連接件，并且所述能量收集器件包括形成在可移動(dòng)板件上的經(jīng)由所述彈性連接件連接至所述控制器的螺旋形線圈。優(yōu)選地，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括永磁體，被定位成使磁場(chǎng)通過(guò)所述螺旋形線圈。優(yōu)選地，所述能量收集器件適于使用可移動(dòng)板件的振動(dòng)模式收集能量。
優(yōu)選地，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括電極，用于響應(yīng)于所述可移動(dòng)板件的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行電容檢測(cè)。優(yōu)選地，可移動(dòng)板件進(jìn)一步包括線環(huán)并且形成磁場(chǎng)傳感器。優(yōu)選地，可移動(dòng)板件進(jìn)一步包括在所述電極之間從所述可移動(dòng)板件延伸的指狀物，可移動(dòng)板件以及電極形成運(yùn)動(dòng)傳感器。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種制造器件的方法，包括在基板之上形成可移動(dòng)板件；在所述可移動(dòng)板件中形成能量收集線圈；以及在所述可移動(dòng)板件周圍形成電極，所述電極適于感應(yīng)所述可移動(dòng)板件的運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括形成至少一個(gè)彈簧或鉸鏈，以將所述可移動(dòng)板件連接至所述基板；以及形成將所述能量收集線圈連接至形成在所述基板上的接合焊盤或控制電路中的至少一個(gè)上的布線。


在附圖中的圖中，一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例通過(guò)實(shí)例示出并且不被限制，其中，具有相同參考數(shù)字標(biāo)記的元件表示類似元件，并且其中圖I是根據(jù)實(shí)施例的包括洛倫茲力磁性傳感器和集成能量收集功能的器件；圖2是根據(jù)實(shí)施例的包括運(yùn)動(dòng)傳感器和集成能量收集器的器件；圖3A-圖3K是根據(jù)實(shí)施例的在制造的多個(gè)階段期間圖I的器件或者圖2的器件的橫截面圖；圖4A-圖4K是根據(jù)另一實(shí)施例的在制造的多個(gè)階段期間圖I的器件或者圖2的器件的橫截面圖；圖5是根據(jù)實(shí)施例的包括圖I的器件或圖2的器件的傳感器系統(tǒng)的高級(jí)功能框圖。
具體實(shí)施例方式圖I是根據(jù)實(shí)施例的包括洛倫茲力磁性傳感器101和形成在洛倫茲力磁性傳感器的區(qū)域中的集成能量收集器102的器件100。器件100包括具有凸起結(jié)構(gòu)110的基板105和形成在基板的表面上的接合焊盤112。凸起結(jié)構(gòu)110包括固定至基板105的矩形外部115和離開基板但是連接至外部115并且形成在外部中的矩形內(nèi)部120。內(nèi)部120通過(guò)形成在凸起結(jié)構(gòu)110中并且在內(nèi)部的外圍周圍的一對(duì)間隙(slot) 122與外部115隔離。洛倫茲力磁性傳感器101包括內(nèi)部120、兩個(gè)彈性連接件125、第一線環(huán)130和電極132。兩個(gè)彈性連接件125將外部115附著至內(nèi)部120。彈性連接件125形成在內(nèi)部120的相對(duì)側(cè)的中部，允許內(nèi)部圍繞由彈性連接件125限定的軸A旋轉(zhuǎn)。在至少一些實(shí)施例中，存在連接內(nèi)部和外部的更多或更少數(shù)量的彈性連接件。在至少一些實(shí)施例中，凸起結(jié)構(gòu)110和內(nèi)部和外部120、115包括不同形狀，諸如，正方形、多邊形、橢圓體、圓形等。在至少一些實(shí)施例中，內(nèi)部120與外部115的形狀不同。第一線環(huán)130沿著內(nèi)部120的外邊緣形成。線環(huán)130的兩端附近的部分形成在彈性連接件125中的一個(gè)上，使得線環(huán)端部形成在外部115上。在外部115上，第一線環(huán)130的兩端連接至焊盤135。焊盤135通過(guò)形成通過(guò)凸起結(jié)構(gòu)110的過(guò)孔(為了清楚，未示出)和形成在凸起結(jié)構(gòu)之下的布線連接至形成在基板105上的接合焊盤112。電極132 (位置由虛線指示)形成在內(nèi)部120下面的基板105上。凸起結(jié)構(gòu)110還包括集成能量收集器102。集成能量收集器102包括以螺旋形環(huán)布置形成在第一線環(huán)130內(nèi)部中的第二線環(huán)145和連線150。在至少一些實(shí)施例中，第二線環(huán)145包括具有圓形、矩形或其他形狀的螺旋形環(huán)。第二線環(huán)145接近第二線環(huán)的第一端的部分形成在彈性連接件125中的一個(gè)上，使得第二線環(huán)的第一端形成在外部115上。第二線環(huán)145的第二端在內(nèi)部120的中心并且連接至連線150的第一端。形成連線150以跨過(guò)第二線環(huán)145的螺旋形環(huán)上方但是不在交叉點(diǎn)電連接至螺旋形環(huán)。連線150接近連線的第二端部的部分形成在彈性連接件125中的另一個(gè)上，使得連線的第二端形成在外部115上。連線150的第二端通過(guò)形成通過(guò)凸起結(jié)構(gòu)110的過(guò)孔和形成在凸起結(jié)構(gòu)之下的布線連接至接合焊盤112。在一些實(shí)施例中，一個(gè)彈性連接件125被用于連接內(nèi)部120與外部115。在其他實(shí)施例中，多于兩個(gè)彈性連接件125被用于連接內(nèi)部120與外部150。在一些實(shí)施例中，形成在凸起結(jié)構(gòu)110中的過(guò)孔和形成在凸起結(jié)構(gòu)之下的布線(為了清楚起見，未示出)將洛倫茲力磁性傳感器101和集成能量收集器連接至形成在基板105上的電路。

在操作中，由控制電路提供并且在第一線環(huán)130周圍通過(guò)的交流電使線上的力與第一線環(huán)附近的磁場(chǎng)成比例。在至少一些實(shí)施例中，控制電路形成在基板105上。在內(nèi)部120的平面中并且與軸A垂直的方向上的磁場(chǎng)的分量引起第一線環(huán)130上的使內(nèi)部120圍繞軸A旋轉(zhuǎn)的合力。由于在第一線環(huán)130周圍通過(guò)的電流交替，所以內(nèi)部120在軸A周圍來(lái)回振蕩。在其他方向上的磁場(chǎng)的分量不引起內(nèi)部120的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)內(nèi)部被電極132移動(dòng)時(shí)，內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)被電容性地檢測(cè)。從而，洛倫茲力磁性傳感器100測(cè)量磁場(chǎng)的一個(gè)分量。位于不同角度的另外類似傳感器能夠感應(yīng)磁場(chǎng)的其他分量。洛倫茲力磁性傳感器101檢測(cè)例如地球的磁場(chǎng)。如果沒(méi)有力例如經(jīng)由第一線環(huán)130被施加至內(nèi)部，則彈性連接件125還用作使內(nèi)部120的位置返回至外部115的平面的回位彈簧。彈性連接件125的彈性和內(nèi)部120的質(zhì)量導(dǎo)致內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)模式具有與彈性連接件125的彈性和內(nèi)部的質(zhì)量對(duì)應(yīng)的共振頻率。如果交流頻率被選擇為與內(nèi)部120的共振頻率匹配，則由于磁場(chǎng)導(dǎo)致的內(nèi)部位移增加由內(nèi)部120和彈性連接件125的質(zhì)量形成的機(jī)械系統(tǒng)的質(zhì)量系數(shù)(quality factor) Q0而且,磁場(chǎng)改變的響應(yīng)時(shí)間增加質(zhì)量系數(shù)Q。與第一線環(huán)130碰撞(impinge on)的磁場(chǎng)還通過(guò)集成能量收集器102的第二線環(huán)145的螺線(spiral)。由第二環(huán)145形成的區(qū)域包圍的磁通量的改變跨過(guò)第二環(huán)的端部引起電壓。引起的電壓與結(jié)合至第二環(huán)145的磁場(chǎng)的改變率成比例。從而，器件100進(jìn)入磁場(chǎng)內(nèi)或移出磁場(chǎng)外的移動(dòng)、器件100在磁場(chǎng)中的旋轉(zhuǎn)或者由例如承載交流電的電源線產(chǎn)生的通過(guò)傳感器的交流磁場(chǎng)導(dǎo)致跨過(guò)第二環(huán)145的端部生成電壓。而且，如果由于第一線環(huán)130和外部磁場(chǎng)中的交流電導(dǎo)致內(nèi)部120移動(dòng)，則通過(guò)內(nèi)部在磁場(chǎng)周圍的旋轉(zhuǎn)，跨過(guò)第二線環(huán)145引起電壓。與如何生成跨過(guò)第二線環(huán)145的電壓無(wú)關(guān)，電壓在第二線環(huán)中產(chǎn)生電流。與跨過(guò)第二線環(huán)145的電壓和通過(guò)第二線環(huán)的電流的乘積成比例的動(dòng)力從第二線環(huán)被提取，并且由集成能量收集器102提供的動(dòng)力被用于提供用于驅(qū)動(dòng)洛倫茲力磁性傳感器101的動(dòng)力。在一些實(shí)施例中，所提取的功率足以驅(qū)動(dòng)器件100。
在一些實(shí)施例中，在測(cè)量通過(guò)洛倫茲力磁性傳感器101的磁場(chǎng)的同時(shí)，從集成能量收集器102的第二線環(huán)145提取動(dòng)力。在其他實(shí)施例中，在測(cè)量通過(guò)洛倫茲力磁性傳感器101的磁場(chǎng)之間，從集成能量收集器102的第二線環(huán)145提取動(dòng)力。圖2是根據(jù)實(shí)施例的包括運(yùn)動(dòng)傳感器201和形成在運(yùn)動(dòng)傳感器的區(qū)域內(nèi)的集成能量收集器102的器件200。器件200包括具有凸起結(jié)構(gòu)的基板205和形成在基板205的表面上的接合焊盤207。凸起結(jié)構(gòu)包括外部210、固定至基板205的錨狀物部分215、脫離基板的游離部220和兩組感應(yīng)電極222、224。運(yùn)動(dòng)傳感器201包括錨狀物部分215、游離部220、感應(yīng)電極222、224、和發(fā)卡彈簧(hairpin spring) 2250游離部220在游離部關(guān)于頁(yè)面的相應(yīng)頂部和底部邊緣處通過(guò)發(fā)卡彈簧225被附著至錨狀物部分215。發(fā)卡彈簧225允許游離部在沿著由附著至發(fā)卡彈簧225的游離部220的兩側(cè)的中間限定的軸B的方向相對(duì)于外部210移動(dòng)。游離部220還自由地朝向或遠(yuǎn)離基板205(即，進(jìn)入頁(yè)面或出頁(yè)面)移動(dòng)。游離部220包括遠(yuǎn)離游離部未附著至發(fā)卡彈簧225的一側(cè)延伸的指狀物229。感 應(yīng)電極222、224形成在指狀物229的任一側(cè)上，并且通過(guò)形成通過(guò)凸起結(jié)構(gòu)210、215、220、222、224的過(guò)孔和形成在凸起結(jié)構(gòu)之下的布線附著至(為了清楚起見，未示出)接合焊盤207。在一些實(shí)施例中，發(fā)卡彈簧225由與允許游離部220在沿著軸B的方向上相對(duì)于外部210移動(dòng)的本披露的實(shí)施例相匹配的其他彈性結(jié)構(gòu)代替。器件200進(jìn)一步包括由線環(huán)230、形成在游離部220上的第一連線235的一部分和第二連線240的一部分形成的集成能量收集器202。線環(huán)230以螺旋形布置形成。線環(huán)230的第一端連接至形成在發(fā)卡彈簧225中之一上并且將游離部220連接至鄰近錨狀物部分215之一的第一連線235。線環(huán)230的第二端在游離部220的中心處并且連接至第二連線240的第一端。第二連線240在線環(huán)230的螺線之上交叉但是不電連接至其上。第二連線240形成在另一發(fā)卡彈簧225上，并且將游離部220連接至另一錨狀物部分225。第一和第二連線235、240的第二端經(jīng)由形成通過(guò)定位點(diǎn)(anchor point) 225的過(guò)孔和形成在凸起結(jié)構(gòu)210、215、220、222、224之下的布線連接(為了清楚起見，未示出)至接合焊盤207。在操作中，當(dāng)基板被加速時(shí)，游離部220相對(duì)于基板移動(dòng)。游離部220的質(zhì)量用作檢測(cè)質(zhì)量。如果基板205被加速，則檢測(cè)質(zhì)量是由發(fā)卡彈簧225的變形加速的質(zhì)量。檢測(cè)質(zhì)量相對(duì)于基板的位移由加速度、發(fā)卡彈簧225的彈性、以及游離部220的檢測(cè)質(zhì)量確定。游離部220相對(duì)于基板的位移通過(guò)靜電感應(yīng)由電極222、224檢測(cè)。從而，測(cè)量運(yùn)動(dòng)傳感器201的加速度。在一些實(shí)施例中，游離部220朝向或遠(yuǎn)離基板的運(yùn)動(dòng)通過(guò)形成在游離部之下基板205上的可選電極檢測(cè)。位于不同角度的附加類似傳感器能夠測(cè)量加速度的其他分量。與器件200碰撞的磁場(chǎng)穿過(guò)線環(huán)230的螺線。磁場(chǎng)可以通過(guò)可選永磁體255產(chǎn)生。穿過(guò)由線環(huán)230形成的區(qū)域的總磁場(chǎng)的改變引起跨過(guò)環(huán)的端部的電壓。所引起的電壓與磁場(chǎng)的改變率成比例。從而，進(jìn)入磁場(chǎng)或移出磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)、磁場(chǎng)中的旋轉(zhuǎn)或通過(guò)例如承載交變電流的電源線生成的交變磁場(chǎng)導(dǎo)致跨過(guò)線環(huán)230生成電壓。而且，如果線環(huán)的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致由線環(huán)包圍的磁通量改變，則由于器件200的加速度導(dǎo)致的游離部220相對(duì)于基板205的運(yùn)動(dòng)引起跨過(guò)線環(huán)230的電壓。在一些實(shí)施例中，永磁體255被集成到器件200中或者挨著器件200放置，以產(chǎn)生合適的磁場(chǎng)，其中，當(dāng)被加速時(shí)，線環(huán)230移動(dòng)通過(guò)該磁場(chǎng)。不管如何生成跨過(guò)集成能量收集器202的線環(huán)230的電壓，電壓均被用于生成第二線環(huán)中的電流。與跨過(guò)第二線環(huán)230的電壓和通過(guò)第二線環(huán)的電流的乘積成比例的動(dòng)力從集成能量收集器202的第二線環(huán)被提取，并且被用于提供用于驅(qū)動(dòng)器件200的動(dòng)力。在一些實(shí)施例中，所提取的動(dòng)力足以驅(qū)動(dòng)器件200。在一些實(shí)施例中，在測(cè)量運(yùn)動(dòng)傳感器201的加速度的同時(shí)，從第二線環(huán)230提取動(dòng)力。在其他實(shí)施例中，在運(yùn)動(dòng)傳感器201的加速度的測(cè)量之間從第二線環(huán)230提取動(dòng)力。在至少一個(gè)實(shí)施例中，使用MEMS處理制造上述器件100、200。圖3A-圖3K是根據(jù)實(shí)施例的在制造的多個(gè)階段期間器件100或器件200的橫截面視圖。 在圖3A中，金屬層305被沉積在基板310上。金屬層使用與本披露的實(shí)施例兼容的任何處理制造，例如，蒸發(fā)、濺射、化學(xué)汽相沉積或電鍍。金屬層305包括例如銅、金、銀、鎳、鈦、鉭、鉻、硝酸鈦、招或其合金中的一個(gè)或多個(gè)。在圖3B中，使用與本披露的實(shí)施例兼容的任何處理圖案化金屬層305。圖案化處理包括例如利用光刻膠的涂敷、通過(guò)掩膜使光刻膠曝光并且使光刻膠顯影。隨后，使用例如濕蝕刻處理、離子研磨(ion milling)、反應(yīng)離子研磨或等離子體蝕刻蝕刻通過(guò)光刻膠露出的金屬。在其他實(shí)施例中，金屬層305通過(guò)剝離(lift-off)處理被形成和圖案化。圖案化的金屬層305形成電極132和從過(guò)孔到器件100的接合焊盤112的布線或者布線、在基板上的可選電極以及器件200的接合焊盤207。在圖3C中，氧化物層315形成在金屬層310之上。氧化物層315通過(guò)例如化學(xué)汽相沉積、濺射或等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積形成。氧化物層315被圖案化，以使用類似于用于圖案化層305的光刻處理和蝕刻處理中的一個(gè)或多個(gè)的處理形成凹坑320。在圖3D中，氧化物層315進(jìn)一步被圖案化，以使用類似于用于圖案化層305的光刻處理和蝕刻處理中的一個(gè)或多個(gè)的處理形成不同高度的支柱325。在圖3E中，高摻雜的硅晶片330被熔化粘合至氧化物層315。高摻雜的硅晶片330向下生長(zhǎng)至合適厚度，例如，30 μ m。器件200的游離部220和器件100的內(nèi)部120由接地高摻雜硅晶片330最終形成。由于高摻雜的硅晶片330與合理沉積的多晶硅層的厚度相比非常厚，運(yùn)動(dòng)傳感器201的游離部220與所沉積的多晶硅層相比具有大質(zhì)量。從而，由游離部220形成的檢測(cè)質(zhì)量更厚重，并且與由所沉積的多晶硅層形成的傳感器相比，運(yùn)動(dòng)傳感器更敏感。在圖3F中，接地硅晶片330在一個(gè)或多個(gè)蝕刻處理中被圖案化并且被蝕刻，以形成通孔335、溝槽340和支柱345。圖案化和蝕刻處理類似于用于圖案化層305的光刻處理和蝕刻處理中的一個(gè)或多個(gè)。在圖3G中，通孔335和溝槽340使用例如化學(xué)汽相沉積和拋光處理，用電絕緣材料(例如，二氧化硅)和導(dǎo)電材料360 (例如，硝酸鈦和鎢)填充。溝槽中的材料形成器件100的第一和第二線環(huán)130、145和器件200的線環(huán)230以及將第一和第二線環(huán)130、145和線環(huán)230連接至接合焊盤112、207的過(guò)孔。在圖3H中，例如二氧化硅或氮化硅的絕緣材料365形成在接地硅晶片和導(dǎo)電材料360之上。在圖案化的絕緣材料365之上，形成布線370。布線370與器件100的連線150和器件200的第一和第二連線235、240對(duì)應(yīng)。在圖31中，通過(guò)接地硅晶片330蝕刻狹槽375。狹槽375描繪器件100的內(nèi)部120和彈性連接件125以及器件200的發(fā)卡彈簧225、錨狀物部分215、游離部220和電極222、224。在圖3J中，覆蓋晶片(capping wafer) 380被粘著至金屬305的在器件100和器件200周圍形成粘結(jié)環(huán)(bonding ring)的一部分上。在圖3K中，可選硬磁層385被涂敷在基板310的背面和覆蓋晶片380的頂面上。可選硬磁層385被磁化，使得如果第二線環(huán)145或線環(huán)230相對(duì)于磁場(chǎng)移動(dòng)，則由磁化的磁層385形成的永磁體產(chǎn)生的場(chǎng)使得在第二線環(huán)145或線環(huán)230中生成電流。圖4A-圖4L是根據(jù)另一實(shí)施例的在制造的多個(gè)階段期間的器件100或器件200 的橫截面圖。在圖4A中，絕緣層405被沉積在基板410的頂面和底面上。絕緣層405通過(guò)例如化學(xué)汽相沉積、濺射或者在通過(guò)熱生長(zhǎng)的二氧化硅的情況下，由例如二氧化硅或氮化硅形成。頂部和底部金屬層407a/407b形成在絕緣層405上。金屬層407使用與本披露的實(shí)施例兼容的任何處理制造，例如，蒸發(fā)、濺射、化學(xué)汽相沉積或電鍍。金屬層407a/407b包括例如銅、金、銀、鎳、鈦、鉭、鉻、硝酸鈦、招或其合金中的一個(gè)或多個(gè)。在圖4B中，使用類似于用于圖案化層305的光刻處理和蝕刻處理中的一個(gè)或多個(gè)的處理圖案化和蝕刻頂部金屬層407a。在其他實(shí)施例中，通過(guò)剝離處理形成并且圖案化金屬層407a。在其他實(shí)施例中，金屬層407a和407b是多晶硅。圖案化的頂部金屬層407a形成電極132和從過(guò)孔到器件100的接合焊盤112的布線或基板上的布線、可選電極以及器件100的接合焊盤207。在圖4C中，氧化物層415形成在頂部金屬層407a之上。氧化物層415通過(guò)例如化學(xué)汽相沉積、濺射或等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積形成。在圖4D中，多晶硅層420被沉積在氧化物層415上。器件200的游離部220和器件100的內(nèi)部120最終由多晶硅層420形成。在圖4E中，在一個(gè)或多個(gè)蝕刻處理中使用類似于用于圖案化層305的光刻處理和蝕刻處理中的一個(gè)或多個(gè)的處理圖案化和蝕刻多晶硅層420，以形成通孔425和凹槽430。在圖4F中，通孔425和凹槽430使用例如化學(xué)汽相沉積和拋光處理用導(dǎo)電材料435(例如，硝酸鈦和鎢)填充。凹槽中的材料形成器件100的第一和第二線環(huán)130、145以及第二器件200的線環(huán)230以及將第一和第二線環(huán)130、145和線環(huán)230連接至接合焊盤112,207的過(guò)孔。在407a和407b為多晶硅的實(shí)施例中，氧化物層415被沉積并且被圖案化以形成通孔425。多晶硅被沉積在氧化物層415之上，以形成連續(xù)多晶硅層420。連續(xù)多晶硅層隨后被圖案化，以形成凹槽430。導(dǎo)電材料435在凹槽430中形成。在圖4G中，例如二氧化硅或氮化硅的絕緣材料440形成在多晶硅層420和導(dǎo)電材料435之上。使用類似于用于圖案化層305的光刻處理和蝕刻處理中的一個(gè)或多個(gè)的處理圖案化和蝕刻絕緣材料440。在被圖案化的絕緣材料440之上，形成布線445。布線445與器件100的連線150和器件200的第一和第二連線235、240對(duì)應(yīng)。在圖4H中，通過(guò)多晶硅層420蝕刻狹槽450。狹槽450勾畫器件100的內(nèi)部120和彈性連接件125以及器件200的發(fā)卡彈簧225、錨狀物部分215、游離部220和電極222、224。在圖41中，通過(guò)例如HF蒸汽蝕刻或緩沖HF濕蝕刻，通過(guò)狹槽450蝕刻氧化物層415的多個(gè)部分455。在圖4J中，使用類似于用于圖案化層305的光刻處理和蝕刻處理中的一個(gè)或多個(gè)的處理在多晶硅層420的頂部形成和圖案化結(jié)合環(huán)460。在其他實(shí)施例中，結(jié)合環(huán)460通過(guò)剝離處理形成和被圖案化。在一些實(shí)施例中，在形成布線445的同時(shí)或者在緊跟著形成布線445之后，形成并且圖案化結(jié)合環(huán)460。

在圖4K中，覆蓋晶片465被粘著至器件100或器件200周圍的結(jié)合環(huán)460?？蛇x硬磁層385 (圖3K)被涂敷在底部金屬層407b之上的基板410的背面和覆蓋晶片380的頂面上?？蛇x硬磁層385被磁化，使得如果第二線環(huán)145或線環(huán)230相對(duì)于磁場(chǎng)移動(dòng)，則由磁化的磁層385形成的永磁體生成的場(chǎng)使得在第二線環(huán)145或線環(huán)230中生成電流。在圖3A-圖3K和圖4A-圖4K中描述的處理中，覆蓋晶片380、465和結(jié)合環(huán)形成保護(hù)器件100和器件200不受環(huán)境影響的密封(seal)。圖5是根據(jù)實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)500的功能圖。傳感器系統(tǒng)500包括MEMS傳感器505、控制器510、信號(hào)處理電子器件515和可選永磁體520。MEMS傳感器505包括具有上述能量收集器100、200的一個(gè)或多個(gè)MEMS傳感器?？刂破?10控制MEMS傳感器505并且從能量收集器收集能量，將所收集的能量重新分配給MEMS傳感器505和信號(hào)處理電子器件515，從而減少傳感器系統(tǒng)的功率消耗。在一些實(shí)施例中，MEMS傳感器在與形成控制器510和信號(hào)處理電子器件515的基板相同的基板上。在一些實(shí)施例中，控制器510和信號(hào)處理電子器件515形成在MEMS傳感器505下面的基板上。在一些實(shí)施例中，控制器510和信號(hào)處理電子器件515形成在與MEMS傳感器505相同的基板上但是在基板的不同部分中，在與形成傳感器的一側(cè)相同的一側(cè)或者不同的一側(cè)處。在其他實(shí)施例中，用于傳感器系統(tǒng)500的控制器510和信號(hào)處理電子器件515形成在獨(dú)立基板和粘著至具有MEMS傳感器505的基板的線或管芯上?？蛇x永磁體520生成用于MEMS傳感器505的能量收集器的磁場(chǎng)。根據(jù)一些實(shí)施例，傳感器包括基板、傳感器元件和能量收集器件。傳感器元件包括懸板(suspended plate),并且懸板可相對(duì)于基板移動(dòng)。能量收集器件形成在傳感器元件的懸板上。根據(jù)一些實(shí)施例中，傳感器系統(tǒng)包括可移動(dòng)板、能量收集器件和控制器?？梢苿?dòng)板相對(duì)于傳感器系統(tǒng)可移動(dòng)并且適于響應(yīng)于環(huán)境變化移動(dòng)。能量收集器件形成在可移動(dòng)板上?？刂破鬟m于至少使用從能量收集器件收集的能量給傳感器系統(tǒng)供電。根據(jù)一些實(shí)施例，制造傳感器的方法包括形成可移動(dòng)板，形成能量收集線圈，以及在可移動(dòng)板周圍形成電極?？梢苿?dòng)板形成在基板之上。能量收集線圈形成在可移動(dòng)板中。電極在可移動(dòng)板周圍形成，并且電極適于感應(yīng)可移動(dòng)板的運(yùn)動(dòng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易想到，所披露的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了上述一個(gè)或多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。在讀取以上說(shuō)明之后，如在此廣泛披露的，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠作出等價(jià)物的改變、替換以及多種其他實(shí)施例。從而，在此準(zhǔn)許的保護(hù)僅由所附權(quán)利要 求及其等價(jià)物中包括的定義限制。
權(quán)利要求
1.ー種器件，包括 基板； 傳感器元件，連接至所述基板并且包括板件，所述板件相對(duì)于所述基板可移動(dòng)；以及 能量收集器件，所述能量收集器件形成在所述傳感器元件的所述板件上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件，其中，所述能量收集器件包括形成在所述板件上的線圈， 并且所述器件進(jìn)ー步包括永磁體，被定位成使磁場(chǎng)通過(guò)所述線圈；控制器，適于控制使用由所述能量收集器件收集的能量的至少一部分給所述器件供電， 其中，所述能量收集器件適于使用所述板件的振動(dòng)模式收集能量。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件，所述傳感器元件是磁場(chǎng)傳感器，所述傳感器元件是具有響應(yīng)于所述板件的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行電容檢測(cè)的洛倫茲カ磁場(chǎng)傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件，所述傳感器元件是運(yùn)動(dòng)傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件，所述傳感器元件是具有響應(yīng)于所述板件的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行電容檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)傳感器。
6.一種系統(tǒng),包括 基板； 板件，相對(duì)于所述基板可移動(dòng)，可移動(dòng)板件適于響應(yīng)于環(huán)境改變而移動(dòng)； 能量收集器件，形成在可移動(dòng)板件上；以及 控制器，適于控制使用由所述能量收集器件收集的能量的至少一部分給傳感器系統(tǒng)供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，可移動(dòng)板件形成在所述基板上，并且所述控制器形成在該相同的基板上，可移動(dòng)板件形成在所述控制器之上，所述系統(tǒng)進(jìn)ー步包括將可移動(dòng)板件連接至所述基板的彈性連接件，并且所述能量收集器件包括形成在可移動(dòng)板件上的經(jīng)由所述彈性連接件連接至所述控制器的螺旋形線圈；以及永磁體，被定位成使磁場(chǎng)通過(guò)所述螺旋形線圈。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，所述能量收集器件適于使用可移動(dòng)板件的振動(dòng)模式收集能量， 所述系統(tǒng)進(jìn)ー步包括電極，用于響應(yīng)于所述可移動(dòng)板件的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行電容檢測(cè)， 其中，可移動(dòng)板件進(jìn)ー步包括線環(huán)并且形成磁場(chǎng)傳感器；或者可移動(dòng)板件進(jìn)ー步包括在所述電極之間從所述可移動(dòng)板件延伸的指狀物，可移動(dòng)板件以及電極形成運(yùn)動(dòng)傳感器。
9.一種制造器件的方法，包括 在基板之上形成可移動(dòng)板件； 在所述可移動(dòng)板件中形成能量收集線圈；以及 在所述可移動(dòng)板件周圍形成電極，所述電極適于感應(yīng)所述可移動(dòng)板件的運(yùn)動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)ー步包括 形成至少ー個(gè)彈簧或鉸鏈，以將所述可移動(dòng)板件連接至所述基板；以及形成將所述能量收集線圈連接至形成在所述基板上的接合焊盤或控制電路中的至少一個(gè)上的布線。
全文摘要
在本發(fā)明披露的一些實(shí)施例中，傳感器包括基板、傳感器元件和能量收集器件。傳感器元件包括板件，并且板件相對(duì)于基板可移動(dòng)。能量收集器件形成在傳感器元件的板件上。
文檔編號(hào)B81B7/00GK102674234SQ20111032434
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月14日
發(fā)明者戴文川, 楊長(zhǎng)沂, 洪嘉明, 蔡尚穎, 鐘添淦, 黃信錠, 黃耀德 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司