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MEMS动能转化

阅读：680发布：2020-05-13

IPRDB可以提供MEMS动能转化专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了微器件。器件包括微电子机械系统(MEMS)可移动结构，位于MEMS可移动结构上的多个金属环，以及位于MEMS可移动结构上的压电元件。前部覆盖晶圆和背部覆盖晶圆与MEMS结构接合，前部覆盖晶圆和背部覆盖晶圆封装MEMS可移动结构，多个金属环，和压电元件。器件还包括设置在多个金属环上方的前部覆盖晶圆上的磁体。，下面是MEMS动能转化专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种微器件，包括：

微电子机械系统(MEMS)结构，所述微电子机械系统结构包括微电子机械系统可移动结构；

位于所述微电子机械系统可移动结构上方的多个金属环；

位于所述微电子机械系统可移动结构上方的压电元件；

与所述微电子机械系统结构接合的前部覆盖晶圆和背部覆盖晶圆，所述前部覆盖晶圆和所述背部覆盖晶圆封装所述微电子机械系统可移动结构、所述多个金属环、和所述压电元件；以及设置在所述多个金属环上方的所述前部覆盖晶圆上的磁体，其中，每个所述金属环均包括一层在另一层之上的并通过介电层分隔的一组金属线圈，其中，所述微电子机械系统可移动结构包括由基板形成的桥。

2.根据权利要求1所述的微器件，其中所述微电子机械系统可移动结构是带有检验质量的悬臂式结构。

3.根据权利要求1所述的微器件，其中所述多个金属环包括两组金属线圈，所述两组金属线圈相互叠放并且由至少一个介电层隔开。

4.根据权利要求3所述的微器件，其中所述压电元件在所述两组金属线圈之间。

5.根据权利要求1所述的微器件，其中所述压电元件包括底部金属层，位于所述底部金属层上方的氮化铝(AlN)层，和位于所述氮化铝层上方的顶部金属层。

6.根据权利要求1所述的微器件，其中所述前部覆盖晶圆和所述背部覆盖晶圆通过苯并环丁烯(BCB)接合物或共晶接合物与所述微电子机械系统结构接合。

7.根据权利要求1所述的微器件，其中所述磁体由钕，铁，和硼的合金组成。

8.根据权利要求1所述的微器件，还包括设置在所述多个金属环下方的所述背部覆盖晶圆上的第二磁体。

9.一种微器件，包括：

微电子机械系统(MEMS)结构，所述微电子机械系统结构包括微电子机械系统可移动结构；

位于所述微电子机械系统可移动结构上方的金属线圈；

位于所述微电子机械系统可移动结构上方的压电元件；所述压电元件包括底部金属层，位于所述底部金属层上方的氮化铝(AlN)层，和位于所述氮化铝层上方的顶部金属层；

与所述微电子机械系统结构接合的前部覆盖晶圆和背部覆盖晶圆，所述前部覆盖晶圆和所述背部覆盖晶圆封装所述微电子机械系统可移动结构，所述金属线圈，和所述压电元件；以及设置在所述金属线圈上方的所述前部覆盖晶圆上的磁体，其中，所述金属线圈为一层在另一层之上的并通过介电层分隔的一3D金属线圈，其中，所述微电子机械系统可移动结构包括由基板形成的桥。

10.根据权利要求9所述的微器件，其中所述微电子机械系统可移动结构是带有检验质量的悬臂式结构。

11.根据权利要求9所述的微器件，其中所述前部覆盖晶圆和所述背部覆盖晶圆通过苯并环丁烯(BCB)接合物或共晶接合物与所述微电子机械系统结构接合。

12.根据权利要求9所述的微器件，其中所述磁体由钕，铁，和硼的合金组成。

13.根据权利要求9所述的微器件，还包括设置在所述金属线圈下方的所述背部覆盖晶圆上的第二磁体。

14.根据权利要求9所述的微器件，还包括位于所述微电子机械系统可移动结构上方的第二金属线圈，其中所述压电元件在所述第二金属线圈和所述金属线圈之间。

15.一种制造微器件的方法，所述方法包括：

提供基板；

在所述基板上方形成多个金属环；

在所述基板上方形成压电元件；

蚀刻所述基板以形成包括微电子机械系统可移动结构的微电子机械系统(MEMS)结构；

将前部覆盖晶圆和背部覆盖晶圆与所述微电子机械系统结构接合以封装位于所述前部覆盖晶圆和所述背部覆盖晶圆之间的所述微电子机械系统可移动结构，所述多个金属环，和所述压电元件；以及在所述多个金属环上方的所述前部覆盖晶圆上形成磁体，其中，每个所述金属环均包括一层在另一层之上的并通过介电层分隔的一组金属线圈，其中，所述微电子机械系统可移动结构包括由基板形成的桥。

16.根据权利要求15所述的制造微器件的方法，其中所述微电子机械系统可移动结构是带有检验质量的悬臂式结构。

17.根据权利要求15所述的制造微器件的方法，其中形成所述多个金属环包括形成两组金属线圈，所述两组金属线圈相互叠放并且由至少一个介电层隔开。

18.根据权利要求17所述的制造微器件的方法，其中所述压电元件形成在所述两组金属线圈之间。

19.根据权利要求15所述的制造微器件的方法，其中形成所述压电元件包括形成并且图案化底部金属层，位于所述底部金属层上方的氮化铝(AlN)层，和位于所述氮化铝层上方的顶部金属层。

20.根据权利要求15所述的制造微器件的方法，还包括形成设置在所述多个金属环下方的所述背部覆盖晶圆上的第二磁体。

说明书全文

MEMS动能转化

技术领域

[0001] 本发明涉及一种微器件以及制造该微器件的方法。

背景技术

[0002] 微电子机械系统(MEMS)器件可以为各种用途收集能量，例如自供电或电池充电器件或系统。这种MEMS器件可以收集能量，例如，通过将机械动能(例如环境振动)转化成电能(例如电荷)以及随后给器件供电或给电池充电。

[0003] 然而，现有的MEMS能量收集器具有许多限制。传统的使用铅-锆-钛(PZT)薄膜材料转化能量的MEMS压电器件具有环境和加工工具污染问题。与PZT相比，传统的使用氮化铝(AlN)薄膜材料的MEMS压电器件不能产生更多的能量因为AlN具有较低的压电系数。另外，传统的MEMS压电器件只限于从机械变形转化成动能，而不能以结构移位，速度，和加速为基础(尤其是当后三种运动是零变形时，即没有变形)。

发明内容

[0004] 针对现有技术的问题，本发明提供了一种微器件，包括：微电子机械系统(MEMS)结构，所述微电子机械系统结构包括MEMS可移动结构；位于所述MEMS可移动结构上方的多个金属环；位于所述MEMS可移动结构上方的压电元件；与所述MEMS结构接合的前部覆盖晶圆和背部覆盖晶圆，所述前部覆盖晶圆和所述背部覆盖晶圆封装所述MEMS可移动结构、所述多个金属环、和所述压电元件；以及设置在所述多个金属环上方的所述前部覆盖晶圆上的磁体。

[0005] 根据本发明所述的器件，其中所述MEMS可移动结构是非共振结构，带有检验质量的悬臂式结构，或膜片结构之一。

[0006] 根据本发明所述的器件，其中所述多个金属环包括两组金属线圈，所述两组金属线圈相互叠放并且由至少一个介电层隔开。

[0007] 根据本发明所述的器件，其中所述压电元件在所述两组金属线圈之间。

[0008] 根据本发明所述的器件，其中所述压电元件包括底部金属层，位于所述底部金属层上方的氮化铝(AlN)层，和位于所述AlN层上方的顶部金属层。

[0009] 根据本发明所述的器件，其中所述前部覆盖晶圆和所述背部覆盖晶圆通过苯并环丁烯(BCB)接合物或共晶接合物与所述MEMS结构接合。

[0010] 根据本发明所述的器件，其中所述磁体由钕，铁，和硼的合金组成。

[0011] 根据本发明所述的器件，还包括设置在所述多个金属环下方的所述背部覆盖晶圆上的第二磁体。

[0012] 根据本发明所述的一种微器件，包括：微电子机械系统(MEMS)结构，所述微电子机械系统结构包括MEMS可移动结构；位于所述MEMS可移动结构上方的金属线圈；位于所述MEMS可移动结构上方的压电元件；所述压电元件包括底部金属层，位于所述底部金属层上方的氮化铝(AlN)层，和位于所述AlN层上方的顶部金属层；与所述MEMS结构接合的前部覆盖晶圆和背部覆盖晶圆，所述前部覆盖晶圆和所述背部覆盖晶圆封装所述MEMS可移动结构，所述金属线圈，和所述压电元件；以及设置在所述金属线圈上方的所述前部覆盖晶圆上的磁体。

[0013] 根据本发明所述的器件，其中所述MEMS可移动结构是非共振结构，带有检验质量的悬臂式结构，或膜片结构之一。

[0014] 根据本发明所述的器件，其中所述前部覆盖晶圆和所述背部覆盖晶圆通过苯并环丁烯(BCB)接合物或共晶接合物与所述MEMS结构接合。

[0015] 根据本发明所述的器件，其中所述磁体由钕，铁，和硼的合金组成。

[0016] 根据本发明所述的器件，还包括设置在所述金属线圈下方的所述背部覆盖晶圆上的第二磁体。

[0017] 根据本发明所述的器件，还包括位于所述MEMS可移动结构上方的第二金属线圈，其中所述压电元件在所述第二金属线圈和所述金属线圈之间。

[0018] 根据本发明所述的一种制造微器件的方法，所述方法包括：提供基板；在所述基板上方形成多个金属环；在所述基板上方形成压电元件；蚀刻所述基板以形成包括MEMS可移动结构的微电子机械系统(MEMS)结构；将前部覆盖晶圆和背部覆盖晶圆与所述MEMS结构接合以封装位于所述前部覆盖晶圆和所述背部覆盖晶圆之间的所述MEMS可移动结构，所述多个金属环，和所述压电元件；以及在所述多个金属环上方的所述前部覆盖晶圆上形成磁体。

[0019] 根据本发明所述的方法，其中所述MEMS可移动结构是非共振结构，带有检验质量的悬臂式结构，或膜片结构之一。

[0020] 根据本发明所述的方法，其中形成所述多个金属环包括形成两组金属线圈，所述两组金属线圈相互叠放并且由至少一个介电层隔开。

[0021] 根据本发明所述的方法，其中所述压电元件形成在所述两组金属线圈之间。

[0022] 根据本发明所述的方法，其中形成所述压电元件包括形成并且图案化底部金属层，位于所述底部金属层上方的氮化铝(AlN)层，和位于所述AlN层上方的顶部金属层。

[0023] 根据本发明所述的方法，还包括形成设置在所述多个金属环下方的所述背部覆盖晶圆上的第二磁体。

附图说明

[0024] 当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明。应该强调的是，根据工业中的标准实践，各种部件没有被按比例绘制并且仅仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增加或减少。

[0025] 图1是根据本发明的实施例制造用于动能转化的微器件的方法的流程图。

[0026] 图2是根据本发明的实施例的MEMS动能转化器件的横截面视图。

[0027] 图3A-图3F是根据本发明的实施例的图2的MEMS动能转化器件处于各个制造阶段的横截面视图。

[0028] 图4A-图4D示出一组多层金属环的顶视图，该多层金属环是互连的并且在金属环的每个层之间具有介电层。

[0029] 图5是根据本发明的另一个实施例的MEMS动能转化器件的横截面视图。

[0030] 图6是根据本发明的另一个实施例的MEMS动能转化器件的横截面视图。

具体实施方式

[0031] 据了解为了实施本发明的不同部件，以下公开提供了许多不同的实施例或示例。以下描述元件和布置的特定示例以简化本发明。当然这些仅仅是示例并不打算限定。再者，本发明可在各个示例中重复参照数字和/或字母。该重复是为了简明和清楚，而且其本身没有规定所述各种实施例和/或结构之间的关系。

[0032] 据了解可能只是简要的描述器件的各个加工步骤和/或部件，因为本领域普通技术人员熟悉这些步骤和/或部件。同时，可增加额外的加工步骤或部件，并且当仍然实施本权利要求时可以移去和/或改变一定的以下加工步骤或部件。因此，应该了解以下描述只代表示例，并不用于表明需要一个或多个步骤或部件。

[0033] 据进一步了解本发明大体上涉及关于基板封装的WLP。本文中描述的基板可以具有多种形式，包括但是不限于具有集成电路的晶圆(或其部分)，集成电路包括基于CMOS工艺形成的那些，管芯，微电子机械系统(MEMS)基板，覆盖基板，带有CMOS器件的单层基板和形成在单层基板上的MEMS器件等。相反地，载具晶圆可能不包括集成电路。另外，如上所述，本文中将描述特定的实施例但是这些只是示例并不打算限定。例如，关于基板是MEMS基板，CMOS基板等的实施例仅仅是示例并不打算限定任何具体技术的公开。

[0034] 图1是根据本发明的实施例示出制造混合压电电磁能量收集器件的方法100的流程图。方法100开始于方框102，其中提供了基板。基板可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)区域的一部分，是与CMOS区域在同一管芯上或另一个管芯上的独立区域。

[0035] 在方框104上，多个金属环形成在基板上。在一个实例中，在互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺中将多个金属环沉积和图案化，或可以将金属环电镀在CMOS晶圆上。在另一个实例中，多个金属环可以包括至少一组在另一组之上并且被至少一个介电层分离的两组金属线圈。应该注意到线圈组越多，得到更好的能量收集结果。

[0036] 在方框106中，压电元件形成在基板上。在一个实例中，压电元件可以包括底部金属层，在底部金属层上的AIN层，和在AIN层上的顶部金属层。在另一个实例中，压电元件可以形成在两组金属线圈之间。

[0037] 在方框108中，蚀刻基板以形成MEMS结构。在一个实例中，MEMS结构可以形成为非共振结构，带有检验质量的悬臂式结构，或膜片结构之一。

[0038] 在方框110中，前部和背部封装晶圆分别接合在MEMS结构的前部和后部上，从而将MEMS可移动结构，多个金属环，和压电结构封装在前部和背部覆盖晶圆之间。在一个实例中，前部和背部覆盖晶圆通过苯并环丁烯(BCB)接合物或共晶接合物接合在MEMS结构上。

[0039] 在方框112中，磁体形成在位于多个金属环上方的前部覆盖晶圆上。第二磁体可以设置在多个金属环下方的背部覆盖晶圆上。在一个实例中，磁体可以由钕，铁，和硼的合金组成。

[0040] 因此，方法100提供了混合MEMS压电电磁能量收集器件的制造。如上所述，MEMS器件可以形成在各种半导体器件和/或其他合适的器件和/或无源器件上。示例性的半导体器件包括含有金属绝缘体半导体场效应晶体管(MOSFET)(包括互补MOSFET(CMOS)部件)的集成电路，CIS，和/或其他合适的有源和/或无源器件。在实施例中，MEMS器件包括使用基于CMOS工艺设计和形成的集成电路(或其部分)。包括使用CMOS技术形成的半导体器件的基板在本文中可以称CMOS基板或CMOS晶圆。MEMS器件或基板可以是包括MEMS部件和/或功能的硅晶圆。具有通过其他半导体制造技术形成的器件(例如集成电路)的基板也在所述方法范围内的。

[0041] 在一个实例中，MEMS器件基板和/或覆盖晶圆由硅组成。可选地或附加地，MEMS器件的基板，半导体器件，和/或覆盖晶圆可以包括其他元素半导体，例如锗，或基板可以包括化合物半导体，例如碳化硅，镓砷，砷化铟，和/或磷化铟。

[0042] 现参考图2，根据本发明的实施例示出了微器件200的横截面视图。根据本发明的实施例，器件200可以称为混合MEMS压电电磁能量收集器件或MEMS动能转换器件。

[0043] 微器件200包括具有MEMS可移动结构262的微电子机械系统(MEMS)结构260。在本实施例中，MEMS可移动结构262是非共振结构而且包括基板202，埋氧层206，和前部介电层208，例如金属层间介电层。器件200还包括设置在MEMS可移动结构262上的多个金属环210，和设置在MEMS可移动结构262上的压电元件220。前部和背部覆盖晶圆242，244与MEMS结构260接合，从而封装MEMS可移动结构262，多个金属环210，和压电元件220。
磁体252设置在位于多个金属环210上的前部覆盖晶圆242上。

[0044] 根据本发明的一个实施例，基板202包括硅上绝缘体(SOI)晶圆和CMOS器件。在一个实例中基板202由单层晶体硅组成，但是可以由其他材料组成以及包括上述其他结构。

[0045] 根据本发明的一个实施例，多个金属环210包括一层在另一层之上的并且互连以形成金属线圈的多层金属环。介电层可以形成在金属环的层之间。根据另一个实施例，第二组多个金属环230形成在第一组多个金属环210上。类似地，多个金属环230也可以包括一层在另一层之上的并且互连以形成第二金属线圈的多层金属环。介电层也可以形成在第二组金属环的层之间。两组金属线圈210，230被至少一个介电层分离。在一个实施例中，用于金属电镀的种子层可以沉积在CMOS区域的顶部上，而且可以将厚光阻沉积在种子层的顶部上以及随后将厚光阻图案化成模板。然后可以在模板中电镀多层金属环从而获得3-D线圈。

[0046] 根据一个实施例，压电元件220包括底部金属层222，位于底部金属层222上方的压电层224(例如氮化铝(AlN)层)，和位于压电层224上方的顶部金属层226。在一个实例中，底部金属层222可以作为缓冲/种子层和/或底部电极发挥作用，而且可以由各种金属组成，例如但是不限于Pt/Ti，Mo/Ti，Ti，Al，AlCu等。在一个实例中，顶部金属层226可以作为叉指电极和/或顶部电极发挥作用并且可以由各种金属组成，例如但是不限于Pt，Mo，Al，Ti，AlCu等。

[0047] 根据一个实施例，前部和背部覆盖晶圆242，244由硅组成而且可以通过接合物246(例如但是不限于苯并环丁烯(BCB)结合或共晶结合)与MEMS结构260接合。

[0048] 根据一个实施例，磁体252由钕，铁，和硼的合金组成，尽管不限于这类金属。在其他实施例中，正如以下关于图5和图6将要示出和描述的，第二磁体可以形成在位于多个金属环下的背部覆盖晶圆244上。

[0049] 现参考图3A到3F，根据本发明的实施例示出处于制造的各个阶段的微器件200的横截面视图。图3A示出基板202，基板202包括背部介电层204，埋氧层206，和前部介电层208。在一个实例中，基板202由单层晶体硅组成，但是可以由其他材料组成以及包括其他上述结构。图3A还示出在前部介电层208内的多个金属环210的形成。多个金属环210可以作为CMOS工艺的一部分进行沉积和图案化和/或可以在CMOS基板顶部上的电镀工艺中进行沉积和图案化。尽管图3A只示出了一层，多个金属环210可以包括如上所述的多层金属环并且在以下关于图4A到4D示出和描述。介电层可以形成在多个金属环层之间，其可以通过介电层互连从而形成3-D金属线圈。

[0050] 图3B示出压电元件220的形成，其包括底部金属层222，位于底部金属层222上的压电层224(例如氮化铝(AlN)层)，和位于压电层224上的顶部金属层226的沉积。如上所述，在一个实例中，底部金属层222可以作为缓冲/种子层和/或底部电极发挥作用，而且可以由各种金属组成，例如但是不限于Pt/Ti，Mo/Ti，Ti，Al，AlCu等。在一个实例中，顶部金属层226可以作为叉指电极和/或顶部电极发挥作用并且可以由各种金属组成，例如但是不限于Pt，Mo，Al，Ti，AlCu等。可以通过传统的技术和工艺沉积金属电极层，例如通过各种PVD，CVD，和/或电镀技术。可以通过传统的技术和工艺沉积压电层，例如通过各种PVD和CVD技术。可以通过传统的技术和工艺图案化这些层，例如通过各种光刻图案化和蚀刻技术。压电元件220沉积和图案化之后，沟槽221形成在位于压电元件220和多个金属环210之间的前部介电层208和基板的顶表面中。在一个实例中沟槽221可以通过氧化物干蚀刻形成。

[0051] 图3C示出第二组多个金属环230形成在第一组多个金属环210之上。类似地，多个金属环230也可以包括一层在另一层之上的并且互连以形成第二金属线圈的多层金属环。介电层也可以形成在第二组金属环230的层之间。两组金属线圈210，230被至少一个介电层分离。

[0052] 图3D示出基板202，埋氧层206，和前部介电层208的蚀刻从而形成MEMS结构260和MEMS可移动结构262。在这个实施例中，MEMS可移动结构262是非共振结构。在一个实例中，带有CF4腐蚀气体的各向同性氧化物蚀刻器与图案化光阻联合在一起用于介电层和基板202的图案化蚀刻。在另一个实例中，将背部介电层204图案化并且用作基板202的体硅蚀刻的蚀刻掩模。可以通过快速硅干蚀刻方法进行体硅蚀刻直到介电层206暴露出来然后继续蚀刻以释放MEMS可移动结构。可以使用其他蚀刻技术和工艺。

[0053] 图3E示出前部和背部覆盖晶圆242，244与MEMS结构260的接合，从而封装前部和背部覆盖晶圆242，244之间的MEMS可移动结构，多个金属环210，和压电元件220。如上所述，根据一个实施例，前部和背部覆盖晶圆242，244可以通过接合物246(例如但是不限于苯并环丁烯(BCB)结合或共晶结合)与MEMS结构260接合。

[0054] 在一个实施例中覆盖晶圆接合和切割之后，每个器件在真空中封装。封装之后，器件通过胶粘装订与硬磁体结合。图3F示出磁体252形成在位于多个金属环210上的前部覆盖晶圆242上。如上所述，磁体252由钕，铁，和硼的合金组成，尽管不限于这类金属。在一个实施例中磁体252可以是与覆盖晶圆胶粘装订。

[0055] 图4A-图4D示出一组多层金属环(例如金属环210，230)的顶视图，其是互连的并且在每层金属环之间具有介电层以形成金属线圈。图4A示出第一金属层410a，其形成为具有多个环。在一个实例中箭头指示感应电流的方向。图4B示出直接形成在第一金属层410a上的第一金属层间介电层411a。图4C示出直接形成在图4B的第一金属层间介电层
411a上的第二金属层410b。在一个实例中箭头再一次表示感应电流的方向。图4D示出直接形成在图4C的第二金属层410b上的第二金属层间介电层411b。金属通孔穿过金属层间介电层411a，411b(其可能被平坦化和图案化以形成通孔空隙)形成从而互连第一和第二金属层410a，410b。可以重复金属层和层间介电层的堆叠以形成具有理想数量的金属层的3-D金属线圈。当多个金属环(例如金属线圈)在外部磁场中横向移动时，由于电磁感应在线圈中产生感应电流，外部磁场由装在覆盖晶圆外部的两个平行硬磁体产生。

[0056] 如上所述，实施例中的基板202包括CMOS晶圆和形成在CMOS晶圆上的电磁元件和压电元件。可选地，基板202可以是载具晶圆(可选地包括stand-off部件)和可能不包括集成电路。因此，在第一方案中，基板可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)区域的一部分；在第二方案中，基板可能是在独立区域中，该独立的区域与CMOS区域在同一管芯上(例如并排着)；以及在第三方案中，基板可能在一个管芯中而CMOS IC在另一个管芯中。

[0057] 因此，本发明提供了一种混合压电电磁能量收集器件。当器件经历环境/机械振动时，MEMS可移动结构相应地偏斜，由于设置在可移动结构顶部上的压电薄膜的机械耦合，由偏斜的可移动结构导致的应力传导给压电膜，转化成电荷。另外，当设置在可移动结构上的多个金属环(例如金属线圈)在由硬磁体形成的外部磁场中横向移动时，由于电磁感应在线圈中产生也可以收集的感应电流。

[0058] 因此，本发明提供了一种混合压电电磁能量收集器件，该器件可以用于转化来自所有范围的运动例如变形，移位，速度，和/或加速(甚至当后三种运动是零变形时)的动能而且具有增强的能量产生能力。本发明也在与CMOS工艺兼容方面具有优势。另外，本发明提供了一种基本上无静态阻力，无机械磨损，和无环境污染的能量收集器件。另外，本发明既可以用于制造独立的MEMS器件也可以用于制造单片半导体MEMS器件。

[0059] 现参考图5，根据本发明的另一个实施例示出了微器件500的横截面视图。微器件500可以包括与以上关于图2，图3A-3F，和4A-4D所描述的结构基本相同的结构，而且这些结构完全可用于本实施例，尽管以下可能不包括重复的描述以避免冗长的描述。

[0060] 微器件500包括具有MEMS可移动结构562的MEMS结构560。在该实施例中，MEMS可移动结构562包括带有检验质量501的悬臂式结构和由基板502形成的桥503，和形成在基板502上的前部介电层508，例如金属层间介电层。器件500还包括设置在MEMS可移动结构562上的多个金属环510，和设置在MEMS可移动结构562上的压电元件520。前部和背部覆盖晶圆242，244与MEMS结构560接合，从而封装MEMS可移动结构562，多个金属环510，和压电元件520。第一磁体252设置在位于多个金属环510上的前部覆盖晶圆242上，而第二磁体254设置在位于多个金属环510下的背部覆盖晶圆244上。

[0061] 根据本发明的一个实施例，多个金属环510包括一层在另一层上并且互连以形成金属线圈的多层金属环，如以上关于图4A-图4D所描述的。介电层可以形成在金属环的层间。

[0062] 根据一个实施例，第二组多个金属环530形成在第一组多个金属环510之上。类似地，多个金属环530可以包括一层在另一层上并且互连以形成第二金属线圈的多层金属环。介电层可以形成在第二组金属环的层间。两组金属环510，530被至少一个介电层隔离，而且在这个实施例中，压电元件520设置在两组金属环510，530之间。

[0063] 根据一个实施例，压电元件520包括底部金属层522，在底部金属层522上的压电层524(例如氮化铝(AlN)层)，和位于压电层524上方的顶部金属层526。在一个实例中，底部金属层522可以作为缓冲/种子层和/或底部电极发挥作用，而且可以由各种金属组成，例如但是不限于Pt/Ti，Mo/Ti，Ti，Al，AlCu等。在一个实例中，顶部金属层526可以作为叉指电极和/或顶部电极发挥作用并且可以由各种金属组成，例如但是不限于Pt，Mo，Al，Ti，AlCu等。介电层528使压电元件520的顶部金属层526与第二组金属环530隔离。

[0064] 根据一个实施例，磁体252和254可以由钕，铁，和硼的合金组成，虽然不限于这种金属。

[0065] 现参考图6，根据本发明的另一个实施例示出了微器件600的横截面视图。微器件600可以包括与以上关于图2，图3A-3F，和4A-4D所描述的结构基本相同的结构，而且这些结构完全可用于本实施例，尽管以下可能不包括重复的描述以避免冗长的描述。

[0066] 微器件600包括具有MEMS可移动结构662的MEMS结构660。在该实施例中，MEMS可移动结构662包括由基板602形成的膜片结构，和形成在基板602上的前部介电层608，例如金属层间介电层。器件600还包括设置在MEMS可移动结构662上的多个金属环610，和设置在MEMS可移动结构662上的压电元件620。前部和背部覆盖晶圆242，244与MEMS结构660接合，从而封装MEMS可移动结构662，多个金属环610，和压电元件620。第一磁体252设置在位于多个金属环610上的前部覆盖晶圆242上，而第二磁体254设置在位于多个金属环610下的背部覆盖晶圆244上。

[0067] 根据本发明的一个实施例，多个金属环610包括一层在另一层上并且互连以形成金属线圈的多层金属环，如以上关于图4A-图4D所描述的。介电层可以形成在金属环的层之间。

[0068] 根据一个实施例，第二组多个金属环630形成在第一组多个金属环610之上。类似地，多个金属环630可以包括一层在另一层上并且互连以形成第二金属线圈的多层金属环。介电层可以形成在第二组金属环的层之间。两组金属环610，630被至少一个介电层隔离，而且在这个实施例中，压电元件620设置在两组金属环610，630之间。

[0069] 根据一个实施例，压电元件620包括底部金属层622，在底部金属层622上的压电层624(例如氮化铝(AlN)层)，和位于压电层624上方的顶部金属层626。在一个实例中，底部金属层622可以作为缓冲/种子层和/或底部电极发挥作用，而且可以由各种金属组成，例如但是不限于Pt/Ti，Mo/Ti，Ti，Al，AlCu等。在一个实例中，顶部金属层626可以作为叉指电极和/或顶部电极发挥作用并且可以由各种金属组成，例如但是不限于Pt，Mo，Al，Ti，AlCu等。介电层628使压电元件620的顶部金属层626与第二组金属环630隔离。

[0070] 尽管本文中示出的实施例可能仅仅描述和/或示出了沉积在基板上的单层金属环或单层接合层，但是这不是必须的而且任何多个层可以被图案化以形成位于基板或器件之间的一层或多层金属环或接合区域。

[0071] 因此，本发明提供了微器件。在一个实施例中，器件包括具有MEMS可移动结构，位于MEMS可移动结构上的多个金属环，以及位于MEMS可移动结构上的压电元件的微电子机械系统(MEMS)结构。前部和背部覆盖晶圆与MEMS结构接合，前部和背部覆盖晶圆封装MEMS可移动结构，多个金属环，和压电元件。器件还包括设置在位于多个金属环上的前部覆盖晶圆上的磁体。

[0072] 本发明提供另一个微器件。在一个实施例中，器件包括具有MEMS可移动结构，位于MEMS可移动结构上的金属线圈，以及位于MEMS可移动结构上的压电元件的微电子机械系统(MEMS)结构，压电元件包括底部金属层，位于底部金属层上的氮化铝(AlN)层，和位于AlN层上的顶部金属层。器件还包括与MEMS结构接合的前部和背部覆盖晶圆，前部和背部覆盖晶圆封装MEMS可移动结构，金属线圈，和压电元件，以及设置在位于金属线圈上的前部覆盖晶圆上的磁体。

[0073] 第二磁体可以设置在金属线圈下方的背部覆盖晶圆上。另外，第二金属线圈可以设置在MEMS可移动结构上，其中压电元件在第二金属线圈和金属线圈之间。

[0074] 本发明也提供了一种微器件制造方法。在一个实施例中，方法包括提供基板，在基板上形成多个金属环，在基板上形成压电元件，蚀刻基板以形成包括MEMS可移动结构的微电子机械系统(MEMS)结构。方法还包括使前部和背部覆盖晶圆与MEMS结构接合以封装位于前部和背部覆盖晶圆之间的MEMS可移动结构，多个金属环，和压电元件，和在多个金属环上的前部覆盖晶圆上形成磁体。

[0075] 尽管已经详细地描述了本发明的实施例，但是本领域的技术人员应该理解，他们可以在不背离本发明的主旨和范围的情况下进行各种改变，替换和更改。因此，意图将所有这些改变，替换和更改包括在所附权利要求限定的本发明范围内。在这些权利要求中，装置加功能条款意图覆盖本文中描述的实施列举功能的结构和结构等效物，以及等效结构。

标题	发布/更新时间	阅读量
动能动力机-专利编号CN107579647A	2020-05-12	434
动能发动机-专利编号CN107218129A	2020-05-12	190
动能清焦器-专利编号CN102418921A	2020-05-13	957
磁动能轮-专利编号CN101299578A	2020-05-12	845
动能装置-专利编号CN101135291A	2020-05-11	565
动能输出阀-专利编号CN105003425A	2020-05-13	403
光动能布-专利编号CN103989274A	2020-05-11	923
动能摆-专利编号CN102392802A	2020-05-11	801
动能机器-专利编号CN111102337A	2020-05-11	599
MEMS动能转化-专利编号CN102556933B	2020-05-13	679

MEMS动能转化

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