微机电器件及其制造方法、以及测试设备与流程

本公开涉及具有测试结构的微机电器件、用于测试微机电器件的测试设备以及用于制造微机电器件的方法。

背景技术：

1、众所周知，具有复杂结构的微机电器件，诸如惯性传感器以及特别是陀螺仪，可能会受到在存在特定频率下的应力的情况下被触发的不需要的振动模式的影响。

2、例如，单轴的微机电陀螺仪、双轴的微机电陀螺仪或者三轴的微机电陀螺仪可以包括一个或多个驱动质量块以及一个或多个检测质量块，驱动质量块和检测质量块被弹性地约束到衬底并且互相约束，从而具有预定的相对自由度。在使用中，驱动质量块被设置为以受控制的驱动频率和幅度振荡，并且拖动检测质量块，如果陀螺仪围绕对应的旋转轴旋转，则该检测质量块进而根据约束允许的自由度振动。在一些情况下，单个质量块可以被约束到具有多个自由度的衬底，并且被用作驱动质量块和检测质量块这两者。产生有用信号的振动模式也被称作操作振动模式，并且陀螺仪的操作基于操作振动模式。

3、然而，驱动频率的、高次谐波可能落在杂散振动模式的固有频率附近，杂散振动模式可能因此被触发，并且在一些情况下使器件的响应失真。在陀螺仪中，杂散共振模式可能是由于结构的非线性和强迫(通常是方波类型)两者导致的。

4、杂散振动模式的影响可以利用一些措施被部分减轻。例如，微结构(驱动质量块、检测质量块和约束)可以被基于双重视角设计：一方面，确保与杂散振动模式有关的共振频率离驱动频率的谐波足够远，以避免在操作过程中触发不需要的现象；并且另一方面，减少微结构的机器非线性。另外，方波强迫然后可以被正弦强迫代替，正弦强迫在高次谐波方面产生更低的贡献。

5、尽管采取了预防措施，然而，固有的工艺可变性不可避免地导致总不良品中有一定比例的不良品，这既是因为微结构如此复杂以致实际上不可能控制所有可能的杂散振动模式，也是因为限制机器非线性，这本身就已经困难，可能经常与减小相同器件的尺寸的日益频繁的请求冲突。即使是正弦强迫也往往不切实际，因为它在能源消耗与架构复杂度方面过于昂贵。

6、由杂散振动模式的存在而导致的不良品的问题，除了不能被消除之外，也是至关重要的，因为对器件的测试只能在成品组装结束时被执行。结果，不仅必须消除有缺陷的器件，而且还浪费了用于组装和封装的时间、机器和材料。

技术实现思路

1、本公开的实施例提供了一种用于测试微机电器件的测试设备以及一种用于制造微机电器件的方法，该测试设备和该方法使得上述限制能够被克服或至少被减轻。

2、根据本公开，提供了一种具有测试结构的微机电器件、一种用于测试微机电器件的测试设备以及一种用于制造微机电器件的方法。

3、在一个实施例中，一种微机电器件包括：支撑体；以及至少一个可移动质量块，由半导体材料制成，所述至少一个可移动质量块被弹性地约束至所述支撑体，以沿着一个或多个轴振荡。该微机电器件包括：固定检测电极，被刚性地连接至支撑体，并且被电容性地耦合至至少一个可移动质量块；以及至少一个测试结构，由半导体材料制成，该至少一个测试结构被刚性地连接至支撑体，并且不同于固定检测电极。至少一个测试结构被电容性地耦合至至少一个可移动质量块，并且被配置为响应于至少一个测试结构与至少一个可移动质量块之间的电压，向至少一个可移动质量块施加静电力。

4、在一个实施例中，一种用于测试微机电器件的测试设备包括半导体晶片和测试机器，该半导体晶片集成了多个微机电器件，该测试机器被连接到微机电器件的焊盘，并且包括至少一个测试信号发生器，该至少一个测试信号发生器被配置为在至少一个可移动质量块与至少一个测试结构之间施加测试电压。

5、在一个实施例中，一种用于制造微机电器件的方法包括：形成支撑体；形成至少一个可移动质量块，该至少一个可移动质量块由半导体材料制成，该至少一个可移动质量块被弹性地约束至支撑体，以沿着一个或多个轴振荡；以及形成固定检测电极，该固定检测电极被刚性地连接至支撑体，并且被电容性地耦合至至少一个可移动质量块。该方法包括：形成至少一个测试结构，该至少一个测试结构由半导体材料制成，该至少一个测试结构被刚性地连接至支撑体，被电容性地耦合至至少一个可移动质量块，并且不同于固定检测电极；以及响应于至少一个测试结构与至少一个可移动质量块之间的电压，利用至少一个测试结构向至少一个可移动质量块施加静电力。

技术特征：

1.一种微机电器件，包括：

2.根据权利要求1所述的器件，其中所述至少一个测试结构与所述可移动质量块电隔离，并且与所述衬底电隔离。

3.根据权利要求1所述的器件，其中：

4.根据权利要求3所述的器件，其中所述至少一个测试结构的所述第一部分包括测试板，所述测试板由半导体材料制成，并且其中所述至少一个可移动质量块具有第一侧和第二侧，所述第一侧面向所述衬底，所述第二侧面向所述测试板。

5.根据权利要求4所述的器件，其中所述至少一个测试结构的所述第一部分包括固定测试电极，并且其中所述至少一个可移动质量块包括可移动测试电极，所述可移动测试电极被电容性地耦合至所述固定测试电极。

6.根据权利要求5所述的器件，其中所述固定测试电极从所述测试板延伸，并且所述可移动测试电极被布置在所述至少一个可移动质量块的、面向所述测试板的所述第二侧上。

7.根据权利要求6所述的器件，其中所述固定测试电极是从所述测试板延伸的相应的平坦半导体板，并且所述可移动测试电极是被形成在所述可移动质量块的、与所述测试板相邻的面上的相应的平坦半导体板，并且其中所述固定测试电极和所述可移动测试电极是叉指的。

8.根据权利要求7所述的器件，其中所述至少一个可移动质量块具有开口，并且其中所述至少一个测试结构的所述第二部分包括锚，所述锚将所述至少一个测试结构的所述第一部分连接至所述衬底，并且延伸穿过所述至少一个可移动质量块中的所述开口。

9.根据权利要求8所述的器件，其中所述锚相对于所述开口偏离中心。

10.根据权利要求9所述的器件，其中所述固定测试电极被配置为在与所述衬底的表面平行的第一方向上施加第一静电测试力，并且其中所述锚在平行于所述衬底的所述表面且垂直于所述第一方向的第二方向上相对于所述开口偏离中心。

11.根据权利要求1所述的器件，包括：

12.根据权利要求11所述的器件，其中所述可移动质量块和所述相应的测试结构围绕中心以镜面对称成对地被布置。

13.根据权利要求1所述的器件，包括焊盘，所述焊盘能够从外部访问，其中所述至少一个可移动质量块和所述至少一个测试结构被电耦合至相应的焊盘。

14.根据权利要求1所述的器件，包括控制集成电路，所述控制集成电路被连接至所述焊盘，并且被配置为在所述至少一个微结构与所述至少一个测试结构之间设置零电压。

15.一种用于制造微机电器件的方法，包括：

16.根据权利要求15所述的方法，其中：

17.一种方法，包括：

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述微机电器件被集成在晶片中，所述晶片包括第二微机电器件，所述第二微机电器件与所述第一微机电器件基本上相同，所述方法包括：

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述测试电压包括正弦电压，所述正弦电压具有随时间变化的频率。

20.根据权利要求17所述的方法，包括：利用所述测试机器的测试控制单元经由输入接触焊盘接收来自所述检测电极的、基于所述可移动质量块响应于所述测试电压的移动的感测信号。

技术总结一种微机电器件包括：支撑体；至少一个可移动质量块，由半导体材料制成，该至少一个可移动质量块被弹性地约束至支撑体，从而能够振荡；固定检测电极，被刚性地连接至所述支撑体，并且被电容性地耦合至至少一个可移动质量块；以及至少一个测试结构，由半导体材料制成，该至少一个测试结构被刚性地连接至所述支撑体，并且不同于固定检测电极。测试结构被电容性地耦合至至少一个可移动质量块，并且被配置为响应于测试结构与至少一个可移动质量块之间的电压，向至少一个可移动质量块施加静电力。技术研发人员：L·奎利诺尼,P·费德利,L·G·法罗尼受保护的技术使用者：意法半导体股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2