在集成電路中生成電能的方法、相應(yīng)集成電路及制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種在集成電路中生成電能的方法、相應(yīng)集成電路及制造方法。所述集成電路包括：在所述集成電路（CI）內(nèi)制作、并且包含一個或多個壓電元件（EPZ1）的一個或多個三維封閉空間（CG）；以自由方式被容納于所述一個三維封閉空間或每個封閉空間中的一個或多個物體（BL）；以及導(dǎo)電輸出裝置（MSE），連接至所述壓電元件，并且被配置為傳送由所述物體與相應(yīng)封閉空間的相對運動期間所述一個物體或所述多個物體中的至少一個物體與所述一個壓電元件或所述多個壓電元件中的至少一個壓電元件的至少一次碰撞產(chǎn)生的電能。
【專利說明】在集成電路中生成電能的方法、相應(yīng)集成電路及制造方法
[0001]本申請是申請日為2010年6月4日、申請?zhí)枮?01010198989.3且名稱為“在集成電路中生成電能的方法、相應(yīng)集成電路及制造方法”的發(fā)明專利申請的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及集成電路，更具體地涉及在集成電路中生成電能，而不是由諸如電池之類的常規(guī)電源產(chǎn)生能量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)一種實施方式和實施例，提出使用例如球形或者更一般的馬鈴薯體形狀(potatoid-shaped)的三維物體在包含一個或多個壓電元件的一個或多個封閉空間內(nèi)的不規(guī)則運動，并且使用這些物體對這些壓電元件的碰撞在每次碰撞時產(chǎn)生電脈沖，電脈沖可以用于對集成電路的至少一部分供電或者對微型電池進行再充電，或者被儲存于諸如電容器之類的存儲裝置中，以在隨后被再次使用。
[0004]因此，可以延長例如電池的壽命，或者可選地使得器件自供電，而不需要為其配備電池。
[0005]根據(jù)一種實施方式和實施例，可以以多種方式將球設(shè)置為在封閉體內(nèi)運動。通過非限制性示例，可以提到聲學(xué)振動或其它起源，或者位于本身移動的支持件上的集成電路的移動。
[0006]因此，本發(fā)明得到眾多應(yīng)用，以非限制性方式舉例來說，可以在健康領(lǐng)域中，用于傳感器的電源和/或用于延長傳感器的電池壽命，其中該傳感器用于監(jiān)控人類的心跳并且位于例如人類心臟附近(心臟的運動使球被設(shè)置為在殼體中不規(guī)則運動)。還應(yīng)當(dāng)提到用于在橋上檢測汽車通過的傳感器，汽車通過使其上放置有傳感器的橋振動，從而將球設(shè)置為在殼體中運動，并引起電信號的產(chǎn)生，所產(chǎn)生的電信號可以用于對傳感器自供電或者可選地用于產(chǎn)生檢測信號。
[0007]可以進一步提到的應(yīng)用是，對車輛水泵的操作的監(jiān)控，車輛的水泵在操作中振動，從而允許球被設(shè)置為在殼體中運動，進而使得在傳感器中生成電能。
[0008]根據(jù)一種實施方式和實施例，提出一種在集成電路中生成電能的方法，以及一種能夠以寬頻帶并且獨立于放置有集成電路的支持件的運動方向而操作的集成電路。
[0009]根據(jù)一方面，提出一種在集成電路中生成電能的方法，該方法包括:將所述集成電路中制作的一個或多個三維封閉空間與所述一個三維封閉空間或每個三維封閉空間內(nèi)以自由方式容納的一個或多個物體設(shè)置為相對運動，所述一個或多個三維封裝空間包含一個或多個壓電元件；以及由所述相對運動期間所述一個物體或所述多個物體中的至少一個物體與所述一個壓電元件或所述多個壓電元件中的至少一個壓電元件之間的至少一次碰撞產(chǎn)生電能。
[0010]詞語三維封閉空間應(yīng)當(dāng)被理解為指開孔的或其它的例如盒子或柵格(cage)之類的任意裝置，使得可以防止通常是三維的物體在物體與封裝空間的運動期間從封閉空間出來。
[0011]此外，自由容納于這種封閉空間中的物體具有在封閉空間和物體被設(shè)置為相對運動時，考慮隨意對殼體各個壁的碰撞，通常以不規(guī)則的方式在空間中任意方向上自由移動的能力。
[0012]三維空間與通常是三維的例如馬鈴薯體(potatoid)形式的物體的使用，允許操作不受限于運動被設(shè)置的特定方向，從而使操作可以適應(yīng)集成電路所承受的任意類型的運動。此外，能夠在封閉空間中以不規(guī)則方式移動從而撞擊壓電元件的物體的使用，完全獨立于任何運動頻率和/或壓電元件的操作頻率，從而使得可以提供能夠在運動頻率(如果有的話)有極大變化的集成電路中產(chǎn)生能量的方法。
[0013]當(dāng)然，物體的尺寸和/或它們的數(shù)目以及封閉空間的體積和/或它們的數(shù)目可以根據(jù)應(yīng)用的目的而調(diào)整。
[0014]因此，可以在一個封閉空間或多個封閉空間中的至少一個封閉空間中以自由方式容納多個物體，這樣能量產(chǎn)生就由一個或多個物體對所述一個封閉空間或所述多個封閉空間中至少一個封閉空間內(nèi)的一個或多個壓電元件的每次碰撞引起。
[0015]還可以有一個或多個封閉空間包含多個壓電元件，并且電能產(chǎn)生由一個或多個物體對所述一個封閉空間或所述多個封閉空間中至少一個封閉空間內(nèi)的一個或多個壓電元件的每次碰撞引起。
[0016]實際上,對于封閉空間來說,所產(chǎn)生的能量的量依賴于碰撞的次數(shù)，從而依賴于該封閉空間中物體的數(shù)目和/或壓電元件的數(shù)目。本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉如何根據(jù)所設(shè)想的應(yīng)用目的來調(diào)整這些參數(shù)。
[0017]當(dāng)然，為了使物體能夠在封閉空間中自由移動，必需使得它們的體積之和小于封閉空間中可用的自由體積。然而，優(yōu)選使得物體的體積之和遠小于自由體積，從而能夠給物體以更大的運動自由，進而允許物體更容易地撞擊壓電元件。
[0018]這里，本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉如何根據(jù)所設(shè)想的應(yīng)用目的來調(diào)整這些參數(shù)。然而舉例來說，封閉空間中物體的體積之和可以例如大于封閉空間的自由內(nèi)體積的十分之一并且小于該自由內(nèi)體積的四分之一。
[0019]同樣，同一封閉空間內(nèi)物體的尺寸可以相同也可以不同。使用不同尺寸的事實使得可以進一步增加器件的帶寬，從而能夠避免例如以單一頻率為中心的高斯分布。
[0020]物體的尺寸也可以在一個封閉空間與另一個空間之間不同。
[0021]同樣，壓電元件的尺寸和/或形狀也可以在一個封閉空間與另一封閉空間之間或者在同一封閉空間內(nèi)相同或不同。
[0022]根據(jù)一種實施方式，以以下方式將一個或多個壓電兀件固定于所述一個封閉空間或所述多個封閉空間中至少一個封閉空間的一個壁的至少一部分附近:使得所述物體以自由方式被容納于所述壓電元件與所述封閉空間的其它壁之間。
[0023]根據(jù)另一實施方式，還可以以以下方式將一個或多個第一壓電元件固定于所述一個封閉空間或所述多個封閉空間中至少一個封閉空間的第一壁例如下壁的至少一部分附近，并將一個或多個第二壓電元件固定于所述封閉空間的第二壁例如上壁的至少一部分附近:使得所述物體以自由方式被容納于所述第一壓電元件、所述第二壓電元件與所述封閉空間的其它壁例如側(cè)面壁之間。這種配置使得可以進一步增加可能碰撞的次數(shù)，從而增加所產(chǎn)生的電能的量。
[0024]作為一種變體，封閉空間的至少一個壁本身可以由壓電材料形成，前提是壁的厚度以及物體的尺寸和重量允許該材料在物體對該壁進行碰撞期間變形。
[0025]當(dāng)然，壓電元件的表面和/或可選地形成壓電元件的壁的表面可以是任意形式(平面的、粗糙的、起伏的、傾斜的等等)。
[0026]所述封閉空間有利地被制作在集成電路的金屬化層之上，也就是說，被制作在集成電路中包括金屬互連并通常由本領(lǐng)域技術(shù)人員使用“后端線”(BEOL)來表示的部分中。
[0027]例如可以連續(xù)使用物體對壓電元件碰撞所產(chǎn)生的能量，從而例如對用于給集成電路供電的電池進行再充電。然而，也可以將產(chǎn)生的電能儲存于集成電路中制作的存儲裝置例如電容器中，該存儲裝置例如電容器能夠在隨后被完全放電或部分放電，從而給集成電路的全部或部分有源元件供電。
[0028]將殼體與物體設(shè)置為相對運動可以由集成電路外部與所述集成電路直接或以一距離交互的事件發(fā)生而引起。
[0029]直接交互發(fā)生于例如集成電路位于會移動的支持件上時。
[0030]以一定距離交互可以例如由事件發(fā)生所導(dǎo)致的聲波引起，該聲波在殼體層處被接收時，導(dǎo)致所述將封閉空間(或殼體)與物體設(shè)置為相對運動。
[0031]一種示例性應(yīng)用是檢測非法進入。例如，如果集成了所述集成電路的傳感器被置于開口例如凸窗上，則凸窗的破碎會引起振動，振動會將球與殼體設(shè)置為相對運動，結(jié)果生成能夠例如被用于發(fā)射檢測信號的電能產(chǎn)生。
[0032]因此，根據(jù)另一方面，提出一種檢測集成電路外部事件發(fā)生的方法，包括如上所述的在集成電路中生成能量的方法，所述設(shè)置為相對運動由從所述發(fā)生引起的動作導(dǎo)致，并且所述檢測方法包括發(fā)射基于所述能量產(chǎn)生而生成信號。
[0033]根據(jù)另一方面，提出一種集成電路，包括:在所述集成電路內(nèi)制作并且包含一個或多個壓電兀件的一個或多個三維封閉空間；以自由方式被容納于所述一個三維封閉空間或每個封閉空間中的一個或多個物體；以及導(dǎo)電輸出裝置，連接至所述壓電元件，并且被配置為傳送由所述物體與相應(yīng)封閉空間的相對運動期間所述一個物體或所述多個物體中的至少一個物體與所述一個壓電元件或所述多個壓電元件中的至少一個壓電元件的至少一次碰撞產(chǎn)生的電能。
[0034]根據(jù)一個實施例，多個物體以自由方式被容納于所述一個封閉空間或所述多個封閉空間中的至少一個封閉空間中。
[0035]根據(jù)一個實施例，所述一個封閉空間或所述多個封閉空間中的至少一個封閉空間包含多個壓電兀件。
[0036]根據(jù)另一實施例,一個或多個壓電兀件以以下方式被固定于所述一個封閉空間或所述多個封閉空間中至少一個封閉空間的第一壁的至少一部分附近:使得所述物體以自由方式被容納于所述壓電元件與所述封閉空間的其它壁之間。
[0037]根據(jù)另一實施例，一個或多個第一壓電兀件以以下方式被固定于所述一個封閉空間或所述多個封閉空間中至少一個封閉空間的第一壁的至少一部分附近，并且一個或多個第二壓電元件以以下方式被固定于所述封閉空間的第二壁的至少一部分附近:使得所述物體以自由方式被容納于所述第一壓電元件、所述第二壓電元件與所述封閉空間的其它壁之間。
[0038]一個或多個壓電元件可以包括以懸臂樣式安裝并且由至少一種壓電材料形成的至少一個梁。
[0039]作為一種變體，一個或多個壓電元件可以包括單塊組件，所述單塊組件包括多個梁，每個梁以懸臂樣式安裝并且由至少一種壓電材料形成。
[0040]根據(jù)一個實施例，以懸臂樣式安裝的梁被安裝于距所述第一壁一距離處，從而形成面向所述第一壁布置的開孔的壓電墊，所述墊的孔隙的尺寸小于每個物體的尺寸。
[0041]舉例來說，在物體基本是球形的情況下，可以提供尺寸為球的直徑的一半量級的孔隙。
[0042]根據(jù)另一實施例，一個或多個壓電元件包括開孔板，所述開孔板通過其邊緣固定在一個或多個封閉空間中，從而能夠在與所述開孔板的表面正交的方向上變形，所述板由至少一種壓電材料形成，所述板的孔隙的尺寸小于每個物體的尺寸。
[0043]因此，梁墊以及所述開孔板可以有利地被布置為彼此面對，所述物體以自由方式被容納于所述墊與所述板之間。
[0044]每個物體的尺寸可以是最大為微米尺寸,或者實際上是納米尺寸。
[0045]所述封閉空間可以有利地被布置于所述集成電路的金屬化層之上，即被布置在集成電路的“后端線”部分中。
[0046]集成電路可以進一步包括連接至電輸出裝置并被配置為儲存所產(chǎn)生的能量的存儲裝置。
[0047]根據(jù)另一方面，提出一種檢測事件發(fā)生的裝置，該檢測裝置包括:以上所述的集成電路，被設(shè)計為接收例如振動的事件信號，該事件信號由所述發(fā)生引起并且能夠?qū)е滤鲈O(shè)置為相對運動；以及發(fā)射裝置，被配置為傳送基于所述集成電路的輸出裝置傳送的能量而生成的輸出信號。
[0048]因此，這種傳感器可以可選地完全不用電源，而是事件的發(fā)生使得殼體與球被設(shè)置為相對運動，并且傳送例如紅外或射頻的檢測信號的發(fā)射所需的能量。
[0049]根據(jù)另一方面，提出一種制造集成電路的方法，包括:制作集成電路中本領(lǐng)域技術(shù)人員通常以名稱“前端線”(FEOL)來表示的有源部分，以及在有源部分上制作本領(lǐng)域技術(shù)人員以名稱“后端線”(BEOL)來表示的互連部分。
[0050]根據(jù)該方面的一般特征，該制造方法進一步包括:在制作互連部分期間，制作一個或多個三維封閉空間，在所述封閉空間中制作一個或多個第一壓電元件；以及制作以自由方式容納于一個封閉空間或每個封閉空間中的一個或多個物體。
[0051]根據(jù)一種實施方式，制作用于形成相應(yīng)封閉空間的下壁的下層，如金屬化層，以支持所述一個第一壓電元件或每個第一壓電元件。
[0052]根據(jù)一種實施方式，制作所述一個第一壓電元件或每個第一壓電元件包括:
[0053]在所述下層上形成包括例如電介質(zhì)材料層的支持層和壓電材料層的堆疊；
[0054]對所述壓電材料層進行刻蝕以形成梁墊；以及
[0055]對所述支持層進行部分刻蝕以使所述梁墊以懸臂樣式被安裝。
[0056]制作所述一個第一壓電元件或每個第一壓電元件可以進一步包括:在所述壓電材料層上形成金屬線路的網(wǎng)絡(luò)。該形成可以優(yōu)選在對壓電材料層進行刻蝕之前執(zhí)行，從而避免金屬沉積在位于以懸臂樣式安裝的梁下面的腔中。
[0057]根據(jù)一種實施方式，制作所述物體包括:
[0058]在所述壓電元件上形成中間層，例如電介質(zhì)層，
[0059]在所述中間層上形成額外層，例如鋁層或諸如鉭之類的任意其它相對較重的材料，
[0060]對所述額外層進行刻蝕，以部分地形成所述物體，所述物體仍停留于中間層上，[0061 ] 在刻蝕后的層上形成附加層，例如電介質(zhì)層，
[0062]形成圍繞所述第一壓電元件、所述中間層、所述刻蝕后的層和所述附加層的側(cè)面溝槽，
[0063]例如使用鎢填充所述溝槽，
[0064]在所述附加層和所述溝槽上形成上層，例如氮化硅上層，
[0065]對所述上層進行刻蝕，以形成尺寸小于所述物體的開口，以及
[0066]通過所述開口對所述中間層和所述附加層進行選擇性刻蝕，從而使得物體可以完全自由，隨后物體落到殼體(封閉空間)的底部。
[0067]制作所述封閉空間可以進一步包括:在開孔的上層上形成最終層，例如用于支持集成電路的另一上金屬化層的電介質(zhì)層。
[0068]該制造方法可以進一步包括:制作面向所述第一壓電元件的一個或多個第二壓電元件。
[0069]在這種情況下，通過其對各層進行刻蝕以使物體完全自由的開孔的上層可以是用于形成第二壓電元件的壓電層，則該第二壓電元件的形成可以包括:
[0070]在開孔的壓電層上形成輔助層，例如氮化硅層，
[0071]對所述輔助層進行部分刻蝕以在所述壓電層的一部分上形成腔和用于穩(wěn)固所述腔周圍的壓電層的部分，以及
[0072]在穩(wěn)固部分上形成覆蓋所述腔的最終覆蓋層。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0073]通過研究對完全非限制性的實施方式和實施例的詳細描述以及附圖，本發(fā)明的其它優(yōu)點和特征將更明顯。附圖中:
[0074]圖1以極簡化的方式示出根據(jù)本發(fā)明的集成電路的實施例；
[0075]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的方法的示例性實施方式；
[0076]圖3至圖18示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的集成電路的制造步驟的示例；
[0077]圖19示出用于儲存根據(jù)本發(fā)明的集成電路的實施例所產(chǎn)生的能量的示例性電路圖；
[0078]圖20示意性地示出合并了根據(jù)本發(fā)明的示例性集成電路的示例性傳感器；并且
[0079]圖21示出這種傳感器的操作方式的示例。
【具體實施方式】
[0080]圖1中，附圖標(biāo)記Cl表示集成電路，該集成電路以本身已知的常規(guī)方式包括本領(lǐng)域技術(shù)人員通常使用詞語“前端線”來表示的FEOL部分，在FEOL上面有本領(lǐng)域技術(shù)人員通常使用詞語“后端線”來表示的第二部分BEOL。
[0081]FEOL部分實際上是集成電路中首先被制造的部分，其中置有諸如晶體管、電阻器等獨立的有源部件。FEOL部分通常包括集成電路中到第一金屬層為止的所有各個元件。
[0082]集成電路的上部，即BEOL部分，是集成電路中通過金屬化層Mn，Mn+1，…以及通孔將有源部件(晶體管、電阻器等)互連的部分。該BEOL部分從第一金屬化層開始，并且還包括通孔、絕緣層以及布置在集成電路上部的接觸焊盤。
[0083]如圖1所示，集成電路Cl在BEOL部分中合并有至少一個三維封閉空間CG，通常是多個三維封閉空間。在圖1中，為了簡化起見，僅表示出兩個三維封閉空間。
[0084]每個三維封閉空間實際上均形成各自合并有至少一個物體BL的柵格或封閉殼體CG，物體BL例如為球形或者更一般地為馬鈴薯體形狀。每個柵格CG中包含的物體BL都能夠在其中自由移動。
[0085]另外，每個封閉殼體CG都配置有至少一個壓電兀件EPZ1。
[0086]因此，從以下更詳細的描述中可以看出，當(dāng)柵格CG與其中所包含的物體被設(shè)置為相對運動時，這些物體中的至少一些物體會在其不規(guī)則運動期間與壓電元件EPZl相接觸，例如物體BLi或物體BLj就是這種情況。這種碰撞隨之會使壓電元件變形，并引起電能的傳送。
[0087]該電能 通過連接至各個壓電元件EPZl的電輸出裝置MSE傳送。這從以下對這些電輸出裝置MSE的示例性實施例的更詳細描述中也可以看出。這些電輸出裝置MSE還通過電連接CNX鏈接至特定電路CEL。
[0088]從以下更詳細的描述中可以看出，該特定電路CEL例如能夠儲存通過球?qū)弘娫倪B續(xù)碰撞而產(chǎn)生的能量。
[0089]雖然可以在金屬化層之間制作該特定電路CEL的元件，尤其在涉及電容器時更是如此，但實際應(yīng)用中，可以在集成電路的FEOL部分中制作特定電路的元件，并不必需如圖1的示例所示那樣在柵格CG之下制作。
[0090]在例如如圖1所示的集成電路中生成電能的方法的主要步驟已在圖2中以示意性方式示出。
[0091]如上所述，柵格一球相對運動20(例如通過將集成電路本身設(shè)置成運動而引起，或者從以下更詳細的描述中可以看出，通過接收振動而引起)會引起球在柵格中的不規(guī)則移位，這通過柵格壁的直接或間接反彈，引起一個或甚至是多個球與壓電元件的一次以及通常是多次碰撞(步驟21)。
[0092]球與壓電元件的每次碰撞都會使壓電元件變形，從而引起電能脈沖的傳送(步驟22)。
[0093]該電能可以用于對例如集成電路中布置的微電池進行再充電，或者對集成電路的非常特定的部分供電，使其不再需要由集成電路的電池本身供電。
[0094]還可以將傳送的能量儲存(步驟23)在特定的存儲電路CEL中，以便在隨后被返回。
[0095]能夠在三維封閉空間中自由移動從而與壓電元件相接觸的例如球形或更一般的馬鈴薯體形式的三維物體的使用，在集成電路的移位運動方向上提供了極大的使用靈活性。實際上，不管集成電路可能承受什么樣的運動類型和運動方向，都能夠保證這種相對運動。
[0096]同樣，這種殼體與球相結(jié)合的三維方案使得能量產(chǎn)生器件的操作可以與移位的任意具體頻率和/或壓電元件的諧振的任意具體頻率不相關(guān)。結(jié)果，集成電路呈現(xiàn)出寬的操作帶寬。
[0097]當(dāng)然，為了在不存在破壞壓電元件的風(fēng)險的情況下獲得足夠的碰撞次數(shù)，必須根據(jù)封閉空間的內(nèi)體積和壓電元件的機械特性對物體尺寸和它們的重量進行調(diào)整，從而能夠提供物體在該體積中進行充分不規(guī)則運動的可能性。
[0098]同樣，盡管通常為了簡化制造工藝，各個封閉空間CG中物體的尺寸相等，但也可以在一個物體與另一個物體之間不同，和/或在一個柵格與另一柵格之間不同。
[0099]同樣，壓電元件可以在一個柵格與另一柵格之間或者當(dāng)柵格包括多個壓電元件時在同一柵格內(nèi)呈現(xiàn)出不同的幾何配置和/或形式。
[0100]實際應(yīng)用中，馬鈴薯體的尺寸是微米量級，甚至是納米量級，也就是說，它們的尺度是微米或更小的量級，或者甚至是納米量級。
[0101]現(xiàn)在將參考圖3至圖18更詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的集成電路的示例性實施例。
[0102]在這些圖中，為了簡化起見，僅示出制作配備有壓電元件并合并有諸如微球之類的物體的單個柵格(封閉空間)，當(dāng)然應(yīng)當(dāng)理解，在集成電路合并多個柵格的情況下，可以同時制作這些柵格。
[0103]在圖3中，假設(shè)柵格CG、壓電元件和物體的制作開始于下層Cl的沉積，下層Cl在這里對應(yīng)于金屬層Mn。該層Cl例如為銅或鋁，具有例如4000埃量級的厚度。
[0104]然后由層C2覆蓋該層Cl，從以下更詳細的描述中可以看出，層C2形成支持層，并且由例如諸如二氧化硅或?qū)娱g電介質(zhì)之類的電介質(zhì)材料構(gòu)成。該層C2以本身已知的常規(guī)方式，例如通過化學(xué)氣相沉積(CVD)形成，并且其厚度可以例如從幾百埃到幾千埃變化。
[0105]之后，在支持層C2上例如通過沉積形成由壓電材料形成的層C3。這里，依據(jù)所使用的技術(shù)，該層的厚度同樣可以例如從幾百埃到幾千埃變化。
[0106]有大量壓電材料可以使用，例如石英、鉭、氮化鉭、或者來自化學(xué)式為Pb(ZrxJih)O3 的 PZT (Lead Titano-Zirconate，鋯鈦酸鉛)族的材料。例如，對于 PZT 型的材料，使用液相沉積，而對于鉭或氮化鉭，則使用本身已知的CVD型常規(guī)沉積。
[0107]在通過本身已知的常規(guī)各向異性刻蝕GRVO對壓電層C3進行刻蝕(圖4)，以得到用于在其中制作多個壓電元件的壓電層部分C30之后，使用導(dǎo)電層C4，例如后續(xù)的金屬化層Mn+1的金屬層，覆蓋該組件。
[0108]從圖5和圖6中將更詳細地看出，該金屬層C4允許制作交錯(interleaved)的金屬線路，這使得可以傳導(dǎo)與物體碰撞期間由壓電材料變形而產(chǎn)生的電能。
[0109]從圖5以及俯視圖5得出的圖6中可以看出，層C30追求的最終圖案由各自形成若干個梁(beam)的三個單塊組件C300、C301和C302形成。因此，組件C300包括由間隔ESP隔開的三個梁P3000、P3001和P3002。
[0110]組件C301 包括三個梁 P3010、P3011、P3012 和三個梁 P3013、P3014 和 P3015 的兩
個對稱組。
[0111]每組的梁也由間隔ESP隔開。
[0112]組件C302也包括同樣由間隔ESP互相隔開的三個梁P3020、P3021和P3022的組。[0113]此外，組件C300、C301和C302它們本身也由間隔ESP互相隔開。
[0114]在該圖中，使用相同的標(biāo)記ESP來表示間隔。在實際應(yīng)用中，這些間隔可以相同也可以不同。
[0115]通過掩膜以及之后對金屬層C4的刻蝕GRVOl制作在梁組件上延伸的兩條金屬線路PSA和PSB。更具體地說，在組件C301上可以看出，這兩條金屬線路在每個梁的上表面上形成梳齒互鎖的兩個梳。此外，這兩條線路PSA和PSB中離開各個組件C300、C301和C302的部分表示為PSS，并且在這里形成電輸出裝置MSE (圖1)的示例性實施例，使得可以轉(zhuǎn)移壓電元件所生成的電能。
[0116]這兩條金屬線路PSS將通過金屬化層Mn+1的線路得以延伸，從而借助于通孔或可選地借助于其它金屬化層，在集成電路的另一位置處與布置在集成電路FEOL部分中的特定電路CEL聯(lián)接。這些其它的線路和通孔(如果有的話)形成輸出裝置PSS與特定電路CEL之間的電連接CNX (圖1)的示例性實施例。
[0117]為了簡化起見，沒有示出組件C300和C302上金屬線路PSA和PSB的彎曲，而僅示出它們的輸出PSS。
[0118]一旦刻蝕了這些金屬線路，就在掩膜之后對層C30執(zhí)行本身已知的常規(guī)刻蝕GRV02,從而形成組件C300、C301和C302。
[0119]接著，如圖7所示，通過間隔ESP對層C2執(zhí)行另一刻蝕GRV1，以在組件C300、C301和C302下面創(chuàng)建腔CVA和CVB?？涛gGRVl首先是各向異性接著是各向同性，從而創(chuàng)建所述腔。
[0120]在完成該刻蝕操作時，各個組件的各個梁以懸臂樣式設(shè)置，也就是說，它們懸于層C2中剩下的支持件C23、C22和C21之上。
[0121]因此,在該示例中，制作了由標(biāo)記EPZl統(tǒng)一表示的三個壓電元件。
[0122]第一壓電元件由三個懸臂梁P3000、P3001和P3002形成。第二壓電元件由兩組對稱的懸臂梁 P3010、P3011、P3012 以及 P3013、P3014 和 P3015 形成。
[0123]第三壓電元件由三個懸臂梁P3020、P3021和P3022形成，所有的這些梁由形成線路PSA和PSB的金屬化層C400、C401和C402覆蓋。
[0124]可以在刻蝕金屬線路之前執(zhí)行梁的刻蝕。然而，優(yōu)選如上所述的相反的順序，從而避免在梁之間沉積金屬的風(fēng)險。
[0125]然后，在壓電材料EPZl上以及在剩余層C21和C23上形成成分例如與層C2相同從而與剩余部分C21和C23相同的中間層C5 (圖8)。
[0126]接著，例如通過沉積，在中間層上形成用于在其中制作在柵格中自由運動的物體的額外層C6。
[0127]該層C6可以由例如鋁、鉭、氮化硅或者PZT族的材料或者任意其它足夠重的材料形成。該層C56的厚度將決定每個物體的一個尺度。該尺度依據(jù)所使用的技術(shù)而變化。舉例來說，其可以在幾百埃至約一微米之間。
[0128]在對層C6進行掩膜從而界定物體之后，對該層C6執(zhí)行刻蝕GRV2 (圖9)，從而得到多個物體0B6。
[0129]盡管在圖9中為了簡化起見將每個物體的前面表示為方形，但物體的實際形狀更接近于如圖10所示的馬鈴薯體形狀，這是由刻蝕操作導(dǎo)致的。[0130]此時，每個物體0B6停留在層C5的上表面上。各個物體之間的間隔SP例如等于每個物體的尺寸，也就是例如微米量級。
[0131]在接下來的步驟中(圖11)，使用成分例如也與層C5相同的附加層C7覆蓋物體0B6和層C5。接著，在壓電元件EPZl的兩側(cè)對組件進行刻蝕，從而限定側(cè)面溝槽TR。該刻蝕GRV3是本身已知的常規(guī)各向異性刻蝕，其會在下層Cl上停止。
[0132]接下來，如圖12所示，使用例如鎢的填充材料MRL來填充該側(cè)面部分TR。
[0133]因此，這里可以看出，隨后形成的柵格CG在其下部由下層Cl界定，并且在其側(cè)面由側(cè)面溝槽TR界定。
[0134]這里應(yīng)當(dāng)注意的是，溝槽TR可以是一片或多片，這由對信號輸出和/或柵格尺寸的需求來決定。
[0135]在常規(guī)的平坦化步驟后，例如通過常規(guī)的CVD型沉積在層C7上以及在被填充的溝槽TR上形成上層C8。
[0136]接著，如圖12以及俯視圖12得出的圖13所示，對層CS進行本身已知的常規(guī)各向異性刻蝕GRV4，從而一方面對層C8進行界定，另一方面在該層C8中制作開口 0UV。
[0137]開口 OUV優(yōu)選被垂直布置為與每個物體0B6的邊界一致。
[0138]層C8的厚度例如為幾千埃的量級。
[0139]接著，如圖14所示，通過開口 OUV進行等離子體刻蝕GRV5，從而去除層C7和C5中圍繞物體0B6的剩余部分。
[0140]通過這次刻蝕，形成了完全自由并且因此在該方法的這個時候落到柵格CG底部、壓電元件EPZl上的馬鈴薯體形狀的最終物體BL。
[0141]當(dāng)然，只要柵格與物體BL之間有相對運動，物體BL就能夠在其上部由開孔板CS界定的柵格CG的內(nèi)部自由體積VLI中自由運動。
[0142]為此，開口 OUV的尺寸以及壓電元件之間的間隔ESP的尺寸被選擇為，使得物體一方面不能通過上部從柵格CG中出去，也不會掉到懸臂梁之下制作的腔中。
[0143]舉例來說，如果D表示球體BL或更準確地說是馬鈴薯體的直徑，則開口的尺寸以及間隔的尺寸優(yōu)選小于D/2。
[0144]因此，對于90納米的技術(shù)來說，如果選擇球體BL的尺寸D為0.6微米量級，則采用尺寸從0.2到0.3微米范圍內(nèi)的開口 OUV和間隔ESP。
[0145]此外，如果球BL由諸如鉭之類的導(dǎo)電材料形成，則提議使用絕緣材料，如氮化硅或者氮化硅一二氧化硅雙層，來覆蓋壓電元件上行進的金屬線路。該操作例如在對線路進行刻蝕之前執(zhí)行。如果另一方面球BL由諸如氮化硅之類的電絕緣材料形成，則沒有必要使布置在壓電元件上的金屬線路電絕緣。
[0146]如圖16所示，可選地可以使用例如二氧化硅的最終層C9來覆蓋開孔層C8。
[0147]這里應(yīng)當(dāng)注意的是，要在極低的壓力下進行刻蝕和沉積操作，從而可以在柵格CG中維持極低的壓力，進而有利于物體BL在柵格內(nèi)的運動。然而，即使柵格中包含處于大氣壓力下的空氣，該器件也能操作。
[0148]作為一種變體，還可以在柵格的上壁層處為柵格配備另一壓電元件。以下參見圖17和18進行描述。
[0149]實際上，該變體可以通過以下方式容易地實現(xiàn):使用上面具有刻蝕的金屬線路(為簡化起見，未在圖中示出)的壓電材料層，例如材料與元件EPZl所使用的材料相同，來替代圖14中的開孔的氮化硅層CS。然后，以同樣的方式通過開孔的壓電材料層C80的開口對柵格內(nèi)布置的層進行刻蝕(圖17)。
[0150]接著，在開孔的壓電材料層C80上沉積例如氮化硅的輔助層C90。在掩膜之后，對該層C90進行部分刻蝕，從而在開孔的壓電層C80的中心部分之上形成CVT腔。
[0151]在該刻蝕操作之后，壓電層C80的邊緣由層C90的剩余部分維持，從而形成能夠在與其平面正交的方向上彎曲的易彎曲層，這種彎曲會在與球BL碰撞期間發(fā)生。
[0152]之后，層C90以及CVT腔由最終覆蓋層ClO覆蓋，最終覆蓋層ClO可以在例如集成電路的另一金屬化層處(圖17)。
[0153]該層ClO也可以接著由另一電介質(zhì)層Cll復(fù)蓋。
[0154]基于圖16或圖18所示的配置，集成電路制造的最后通常通過可選地制作其它金屬化層并在集成電路上表面上形成接觸焊盤來以常規(guī)方式繼續(xù)。
[0155]圖19以示意方式示出在這里可以儲存物體對壓電元件的每次碰撞過程中產(chǎn)生的能量的電路CEL的電路圖。
[0156]更準確地說，在這里所描述的完全非限制性的示例中，電路CEL包括基于二極管的整流橋PRD，整流橋PRD的兩個輸入端連接至各個壓電元件的輸出裝置PSS。
[0157]整流橋的輸出端連接至存儲電容器CST的兩個端子，存儲電容器CST能夠可選地將儲存的能量返回給集成電路的負載。
[0158]可以提供連接至壓電元件組件的單個CEL，也可以提供分別連接至一個或多個壓電元件的多個電路CEL。
[0159]圖20以非限制性示例方式示出以將集成電路Cl合并到傳感器CPT中為主要部分的本發(fā)明的具體應(yīng)用。該傳感器可以位于移動的支持件上，或者可以接收基于例如傳感器CPT所處的玻璃板破碎的事件發(fā)生而向遠處發(fā)射的諸如振動之類的信號SIN。
[0160]響應(yīng)于可選地放置有傳感器CPT的支持件的運動，或者響應(yīng)于振動信號SIN的接收(圖21，步驟210)，將柵格和球設(shè)置為相對運動(步驟211 )，結(jié)果產(chǎn)生如圖2所描述的電能2。
[0161]該電能可以用于通過常規(guī)的發(fā)射電路MEM生成例如紅外信號或射頻信號的檢測信號SDT的發(fā)射(步驟212)。
【權(quán)利要求】
1.一種制造集成電路的方法，其特征在于，該方法包括: 制作一個或多個三維封閉空間(CG)； 在所述封閉空間中制作一個或多個第一壓電元件(EPZl);以及 制作以自由方式容納于一個封閉空間或每個封閉空間中的一個或多個物體(BL)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括: 制作所述集成電路的有源部分(FEOL)，并且在所述有源部分之上制作互連部分(BEOL)，所述制作一個或多個三維封閉空間(CG)、所述在所述封閉空間中制作一個或多個第一壓電元件(EPZl)以及所述制作以自由方式容納于所述一個封閉空間或每個封閉空間中的一個或多個物體(BL)在制作所述互連部分(BEOL)期間執(zhí)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中制作用于形成相應(yīng)封閉空間的下壁的下層(Cl)，以支持所述一個第一壓電元件或每個第一壓電元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中制作所述一個第一壓電元件或每個第一壓電元件包括:在所述下層上形成包括支持層(C2)和壓電材料層(C3)的堆疊；對所述壓電材料層進行刻蝕以形成梁墊；以及對所述支持層進行部分刻蝕以使所述梁墊以懸臂樣式被安裝。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中制作所述一個第一壓電元件或每個第一壓電元件(EPZl)進一步包括:在所述壓電材料層上形成金屬線路(PSA，PSB)的網(wǎng)絡(luò)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中制作所述物體包括: 在所述壓電元件上形成中間層(C5 )， 在所述中間層(C5 )上形成額外層(C6 )， 對所述額外層(C6)進行刻蝕(GRV2)，以部分地形成所述物體， 在刻蝕后的層上形成附加層(C7)， 形成圍繞所述第一壓電元件(EPZ1)、所述中間層(C5)、所述刻蝕后的層(0B6)和所述附加層(C7)的側(cè)面溝槽(TR)， 填充所述溝槽(TR)， 在所述附加層(C7)和所述溝槽(TR)上形成上層(CS)， 對所述上層(C8)進行刻蝕(GVR4)，以形成具有開口(OUV)的開孔層，所述開口(OUV)的尺寸小于所述物體的尺寸，以及 通過所述開口(OUV)對所述中間層(C5)和所述附加層(C7)進行選擇性刻蝕。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中制作所述封閉空間進一步包括:在開孔的上層上形成最終層(C9)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括:制作面向所述第一壓電元件的一個或多個第二壓電元件(C80)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，進一步包括制作面向所述第一壓電元件的一個或多個第二壓電元件(C80)，并且其中開孔的上層是形成第二壓電元件的壓電層(C80)，并且形成該第二壓電元件包括:在所述壓電層上形成輔助層(C90)，對所述輔助層(C90)進行部分刻蝕以在所述壓電層的一部分上形成腔(CVT)和用于穩(wěn)固所述腔周圍的壓電層的部分，以及在穩(wěn)固部分上形成覆蓋所述腔(CVT)的最終覆蓋層(ClO)。
【文檔編號】H02N2/18GK103972168SQ201410157724
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2009年6月4日
【發(fā)明者】克利斯汀·施瓦茲, 克里斯托弗·蒙塞里, 朱利安·德拉洛 申請人:St微電子(魯塞)有限公司, 普羅斯旺?？怂柜R賽大學(xué)