用于三维微结构的组装过程的制作方法

本发明是在由国防高级研究计划局授予的批准号为w31p4q-11-1-0002的政府支持下作出的。政府对本发明享有一定权利。对相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年2月29日提交的美国临时申请号62/301,049的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。

本公开内容涉及用于三维微结构的组装过程。

背景技术

微机电系统(“mems”)技术的最新进展已经导致在如下的各种应用中的高性能传感器和致动器的成功商业化，包括运动传感、无线通信、能量收集以及医疗保健。微组装过程通常用来生产复杂的微传感器和致动器。然而，微组装过程具有明显的局限性。例如，微组装过程的吞吐量低于批量制造方法的吞吐量。另外，对高性能电容传感器和致动器的生产来说，微组装过程的对准精度较差。

此外，优选地，待对准的对象具有对准标记并且在组装期间在显微镜下可观察到。然而，在许多情况下，由于使用了微制造过程，不能将对准标记图案化到对象上。另外，在微制造期间，待对准的对象通常被其他对象覆盖，导致对象在组装期间不可观察。夹具用于对准在显微镜下难以观察到的对象。然而，夹具必须与对象精确地对准，并且使用传统的对准工具难以达到高对准精度。

此外，由于各个部件的制造过程的低可靠性，微组装的器件在器件之间的标秤电容方面具有大的差异，以及在单个器件中的电极之间的电容值方面具有较差的均匀性。例如，不准确的对准和低电容均匀性会对微壳速率积分陀螺仪的功能产生负面影响。微壳速率积分陀螺仪包括锚固在具有多个电极的衬底上用于电容性地致动和感测壳谐振器的振动模式的微尺度壳谐振器。

理想地，高性能微壳速率积分陀螺仪具有(1)微壳谐振器对衬底的完美找平；(2)微壳谐振器与衬底的电极之间的例如小于5μm的小的可控制的间隙；(3)在不包括微壳谐振器与衬底的电极之间的其他区域中的大的可控制的间隙尺寸；以及(4)微壳谐振器与所有周围电极之间的均匀间隙。当代的微制造过程通常不能生产具有所有这些属性的器件。因此，一直需要微组装过程，以允许产生具有这些特征的高性能微壳速率积分陀螺仪。

本部分提供与本公开内容相关的不一定是现有技术的背景信息。

技术实现要素：

在多个方面，本公开内容提供了一种用于制造微结构器件的示例性方法。该方法包括在衬底上形成微结构。衬底包括多个分立电极。微结构与分立电极相邻地形成。多个第一间隙存在于所沉积的微结构与分立电极之间。将基本上均匀的牺牲层沉积在微结构的暴露表面上。沉积多个导电层以填充第一间隙。然后溶解牺牲层以释放微结构并且在微结构与导电层之间产生多个第二间隙。每个第二间隙的宽度小于对应的第一间隙的宽度。多个第二间隙中的第二间隙彼此基本上均匀。

在一个变型中，该方法还包括：将多个种子层沉积到分立电极上。微结构与所沉积的种子层相邻地沉积，并且第一间隙限定在种子层与分立电极之间。

在一个变型中，使用化学汽相沉积来沉积导电层。

在一个变型中，使用电镀技术来沉积导电层。

在一个变型中，每个导电层的沉积持续，直到相应的导电层与牺牲层的对应区域相接触为止。

在一个变型中，每个导电层在对应第一间隙内的沉积持续，直到相应的导电层与牺牲层的对应区域相接触为止。

在一个变型中，导电层选自于包括下列的组：铜、镍、锡、铟、锌、金、银、铂、铑、铅、钯、锌、锌镍、钯镍、钯钴、铁、不锈钢、钯钴、铬、黄铜、镉、铱、镍铬、铁铬镍、钨、钼、锗、铝、钌、锡铅、钛、铝钛、镉钛、碳、氧化锌、砷化硅镓、磷化镓、砷化铟、锑化铟、硫化铟、硫化铅、碲化镉、硒化镉、硒化锌、碲化锌、硒化锌镉、碲化镉锌、硫化镉、硫化铜、硒化铟、硒化铜铟、碲化汞镉、氧化钛、氧化钨、氧化铜、氧化铅和它们的组合。

在一个变型中，使用选自于包括下列的组的过程来溶解牺牲层：干蚀刻、湿蚀刻、燃烧、熔融、研磨、离子轰击和它们的组合。

在一个变型中，微结构是三维微壳谐振器并且具有中空的半环形状。

在一个变型中，衬底包括当微结构耦接到衬底时支承微结构的至少一部分的找平层。

在一个变型中，微结构包括周缘和锚，并且衬底包括安装表面。微结构的锚接合到微结构的安装表面。

在一个变型中，微结构包括周缘和锚，并且衬底包括找平层。在锚接合到安装表面期间找平层支承周缘的一部分。在接合之后移除找平层。

在一个变型中，衬底包括多个可移动夹具。可移动夹具施加压缩力以使微结构与衬底对准。在微结构和衬底对准之后，微结构接合到衬底并且可移动夹具被释放。

在一个变型中，衬底包括多个固定夹具。固定夹具限定开口。微结构沉积在所限定的开口内。

在其他方面，本公开内容提供了用于制造三维微结构器件的另一示例性方法。该方法包括微加工衬底以形成具有多个侧壁的多个分立电极。将种子层沉积到分立电极的侧壁上。将基本上均匀的牺牲层沉积到三维微结构的暴露表面上。三维微结构与分立电极的侧壁相邻地沉积以在牺牲层与金属层之间产生多个第一间隙。沉积多个导电层以填充第一间隙。每个导电层在对应的第一间隙内的沉积持续，直到相应的导电层与牺牲层的对应区域相接触为止。然后溶解牺牲层以释放微结构并且在微结构与导电层之间产生多个第二间隙。每个第二间隙的宽度小于对应的第一间隙的宽度。多个第二间隙的第二间隙彼此基本上均匀。

在一个变型中，使用电镀技术来沉积所述多个导电层。

在一个变型中，三维微结构包括周缘和锚，并且衬底包括安装表面。三维微结构的锚接合到衬底的安装表面。

在一个变型中，三维微结构包括周缘和锚，并且衬底包括找平层。在锚接合到安装表面期间找平层支承周缘的一部分。在接合之后移除找平层。

在一个变型中，微结构包括多个可移动夹具。可移动夹具施加压缩力以使微结构与衬底对准。在三维微结构与衬底对准之后，三维微结构接合到衬底并且可移动夹具被释放。

在一个变型中，衬底包括多个固定夹具。固定夹具限定开口。三维微结构沉积在所限定的开口内。

本部分提供了本公开内容的总体概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开内容。

根据本文提供的描述，其他适用领域将变得明显。本发明中的描述和具体示例仅旨在说明的目的，并不旨在限制本公开内容的范围。

附图说明

本文描述的附图仅用于所选的实施方式的说明性目的，而不是所有可能的实施方式，并且不旨在限制本公开内容的范围。

图1a至图1u是示出使用找平层、可移动夹具和牺牲层用于制造示例性高性能振动陀螺仪的示例性过程步骤的横截面图，其中，微壳谐振器的周缘面对电极衬底。图1a示出了第一衬底形成多个凹槽的图案化以及在所形成的凹槽内的第一电极的沉积。图1b示出了第二衬底形成多个凹槽的图案化。图1c示出了第一层在第二衬底上和在所形成的凹槽内的沉积。图1d示出了第一层形成多个找平层的图案化。图1e示出了第一和第二衬底形成电极衬底的对准。图1f示出了第一衬底形成多个馈通孔的图案化。图1g示出了顶衬底形成边界、安装区域、多个分立电极以及多个可移动夹具的图案化。图1h示出了种子层在第一衬底和第二衬底的暴露表面上的沉积。图1i示出了种子层的图案化以及多个接合层和多个接触垫的沉积。图1j示出了涂覆有电极层的微壳谐振器。图1k示出了接合层在微壳谐振器的锚上的沉积。图1l示出了微壳谐振器和电极衬底的对准。图1m示出了使用可移动夹具来移动微壳谐振器。图1n示出了可移动夹具的释放。图1o示出了找平层的移除。图1p示出了牺牲层在微壳谐振器上的沉积。图1q示出了电极连接夹具的制备。图1r示出了电极连接夹具和电极衬底的对准。图1s示出了种子层的生长以填充微壳谐振器与分立电极之间的间隙。图1t示出了微壳谐振器的释放。图1u示出了通过馈通孔的接触垫的沉积。

图2a至图2d是示出使用类似于在图1a至图1u中所示的方法的牺牲层用于制造另一示例性高性能振动陀螺仪的示例性过程步骤的横截面图。图2a示出了种子层在电极衬底上的图案化以及牺牲层在微壳谐振器上的沉积。图2b示出了微壳谐振器与电极衬底的接合。图2c示出了种子层的生长以填充微壳谐振器与分立电极之间的间隙。图2d示出了微壳谐振器的释放的展示。

图3a至3d是示出类似于在图2a至图2b中所示的那些用于制造另一示例性高性能振动陀螺仪的示例性过程步骤的横截面图，其中，微壳谐振器的周缘背向电极衬底。图3a示出了电极衬底的形成以及种子层在电极衬底上的图案化。图3b示出了微壳谐振器与电极衬底的接合以及具有牺牲层的微壳谐振器的涂层。图3c示出了种子层的生长以填充微壳谐振器与分立电极之间的间隙。图3d示出了微壳谐振器的释放。

图4a至图4d是示出类似于在图2a至图2b中所示的那些用于制造另一示例性高性能振动陀螺仪的示例性过程步骤的横截面图，其中，在谐振器接合到电极衬底之后牺牲层沉积到微壳谐振器。图4a示出了微壳谐振器在电极衬底上的形成以及种子层在电极衬底上的图案化。图4b示出了具有牺牲层的微壳谐振器的涂层。图4c示出了种子层的生长以填充微壳谐振器与分立电极之间的间隙。图4d示出了微壳谐振器的释放。

图5a至图5d是示出类似于在图4a至图4d中所示的那些用于制造另一示例性高性能振动陀螺仪的示例性过程步骤的横截面图，其中，微壳的周缘背向电极衬底。图5a示出了微壳谐振器在电极衬底上的形成以及种子层在电极衬底上的图案化。图5b示出了具有牺牲层的微壳谐振器的涂层。图5c示出了种子层的生长以填充微壳谐振器与分立电极之间的间隙。图5d示出了微壳谐振器的释放。

图6a至图6c是示出使用类似于在图1a至图1u中所示的方法的可移动夹具用于制造另一示例性高性能振动陀螺仪的示例性过程步骤的横截面图。图6a示出了微壳谐振器与电极衬底的接合。图6b示出了可移动夹具的移动以使微壳谐振器相对于电极衬底的中心对准。图6c示出了可移动夹具的释放，从而释放了微壳谐振器。

图7a至图7b是图6a至图6c中描述的可移动夹具和闩锁机构的俯视图。图7a示出了在可移动夹具被推向微壳谐振器之前的可移动夹具和闩锁结构。图7b示出了在可移动夹具已经由闩锁锁定就位之后的可移动夹具和闩锁机构。

图8a至图8d是示出类似于在图6a至图6c中所示的那些用于制造另一示例性高性能振动陀螺仪的示例性过程步骤的横截面图，其中，微壳的周缘背向电极衬底。图8a示出了微壳谐振器在电极衬底上的形成。图8b示出了可移动夹具的移动以使微壳谐振器相对于电极衬底的中心对准。图8c示出了释放可移动夹具以及并因此微壳谐振器的释放。图8d示出了可移动夹具和中间衬底的接合，以及并因此微壳谐振器的释放。

图9a至图9b是示出类似于在图6a至图6c中所示的那些用于制造另一示例性高性能振动陀螺仪的示例性过程步骤的横截面图，其中，夹具固定在底衬底上。图9a示出了微壳谐振器在电极衬底上的形成。图9b示出了固定夹具的释放以及因此微壳谐振器的释放。

图10a至图10b是示出类似于在图9a至图9c中所示的那些用于制造另一示例性高性能振动陀螺仪的示例性过程步骤的横截面图，其中，微壳的周缘背向电极衬底。图10a示出了微壳谐振器在电极衬底上的形成。图10b示出了固定夹具的释放以及因此微壳谐振器的释放。

图11a至图11b是示出使用类似于在图1a至图1u中所示的方法的找平层用于制造另一示例性高性能振动陀螺仪的示例性过程步骤的横截面图。图11a示出了微壳谐振器在电极衬底上的形成，其中，微壳谐振器由找平层支承。图11b示出了找平层的移除以及微壳谐振器的释放。

图12a至图12b是示出类似于在图11a至图11b中所示的那些用于制造另一示例性高性能振动陀螺仪的示例性过程步骤的横截面图，其中，找平层与第二衬底的第二表面基本平行。图12a示出了微壳谐振器在电极衬底上的形成，其中，微壳谐振器由找平层支承。图12b示出了找平层的移除以及微壳谐振器的释放。

图13a至图13b是示出类似于在图11a至图11b中所示的那些用于制造另一示例性高性能振动陀螺仪的示例性过程步骤的横截面图，其中，将找平层蚀刻到顶衬底中。图13a示出了微壳谐振器在电极衬底上的形成，其中，微壳谐振器由在顶衬底中形成的台阶支承。图13b示出了台阶的蚀刻以及微壳谐振器的释放。

图14a至图14l是示出类似于在图1a至图1u中所示的那些用于制造另一示例性高性能振动陀螺仪的示例性过程步骤的横截面图，其中，微壳谐振器的周缘背向包括第一衬底和第二衬底以及夹在其间的第三衬底的电极衬底。图14a示出了电极衬底。图14b示出了第一衬底的图案化。图14c示出了种子层在第一衬底的表面上的沉积。图14d示出了种子层的图案化。图14e示出了保护层的溶解和可移动夹具的悬置。图14f示出了锚柱的凹槽。图14g示出了接触垫和接合层的沉积。图14h示出了微壳谐振器和电极衬底的对准。图14i示出了使用可移动夹具来移动微壳谐振器。图14j示出了使用找平夹具将微壳谐振器接合在柱上。图14k示出了牺牲层在微壳谐振器上的沉积。图14l示出了种子层的生长以填充微壳谐振器和电极衬底之间的间隙以及牺牲层的移除。

贯穿附图的几个视图，对应的附图标记表示对应的部件。

具体实施方式

现在将参照附图更全面地描述示例实施方式。

图1a至图1u示出了一种用于制造示例性高性能振动陀螺仪19的方法，振动陀螺仪19具有相对于电极衬底20的微壳谐振器54的基本上完美的对准和找平(leveling)、以及在微壳谐振器54与围绕微壳谐振器54的分立电极34之间的基本上均匀的间隙116。特别地，图1a至图1u示出了用于制造示例性高性能振动陀螺仪19的微制造过程，振动陀螺仪19包括使用找平层58、可移动夹具35和牺牲层90锚固到电极衬底20上的微壳谐振器54，其中，微壳谐振器54的周缘(rim)52面对电极衬底20。虽然在整个公开内容中参考了陀螺仪(例如19)和微壳谐振器(例如54)，但应理解，本文所描述的制造技术可以用于构建其他三维(“3d”)微结构。

在图1a中，图案化第一衬底(例如底衬底)24的第一表面30以形成多个第一凹槽42。底衬底24是电绝缘衬底并且可以包括硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、超低膨胀玻璃、熔融石英、蓝宝石、红宝石、碳化硅、石英、氧化铝、涂覆有绝缘材料的半导体(例如涂覆有二氧化硅的硅晶片)、涂覆有绝缘材料的导体材料(例如涂覆有氧化铝的铝，涂覆有氧化钛的钛)或它们的组合。可以使用干蚀刻或湿蚀刻技术来图案化底衬底24。多个第一电极(例如底电极)44基本上沉积在底衬底24的所选的凹槽42内。底电极44用于在所选的分立电极34之间形成电连接(参见图1g)。图案化底电极44以促进期望的电连接。在所示的示例中，底电极44不填充所选的凹槽42，而是替代地悬浮每个凹槽42的一个边缘64。底电极44悬浮底凹槽42的边缘以允许与分立电极34建立物理连接(参见图1g)。应当理解，在其他情况下，凹槽42和底电极44可以采用其他形状和形式。

在图1b中，图案化第二衬底(例如顶衬底)22的第一表面26以形成多个第二凹槽66。顶衬底22是导电衬底并且可以包括电导体、半导体或表面涂覆有薄导电体的电绝缘体。可以使用干蚀刻或湿蚀刻技术来图案化顶衬底22。

在图案化顶衬底22之后，第一层50沉积在顶衬底22的第一表面26上以及顶衬底22的凹槽66内(例如涂覆凹槽)，如图1c所示。第一层50可以包括金属、聚合物、半导体、介电材料或它们的组合。仅作为示例，金属可以选自于包括下列的组：金、银、铂铬、铝铂、铱、铜、铁、钛、镍、钴、铟、锡、镉、钨、铷、钼、钯、锌、铑、锗、铅和它们的组合。仅作为示例，聚合物可以选自于包括下列的组：聚酰亚胺、光致抗蚀剂、晶圆接合剂cr200、晶体粘结剂、虫胶和它们的组合。仅作为示例，半导体可以选自于包括下列的组：硅、砷化镓、磷化镓、砷化铟、硅锗、氧化锌和它们的组合。介电材料可以选自于包括下列的组：氧化铝、氧化钛、氧化铬、二氧化硅、氮化硅、玻璃、熔融二氧化硅和它们的组合。

接下来，如图1d所示，图案化所沉积的第一层50以形成多个找平层58和接合层(未示出)(参见例如图9a)以找平和支承接合的微结构54(参见图1l)。可以使用干蚀刻或湿蚀刻技术来图案化第一层50。

接下来，如图1e所示，对准顶衬底22和底衬底24以形成电极衬底20。顶衬底22的第一表面26与底衬底24的第一表面30相对对准。顶衬底22与底衬底24基本平行，并且顶衬底22的凹槽66与底衬底24的凹槽42基本对准。

在顶衬底22与底衬底24对准之后，在底衬底24上限定多个竖直馈通孔68，如图1f所示。馈通孔68允许形成到分立电极34的电连接(参见图1g)。可以为每个分立电极34制作馈通孔68(参见图1g)。

接下来，如图1g所示，图案化顶衬底22的第二表面28以暴露找平层58并且形成多个分立电极34、多个可移动夹具35、边界36和安装区域62。分立电极34锚固到底衬底24上，而可移动夹具35悬置在底衬底24上。

特别地，顶衬底22的第二表面28被蚀刻成基本上对应于在顶衬底22的第一表面26上图案化的凹槽66的多个凹槽70(参见图1b)。凹槽66的宽度74大于形成多个竖直表面46和侧向表面48的凹槽70的宽度76。在所示的示例中，找平层58附接到竖直表面46和侧向表面48并由其保护。然而，在其他情况下(未示出)，找平层可以附接到底衬底24上。

如图1h所示，种子层78沉积在顶衬底22的第二表面28上。种子层78还涂覆安装区域62、凹槽70以及不被多个找平层58中的一个所屏蔽的底衬底24的第一表面30的区域。仅作为示例，种子层78可以包括钛、金、铂、铬、钛铂、铬铂、铬金、碳纳米管、半导体(例如氧化锌、砷化镓)或它们的组合。可以使用溅射、低压化学汽相沉积(“lpcvd”)、等离子体增强化学汽相沉积(“pecvd”)或原子层沉积(“ald”)来沉积种子层78。种子层78具有将允许随后沉积导体的高导电性(参见图1s)。

虽然在整个公开内容中参考种子层(例如78)的使用，但应理解，在某些情况下，本文所描述的制造技术适用于可以不使用种子层的过程和系统。例如，在使用化学汽相沉积(“cvd”)或其中分立电极具有高导电性发生生长的情况下，可以不需要种子层。

接下来，如图1i所示，从所有侧向(例如水平)表面蚀刻种子层78以形成多个种子层78，并且接合层80沉积在包括侧壁84和形成安装区域的边缘的安装区域上。接合层80可以包括金属焊料、玻璃料、金属扩散膏或用于热压接合的厚金属层。多个接触垫82沉积在所选分立电极34和可移动夹具35上。接触垫82可以沉积在所有从中读取电信号的分立电极34上。仅作为示例，接触垫82可以包括钛铂、钛金、铬铂、铬金或它们的组合。

在图1j中，薄电导体层86沉积在微壳谐振器54的表面上。仅作为示例，薄电导体层86可以包括钛铂、钛金、铬铂、铬金、钛铱、铬铱或它们的组合。微壳谐振器54形成中空的半环形(例如鸟巢)并且具有周缘52和锚56。在某些情况下，可以使用2012年5月25日提交的题为“gyroscopeandmethodoffabricatingaresonatorforagyroscope”的美国专利申请号13/481,650中描述的方法形成微壳谐振器54，该申请的全部内容通过引用并入本文。在其他情况下，可以使用2015年12月31日提交的题为“threedimensionalmicrostructuresandfabricationprocess”的美国专利申请号14/985,859中描述的方法形成微壳谐振器54，该申请的全部内容也通过引用并入本文。可以使用低压化学汽相沉积(“lpcvd”)、等离子体增强化学汽相沉积(“pecvd”)、原子层沉积(“ald”)、溅射或蒸发技术将薄电导体层86沉积到微壳谐振器54的表面上。仅作为示例，可以使用由于亚微米金粒子的烧结而将允许低温(<200℃)接合的超高浓度金膏将微壳谐振器54接合到电极衬底20。另外，如图1k所示，接合层88可以在某些情况下沉积到锚56上。

如图1l所示，微壳谐振器54与电极衬底20对准。微壳谐振器54的周缘52面对电极衬底20。微壳谐振器54由可移动夹具35引导并且由找平层58找平。例如，如图1m所示，可以使用微操作器(未示出)将围绕微壳谐振器54的可移动夹具35推向微壳谐振器54的中心(例如锚)56。可移动夹具35接触微壳谐振器54的侧面并且施加平缓的压缩力以使微壳谐振器54相对于分立电极34对准。在被推动预定距离后，可以启动耦接到每个可移动夹具35的闩锁机构(参见图7a和图7b)，以固定可移动夹具35的位置从而允许释放微操作器。然后微壳谐振器54接合到电极衬底20的安装区域62并且如图1n所示释放可移动夹具35。可以通过蚀刻掉接合层(未示出)来释放可移动夹具35(参见图9a)。在其他情况下，微壳谐振器可以在电极衬底上形成而不是接合或沉积在电极衬底上(例如仅参见图4a至图4d)。

在微壳谐振器54接合到电极衬底20之后，蚀刻掉找平层58并且释放任何剩余的夹具(可移动夹具35或固定夹具(未示出))，如图1o所示。在某些情况下，可以使用干蚀刻或湿蚀刻技术来蚀刻掉找平层58。在其他情况下，例如当找平层58包括可回收材料时，可以熔融掉找平层58。在另外其他情况下，例如当找平层58包括可燃材料时，可以烧掉找平层58。

接下来，如图1p所示，基本上均匀的(例如共形的)牺牲层90涂覆微壳谐振器54。牺牲层90沉积到电导体层86的顶上(参见图1j)。牺牲层90是电镀光致抗蚀剂(“ep”)并且可以具有10μm至15μm范围的厚度。

在图1q中，示出了包括衬底98、多个电接触垫94和绝缘层96的电极连接器衬底92的制备。图案化衬底98的第一表面100以形成具有预定深度的多个台阶突起102以及通孔104。接触垫94沉积在突起102上并且绝缘层96沉积在衬底98的第一表面100的剩余区域上。

如图1r所示，使用通过通孔104施加的接合剂106将制备的电极连接器衬底92耦接到电极衬底20。一旦附接，电极连接器衬底92将向电极衬底20的分立电极34施加电压，从而允许种子层78的电镀。电极连接器衬底92的接触垫94与电极衬底20的接触垫82接触。电极连接器衬底92的突起102防止在电极衬底20与电极连接器衬底92之间形成电线和电短路。

接下来，如图1s所示，生长种子层78(参见图1h和图1i)(例如沉积导电层110)以填充微壳谐振器54与分立电极34之间的间隙114(参见图1r)。在所示示例中，使用电镀技术来生长种子层78。在其他情况下(未示出)，可以使用化学汽相沉积(“cvd”)来生长种子层。依旧在其他情况下(未示出)，可以使用等离子体增强化学汽相沉积(“pecvd”)来生长种子层。

每个种子层78将持续生长，直到相应的导电层110与牺牲层90的对应区域相接触为止，此时由牺牲层90阻挡相应的导电层110靠近微壳谐振器54生长。被阻挡的导电层110可以沿着其他方向继续生长。例如，导电层110可以在分立电极34的上方和下方生长。然而，导电层110将不会靠近微壳谐振器54生长。因此，相应的生长周期取决于种子层78与牺牲层90之间的相应的间隙。

仅作为示例，导电层110可以包括：铜、镍、锡、铟、锌、金、银、铂、铑、铅、钯、锌、锌镍、钯镍、钯钴、铁、不锈钢、钯钴、铬、黄铜、镉、铱、镍铬、铁铬镍、钨、钼、锗、铝、钌、锡铅、钛、铝钛、镉钛、碳、氧化锌、砷化硅镓、磷化镓、砷化铟、锑化铟、硫化铟、硫化铅、碲化镉、硒化镉、硒化锌、碲化锌、硒化锌镉、碲化镉锌、硫化镉、硫化铜、硒化铟、硒化铜铟、碲化汞镉、氧化钛、氧化钨、氧化铜、氧化铅或它们的组合。

如图1t所示，在导电层110生长之后，溶解牺牲层90并且释放微壳谐振器54。仅作为示例，可以使用干蚀刻或湿蚀刻、燃烧、熔融、研磨或离子轰击来溶解牺牲层90。移除基本上均匀的牺牲层90在微壳谐振器54与相应的分立电极34之间留下基本上均匀的间隙116。最后，如图1u所示，通过竖直馈通孔68沉积接触垫112以形成到分立电极34的电连接。

图2a至图2d示出了使用类似于图1a至图1u中所示的方法的牺牲层用于制造高性能振动陀螺仪120的另一示例性方法。特别地，图2a至图2d示出了用于产生微壳谐振器124与围绕微壳谐振器124的分立电极126之间的基本上均匀的间隙122的方法。

图2a示出了包括顶衬底148和底衬底150、具有侧壁136和沉积在其上的种子层138的多个分立电极126、安装区域134和边界142的电极衬底128的制造；以及包括周缘144和具有电导体层132和基本上均匀的牺牲层130的锚146的微壳谐振器124的涂层。虽然参考了具有侧壁(例如136)的分立电极(例如126)，但应理解，分立电极可以采用多种形式并且所沉积的导电层(例如152)具有对应的形状。

图2b示出了微壳谐振器124与电极衬底128的接合。具体地，微壳谐振器124的周缘144面对电极衬底128，并且微壳谐振器124的锚146与电极衬底128的安装区域140接合。接下来，如图2c所示，电镀技术用于生长相应的种子层138(例如将导电层152沉积到种子层138上)。最后，如图2d所示，移除(例如溶解)牺牲层130并且释放微壳谐振器124。

图3a至图3d示出了类似于图2a至图2d中所示的、除了微壳谐振器494的周缘500背向电极衬底484之外的方法用于制造高性能振动陀螺仪480的另一示例性方法。

图3a示出了具有顶衬底486和底衬底490以及沉积在其间的中间衬底488的电极衬底484。图案化衬底486、488和490以具有对应的凹槽492并且形成中柱(例如锚柱)504。限定凹槽492以接收具有周缘500和锚502的微壳谐振器492。此外图案化顶衬底486以形成多个分立电极506和边界510。种子层508沉积在分立电极506的侧壁514、边界510的侧壁512和中柱504的侧壁516上。

图3b示出了微壳谐振器494与电极衬底484的接合。微壳谐振器494的锚502接合到中柱504并且微壳谐振器494的周缘500背向电极衬底484。微壳谐振器494涂覆有电导体层518和基本上均匀的牺牲层520。接下来，如图3c所示，电镀技术用于沉积导电层522(例如生长种子层508)并且填充微壳谐振器494与分立电极506之间的相应的间隙。最后，如图3d所示，移除牺牲层520并且释放微壳谐振器494。

图4a至4d示出了类似于图2a至图2d中所示的除了在将谐振器234接合到电极衬底236的安装区域252之后牺牲层232沉积到微壳谐振器234上之外的方法、用于制造高性能振动陀螺仪230的另一示例性方法。

图4a示出了包括周缘248和涂覆有接合到包括顶衬底254和底衬底256的电极衬底236的安装区域252的电极层246的锚250、具有侧壁258和沉积在其上的种子层238的多个分立电极244、以及边界260的微壳谐振器234。接合的微壳谐振器234的周缘248面对电极衬底236。

图4b示出了牺牲层232在微壳谐振器234的暴露表面上的沉积。接下来，如图4c所示，电镀技术用于在相应的种子层238上的导电层262。可以仅根据连接到电流源的种子层238生长导电层262。在本示例中，仅面对微壳谐振器234的外部的种子层238连接到电流源(电源)。因此，仅在面对微壳谐振器234的外部的那些种子层238观察到生长。每个相应的导电层262的生长将持续，直到相应的导电层262与牺牲层232的对应区域相接触为止。

图5a至图5d示出了类似于图4a至图4d中所示的除了微壳谐振器544的周缘542背向电极衬底546之外的方法用于制造高性能振动陀螺仪540的另一示例性方法。

图5a示出了具有顶衬底548和底衬底552以及沉积在其间的中间衬底550的电极衬底546。图案化衬底548、550和552以具有对应的凹槽554并且形成锚柱556。凹槽554接收具有周缘542和涂覆有电导体层572的锚558。微壳谐振器544的锚558接合到锚柱556并且周缘542背向电极衬底546。此外图案化顶衬底548以形成多个分立电极560和边界562。种子层564沉积在分立电极560的侧壁566、边界562的侧壁568以及锚柱556的侧壁570上。

图5b示出了具有基本上均匀的牺牲层574的微壳谐振器544的涂层。接下来，如图5c所示，电镀用于生长相应的种子层564(例如沉积导电层576)。最后，如图5d所示，移除牺牲层574并且释放微壳谐振器544。

图6a至图6d示出了使用类似于图1a至图1u中所示的方法的可移动夹具272制造高性能振动陀螺仪270的另一示例性方法。特别地，图6a至图6c示出了使用在微壳谐振器274的相对侧上对准的多个可移动夹具272以使微壳谐振器274与微壳谐振器274接合到的电极衬底286的安装区域(例如中心)284对准的制造高性能振动陀螺仪270的示例性方法。

图6a示出了包括周缘280和接合到包括顶衬底288和具有多个接合到其的分立电极298和边界296的底衬底290的电极衬底286的安装区域284的锚282的微壳谐振器274。接合微壳谐振器274的周缘280面对电极衬底286。可移动夹具272悬浮在底衬底290上。因为使用单个光刻步骤而形成可移动夹具272和对应的分立电极298，所以可移动夹具272和对应的分立电极298具有零位置未对准。

图6b示出了相应的可移动夹具272朝向电极衬底286的中心284的移动。微操作器(未示出)可以引起可移动夹具272的移动。可移动夹具272接触微壳谐振器274的对应区域并且施加缓和的压缩力。在可移动夹具272已经移动预定距离后，启动相应的闩锁(图7a至图7b)并且锁定就位可移动夹具272，允许移除微操作器。在微操作器的释放之后，闩锁允许可移动夹具272继续向微壳谐振器274施加压缩力。

围绕微壳谐振器274的可移动夹具272基本上是均匀的。因此，由所述多个可移动夹具272可以从所有方向向微壳谐振器274施加基本上均匀的压缩力。可移动夹具272的压缩力迫使微壳谐振器274与电极衬底286基本对准。图6c示出了可移动夹具272的释放。

图7a至7b示出了在图6a至图6c中描述的耦接到可移动夹具272的闩锁机构。

如图7a所示，可移动夹具272耦接到具有两个基本上直的梁302a、302b和第一齿304的折叠梁悬架300。两个梁302a、302b基本平行。折叠梁悬架300耦接到第一锚312。在某些情况下，第一锚312可以使用接合层附接到底衬底290(参见例如图9a)。在其他情况下，第一锚312可以永久地接合到底衬底290。

齿条306垂直于折叠的梁悬架300并且具有第二齿308和第三基本直的梁310。齿条306耦接到第二锚314。如果折叠的梁悬架300朝向壳偏转超过第二齿308的侧边长度316，则齿304、308将彼此接合并且锁定可移动夹具272，如图7b所示。因此，由可移动夹具272施加到微壳谐振器274的压缩力的量取决于直梁302a、302b的长度和齿条306的第二齿308的侧边长度316。

图8a至图8d示出了类似于图6a至图6c中所示的除了微壳谐振器592的周缘594背向电极衬底598之外的方法用于制造高性能振动陀螺仪590的另一示例性方法。

图8a示出了具有顶衬底548和底衬底552以及沉积在其间的中间衬底550的电极衬底598。图案化衬底600、602和604以具有对应的凹槽606并且形成锚柱608。凹槽606接收具有周缘610和锚596的微壳谐振器592。微壳谐振器592的锚596接合到锚柱608并且周缘610背向电极衬底598。此外图案化顶衬底600以形成多个可移动夹具616和边界618。

图8b示出了相应的可移动夹具616朝向电极衬底598的中心620的移动。可移动夹具616与微壳谐振器592的对应区域接触并且施加缓和的压缩力。可移动夹具616的压缩力迫使微壳谐振器592基本对准电极衬底598的中心。图8c和图8d示出了可移动夹具616的释放。在某些情况下，如图8c所示，通过移除将可移动夹具616锚固到中间衬底602的接合层，发生可移动夹具616的分离。在其他情况下，如图8d所示，通过在可移动夹具616上施加向下的力以将可移动夹具接合到中间衬底602，发生可移动夹具616的分离。

图9a至图9b示出了类似于图6a至图6c中所示的除了固定夹具之外的方法用于制造高性能振动陀螺仪630的另一示例性方法。特别地，图9a至图9b示出了使用单片限定的固定夹具648用于对准相对于电极衬底640的微壳谐振器632的横向位置的方法。接合的微壳谐振器632的周缘634面对电极衬底640。

图9a示出了包括周缘634和接合到包括顶衬底642和底衬底644的电极衬底640的安装区域638的锚636的微壳谐振器632。底衬底644包括多个凹槽650和沉积在其内的底衬底652。图案化顶衬底642以形成安装区域638、边界646、多个固定夹具648和多个分立电极654。使用单个光刻步骤图案化顶衬底642，消除安装区域638、边界646、多个固定夹具648和多个分立电极654的潜在的未对准。分立电极654直接接合到底衬底644。使用接合层656将固定夹具648接合到底衬底644。微壳谐振器632的直径略小于对应的固定夹具648之间的距离。因此，由微壳谐振器632与固定夹具648之间的空间关系控制微壳谐振器632的对准。图9b示出了接合层656的蚀刻、固定夹具648的释放以及微壳谐振器632的相应的释放。

图10a至图10b示出了类似于图9a至图9b中所示的除了微壳谐振器676的周缘672背向电极衬底678之外的方法用于制造高性能振动陀螺仪670的另一示例性方法。

图10a示出了具有顶衬底680和底衬底684以及沉积在其间的中间衬底682的电极衬底678。图案化衬底680、682和684以具有对应的凹槽686并且形成锚柱688。限定凹槽686以接收具有周缘672和锚674的微壳谐振器676。微壳谐振器676的锚674接合到锚柱688并且周缘672背向电极衬底678。此外图案化顶衬底680以形成边界690、多个固定夹具692和多个分立电极694。分立电极694直接接合到底衬底684。使用接合层696将固定夹具692接合到底衬底684。微壳谐振器676的直径略小于对应的固定夹具692之间的距离。因此，由微壳谐振器676与固定夹具692之间的空间关系控制微壳谐振器676的对准。图10b示出了接合层696的蚀刻、固定夹具692的释放以及微壳谐振器676的相应的释放。

图11a至图11d示出了使用类似于图1a至图1u中所示的方法的找平层334制造高性能振动陀螺仪330的另一示例性方法。特别地，图11a至图11b示出了使用找平层334制造高性能振动陀螺仪330的示例性方法，允许微壳谐振器332相对于电极衬底336以高找平精度找平，并且产生微壳谐振器332与底衬底340之间的大的可控制的竖直间隙372。在某些情况下，大的间隙372减少挤压膜空气阻尼并且增加机械系数(“q”)。高q提供陀螺仪330的高分辨率和稳定性。

如图11a所示，电极衬底336包括每个具有相对的第一表面342、346和第二表面344、348的顶衬底338和底衬底340。顶衬底338和底衬底340基本平行。底衬底340的第一表面346面对顶衬底338的第二表面344。图案化底衬底340的第一表面346以形成多个凹槽350。底衬底352沉积在所形成的凹槽350内。图案化顶衬底338以形成安装区域354、多个电隔离区域(例如分立电极)356和边界370，从而暴露底电极352。

分立电极356每个具有与顶衬底338的第一表面342和第二表面344对应的第一部分(例如顶部)和第二部分(例如底部)。顶部宽于分立电极356的底部。分立电极356的顶部与底部之间的宽度差形成了多个相应的下竖直表面362和侧表面364。找平层334悬浮在分立电极356之间并且由下竖直表面362和侧表面364支承。找平层334与电极衬底336基本平行。

包括周缘366和锚368的微壳谐振器332接合到电极衬底336的安装区域354。接合的微壳谐振器332的周缘366面对电极衬底336并且由找平层334支承。找平层334确保微壳谐振器332相对于电极衬底336找平。因此，由支承找平层334的下竖直表面362之间的距离控制周缘366与底衬底340之间的间隙。图11b示出了在移除找平层334和释放微壳谐振器332之后的器件330。

图12a至图12b示出了类似于图11a至图11b中除了分立电极382具有均匀宽度之外用于制造高性能振动陀螺仪380的示例性方法。

如图12a所示，电极衬底392包括每个具有相对的第一表面404、408和第二表面406、410的顶衬底394和底衬底396。图案化底衬底396的第一表面408以形成沉积多个底衬底400的多个凹槽398。图案化顶衬底394以形成多个电隔离区域382、多个凹槽414和边界412，从而暴露底衬底400。

找平层402与所形成的凹槽414相邻地沉积，并且与顶衬底链接的第二表面406平行。找平层402支承微壳谐振器384的周缘386。因此，由底衬底396的凹槽的深度确定周缘386与底衬底400之间的间隙416。图12b示出了在移除找平层402和释放微壳谐振器384之后的器件380。

图13a至图13b示出了类似于图11a至图11b中的除了由图案化到顶衬底434的台阶(例如基座)440支承微壳谐振器432之外用于制造高性能振动陀螺仪430的示例性方法。

如图13a所示，电极衬底438包括顶衬底434和底衬底436。图案化底衬底436以形成沉积在其中的底衬底452的凹槽450。图案化顶衬底434以暴露底衬底452并且形成安装区域454、多个电隔离区域(例如分立电极)456和边界458。将台阶440图案化到夹着安装区域454的电隔离区域456。

包括周缘460和锚462的微壳谐振器432接合到电极衬底438的安装区域454。周缘460面对电极衬底438并且由安装区域454的台阶440支承。因此，由台阶440的高度控制周缘460与底衬底452之间的间隙464。台阶440与电极衬底438基本平行，使微壳谐振器432也与电极衬底438基本平行。如图13b所示，蚀刻掉台阶440以释放微壳谐振器432。

图14a至图14l示出了类似于图1a至图1u中的除了微壳谐振器162的周缘164背向电极衬底166之外的过程用于制造高性能振动陀螺仪160的示例性方法。

图14a示出了电极衬底166。电极衬底166包括与第二衬底(例如底衬底)172相对的第一衬底，以及夹在其间的中间衬底170。顶衬底168、中间衬底170和底衬底172基本平行。底衬底172包括多个凹槽182和突起184。中间衬底172夹在底衬底172的突起184与平面顶衬底168之间。

中间衬底170是电绝缘体并且包括与第二表面180相对的第一表面178。中间衬底170的第一表面178面对顶衬底168并且第二表面180面对底衬底172的突起184。中间衬底170的第一表面178包括多个凹槽174和突起176。突起176与顶衬底168接触。顶衬底168是电导体。与中间衬底170的凹槽174对应的保护层186沉积在顶衬底168的第一表面188上(例如，保护层186沉积在与中间衬底170的突起176相邻的顶衬底168的第一表面188上)。

保护层186防止中间衬底170和底衬底172在随后的顶衬底168的蚀刻期间受到侵蚀(参见图14b)。保护层186包括选择性地从衬底168、170、172可移除的材料。仅作为示例，保护层186可以包括金属、聚合物、半导体、电介质材料或它们的组合。仅作为示例，金属可以选自于包括下列的组：金、银、铂铬、铝铂、铱、铜、铁、钛、镍、钴、铟、锡、镉、钨、铷、钼、钯、锌、铑、锗、铅和它们的组合。仅作为示例，聚合物可以选自于包括下列的组：聚酰亚胺、光致抗蚀剂、晶圆接合剂cr200、晶体粘结剂、虫胶和它们的组合。仅作为示例，半导体可以选自于包括下列的组：硅、砷化镓、磷化镓、砷化铟、硅锗、氧化锌和它们的组合。电介质材料可以选自于包括下列的组：氧化铝、氧化钛、氧化铬、二氧化硅、氮化硅、玻璃、熔融二氧化硅和它们的组合。

接下来，如图14b所示，从与顶衬底168的第一表面188相对以形成多个蚀刻孔192的第二表面190图案化顶衬底168。蚀刻孔192限定分立电极194、可移动夹具195、边界196和锚柱198。分立电极194锚固到中间衬底170，而可移动夹具195悬浮在中间衬底170上。然后，种子层200沉积在顶衬底168的第二表面190的所选区域以及蚀刻孔192的侧壁上(例如种子层200涂覆馈通孔)，如图14c所示。可以使用阴影掩蔽技术来沉积种子层200。

接下来，如图14d所示，蚀刻掉顶衬底168的第二表面190(例如侧表面)上的种子层200。可以使用定向蚀刻方法、反应离子蚀刻(“rie”)或湿蚀刻来蚀刻种子层200。然后释放悬浮在底衬底172的突起184之间的顶衬底168的区域，并且蚀刻掉保护层186，如图14e所示。

接下来，如图14f所示，锚柱198的暴露表面凹进对应于微壳谐振器162的锚202底部表面206与微壳谐振器162的周缘204之间的高度差(图12h所示)。然后沉积接合层210和接触垫212，如图14g所示。接触垫212可以沉积在从中将读取电信号的所有分立电极194上。当使用焊料或热压接合来接合微壳谐振器162时，可以沉积接合层210。仅作为示例，接触垫212和接合层210可以包括钛铂、钛金、铬铂、铬金或它们的组合。

接下来，如图14h所示，微壳谐振器162涂覆有电极层208并且与锚柱198对准。微壳谐振器162的周缘204背向电极衬底166(例如，微壳谐振器162相对于锚柱198面向上放置)。在某些情况下，然后可移动夹具195将被微操作器(未示出)推向微壳谐振器162的中心，如图14i所示。可移动夹具195与微壳谐振器162接触并且沿期望的方向推动谐振器162。在获得期望的位置之后(例如，微壳谐振器162和分立电极194的相等对准)，由多个闩锁可以移除微操作器并且可移动夹具195保持就位(图7a至图7b)。

在微壳谐振器162涂覆有电极层208并且与锚柱198对准之后，找平层214用于将微壳谐振器162接合到锚柱198，如图14j所示。找平层214与电极衬底166基本平行，并且在电极衬底166的方向上施加基本上均匀的力以将微壳谐振器162的锚202接合到锚柱198。在微壳谐振器162的锚202接合到锚柱198之后，释放找平层214并且牺牲层216接合到微壳谐振器162的暴露表面，如图14k所示。

接下来，如图14l所示，生长种子层200(例如沉积的导电层220)以填充微壳谐振器162与分立电极194之间的间隙218(参见图14k)。使用电镀技术来生长种子层200。种子层200将持续生长直到导电层220与牺牲层216的对应区域相接触为止，此时由牺牲层216阻止导电层220更靠近微壳谐振器162生长。在填充每个间隙218之后，将溶解牺牲层216，在微壳谐振器162与相应的分立电极194之间留下基本上均匀的间隙222。

提供示例实施方式以使本公开内容彻底，并且将向本领域技术人员充分传达范围。提出了诸如特定部件、器件和方法的示例的许多具体细节，以提供本公开内容的实施方式的透彻理解。对于本领域技术人员明显的是不需要采用特定细节，示例实施方式可以以许多不同形式实施并且两者都不应理解为限制本公开内容的范围。在一些示例实施方式中，未详细描述众所周知的过程、众所周知的器件结构以及众所周知的技术。

本文使用的术语仅用于描述特定示例实施方式的目的而不是限制性的。如本文使用的，单数形式(“a”、“an”和“the”)旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确说明。术语“包含”、“含有”、“包括”和“具有”是包含性的，并且因此指定所述特征、整数、步骤、操作、元素和/或部件的存在，但不排斥存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、元件和/或其组。除非特别标识为执行顺序，否则本文描述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或说明的特定顺序执行。还应理解，可以采用另外的或可替选的步骤。

当元件或层被称为“在…上”“接合到”“连接到”或“耦接到”另一元件或层时，它可以直接在…上、接合到、连接到或耦接到其他元件或层，或可以存在中间元件或层。相比之下，当元件被称为“直接在…上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件或层时，可以不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其他词语应以类似的方式解释(例如，“在…之间”与“直接在…之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。

即使本文可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受到这些术语的限制。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分区分开。除非上下文明确指出，否则本文使用的诸如“第一”、“第二”和其他数字术语的术语不暗示次序或顺序。因此，在不脱离示例实施方式的教导的情况下，下面所讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分。

本文可以使用诸如“内部”“外部”“下”“下方”“低于”“上方”“上”等空间相对术语以便于描述以描述一个元件或特征与另一个部件或特征的关系，如图中所示。除了图中所示的方向之外，空间相对术语可以旨在涵盖使用或操作中的器件的不同方向。例如，如果图中的器件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将被定向在其他元件或特征“之上”。因此，示例术语“下方”可以包括上方和下方的方向。器件可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方向)，并且相应地解释本文使用的空间相对描述符。

出于说明和描述的目的，已提供了实施方式的前述描述。其并非旨在穷举或限制本公开内容。特定实施方式的各个元件或特征通常不限于该特定实施方式，但是在适用的情况下，是可互换的并且可以在所选实施方式中使用，即使没有具体示出或描述。所述实施方式也可以以多种方式变化。不应将这些变化视为脱离本公开内容，并且所有这些修改旨在包括在本公开内容的范围内。