[发明专利]微机电系统传感器及微机电系统传感器的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机电系统(MEMS)传感器和MEMS传感器的制造方法。

背景技术

诸如加速度传感器、振动陀螺仪和振动传感器之类的MEMS传感器是已知的，MEMS传感器将联接有质量体(mass body)的柔性梁的位移转变为电信号。硅制作技术伴随集成电路的开发而发展得日益成熟，并适合于MEMS的制造。硅中的带电粒子(电子，空穴)受所施加应力的影响。沿传输方向施加拉应力时电子的迁移率增高，沿传输方向施加压应力时电子的迁移率减低。沿传输方向施加压应力时空穴的迁移率增高，沿传输方向施加拉应力时空穴的迁移率减低。如果半导体的表面变形成凸形，则表面受拉应力；如果半导体的表面变形成凹形，则表面受压应力。半导体中带电粒子迁移率的变化可以通过在集中受应力的硅区域中制作诸如电阻件和金属氧化物半导体晶体管(MOS transistor)的半导体元件来探测。质量体被联接到柔性梁单元，而柔性梁单元的远端由支撑体支撑。由于质量体具有惯性，随着质量体的运动，柔性梁变形并受到应力。由于柔性梁的横截面积制作得很小，施加在柔性梁上的应力变得很大。

假定xyz正交坐标系统中，例如，沿x方向的两个柔性梁和沿y方向的两个柔性梁通过一接合区域连接从而形成十字形(cross shape)柔性梁单元，质量体被联接到交叉区域的下表面，并且四个远端被支撑体支撑。该结构中质量体通过x方向的两个柔性梁和y方向的两个柔性梁被支撑体支撑。由于支撑体开始沿x方向运动，质量体的上部区域沿x方向受到驱动，使得质量体沿x方向倾斜，并且沿x方向的两个柔性梁发生偏斜。沿x方向的两个柔性梁的变形在z方向是相反的(凹的和凸的)，而且根据离接合区域的距离而改变。若通过形成设置在沿x方向的柔性梁上的四个压敏电阻件(piezoresistors)而形成桥电路，就可以检测沿x方向的加速度。通过形成设置在沿y方向的柔性梁上的四个压敏电阻件形成桥电路时，就可以检测沿y方向的加速度。沿z方向的运动引起在接合区域两侧的各柔性梁对称地变形。在沿z方向的正向运动和沿z方向的负向运动之间，变形符号为相反。当通过形成设置在沿x方向和/或沿y方向的柔性梁上的四个压敏电阻件形成桥电路时，就可以检测沿z方向的加速度。

在绝缘体上沉积硅(SOI)的基底通常具有这样的结构，即单晶硅半导体层经氧化硅绝缘层被结合到单晶硅支撑基底上。用于制造SOI基底的一种方法是：使两个分别具有氧化硅层的硅基底抵接，其中所述氧化硅层彼此面对；实施高温退火以使得两个基底结合；对其中一个硅基底进行抛光至所需厚度，从而提供半导体层。另一种已知方法是将氧离子注入硅基底，通过热处理形成埋入的氧化硅层。在这种情况下，埋入的氧化硅层并不具有结合功能，而仅是一层中间绝缘层。这种SOI基底被用来形成电绝缘体式(dielectrically)绝缘的高速晶体管或者形成MEMS。

未经审查而公布的日本专利No.8-274349公开了如下内容：将n型外延层生长在p型硅基底上，通过将硼(B)涂覆到n型外延层中而形成的p型区域来形成压敏电阻件，通过蚀刻形成穿过基底和外延层的空洞或空腔，柔性梁单元由外延层形成并横过空洞，由金属形成的重物被附着于梁的中央区域的下表面。

未经审查而公布的日本专利No.8-248061公开了一种MEMS传感器，该MEMS传感器通过将分别由不同硅基底制成的梁和重物结合到一起而形成。

未经审查而公布的日本专利No.9-15257公开了如下内容：在第一基底的表面上形成环形凹入部，将第二基底结合到第一基底上，减薄第二基底，此后由第一基底形成重物，而由第二基底形成梁。

未经审查而公布的日本专利No.2003-270262公开了如下内容，重物经过梁联接到框架上，面向重物、用于限制重物的可动范围的玻璃止挡件被联接到框架上，并在重物和玻璃止挡件的相对表面的至少之一上形成防粘结部分。

未经审查而公布的日本专利No.2004-233072和美国专利6,892,578公开了如下内容：在加速度传感器的表面上形成多个凹部，并且使用直径大于所述凹部深度的间隔件将调节盘结合到凹部，由此在重物和调节盘之间限定出窄的间隙。

未经审查而公布的日本专利No.2006-208272公开了一种结构，该结构中的传感器由SOI基底形成，其中经由梁被框架支撑的主重物具有一些附加重物，各附加重物在主重物的四个角部与主重物连续并与之形成整体，而覆盖传感器的上部的盖件具有面向这些附加重物的止挡件。