[发明专利]晶片中的挠性构件及其制造方法

说明书

本发明涉及在硅片及其类似材料中制造的挠性构件，以产生可以用于微加工的传感器如加速计中的结构。

在一种众所周知的加速计的设计中，一个检测质量用一或多个挠性构件连接到支架上，该挠性构件使检测质量对加速度产生响应而沿预定的灵敏轴转动。在一种常规的加速计中，可以从切割出检测质量的坯料上加工修薄一部分坯料来制造挠性构件。但是，在一个由单晶硅制成的那种类型的微力学量加速计中，挠性构件通常必须用刻蚀技术来制作。由于刻蚀工艺与机械加工相比相对说来灵活性差一些，在硅微力学量器件中制作挠性构件的选择余地稍许受到限制。一种已知的技术是在硅片表面上产生外延层，而后在与其相对的硅片表面上刻蚀一个开口，利用外延层作为刻蚀阻挡。虽然这是一种可以高度再现的技术，但它有一个缺点，就是挠性构件的等效枢轴位于硅片一个表面的平面中，而不是位于硅片两个表面之间的正中间的点上。结果，加速计的等效灵敏轴并不平行于硅片表面，而仪表与外壳的对准因而较为困难。

本发明提供新的挠性构件和制造挠性构件用的新方法，特别适用于硅微力学量器件。在加速计中，本发明的技术使得可以产生一个其等效枢轴位于硅片两个表面之间的半中间的挠性构件系统。

在一个方面，本发明对一种由具有上下表面的晶片制造的传感器提出了改进，该传感器属于包括一个枢轴式地连接到第二部件上的第一部件的类型。改进包括将第一部件枢轴式地连接到第二部件上的第一和第二挠性构件，挠性构件能使第二部件围绕一个共同的枢轴相对于第一部件转动。第一挠性构件在一个对晶片上表面比对晶片下表面更接近的位置上连接第一部件，并在一个对晶片下表面比对晶片上表面更接近的位置上连接第二部件。第二挠性构件在一个对晶片下表面比对晶片上表面更接近的位置上连接第一部件，并在一个对晶片上表面比对晶片下表面更接近的位置上连接第二部件。其结果是高度稳定的“交叉式挠性构件”配置。

在第二方面，本发明提供一种处理具有上下表面的晶片以便产生一个挠性地连接在晶片第二部分上的晶片第一部分的方法。该方法包括在晶片上下表面上分别蚀刻第一和第二沟槽，该第一和第二沟槽分别具有第一和第二纵轴，蚀刻第一沟槽的步骤包括在第一平面的一侧除去晶片材料，该第一平面平行于第一纵轴，并以一个锐角与晶片的上表面相交。蚀刻第二沟槽的步骤包括在第二平面的一侧除去晶片材料，该第二平面平行于第二纵轴，并以一个锐角与晶片的下表面相交。第一和第二沟槽的位置和深度是这样选择的，使得第一和第二平面之间的晶片区段形成一个使晶片的第一和第二部分彼此连接的挠性构件。这个方法可以扩展到制造上述类型的交叉式挠性构件。

图1-4举例说明依照本发明制造一个单独的挠性构件。

图5-8举例说明依照本发明制造一个交叉式挠性构件对。

图9和图10举例说明利用两个交叉式挠性构件对制成的加速计。

本发明的一般技术可以参考图1至图4来说明。图1表示硅片12的侧视图或截面图。硅片12包括上表面14和下表面16。上表面14覆盖着掩模（如二氧化硅）层20，下表面16同样具有掩模层22。假定上表面14和下表面16具有100取向，就是这些表面平行于100晶面。

在最佳实施例中，如图2和图3所示，本发明的方法是通过在掩模层20和22中分别制作矩形开口24和26来进行的。开口24对纵向中心轴30准直，开口26对纵向中心轴32准直。两个纵向轴彼此平行并平行于硅片表面14和16。为了简化图解起见，图3用虚线表示轴32，但没有表示开口26。轴32沿垂直于轴30和32而平行于硅片表面14和16的侧向偏离轴30。轴30和32的准直方向最好平行于110晶面，该晶面通常由硅片上的平坦部分或刻痕确定。