一種mems檢測(cè)裝置及其制造工藝的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種MEMS檢測(cè)裝置，包括：測(cè)量體以及與所述測(cè)量體相連接的蓋板，所述測(cè)量體包括框架及設(shè)置在所述框架內(nèi)自由活動(dòng)的質(zhì)量塊，所述蓋板與所述質(zhì)量塊之間設(shè)置有過(guò)載保護(hù)裝置，所述過(guò)載保護(hù)裝置包括彈性部及凸點(diǎn)；所述凸點(diǎn)設(shè)置在所述彈性部上，所述彈性部設(shè)置在所述質(zhì)量塊或所述蓋板上，所述凸點(diǎn)限制所述質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)幅度。從而在外部沖擊力幅度超出檢測(cè)裝置的限定幅度時(shí)，保護(hù)質(zhì)量塊，進(jìn)而保護(hù)檢測(cè)裝置。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種MEMS檢測(cè)裝置及其制造工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種MEMS檢測(cè)裝置及其制造工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)今，微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)不斷進(jìn)步，許多納米級(jí)的小型檢測(cè)裝置已經(jīng)被商業(yè)化廣泛應(yīng)用，例如MEMS加速度計(jì)以及MEMS的陀螺儀。通常MEMS的檢測(cè)裝置包括有固定部件及活動(dòng)部件，并通過(guò)檢測(cè)活動(dòng)部件的位移來(lái)計(jì)算MEMS檢測(cè)裝置所受到的外力。
[0003]在外力幅度比較大的時(shí)候，活動(dòng)部件也會(huì)有很大的位移，使局部應(yīng)力超出材料的斷裂極限值，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞，器件報(bào)廢。為了保護(hù)MEMS器件，抗沖擊結(jié)構(gòu)成為必須擁有的附加功能，它的作用是限制活動(dòng)結(jié)構(gòu)的過(guò)載位移，另外能有效吸收瞬時(shí)沖擊能量，從而使MEMS結(jié)構(gòu)處于安全工作狀態(tài)下。
[0004]為此，MEMS檢測(cè)裝置上會(huì)設(shè)置有過(guò)載保護(hù)裝置，例如美國(guó)專(zhuān)利號(hào)US4882933所公開(kāi)的帶有過(guò)載保護(hù)的加速度計(jì)，其在自由活動(dòng)的質(zhì)量塊的邊緣設(shè)置有多個(gè)外延凸起，并在框架上設(shè)置有相應(yīng)的凹槽。當(dāng)該加速度計(jì)受到超出負(fù)荷的外力時(shí)，外延凸起會(huì)與凹槽相接觸，從而防止質(zhì)量塊進(jìn)一步的位移。然而，這種設(shè)計(jì)僅限于設(shè)置在質(zhì)量塊或框架的邊緣，在設(shè)計(jì)上有很大的局限性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種能對(duì)MEMS裝置進(jìn)行過(guò)載保護(hù)，并且在設(shè)計(jì)上局限性比較小的MEMS檢測(cè)裝置。
[0006]按照本發(fā)明所提供的一種MEMS檢測(cè)裝置，包括:測(cè)量體以及與所述測(cè)量體相連接的蓋板，所述測(cè)量體包括框架及設(shè)置在所述框架內(nèi)自由活動(dòng)的質(zhì)量塊，所述蓋板與所述質(zhì)量塊之間設(shè)置有過(guò)載保護(hù)裝置，所述過(guò)載保護(hù)裝置包括彈性部及凸點(diǎn)；所述凸點(diǎn)設(shè)置在所述彈性部上，所述彈性部設(shè)置在所述質(zhì)量塊或所述蓋板上，所述凸點(diǎn)限制所述質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)幅度。
[0007]本發(fā)明中的MEMS檢測(cè)裝置還包括如下附屬特征:
[0008]所述彈性部設(shè)置在所述質(zhì)量塊上，所述凸點(diǎn)設(shè)置在所述蓋板上與所述彈性部相對(duì)應(yīng)的位置，所述凸點(diǎn)與所述彈性部相接觸，并限制所述質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)幅度；或所述彈性部設(shè)置在所述蓋板上，所述凸點(diǎn)設(shè)置在所述質(zhì)量塊上與所述彈性部相對(duì)應(yīng)的位置，所述凸點(diǎn)與所述彈性部相接觸，并限制所述質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)幅度。
[0009]所述過(guò)載保護(hù)裝置設(shè)置在所述質(zhì)量塊與所述框架之間，所述彈性部設(shè)置在所述質(zhì)量塊或所述框架上，所述凸點(diǎn)設(shè)置在所述彈性部上，所述凸點(diǎn)限制所述質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)幅度。
[0010]所述彈性部設(shè)置在所述質(zhì)量塊上，所述凸點(diǎn)設(shè)置在所述框架上與所述彈性部相對(duì)應(yīng)的位置，所述凸點(diǎn)與所述彈性部相接觸，并限制所述質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)幅度；或所述彈性部設(shè)置在所述框架上，所述凸點(diǎn)設(shè)置在所述質(zhì)量塊上與所述彈性部相對(duì)應(yīng)的位置，所述凸點(diǎn)與所述彈性部相接觸，并限制所述質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)幅度。
[0011]所述彈性部包括方體以及與所述方體相連接的多根彈性梁，所述凸點(diǎn)設(shè)置于所述方體上。
[0012]所述彈性梁以所述方體為中心呈十字交叉設(shè)置。
[0013]所述彈性梁設(shè)置在所述方體的兩個(gè)相對(duì)邊上。
[0014]所述彈性梁為L(zhǎng)型彎曲梁，并與所述方體的四個(gè)角相連接。
[0015]所述彈性部為一個(gè)或多個(gè)成組設(shè)置。
[0016]所述彈性部設(shè)置在所述質(zhì)量塊的中心位置；或者設(shè)置在所述質(zhì)量塊的端角；或者設(shè)置在所述質(zhì)量塊的一邊或多邊上。
[0017]所述彈性部設(shè)置在所述蓋板上與所述質(zhì)量塊的中心相對(duì)應(yīng)的位置；或者設(shè)置在所述蓋板上與所述質(zhì)量塊的端角相對(duì)應(yīng)的位置；或者設(shè)置在所述蓋板上與所述質(zhì)量塊的一邊或多邊相對(duì)應(yīng)的位置。
[0018]所述彈性部設(shè)置在所述框架上與所述質(zhì)量塊的中心相對(duì)應(yīng)的位置；或者設(shè)置在所述框架上與所述質(zhì)量塊的端角相對(duì)應(yīng)的位置；或者設(shè)置在所述框架上與所述質(zhì)量塊的一邊或多邊相對(duì)應(yīng)的位置。
[0019]所述MEMS檢測(cè)裝置采用〈I11>晶向的硅片。
[0020]所述MEMS檢測(cè)裝置采用包括有上硅層及下硅層的絕緣體上外延硅結(jié)構(gòu)，每層硅層之間分別設(shè)置有氧化埋層。
[0021]一種MEMS檢測(cè)裝置的制造工藝，所述制造工藝包括以下步驟:
[0022]第一步，在所述絕緣體上外延硅硅片的正面及背面生長(zhǎng)或淀積出二氧化硅層；
[0023]第二步，在所述絕緣體上外延硅硅片的正面及背面淀積一層氮化硅層；
[0024]第三步，通過(guò)光刻及刻蝕，將所述絕緣體上外延硅硅片背面的部分氮化硅層及二氧化硅層去除，并露出下硅層；
[0025]第四步，將下硅層暴露在外的部分刻蝕至氧化埋層；
[0026]第五步，通過(guò)光刻及刻蝕，將所述絕緣體上外延硅硅片正面的部分氮化硅層及二氧化娃層去除，露出上娃層；
[0027]第六步，將上硅層暴露在外的部分進(jìn)行深度刻蝕至氧化埋層，形成彈性梁；
[0028]第七步，對(duì)所述氧化埋層進(jìn)行刻蝕，形成凹陷區(qū)及自由活動(dòng)的彈性梁；
[0029]第八步，將絕緣體上外延硅硅片正面及背面的氮化硅層及二氧化硅層去除；并將絕緣體上外延硅硅片與其他硅片進(jìn)行鍵合，形成完整的測(cè)量裝置。
[0030]一種MEMS檢測(cè)裝置的制造工藝，所述制造工藝包括以下步驟:
[0031]第一步，在所述硅片的正面及背面生長(zhǎng)或淀積出二氧化硅層；
[0032]第二步，在所述硅片的正面及背面淀積一層氮化硅層；
[0033]第三步，通過(guò)光刻及刻蝕，將所述硅片背面的部分氮化硅層及二氧化硅層去除，并露出下娃層；
[0034]第四步，將下硅層暴露在外的部分進(jìn)行深度刻蝕至一定深度；
[0035]第五步，通過(guò)光刻及刻蝕，將所述硅片正面的部分氮化硅層及二氧化硅層去除，露出上娃層;
[0036]第六步，將上硅層暴露在外的部分進(jìn)行深度刻蝕至一定深度，形成彈性梁；
[0037]第七步，在所述硅片正面淀積一層二氧化硅層；
[0038]第八步，通過(guò)刻蝕及深度刻蝕，將所述硅片正面被曝光的部分的二氧化硅層去除，再將暴露在外的硅層進(jìn)一步刻蝕至一定深度；
[0039]第九步，對(duì)硅片正面的硅層進(jìn)行橫向刻蝕，形成凹陷區(qū)及自由活動(dòng)的彈性梁；
[0040]第十步，去除正面二氧化硅，并將所述硅片與其他硅片進(jìn)行鍵合，形成完整的測(cè)量
>J-U ρ?α裝直。
[0041]一種MEMS檢測(cè)裝置的制造工藝，所述制造工藝包括以下步驟:
[0042]第一步，在硅片的背面淀積二氧化硅層；
[0043]第二步，通過(guò)光刻及刻蝕，對(duì)所述硅片背面的部分二氧化硅層進(jìn)行兩次刻蝕，形成凸點(diǎn)；
[0044]第三步，通過(guò)光刻及刻蝕，將所述硅片背面暴露在外的硅層刻蝕至一定深度；
[0045]第四步，將第三步中的光刻膠去除，并在所述硅片的背面淀積一層二氧化硅層；
[0046]第五步，通過(guò)光刻、刻蝕及深度刻蝕，將所述硅片背面被曝光的部分的二氧化硅層去除，再將暴露在外的硅層進(jìn)一步刻蝕至一定深度，形成彈性梁；
[0047]第六步，對(duì)硅片背面的硅層進(jìn)行橫向刻蝕，形成凹陷區(qū)及自由活動(dòng)的彈性梁；
[0048]第七步，通過(guò)光刻和刻蝕，將硅片背面的部分二氧化硅去除；
[0049]第八步，將硅片與其他硅片進(jìn)行鍵合，形成完整的MEMS測(cè)量裝置。
[0050]一種MEMS檢測(cè)裝置的制造工藝，所述制造工藝包括以下步驟:
[0051]第一步，在絕緣體上外延硅硅片的背面淀積二氧化硅層；
[0052]第二步，通過(guò)光刻及刻蝕，對(duì)所述絕緣體上外延硅硅片背面的部分二氧化硅層進(jìn)行兩次刻蝕，形成凸點(diǎn)；
[0053]第三步，在絕緣體上外延硅硅片的表面淀積一層氮化硅作為保護(hù)層；
[0054]第四步，通過(guò)光刻、刻蝕及深度刻蝕，將所述絕緣體上外延硅硅片背面暴露在外的硅層刻蝕至氧化埋層；
[0055]第五步，對(duì)所述氧化埋層進(jìn)行橫向刻蝕，形成自由活動(dòng)的所述彈性梁；
[0056]第六步，通過(guò)刻蝕，將絕緣體上外延硅硅片表面的氮化硅去除，并與其他硅片進(jìn)行鍵合，形成完整的MEMS測(cè)量裝置。
[0057]所述深度刻蝕及所述刻蝕的方法為以下方法中的一種或多種方法:干法刻蝕或濕法刻蝕，所述干法刻蝕包括:硅的深度反應(yīng)離子刻蝕及反應(yīng)離子刻蝕。
[0058]所述用于腐蝕硅層的腐蝕劑為以下腐蝕劑中的一種或多種的組合:氫氧化鉀、四甲基氫氧化氨、乙二胺磷苯二酚或氣態(tài)的二氟化氙。
[0059]所述用于腐蝕二氧化硅層的腐蝕劑為以下腐蝕劑中的一種或多種的組合:緩沖氫氟酸、49%氫氟酸或氣態(tài)的氟化氫。
[0060]按照本發(fā)明所提供的MEMS檢測(cè)裝置及其制造工藝具有如下優(yōu)點(diǎn):首先，本MEMS檢測(cè)裝置在質(zhì)量塊與蓋板，質(zhì)量塊與框架之間設(shè)置有過(guò)載保護(hù)裝置，當(dāng)外界沖擊力過(guò)大的時(shí)候，過(guò)載保護(hù)裝置中的凸點(diǎn)會(huì)先接觸到彈性部，彈性部的柔性位移會(huì)緩沖外界的沖擊力，從而將質(zhì)量塊限制在安全工作范圍內(nèi)，并保護(hù)質(zhì)量塊。而且本發(fā)明中的過(guò)載保護(hù)裝置可以任意設(shè)置在質(zhì)量塊、蓋板或框架上，并且數(shù)量及排列方式不限。技術(shù)人員在設(shè)計(jì)MEMS檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)時(shí)可以先設(shè)計(jì)完檢測(cè)裝置的整體結(jié)構(gòu)后再在空余位置加入過(guò)載保護(hù)裝置。此外，本發(fā)明中的彈性部是通過(guò)光刻和刻蝕而形成，在光刻階段可以自由定義彈性部的大小和排列方式。并且通過(guò)刻蝕的厚度來(lái)定義過(guò)載保護(hù)裝置中的緩沖區(qū)域的大小。為此，在制造過(guò)程中無(wú)需增加復(fù)雜的工藝步驟就能制造出過(guò)載保護(hù)裝置。而且由于腐蝕工藝及鍵合工藝較為簡(jiǎn)單，本產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)效率較高、成本也較低。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0061]圖1為本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0062]圖2為本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0063]圖3為本發(fā)明中測(cè)量體的俯視圖。
[0064]圖4為本發(fā)明中過(guò)載保護(hù)裝置的第一種實(shí)施例示意圖。
[0065]圖5為本發(fā)明中過(guò)載保護(hù)裝置的第二種實(shí)施例示意圖。
[0066]圖6為本發(fā)明中過(guò)載保護(hù)裝置的第三種實(shí)施例示意圖。
[0067]圖7為本發(fā)明中過(guò)載保護(hù)裝置的第一種位置示意圖。
[0068]圖8為本發(fā)明中過(guò)載保護(hù)裝置的第二種位置示意圖。
[0069]圖9為本發(fā)明中過(guò)載保護(hù)裝置的第三種位置示意圖。
[0070]圖10為本發(fā)明中過(guò)載保護(hù)裝置的第四種位置示意圖。
[0071]圖11為本發(fā)明中的第一種制造方法的第一步、第二步示意圖。
[0072]圖12為本發(fā)明中的第一種制造方法的第三步、第四步示意圖。
[0073]圖13為本發(fā)明中的第一種制造方法的第五步、第六步示意圖。
[0074]圖14為本發(fā)明中的第一種制造方法的第七步、第八步示意圖。
[0075]圖15為本發(fā)明中的第一種制造方法的第九步示意圖。
[0076]圖16為本發(fā)明中的第二種制造方法的第一步、第二步示意圖。
[0077]圖17為本發(fā)明中的第二種制造方法的第三步、第四步示意圖。
[0078]圖18為本發(fā)明中的第二種制造方法的第五步、第六步示意圖。
[0079]圖19為本發(fā)明中的第二種制造方法的第七步、第八步示意圖。
[0080]圖20為本發(fā)明中的第二種制造方法的第九步示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0081]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳述:
[0082]參照?qǐng)D1至圖3，按照本發(fā)明提供的一種MEMS檢測(cè)裝置，包括有測(cè)量體I以及與所述測(cè)量體I相連接的蓋板2，所述測(cè)量體I包括有框架11及設(shè)置在所述框架11內(nèi)自由活動(dòng)的質(zhì)量塊12。其中，蓋板2和質(zhì)量塊12之間或者框架11與質(zhì)量塊12之間設(shè)置有過(guò)載保護(hù)裝置3，其中過(guò)載保護(hù)裝置包括有一個(gè)彈性部31及一個(gè)凸點(diǎn)32。
[0083]參照?qǐng)D1至圖3，彈性部31包括一個(gè)方體311以及多根彈性梁312，在一個(gè)實(shí)施例中，凸點(diǎn)32設(shè)置在彈性部31上，形成一個(gè)整體。優(yōu)選地，彈性部31的底部有一個(gè)凹陷區(qū)313。當(dāng)彈性部31產(chǎn)生形變的時(shí)候，凹陷區(qū)313為彈性部31提供形變的空間。
[0084]參照?qǐng)D1，在一個(gè)實(shí)施例中，凸點(diǎn)32設(shè)置在彈性部31上，形成一個(gè)整體。并根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)置在蓋板2上。當(dāng)外力過(guò)大，質(zhì)量塊12的位移產(chǎn)生超過(guò)MEMS檢測(cè)裝置所限定的位移幅度時(shí)，凸點(diǎn)32會(huì)先與運(yùn)動(dòng)方向上的質(zhì)量塊12相接觸。接觸后，凸點(diǎn)32會(huì)迫使彈性部31產(chǎn)生一定的形變，減緩質(zhì)量塊12在運(yùn)動(dòng)方向上進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)。從而減小外部沖擊力對(duì)質(zhì)量塊12的影響。同理，所述凸點(diǎn)32及彈性部31也可以根據(jù)設(shè)計(jì)者的需求單個(gè)、多個(gè)或呈組的設(shè)置在質(zhì)量塊12或者框架11上。并限定質(zhì)量塊12的位移幅度，減少外部沖擊力對(duì)質(zhì)量塊12的影響。
[0085]參照?qǐng)D2，在另一個(gè)實(shí)施例中，凸點(diǎn)32設(shè)置在蓋板2上，而彈性部31設(shè)置在質(zhì)量塊12上與凸點(diǎn)32相對(duì)應(yīng)的位置上。當(dāng)質(zhì)量塊12的位移超過(guò)MEMS檢測(cè)裝置所限定的位移幅度時(shí)，凸點(diǎn)32會(huì)與彈性部31接觸，彈性部31的柔性變形會(huì)緩沖外部沖擊力，保護(hù)質(zhì)量塊
12。同理，凸點(diǎn)32和彈性部31的位置也可以互換，也可以根據(jù)設(shè)計(jì)者的需求單個(gè)、多個(gè)或呈組相對(duì)的設(shè)置在質(zhì)量塊12與蓋板2上、質(zhì)量塊12與框架上11。并限定質(zhì)量塊12的位移幅度，減少外部沖擊力對(duì)質(zhì)量塊12的影響。
[0086]圖3則展示了設(shè)置在框架11與質(zhì)量塊12之間的，在水平方向上保護(hù)質(zhì)量塊的過(guò)載保護(hù)裝置3。同樣的，該過(guò)載保護(hù)裝置3也包括彈性部31和凸點(diǎn)32。凸點(diǎn)32可以設(shè)置在彈性部31上，形成一個(gè)整體?；蛘邔烧叻珠_(kāi)單獨(dú)設(shè)置在相對(duì)應(yīng)的位置上。此外，該過(guò)載保護(hù)裝置可以根據(jù)設(shè)計(jì)者的需求，設(shè)置在框架11上或者質(zhì)量塊12上。
[0087]圖4至圖6展示了本發(fā)明中彈性部31的各種實(shí)施例，彈性部31包括一個(gè)方體311和多根與方體311相連接的彈性梁312，如圖4所示，彈性梁312為四根，并以所述方體311為中心呈十字交叉設(shè)置。在圖5所示的實(shí)施例中，彈性梁312的數(shù)量為兩根，并設(shè)置在方體311的兩個(gè)相對(duì)邊上。而在圖6所示的實(shí)施例中，彈性梁312的數(shù)量為四根，并且形狀為L(zhǎng)型彎曲梁。彈性梁312與方體311的四個(gè)角相連接。當(dāng)然，本發(fā)明中的彈性部31的結(jié)構(gòu)并不僅限于上述三種實(shí)施例。
[0088]圖7至圖10展示了本發(fā)明中過(guò)載保護(hù)裝置3數(shù)量及位置的各種實(shí)施例，在圖7中，過(guò)載保護(hù)裝置3為一個(gè)，并安裝在質(zhì)量塊12的中心部位。在圖8中，過(guò)載保護(hù)裝置3安裝在質(zhì)量塊12的四個(gè)端角處，圖9中，過(guò)載保護(hù)裝置3成組的安裝在質(zhì)量塊12的一邊。圖10中，過(guò)載保護(hù)裝置3成組的安裝在質(zhì)量塊12四邊。當(dāng)然，過(guò)載保護(hù)裝置3的數(shù)量及安裝位置并不僅限于上述實(shí)施例，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)MEMS檢測(cè)裝置的特定要求來(lái)自行設(shè)定過(guò)載保護(hù)裝置3的數(shù)量以及在蓋板2、框架11及質(zhì)量塊12上的安放位置。
[0089]參照?qǐng)D1及圖2，優(yōu)選地，所述彈性部31的底端還設(shè)置有一個(gè)鏤空的凹陷區(qū)313，凹陷區(qū)313為彈性部31提供了形變的空間。設(shè)計(jì)者可以對(duì)外部沖擊力進(jìn)行一個(gè)預(yù)判，從而來(lái)設(shè)定過(guò)載保護(hù)裝置3的數(shù)量、彈性部31的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)以及凹陷區(qū)313的高度。
[0090]根據(jù)圖11至圖15來(lái)詳細(xì)說(shuō)明用于制造本發(fā)明中的MEMS檢測(cè)裝置蓋板2的制造工藝，本工藝使用了〈111〉晶向的硅片，該制造工藝包括以下步驟:
[0091]第一步，對(duì)硅片背面利用化學(xué)氣態(tài)淀積法(CVD)淀積一層二氧化硅層8。
[0092]第二步，對(duì)所述硅片的背面上涂覆光阻劑。之后按照特定圖案對(duì)硅片的背面進(jìn)行曝光，并用顯影液進(jìn)行顯影。這樣被曝光的圖案就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。再利用反應(yīng)離子干法刻蝕或緩沖氫氟酸對(duì)二氧化硅層8上被曝光的部分進(jìn)行刻蝕直至露出硅層4。
[0093]第三步，去除第二步中涂覆的光刻膠，并再次在所述硅片的背面上涂覆光阻劑。之后按照特定圖案對(duì)硅片的背面進(jìn)行曝光，并用顯影液進(jìn)行顯影。這樣被曝光的圖案就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。再利用反應(yīng)離子干法刻蝕或緩沖氫氟酸將二氧化硅層8上被曝光的部分刻蝕至一定深度，形成凸點(diǎn)32。
[0094]第四步，去除第三步中涂覆的光刻膠，并再次在所述硅片的背面上涂覆光阻劑。之后按照特定圖案對(duì)硅片的背面進(jìn)行曝光，并用顯影液進(jìn)行顯影。這樣被曝光的圖案就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。再利用深度刻蝕將硅層4上曝光部分刻蝕至一定深度。
[0095]第五步，將第四步中的光刻膠去除，再利用化學(xué)氣態(tài)淀積法(CVD)在硅片背面淀積一層二氧化娃層8 ；
[0096]第六步，利用反應(yīng)離子干法刻蝕對(duì)二氧化硅層8進(jìn)行刻蝕直至露出硅層，再利用深度刻蝕將暴露在外的硅層4刻蝕至一定深度，形成彈性梁312。
[0097]第七步，利用氫氧化鉀、或四甲基氫氧化氨、或乙二胺磷苯二酚對(duì)硅層4的背面進(jìn)行橫向刻蝕，形成凹陷區(qū)313及自由活動(dòng)的彈性梁312.
[0098]第八步，利用反應(yīng)離子干法刻蝕或緩沖氫氟酸將硅片背面的部分二氧化硅8去除，形成完整的保護(hù)裝置。
[0099]第九步，將兩片硅片與測(cè)量體I進(jìn)行鍵合，形成完整的MEMS測(cè)量裝置。
[0100]同理，本發(fā)明中的蓋板2也可以利用絕緣體上外延硅硅片，簡(jiǎn)稱(chēng)SOI硅片，來(lái)制造。SOI硅片包括上硅層5和下硅層6，上硅層5和下硅層6之間設(shè)置有氧化埋層7。該制造工藝包括以下步驟:
[0101]第一步，在SOI硅片的背面利用化學(xué)氣態(tài)淀積法(CVD)淀積一層淀積二氧化硅層
8；
[0102]第二步，對(duì)所述硅片的背面上涂覆光阻劑。之后按照特定圖案對(duì)硅片的背面進(jìn)行曝光，并用顯影液進(jìn)行顯影。這樣被曝光的圖案就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。再利用反應(yīng)離子干法刻蝕或緩沖氫氟酸對(duì)二氧化硅層8上被曝光的部分進(jìn)行刻蝕直至露出下硅層6。
[0103]第三步，去除第二步中涂覆的光刻膠，并再次在所述硅片的背面上涂覆光阻劑。之后按照特定圖案對(duì)硅片的背面進(jìn)行曝光，并用顯影液進(jìn)行顯影。這樣被曝光的圖案就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。再利用反應(yīng)離子干法刻蝕或緩沖氫氟酸將二氧化硅層8上被曝光的部分刻蝕至一定深度，形成凸點(diǎn)32。
[0104]第四步，利用化學(xué)氣態(tài)淀積法(CVD)在SOI硅片的正面及背面淀積一層氮化硅9作為保護(hù)層。
[0105]第五步，對(duì)所述硅片的背面上涂覆光阻劑。之后按照特定圖案對(duì)硅片的背面進(jìn)行曝光，并用顯影液進(jìn)行顯影。這樣被曝光的圖案就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)，再利用深度刻蝕將所述SOI硅片背面暴露在外的下硅層6刻蝕至氧化埋層7 ；
[0106]第六步，通過(guò)緩沖氫氟酸橫向腐蝕氧化埋層7，形成自由活動(dòng)的彈性梁；
[0107]第七步，利用干法刻蝕去除SOI硅片的正面及背面的氮化硅層9，并將SOI硅片與測(cè)量體I進(jìn)行鍵合，形成完整的MEMS測(cè)量裝置。
[0108]接著，根據(jù)圖16至圖20詳細(xì)說(shuō)明用于制造本發(fā)明中MEMS檢測(cè)裝置的測(cè)量體I的制造工藝，本制造工藝使用了 SOI硅片，該制造工藝包括以下步驟:
[0109]第一步，對(duì)絕緣體上外延硅(SOI)硅片的正面及背面進(jìn)行高溫氧化處理，在其表面形成一層二氧化硅層8 ;或者利用化學(xué)氣態(tài)淀積法(CVD)淀積一層二氧化硅層8。
[0110]第二步，利用化學(xué)氣態(tài)淀積法(CVD)在SOI硅片的正面及背面淀積一層氮化硅9。
[0111]第三步，對(duì)所述SOI硅片的背面上涂覆光阻劑。之后按照特定圖案對(duì)SOI硅片的背面進(jìn)行曝光，并用顯影液進(jìn)行顯影。這樣被曝光的圖案就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。再利用反應(yīng)離子干法刻蝕或緩沖氫氟酸對(duì)二氧化硅層8及氮化硅層9上被曝光的部分進(jìn)行刻蝕直至露出下娃層6。
[0112]第四步，利用氫氧化鉀、或四甲基氫氧化氨、或乙二胺磷苯二酚將暴露在外的下硅層6深度刻蝕至氧化埋層7 ；
[0113]第五步，對(duì)所述SOI硅片的正面上涂覆光阻劑。之后按照特定圖案對(duì)SOI硅片的正面進(jìn)行曝光，并用顯影液進(jìn)行顯影。這樣被曝光的圖案就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。再利用反應(yīng)離子干法刻蝕或緩沖氫氟酸對(duì)二氧化硅層8及氮化硅層9上被曝光的部分進(jìn)行刻蝕直至露出上娃層5。
[0114]第六步，利用深度刻蝕將暴露在外的上硅層5深度刻蝕至氧化埋層7 ；
[0115]第七步，利用緩沖氫氟酸將SOI硅片的氧化埋層7進(jìn)行橫向刻蝕，形成凹陷區(qū)313及自由活動(dòng)的彈性梁312 ；
[0116]第八步，利用反應(yīng)離子干法刻蝕或緩沖氫氟酸將SOI硅片表面的二氧化硅層8和氮化硅層9去除；
[0117]第九步，將兩塊SOI硅片進(jìn)行硅-硅背對(duì)背鍵合，形成測(cè)量體I，之后再與蓋板2進(jìn)行鍵合，形成完整的MEMS檢測(cè)裝置。
[0118]同理，本發(fā)明中的測(cè)量體I的也可以利用〈111〉晶向的硅片來(lái)制造，制造工藝包括以下步驟:
[0119]第一步，在所述硅片的正面及背面進(jìn)行高溫氧化處理，在其表面形成一層二氧化硅層8 ;或者利用化學(xué)氣態(tài)淀積法(CVD)淀積一層二氧化硅層8 ；
[0120]第二步，利用化學(xué)氣態(tài)淀積法(CVD)在所述硅片的正面及背面淀積一層氮化硅層
9；
[0121]第三步，在所述硅片的背面上涂覆光阻劑。之后按照特定圖案對(duì)硅片的背面進(jìn)行曝光，并用顯影液進(jìn)行顯影。這樣被曝光的圖案就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。再利用反應(yīng)離子干法刻蝕或緩沖氫氟酸對(duì)二氧化硅層8及氮化硅層9上被曝光的部分進(jìn)行刻蝕直至露出硅層4。
[0122]第四步，深度刻蝕暴露在外的硅層至一定深度；
[0123]第五步，對(duì)所述硅片的正面上涂覆光阻劑。之后按照特定圖案對(duì)硅片的正面進(jìn)行曝光，并用顯影液進(jìn)行顯影。這樣被曝光的圖案就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。再利用反應(yīng)離子干法刻蝕或緩沖氫氟酸對(duì)二氧化硅層8及氮化硅層9上被曝光的部分進(jìn)行刻蝕直至露出硅層4。
[0124]第六步，利用深度刻蝕將暴露在外的硅層4進(jìn)行深度刻蝕至一定深度，形成彈性梁 312 ；
[0125]第七步，利用化學(xué)氣態(tài)淀積法(CVD)在所述硅片正面淀積一層二氧化硅層8 ；
[0126]第八步，利用反應(yīng)離子干法刻蝕將所述硅片正面的二氧化硅層8去除，
[0127]第九步，利用深度刻蝕將暴露在外的硅層4進(jìn)一步刻蝕至一定深度；
[0128]第十步，利用氫氧化鉀、或四甲基氫氧化氨、或乙二胺磷苯二酚對(duì)硅片正面的硅層4進(jìn)行橫向刻蝕，形成凹陷區(qū)313及自由活動(dòng)的彈性梁312 ;
[0129]第十步，利用反應(yīng)離子干法刻蝕或緩沖氫氟酸將正面二氧化硅去除，形成測(cè)量體1，之后再與蓋板2進(jìn)行鍵合，形成完整的MEMS檢測(cè)裝置。
[0130]其中，本發(fā)明中的上述加工工藝中的氮化硅層9和二氧化硅層8起到保護(hù)其所覆蓋的硅層，使其不被刻蝕或腐蝕。
[0131]本發(fā)明中所述的深度刻蝕及所述刻蝕的方法為以下方法中的一種或多種方法:干法刻蝕或濕法刻蝕，所述干法刻蝕包括:硅的深度反應(yīng)離子刻蝕及反應(yīng)離子刻蝕。
[0132]通過(guò)在質(zhì)量塊12和蓋板2，質(zhì)量塊12和框架11之間設(shè)置過(guò)載保護(hù)裝置3可以有效地緩沖外界較大的沖擊力，并且將質(zhì)量塊12的活動(dòng)范圍限制在安全的工作范圍內(nèi)，減少這種過(guò)載的沖擊力對(duì)質(zhì)量塊12的影響。從而達(dá)到保護(hù)MEMS檢測(cè)裝置的目的。而且本發(fā)明中的過(guò)載保護(hù)裝置3可以任意設(shè)置在質(zhì)量塊12、蓋板2或框架11上，并且數(shù)量及排列方式不限。并且過(guò)載保護(hù)裝置3是通過(guò)光刻和刻蝕而成，只需在光刻階段對(duì)掩膜圖案進(jìn)行修改就可以制作出過(guò)載保護(hù)裝置3。技術(shù)人員在設(shè)計(jì)MEMS檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)時(shí)可以先設(shè)計(jì)完檢測(cè)裝置的整體結(jié)構(gòu)后再在空余位置加入過(guò)載保護(hù)裝置，并且在制造過(guò)程中并不需要另外加入復(fù)雜的工藝流程。
【權(quán)利要求】
1.一種MEMS檢測(cè)裝置，包括:測(cè)量體以及與所述測(cè)量體相連接的蓋板，所述測(cè)量體包括框架及設(shè)置在所述框架內(nèi)自由活動(dòng)的質(zhì)量塊，其特征在于，所述蓋板與所述質(zhì)量塊之間設(shè)置有過(guò)載保護(hù)裝置，所述過(guò)載保護(hù)裝置包括彈性部及凸點(diǎn)；所述凸點(diǎn)設(shè)置在所述彈性部上，所述彈性部設(shè)置在所述質(zhì)量塊或所述蓋板上，所述凸點(diǎn)限制所述質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)幅度。
2.如權(quán)利要求1所述的MEMS檢測(cè)裝置，其特征在于，所述彈性部設(shè)置在所述質(zhì)量塊上，所述凸點(diǎn)設(shè)置在所述蓋板上與所述彈性部相對(duì)應(yīng)的位置，所述凸點(diǎn)與所述彈性部相接觸，并限制所述質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)幅度；或所述彈性部設(shè)置在所述蓋板上，所述凸點(diǎn)設(shè)置在所述質(zhì)量塊上與所述彈性部相對(duì)應(yīng)的位置上，所述凸點(diǎn)與所述彈性部相接觸，并限制所述質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)幅度。
3.如權(quán)利要求1所述的MEMS檢測(cè)裝置，其特征在于，所述過(guò)載保護(hù)裝置設(shè)置在所述質(zhì)量塊與所述框架之間，所述彈性部設(shè)置在所述質(zhì)量塊或所述框架上，所述凸點(diǎn)設(shè)置在所述彈性部上，所述凸點(diǎn)限制所述質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)幅度。
4.如權(quán)利要求1所述的MEMS檢測(cè)裝置，其特征在于，所述彈性部設(shè)置在所述質(zhì)量塊上，所述凸點(diǎn)設(shè)置在所述框架上與所述彈性部相對(duì)應(yīng)的位置，所述凸點(diǎn)與所述彈性部相接觸，并限制所述質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)幅度；或所述彈性部設(shè)置在所述框架上，所述凸點(diǎn)設(shè)置在所述質(zhì)量塊上的與所述彈性部相對(duì)應(yīng)的位置，所述凸點(diǎn)與所述彈性部相接觸，并限制所述質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)幅度。
5.如權(quán)利要求1至4任一所述的MEMS檢測(cè)裝置，其特征在于，所述彈性部包括:方體以及與所述方體相連接的多根彈性梁，所述凸點(diǎn)設(shè)置于所述方體上。
6.如權(quán)利要求5所述的MEMS檢測(cè)裝置，其特征在于，所述彈性梁以所述方體為中心呈十字交叉設(shè)置。
7.如權(quán)利要求5所述的MEMS檢測(cè)裝置，其特征在于，所述彈性梁設(shè)置在所述方體的兩個(gè)相對(duì)邊上。
8.如權(quán)利要求5所述的MEMS檢測(cè)裝置，其特征在于，所述彈性梁為L(zhǎng)型彎曲梁，并與所述方體的四個(gè)角相連接。
9.如權(quán)利要求1至4任一所述的MEMS檢測(cè)裝置，其特征在于，所述彈性部為一個(gè)或多個(gè)成組設(shè)置。
10.如權(quán)利要求9所述的MEMS檢測(cè)裝置，其特征在于，所述彈性部設(shè)置在所述質(zhì)量塊的中心位置；或者設(shè)置在所述質(zhì)量塊的端角；或者設(shè)置在所述質(zhì)量塊的一邊或多邊上。
11.如權(quán)利要求9所述的MEMS檢測(cè)裝置，其特征在于，所述彈性部設(shè)置在所述蓋板上與所述質(zhì)量塊的中心相對(duì)應(yīng)的位置；或者設(shè)置在所述蓋板上與所述質(zhì)量塊的端角相對(duì)應(yīng)的位置；或者設(shè)置在所述蓋板上與所述質(zhì)量塊的一邊或多邊相對(duì)應(yīng)的位置。
12.如權(quán)利要求9所述的MEMS檢測(cè)裝置，其特征在于，所述彈性部設(shè)置在所述框架上與所述質(zhì)量塊的中心相對(duì)應(yīng)的位置；或者設(shè)置在所述框架上與所述質(zhì)量塊的端角相對(duì)應(yīng)的位置；或者設(shè)置在所述框架上與所述質(zhì)量塊的一邊或多邊相對(duì)應(yīng)的位置。
13.如權(quán)利要求1所述的MEMS檢測(cè)裝置，其特征在于，所述MEMS檢測(cè)裝置采用〈111〉晶向的硅片。
14.如權(quán)利要求1所述的MEMS檢測(cè)裝置，其特征在于，所述MEMS檢測(cè)裝置采用包括有上硅層及下硅層的絕緣體上外延硅結(jié)構(gòu)，每層硅層之間分別設(shè)置有氧化埋層。
15.一種MEMS檢測(cè)裝置的制造工藝，其特征在于，所述制造工藝包括以下步驟: 第一步，在所述絕緣體上外延硅硅片的正面及背面生長(zhǎng)或淀積出二氧化硅層； 第二步，在所述絕緣體上外延硅硅片的正面及背面淀積一層氮化硅層； 第三步，通過(guò)光刻及刻蝕，將所述絕緣體上外延硅硅片背面的部分氮化硅層及二氧化硅層去除，并露出下硅層； 第四步，將下硅層暴露在外的部分刻蝕至氧化埋層； 第五步，通過(guò)光刻及刻蝕，將所述絕緣體上外延硅硅片正面的部分氮化硅層及二氧化娃層去除，露出上娃層； 第六步，將上硅層暴露在外的部分進(jìn)行深度刻蝕至氧化埋層，形成彈性梁； 第七步，對(duì)所述氧化埋層進(jìn)行刻蝕，形成凹陷區(qū)及自由活動(dòng)的彈性梁； 第八步，將絕緣體上外延硅硅片正面及背面的氮化硅層及二氧化硅層去除；并將絕緣體上外延硅硅片與其他硅片進(jìn)行鍵合，形成完整的測(cè)量裝置。
16.一種MEMS檢測(cè)裝置的制造工藝，其特征在于，所述制造工藝包括以下步驟: 第一步，在所述硅片的正面及背面生長(zhǎng)或淀積出二氧化硅層； 第二步，在所述硅片的正面及背面淀積一層氮化硅層； 第三步，通過(guò)光刻及刻蝕，將所述硅片背面的部分氮化硅層及二氧化硅層去除，并露出背面的硅層； 第四步，將背面的硅層暴露在外的部分進(jìn)行深度刻蝕至一定深度； 第五步，通過(guò)光刻及刻蝕，將所述硅片正面的部分氮化硅層及二氧化硅層去除，露出正面的娃層； 第六步，將硅層正面暴露在外的部分進(jìn)行深度刻蝕至一定深度，形成彈性梁； 第七步，在所述硅片正面淀積一層二氧化硅層； 第八步，通過(guò)刻蝕及深度刻蝕，將所述硅片正面被曝光的部分的二氧化硅層去除，再將暴露在外的硅層進(jìn)一步刻蝕至一定深度； 第九步，對(duì)硅片正面的硅層進(jìn)行橫向刻蝕，形成凹陷區(qū)及自由活動(dòng)的彈性梁； 第十步，去除正面二氧化硅，并將所述硅片與其他硅片進(jìn)行鍵合，形成完整的測(cè)量裝置。
17.一種MEMS檢測(cè)裝置的制造工藝，其特征在于，所述制造工藝包括以下步驟: 第一步，在硅片的背面淀積二氧化硅層； 第二步，通過(guò)光刻及刻蝕，對(duì)所述硅片背面的部分二氧化硅層進(jìn)行兩次刻蝕，形成凸占.第三步，通過(guò)光刻及刻蝕，將所述硅片背面暴露在外的硅層刻蝕至一定深度； 第四步，將第三步中的光刻膠去除，并在所述硅片的背面淀積一層二氧化硅層； 第五步，通過(guò)光刻、刻蝕及深度刻蝕，將所述硅片背面被曝光的部分的二氧化硅層去除，再將暴露在外的硅層進(jìn)一步刻蝕至一定深度，形成彈性梁； 第六步，對(duì)硅片背面的硅層進(jìn)行橫向刻蝕，形成凹陷區(qū)及自由活動(dòng)的彈性梁； 第七步，通過(guò)光刻和刻蝕，將硅片背面的部分二氧化硅去除； 第八步，將硅片與其他硅片進(jìn)行鍵合，形成完整的MEMS測(cè)量裝置。
18.一種MEMS檢測(cè)裝置的制造工藝，其特征在于，所述制造工藝包括以下步驟: 第一步，在絕緣體上外延硅硅片的背面淀積二氧化硅層； 第二步，通過(guò)光刻及刻蝕，對(duì)所述絕緣體上外延硅硅片背面的部分二氧化硅層進(jìn)行兩次刻蝕，形成凸點(diǎn)； 第三步，在絕緣體上外延硅硅片的表面淀積一層氮化硅作為保護(hù)層； 第四步，通過(guò)光刻、刻蝕及深度刻蝕，將所述絕緣體上外延硅硅片背面暴露在外的硅層刻蝕至氧化埋層； 第五步，對(duì)所述氧化埋層進(jìn)行橫向刻蝕，形成自由活動(dòng)的所述彈性梁； 第六步，通過(guò)刻蝕，將絕緣體上外延硅硅片表面的氮化硅去除，并與其他硅片進(jìn)行鍵合，形成完整的MEMS測(cè)量裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求15至18任一所述的加速度計(jì)的制造工藝，其特征在于，所述深度刻蝕及所述刻蝕的方法為以下方法中的一種或多種方法:干法刻蝕或濕法刻蝕，所述干法刻蝕包括:娃的深度反應(yīng)離子刻蝕及反應(yīng)離子刻蝕。
20.根據(jù)權(quán)利要求15至18任一所述的加速度計(jì)的制造工藝，其特征在于，所述用于腐蝕硅層的腐蝕劑為以下腐蝕劑中的一種或多種的組合:氫氧化鉀、四甲基氫氧化氨、乙二胺磷苯二酚或氣態(tài)的二氟化氙。
21.根據(jù)權(quán)利要求15至18任一所述的加速度計(jì)的制造工藝，其特征在于，所述用于腐蝕二氧化硅層的腐蝕劑為以下腐蝕劑中的一種或多種的組合:緩沖氫氟酸、49%氫氟酸或氣態(tài)的氟化氫。
【文檔編號(hào)】B81C1/00GK104296784SQ201310304674
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2013年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月19日
【發(fā)明者】于連忠, 孫晨 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所