[發明專利]慣性微機電傳感器及其制造方法

有效

• 申請號: 201010200713.4
• 申請日: 2010-06-11
• 公開（公告）號: CN102275860A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 毛劍宏;韓鳳芹;唐德明
• 申請（專利權）人: 江蘇麗恒電子有限公司
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81C1/00;G01P15/125;G01D5/12;G01C19/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種慣性微機電傳感器及其制造方法。

背景技術

MEMS(Microelectromechanical?System，微機電系統)技術是指對微米/納米(micro/nanotechnology)材料進行設計、加工、制造、測量和控制的技術。MEMS是由機械構件、光學系統、驅動部件、電控系統集成為一個整體單元的微型系統。MEMS通常應用在位置傳感器、旋轉裝置或者慣性傳感器中，例如加速度傳感器、陀螺儀和聲音傳感器。

現有的一種傳統的慣性微機電傳感器通常包括主體和一個或多個慣性質量塊，所述慣性質量塊相對于主體為懸置的分立結構，慣性質量塊可以由懸臂支撐而成懸置。而慣性質量塊、主體及慣性質量塊和主體之間的氣體層構成電容。所述慣性質量塊和主體可以相對移動，當慣性質量塊和主體相對移動，例如上下移動或者左右移動，則所述電容的電容值將發生變化，從而通過連續測量所述電容值可以獲得所述慣性質量塊和主體相對左右運動或者上下移動的速度或加速度。上述通過測量電容值來測量所述慣性質量塊和主體之間相對運動的慣性微機電傳感器也叫做電容式慣性微機電傳感器。

上述電容式慣性微機傳感器通常利用半導體制造工藝形成。例如，利用半導體襯底作為電容式慣性微機傳感器的主體，在半導體襯底上形成懸置的慣性質量塊。由于所述電容式慣性微機電傳感器通常利用半導體制造工藝形成，因此在傳統技術中，電容式慣性微機電傳感器和CMOS接口電路(Read-out?integrated?circuit，ROIC)通常采用相同制造工藝形成。通常電容式慣性微機電傳感器和CMOS接口電路在同一半導體襯底上形成，也就是將電容式慣性微機電傳感器嵌入CMOS接口電路中。例如在美圓專利文獻“US2010116057A1”中公開了一種慣性傳感器。

然而，隨著工藝尺寸的減小，膜層的厚度也越來越薄，因此在具有CMOS器件的半導體襯底上制造電容式慣性微機電傳感器也越來越困難。通常慣性質量塊是由一個整體的導電材料形成的，所述導電材料要求導電性好、性質穩定、密度較大，例如較常用的是鍺硅材料，但是上述性質的導電材料價格都非常昂貴。而且，對于電容式慣性微機電傳感器來說，慣性質量塊的重量越大則慣性越大，慣性微機電傳感器的精確度越高；而為了使慣性質量塊的慣性更大就需要使用非常多的所述導電材料，這樣就造成慣性微機電傳感器的成本非常高。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供一種慣性微機電傳感器，可以有效地提高慣性質量塊的重量，提高慣性微機電傳感器的精確度，并降低制造成本。

為了解決上述問題，本發明提供了一種慣性微機電傳感器及其制造方法，該慣性微機電傳感器，能夠相對移動的主體和質量塊，所述主體包括具有第一表面的第一主體和垂直并連接所述第一表面的第二主體，所述第一主體內具有平行于所述第一表面的第一電極，所述第二主體內具有垂直于所述第一表面的第二電極；所述質量塊懸置在所述第二主體和第一主體形成的空間內，所述質量塊包括平行且相對于所述第一表面的第三電極、垂直于所述第一表面的第四電極和質量層，所述第三電極和第四電極相連并構成U型凹槽，所述質量層填充于所述U型凹槽內，

優選的，所述第一主體還包括位于所述第一電極下方的半導體材料層，所述半導體材料層內具有MOS器件。

優選的，所述第一電極的材料為：鋁、鈦、銅、鈷、鎳、鉭、鉑、銀和金的其中一種或其任意組合。

優選的，所述第二主體的材料為：氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅和碳氮氧化硅的其中一種或其任意組合。

優選的，所述第二電極的材料為：鋁、鈦、銅、鎢和鉭的其中一種或其任意組合。

優選的，所述第三電極和第四電極的材料為：鋁、鈦、銅、鈷、鎳、鉭、鉑、銀和金的其中一種或其任意組合。

優選的，所述質量層的材料為：鎢、鍺硅、鍺、鋁、氧化物和氮化硅的其中一種或其任意組合。

相應的，本發明還提供了一種慣性微機電傳感器的制造方法，包括步驟：

提供主體，所述主體包括相互垂直連接的第一主體和第二主體，第一主體具有第一表面，所述第一主體內具有平行于所述第一表面的第一電極，所述第二主體內具有垂直于第一表面的第二電極；

在所述第一主體上形成犧牲層；

在所述犧牲層上形成絕緣層，所述絕緣層和所述犧牲層圍成U型凹槽；

淀積形成覆蓋所述犧牲層和絕緣層的導電層；

在所述犧牲層上的導電層上形成質量層，所述質量層的頂部和所述絕緣層頂部的導電層齊平；