[發明專利]一種MEMS加速度計及制造方法

有效

• 申請號: 201210176690.7
• 申請日: 2012-05-31
• 公開（公告）號: CN102768290A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 張富強;楊靜;孟美玉
• 申請（專利權）人: 北京時代民芯科技有限公司;中國航天科技集團公司第九研究院第七七二研究所
• 主分類號: G01P15/00
• 分類號: G01P15/00;B81B3/00;B81C1/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及一種微電子機械系統(MEMS)器件及其制造技術，尤其涉及一種MEMS高精度加速度計及其制造方法。?

背景技術

MEMS加速度計是MEMS慣性系統中不可缺少的環節，當前應用于多個領域。MEMS加速度計工作原理主要有電容式和壓阻式兩種，其中壓阻式加速度計存在精度低、溫度特性差等缺點，應用領域受限。電容式加速度計主要采用梳齒式和“三明治”式兩種方案。梳齒式加速度計主要存在以下幾個問題：敏感結構的敏感軸和非敏感軸的機械強度差別不大，加速度計的非敏感軸靈敏度難以抑制；敏感軸方向不能提供具有足夠機械強度的保護結構，加速度計的抗沖擊能力不足；梳齒結構電容輸出值較小，對外界加速度的敏感度較低，因此梳齒式加速度計主要適用于消費領域等要求不高的環境。對于“三明治”式MEMS加速度計，一般采用玻璃-硅-玻璃三層結構，質量塊體積大，敏感電容值大，精度相對較高?！叭髦巍笔組EMS加速度計工藝過程需將上、下玻璃電極與硅電極引出，然而傳統的玻璃-硅-玻璃三層結構的MEMS加速度計在制造過程中由于無法將上、下玻璃的金屬電極和硅電極在同一硅面引出，不能進行硅片-玻璃片圓片級鍵合，而是按照結構要求將圓片切割成很多獨立的小芯片，并對每個小芯片分別進行硅-玻璃鍵合，而且一直無法解決如何將這種硅片上、下兩面都有電極的鍵合芯片封裝在管殼內的難題，生產效率和器件成品率非常低，性能重復性差。此外，對于“三明治”式加速度計，若提高其精度，還必須將加速度計敏感結構放置在真空環境中，降低質量塊和支撐梁的氣體阻尼系數，從而提高對加速度的敏感性。國外高精度MEMS加速度計采用將加速度計圓片切割成獨立的小芯片，并分別將其在真空環境中封裝在管殼里的工藝方式，這種真空封裝方法對封裝設備的能力要求非常嚴格，封裝成本很高，國內幾乎無法實現批量生產。?

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種MEMS高精度加速度計，該結構質量塊大，耐沖擊，并且能夠將兩玻璃層金屬電極與硅電極在同一面引出，從而解決了圓片切割后將小芯片封裝在管殼內的難題。?

本發明所要解決的另一技術問題是提供一種工藝簡單的MEMS高精度加速度計制造方法，使得加速度計質量塊和支撐梁在制作過程中就被封裝在高真空的玻璃密閉空腔內，在器件性能得到提高的同時避免了圓片切割時對內部質量塊和支撐梁等可動結構的損傷，并且切割下的芯片只需進行普通管殼封裝，而不必采用真空技術進行管殼封裝，采用這種工藝制作的加速度計不僅性能好，成品率高，而且生產成本明顯降低，能夠實現批量生產。?

本發明包括如下技術方案：?

一種MEMS加速度計，采用玻璃-硅-玻璃三層電容式結構，包括依次設置的第一玻璃層、硅層和第二玻璃層，硅層包括硅框架、質量塊、和支撐梁；第一玻璃層包括第一玻璃基底、在第一玻璃基底的一個面上形成的第一槽、和在第一槽的表面上形成的第一玻璃層金屬電極，第二玻璃層包括第二玻璃基底、在第二玻璃基底的一個面上形成的第二槽、和在第二槽的表面上形成的第二玻璃層金屬電極；其特征在于，所述硅層還包括第一硅島和第二硅島，所述硅島形成在硅框架的內部，并與硅框架通過間隙間隔開；其中第一硅島與第一玻璃層的金屬電極接觸，第二硅島與第二玻璃層的金屬電極接觸；第一玻璃層還包括在第一玻璃基底上形成的第一金屬電極引出通孔、第二金屬電極引出通孔和硅層電極引出通孔；所述第一金屬電極引出通孔與第一硅島的位置相對應，所述第二金屬電極引出通孔與第二硅島的位置相對應，在第一硅島和第二硅島上分別形成金屬焊點；在硅框架與硅層電極引出通孔對應的位置上形成金屬焊點。?

第一玻璃層包括在第一槽表面上形成的吸氣劑。?

第二玻璃層包括在第二槽表面上形成的吸氣劑。?

一種MEMS加速度計的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：?

(1)形成第一玻璃層?

在玻璃上制作出第一槽、第一金屬電極引出通孔、第二金屬電極引出通孔和硅層電極引出通孔，并形成第一玻璃基底；然后在第一槽上形成第一玻璃層金屬電極；?

(2)形成第二玻璃層?

在玻璃上形成第二槽，并形成第二玻璃基底、然后在第二槽上形成第二玻璃層金屬電極；?

(3)在硅片上形成支撐梁；?

(4)將硅片與第一玻璃層和第二玻璃層的其中一玻璃層在常壓下進行鍵合，形成鍵合片；?

(5)在鍵合片上形成硅質量塊、第一硅島和第二硅島；?

(6)將鍵合片與另一玻璃層在真空條件下進行鍵合，形成三層鍵合片；?