[發明專利]一種MEMS檢測裝置及其制造工藝

有效

• 申請號: 201310304674.6
• 申請日: 2013-07-19
• 公開（公告）號: CN104296784B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 于連忠;孫晨
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01D3/08
• 分類號: G01D3/08;B81C1/00
• 代理公司: 北京金之橋知識產權代理有限公司11137
• 代理人: 林建軍

技術領域

本發明涉及傳感器領域，尤其涉及一種MEMS檢測裝置及其制造工藝。

背景技術

現今，微電子機械系統（MEMS）技術不斷進步，許多納米級的小型檢測裝置已經被商業化廣泛應用，例如MEMS加速度計以及MEMS的陀螺儀。通常MEMS的檢測裝置包括有固定部件及活動部件，并通過檢測活動部件的位移來計算MEMS檢測裝置所受到的外力。

在外力幅度比較大的時候，活動部件也會有很大的位移，使局部應力超出材料的斷裂極限值，導致結構損壞，器件報廢。為了保護MEMS器件，抗沖擊結構成為必須擁有的附加功能，它的作用是限制活動結構的過載位移，另外能有效吸收瞬時沖擊能量，從而使MEMS結構處于安全工作狀態下。

為此，MEMS檢測裝置上會設置有過載保護裝置，例如美國專利號US4882933所公開的帶有過載保護的加速度計，其在自由活動的質量塊的邊緣設置有多個外延凸起，并在框架上設置有相應的凹槽。當該加速度計受到超出負荷的外力時，外延凸起會與凹槽相接觸，從而防止質量塊進一步的位移。然而，這種設計僅限于設置在質量塊或框架的邊緣，在設計上有很大的局限性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服上述現有技術之不足，提供一種能對MEMS裝置進行過載保護，并且在設計上局限性比較小的MEMS檢測裝置。

按照本發明所提供的一種MEMS檢測裝置，包括：測量體以及與所述測量體相連接的蓋板，所述測量體包括框架及設置在所述框架內自由活動的質量塊，所述蓋板與所述質量塊之間設置有過載保護裝置，所述過載保護裝置包括彈性部及凸點；所述凸點設置在所述彈性部上，所述彈性部設置在所述質量塊或所述蓋板上，所述凸點限制所述質量塊的運動幅度。

本發明中的MEMS檢測裝置還包括如下附屬特征：

所述彈性部設置在所述質量塊上，所述凸點設置在所述蓋板上與所述彈性部相對應的位置，所述凸點與所述彈性部相接觸，并限制所述質量塊的運動幅度；或所述彈性部設置在所述蓋板上，所述凸點設置在所述質量塊上與所述彈性部相對應的位置，所述凸點與所述彈性部相接觸，并限制所述質量塊的運動幅度。

所述過載保護裝置設置在所述質量塊與所述框架之間，所述彈性部設置在所述質量塊或所述框架上，所述凸點設置在所述彈性部上，所述凸點限制所述質量塊的運動幅度。

所述彈性部設置在所述質量塊上，所述凸點設置在所述框架上與所述彈性部相對應的位置，所述凸點與所述彈性部相接觸，并限制所述質量塊的運動幅度；或所述彈性部設置在所述框架上，所述凸點設置在所述質量塊上與所述彈性部相對應的位置，所述凸點與所述彈性部相接觸，并限制所述質量塊的運動幅度。

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，所述凸點設置于所述方體上。

所述彈性梁以所述方體為中心呈十字交叉設置。

所述彈性梁設置在所述方體的兩個相對邊上。

所述彈性梁為L型彎曲梁，并與所述方體的四個角相連接。

所述彈性部為一個或多個成組設置。

所述彈性部設置在所述質量塊的中心位置；或者設置在所述質量塊的端角；或者設置在所述質量塊的一邊或多邊上。

所述彈性部設置在所述蓋板上與所述質量塊的中心相對應的位置；或者設置在所述蓋板上與所述質量塊的端角相對應的位置；或者設置在所述蓋板上與所述質量塊的一邊或多邊相對應的位置。

所述彈性部設置在所述框架上與所述質量塊的中心相對應的位置；或者設置在所述框架上與所述質量塊的端角相對應的位置；或者設置在所述框架上與所述質量塊的一邊或多邊相對應的位置。

所述MEMS檢測裝置采用<111>晶向的硅片。

所述MEMS檢測裝置采用包括有上硅層及下硅層的絕緣體上外延硅結構，每層硅層之間分別設置有氧化埋層。

一種MEMS檢測裝置的制造工藝，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硅層去除，露出上硅層；

第六步，將上硅層暴露在外的部分進行深度刻蝕至氧化埋層，形成彈性梁；

第七步，對所述氧化埋層進行刻蝕，形成凹陷區及自由活動的彈性梁；