[發明專利]應力敏感性降低的微機電傳感器器件

有效

• 申請號: 201610857572.0
• 申請日: 2016-09-27
• 公開（公告）號: CN106597014B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: A·托齊奧;F·里奇尼;L·奎利諾尼
• 申請（專利權）人: 意法半導體股份有限公司
• 主分類號: G01P15/125
• 分類號: G01P15/125
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

本發明涉及應力敏感性降低的微機電傳感器器件。一種提供有感測結構的MEMS傳感器器件，包括：具有在水平面中延伸的上表面的襯底；懸置在襯底的上方的慣性質量；彈性耦合元件，彈性耦合元件彈性地連接到慣性質量，以便使得它們相對于襯底的慣性移動作為沿著屬于水平面的感測軸的待檢測量的函數；和感測電極，感測電極電容耦合到慣性質量，以便形成至少一個感測電容器，其電容值指示待檢測量。微機電感測結構包括懸置結構，感測電極被剛性地耦合到懸置結構，并且慣性質量通過彈性耦合元件彈性地耦合到懸置結構；懸置結構通過彈性懸置元件被連接到相對于襯底固定的錨固結構。

技術領域

本發明涉及對應力、尤其是在對應的感測結構中經由與對應封裝的交互所引起的應力具有降低的敏感性的MEMS(微機電系統)類型的傳感器器件。

背景技術

不失一般性，下面的描述將明確參考電容類型的MEMS加速度計。

已知MEMS加速度計，其中感測軸位于水平面中，即，包括微機電結構，其感測沿著與所述結構的延伸的主平面和半導體材料的對應襯底的上表面平行的至少一個方向作用的加速度(也可能能夠檢測沿著與所述平面正交的方向作用的其他加速度)。

圖1a和圖1b通過示例的方式示出了已知類型的感測結構，整體上通過1來表示，其屬于感測軸在該平面中的MEMS加速度計。

感測結構1包括：具有上表面2a的由半導體材料、例如硅制成的襯底2；和慣性質量3，它是由導電材料、例如適當摻雜的外延硅制成并且被布置在襯底2的上方，懸置在離襯底2的上表面2a一定距離。

慣性質量3通常也被稱為“轉子質量”或簡稱“轉子”，因為作為慣性效應的結果它是移動的，但是這沒有暗示該慣性質量3具有旋轉移動。如下文所述，在本實施例中，慣性質量3相反具有遵循沿著感測軸的加速度的感測的線性移動。

慣性質量3在由彼此正交的第一水平軸x和第二水平軸y所限定的并且基本上平行于襯底2的上表面2a的水平面xy上具有主延伸，并且具有大致可忽略沿正交軸z的尺寸，正交軸z垂直于前述水平面xy(并垂直于前述襯底2的上表面2a)并與第一水平軸x和第二水平軸y形成笛卡爾三軸集合xyz。

特別地，第一水平軸x在這種情況下與感測結構1的感測軸重合。

慣性質量3在上述水平面xy中具有框架狀構造，例如正方形或矩形(或者，換言之，它的形狀像正方形或矩形環)并且在中心處具有通孔，限定一個窗口4，該通孔貫穿它的整個厚度。

慣性質量3還具有多個孔5，與前述窗口4相比孔5的尺寸非常小，孔5貫穿質量3的整個厚度，在制造過程中通過化學蝕刻底層犧牲材料例如介電材料來實現它的釋放(以及它隨后在襯底2上方的懸置布置)(以本文中未示出的方式)。

感測結構1還包括轉子錨固結構6(如此定義是因為如將在下文中描述的那樣它被耦合到慣性質量或轉子)。轉子錨固結構6被居中地設置在窗口4內，平行于襯底2的上表面2a，具有在水平面xy上的矩形構造，并且在所示出的示例中沿著第一水平軸x的縱向延伸。

轉子錨固結構6通過轉子錨固元件7而被固定地耦合(錨固)到襯底2，轉子錨固元件7在襯底2的上表面2a和所述錨固結構6之間像柱狀一樣延伸。轉子錨固元件7也在水平面xy上具有矩形構造，其延伸比轉子錨固結構6的延伸小，位于所述轉子錨固結構6的中心部分處。

慣性質量3通過彈性耦合元件8彈性地耦合至轉子錨固結構6，該彈性耦合元件8在慣性質量3和轉子錨固結構6之間、沿第一水平軸x的方向在轉子錨固結構6的相對側上被布置在窗口4中。

特別地，彈性耦合元件8被配置以便使得慣性質量3相對于襯底2沿著第一水平軸x移動，符合沿著第一水平軸x的變形(并且相對于在水平面xy的不同方向或者與同一水平面xy橫切的方向上的變形基本上是剛性的)。