具有微粒屏障的傳感器的制造方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]在電子測量設備領域中，經常期望確定裝置何時由于外力而物理移動或加速。也可能期望確定力的大小和方向。為了進行這些測量，運動或加速度檢測設備可被定位在裝置上或被包括在裝置內。特別地，MEMS型傳感器已經被開發用于包括在微電子電路中，以允許獲得非常小且精確的運動傳感器。
[0002]作為MEMS傳感器制造過程的副產物，微粒可產生在MEMS結構的內部。當MEMS傳感器在現場操作時，這些微粒可損壞用于檢測運動/加速度的敏感電極。損壞的程度取決于微粒的尺寸，并可導致MEMS傳感器產生不可靠的測量。
【附圖說明】
[0003]參照下圖描述本發明的一些實施例:
[0004]圖1是傳感器的一部分的側剖視圖；
[0005]圖2是圖1的傳感器的一部分的俯視圖，其不具有檢測質量塊，以示出傳感器的基底上的詳細特征；
[0006]圖3是根據另一示例實施方式的傳感器的一部分的側剖視圖；
[0007]圖4是圖3的傳感器的一部分的俯視圖，其不具有檢測質量塊，以示出傳感器的基底上的詳細特征；
[0008]圖5示出具有附加特征的圖1的傳感器的俯視圖；
[0009]圖6是根據又一示例實施方式的傳感器的一部分的側剖視圖；以及
[0010]圖7是描述根據一示例實施方式的制造傳感器的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0011]描述具有微粒屏障的傳感器。在一示例中，傳感器包括分別設置在平坦的支承表面和檢測質量塊上的第一電極組和第二電極組，該檢測質量塊能沿著大體平行于平坦的支承表面的第一軸線順從地移位。第一屏障被設置在平坦的支承上圍繞第一電極組，具有的高度小于平坦的支承與檢測質量塊之間的間隙，以減輕向第一電極組和第二電極組之間的空間中的微粒迀移。在另一示例中，第一屏障可被形成在檢測質量塊上，而不是被形成在平坦的支承表面上。在另一示例中，第一屏障和第二屏障可被形成在平坦的支承表面和檢測質量塊上。在另一示例中，至少一個溝槽可被形成在平坦的支承表面中圍繞第一屏障。在另一示例中，至少一個溝槽可被形成在檢測質量塊中圍繞第二屏障(如果存在)。
[0012]平坦的支承表面和/或檢測質量塊上的屏障用于減輕向傳感器的敏感電極區域中的微粒迀移。支承和檢測質量塊上的電極之間的間隙可小于制造過程中存在的微粒。出現在電極組之間的大的微粒可容易地損傷電極并對傳感器的操作產生有害的影響。屏障提供圍繞傳感器上的敏感區域的物理機構，以減少或阻止有害微粒向敏感區域中的迀移。屏障可完全環繞傳感器的敏感區域，以便物理分離傳感器上更可能包含或產生微粒的區域，并由此減少或阻止它們向敏感區域中迀移。
[0013]以下描述的示例針對加速度型傳感器和對向敏感電極區域的微粒迀移的阻止。將理解，本發明可被應用于其它類型的MEMS設備。一般而言，在此所述的阻止微粒迀移的技術可被用于在移動部件和微粒敏感區域之間包括小的間隙的任何MEMS設備。例如，阻止微粒迀移的技術可被用于陀螺儀傳感器，該陀螺儀傳感器包括沿平面的兩個軸線具有順從性的檢測質量塊。可參照以下圖和描述理解本發明的示例。
[0014]圖1和圖2描繪根據一示例實施方式的可變電容傳感器100。傳感器100包括固定基底102和檢測質量塊104，質量檢測塊104能夠沿一軸線(指示為X軸)在大體平行于固定基底102的頂面106 (也被稱為“平坦的支承表面”)的方向上移動。頂面106的平面中垂直于X軸的軸線被稱為I軸。基底102和檢測質量塊104可為使用集成電路制造技術制造的硅晶片。圖1是傳感器100的一部分的側剖視圖，而圖2是圖1的傳感器100的一部分的俯視圖，其不具有檢測質量塊104，以示出基底102上的詳細特征。檢測質量塊104具有返回位置(即，沒有力施加到它時處于靜止的位置)，并可沿著其運動軸線沿任一方向移動，這取決于施加到安裝該傳感器的結構上的力的方向。
[0015]可利用能使用表面電極的晶片鍵合技術來制造傳感器100。固定電極組108被附接到基底102的頂面106，可動電極組110被附接到檢測質量塊104的底面112。固定電極組108和可動電極組110中的每個可包括小節距表面電極(例如，示出4個)的陣列。電極組108在基底102上包圍一區域，該區域具有沿X軸的長度和沿y軸的寬度。類似地，電極組110在檢測質量塊104上包圍一區域，該區域具有沿X軸的長度和沿y軸的寬度。基底102和檢測質量塊104可由硅材料制成，并可包括電路(未示出)用于使基底和檢測質量塊的電極與用于接收和解釋來自傳感器的信號的電路(未示出)相互連接。固定電極108和可動電極110分開一間隙d，并作為可變電容器的電容器極板操作。取決于檢測質量塊104的位置，可動電極組110的一些部分將位于固定電極組108的一些部分的上方。
[0016]在一示例中，屏障114被形成在基底102上圍繞電極組108。可利用標準的硅加工來形成屏障114。例如，可通過沉積各種厚度的氧化物并進行刻蝕從而產生壩或屏障形貌來形成屏障114。屏障114的高度小于基底102的頂面106與檢測質量塊104的底面112之間的間隙d’。在一示例中，屏障114的至少一個表面可被金屬覆蓋以使其更堅固。如所示的，屏障114減小基底102與檢測質量塊104之間的間隙d’，以減輕微粒向電極108、110的迀移。
[0017]在一示例中，如在圖1和圖2中所示，屏障114可包括長形部段116，該長形部段116完全環繞電極組108 (例如，沿電極組108的長度和寬度延伸的部段116加上一些緩沖物)。在一示例中，屏障114可包括另外的長形部段120，該另外的長形部段120被設置在基底102上，與部段116隔開并環繞部段116和電極組108。該示例在基底102上提供“雙屏障”。在一示例中，屏障114的部段可完全環繞電極組108(例如，部段116)。在另一示例中，屏障114在部段(例如，部段120)之間可具有中斷部。例如，屏障114的部段之間的中斷部可在需要時被增加，以便不干擾傳感器100上的其它特征(例如，導體的布線)。
[0018]通過示例的方式，圖1和圖2示出具有環繞電極組108的兩組部段的屏障114(例如，“雙屏障”)。將理解，屏障可包括以同心方式圍繞電極組108布置的任何數量組的部段。每組部段可或可不具有一個或多個中斷部。此外，盡管圖1和圖2示出圍繞單組電極的屏障114，但是將理解，傳感器或其它類似的MEMS設備可包括多個對微粒敏感的區域，并由此包括環繞這些區域的多個屏障。此外，盡管圖1和圖2示出圍繞基底102上的電極組108的屏障114，但是將理解，屏障114可替代地被形成在檢測質量塊104上圍繞電極組110。以下示例描述了在基底102和檢測質量塊104上均具有屏障的傳感器。
[0019]圖3是根據一示例實施方式的傳感器200的一部分的側剖視圖。圖4是圖3所示的傳感器200的一部分的俯視圖，其不具有檢測質量塊104，以示出基底102上的詳細特征。圖3和圖4中與圖1和圖2的元件相同或類似的元件由相同的附圖標記指示并在上面被描述。基底102可包括各種層。在本示例中，示出基底102的頂層202。頂層202可包括絕緣層，諸如玻璃或原硅酸四乙酯(TEOS)玻璃。除了屏障114，溝槽204可被形成為圍繞電極組108。溝槽204可在屏障114的外側并圍繞屏障114