具有微粒屏障的傳感器的制造方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]在電子測量設(shè)備領(lǐng)域中，經(jīng)常期望確定裝置何時(shí)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(jìn)行這些測量，運(yùn)動或加速度檢測設(shè)備可被定位在裝置上或被包括在裝置內(nèi)。特別地，MEMS型傳感器已經(jīng)被開發(fā)用于包括在微電子電路中，以允許獲得非常小且精確的運(yùn)動傳感器。
[0002]作為MEMS傳感器制造過程的副產(chǎn)物，微?？僧a(chǎn)生在MEMS結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。當(dāng)MEMS傳感器在現(xiàn)場操作時(shí)，這些微?？蓳p壞用于檢測運(yùn)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(dǎo)致MEMS傳感器產(chǎn)生不可靠的測量。
【附圖說明】
[0003]參照下圖描述本發(fā)明的一些實(shí)施例:
[0004]圖1是傳感器的一部分的側(cè)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(zhì)量塊，以示出傳感器的基底上的詳細(xì)特征；
[0006]圖3是根據(jù)另一示例實(shí)施方式的傳感器的一部分的側(cè)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(zhì)量塊，以示出傳感器的基底上的詳細(xì)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(jù)又一示例實(shí)施方式的傳感器的一部分的側(cè)剖視圖；以及
[0010]圖7是描述根據(jù)一示例實(shí)施方式的制造傳感器的方法的流程圖。
【具體實(shí)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(shè)置在平坦的支承表面和檢測質(zhì)量塊上的第一電極組和第二電極組，該檢測質(zhì)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(shè)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(zhì)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(zhì)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(zhì)量塊上。在另一示例中，至少一個(gè)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(gè)溝槽可被形成在檢測質(zhì)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(zhì)量塊上的屏障用于減輕向傳感器的敏感電極區(qū)域中的微粒迀移。支承和檢測質(zhì)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(xiàn)在電極組之間的大的微?？扇菀椎?fù)p傷電極并對傳感器的操作產(chǎn)生有害的影響。屏障提供圍繞傳感器上的敏感區(qū)域的物理機(jī)構(gòu)，以減少或阻止有害微粒向敏感區(qū)域中的迀移。屏障可完全環(huán)繞傳感器的敏感區(qū)域，以便物理分離傳感器上更可能包含或產(chǎn)生微粒的區(qū)域，并由此減少或阻止它們向敏感區(qū)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(qū)域的微粒迀移的阻止。將理解，本發(fā)明可被應(yīng)用于其它類型的MEMS設(shè)備。一般而言，在此所述的阻止微粒迀移的技術(shù)可被用于在移動部件和微粒敏感區(qū)域之間包括小的間隙的任何MEMS設(shè)備。例如，阻止微粒迀移的技術(shù)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(gè)軸線具有順從性的檢測質(zhì)量塊?？蓞⒄找韵聢D和描述理解本發(fā)明的示例。
[0014]圖1和圖2描繪根據(jù)一示例實(shí)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(zhì)量塊104，質(zhì)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?；?02和檢測質(zhì)量塊104可為使用集成電路制造技術(shù)制造的硅晶片。圖1是傳感器100的一部分的側(cè)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(zhì)量塊104，以示出基底102上的詳細(xì)特征。檢測質(zhì)量塊104具有返回位置(即，沒有力施加到它時(shí)處于靜止的位置)，并可沿著其運(yùn)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(jié)構(gòu)上的力的方向。
[0015]可利用能使用表面電極的晶片鍵合技術(shù)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(zhì)量塊104的底面112。固定電極組108和可動電極組110中的每個(gè)可包括小節(jié)距表面電極(例如，示出4個(gè))的陣列。電極組108在基底102上包圍一區(qū)域，該區(qū)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(zhì)量塊104上包圍一區(qū)域，該區(qū)域具有沿X軸的長度和沿y軸的寬度。基底102和檢測質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行刻蝕從而產(chǎn)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(zhì)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(gè)表面可被金屬覆蓋以使其更堅(jiān)固。如所示的，屏障114減小基底102與檢測質(zhì)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(huán)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(shè)置在基底102上，與部段116隔開并環(huán)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(huán)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(shí)被增加，以便不干擾傳感器100上的其它特征(例如，導(dǎo)體的布線)。
[0018]通過示例的方式，圖1和圖2示出具有環(huán)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(shù)量組的部段。每組部段可或可不具有一個(gè)或多個(gè)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(shè)備可包括多個(gè)對微粒敏感的區(qū)域，并由此包括環(huán)繞這些區(qū)域的多個(gè)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(zhì)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(zhì)量塊104上均具有屏障的傳感器。
[0019]圖3是根據(jù)一示例實(shí)施方式的傳感器200的一部分的側(cè)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(zhì)量塊104，以示出基底102上的詳細(xì)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(biāo)記指示并在上面被描述?；?02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(cè)并圍繞屏障114