[发明专利]一种惯性传感器的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及惯性传感器领域，例如加速度计或者速率陀螺仪，其形成于MEMS（“微机电系统”）或NEMS（“纳机电系统”）技术中。

本发明尤其涉及一种制造谐振式或者具有例如为压阻式的变阻器的惯性梁测量传感器的方法。

背景技术

一个惯性传感器，例如加速度计，尤其能够测量载有加速度计的物体的加速度。这样的传感器特别地包括一个标准质量块（也称为检测质量块），该质量块接合至一个或若干测量梁。当传感器移动时，标准质量块受到惯性力作用，引起梁的张力。

对于谐振式测量梁，标准质量块的质量引起的张力导致谐振器频率的改变。对于可变阻力式测量梁，如压阻式，标准质量块的质量引起的张力导致电阻的改变。通过这样的性能可以计算加速度。

通常，用一个大质量的标准质量块来最大化移动中的惯性力是比较好的方法，这样可以对测量梁产生足够的张力。除此之外，用厚度尽可能小的测量梁去最大化由标准质量块作用于测量梁上的张力也是比较好的。

文献EP2211185公开了一种传感器，该传感器的标准质量块的厚度大于梁，同时该文献还公开了两种基于SOI（“绝缘体上硅结构”）技术制造该传感器的方法。

根据上述文献中描述的第一种制造方法，首先将应变计蚀刻于SOI基片的表层，然后覆盖上保护层。接着硅外延被应用于该表层上以便获得用于形成标准质量块的具有理想厚度的层。然而，外延生长技术实施起来很繁重而且昂贵并且不能生成大厚度的硅层。由于这些限制，很难使得所述标准质量块取得优化尺寸及质量，以最大化应变计上的张力

根据上述文献中描述的第二种制造方法，首先将标准质量块蚀刻于SOI基片。纳米厚度的多晶硅层淀积形成应变计。然而，小厚度多晶硅层还是难以控制，而且他们的机械和电子特性并不像单晶硅层那么好。另外，像这么薄的淀积物可能受张力影响，例如会产生影响应变计性能的形变。因此，用此方法是很难得到一个拥有最优化传感器灵敏度的机械和电子特性的应变计。

因此这样的解决方案是不能够让人满意的，因为我们必须要在低厚度应变计但会损害标准质量块质量的方案和大质量标准质量块却会损害应变计灵敏性的方案之间做出选择。

发明内容

在这样的背景下，本发明的目的特别地在于提供一种新的惯性传感器制造方法，该方法突破了前述方法的限制。本发明特别在于提供一种制造方法能够优化标准质量块的尺寸和应变计的尺寸，以提升传感器的性能。本发明特别地提供一种有更好性能的传感器，该传感器包括一个更低厚度的单晶硅应变计和一个更大质量的标准质量块。

因此本发明的目的在于一种惯性传感器的制造方法，包括至少：

形成至少一个由标准质量块和可变形板（例如，线性弹簧或者扭转轴）构成的活性体，该活性体蚀刻于第一基片的第一活性层，所述活性层有第一厚度。

形成至少一个测量梁，蚀刻于第二基片的第二活性层，所述第二活性层有低于第一厚度的第二厚度。

密封第一活性层与第二活性层。

移除第一基片的非活性层，通过蚀刻第三基片形成第一空腔。

密封第三基片与第一基片的活性层，活性体被置于第一空腔中。

移除第二基片的非活性层。

蚀刻第四基片形成第二空腔。

密封第四基片与第二基片的活性层。

该方法特别地提供了对梁和活性体的尺寸更好的控制，因此能优化活性体和梁的厚度。该方法特别地能够获得非常低厚度的测量梁和更大质量的标准质量块。此外，可能对测量臂性能造成恶化的张力被全程控制。因此，测量梁的灵敏度被提升了，不受标准质量块质量的局限。换言之，大质量的标准质量块和低厚度的测量梁的组合提供了更好的惯性测量检测的灵敏度。

作为优选，该方法进一步包括形成处于活性体和测量梁之间的电接触。例如，这样的电接触可以在密封第一活性层与第二活性层时形成，这样的密封能够形成梁和活性体之间的机械接触和电接触。

根据一个实施例，测量梁由压阻材料制成的应变计构成，该压阻材料的电阻根据质量块上受到的张力改变。

根据另一个实施例，测量梁是一种机械谐振器，该谐振频率随质量块上的张力改变。例如，谐振器包括振动板，激励装置，检测振动装置。

例如，第一厚度和第二厚度的比值大于或等于5.

该制造方法进一步包括：

形成至少一个凹处，所述凹处穿过所述第三基片的厚度直至露出第一基片；以及

在所述凹处沉淀出电接触点。

优选的，包围测量梁和活性体的介质为真空，以限制传感器分辨率的退化。