[发明专利]应力敏感性降低的微机电传感器器件

说明书

本发明涉及应力敏感性降低的微机电传感器器件。一种提供有感测结构的MEMS传感器器件，包括：具有在水平面中延伸的上表面的衬底；悬置在衬底的上方的惯性质量；弹性耦合元件，弹性耦合元件弹性地连接到惯性质量，以便使得它们相对于衬底的惯性移动作为沿着属于水平面的感测轴的待检测量的函数；和感测电极，感测电极电容耦合到惯性质量，以便形成至少一个感测电容器，其电容值指示待检测量。微机电感测结构包括悬置结构，感测电极被刚性地耦合到悬置结构，并且惯性质量通过弹性耦合元件弹性地耦合到悬置结构；悬置结构通过弹性悬置元件被连接到相对于衬底固定的锚固结构。

技术领域

本发明涉及对应力、尤其是在对应的感测结构中经由与对应封装的交互所引起的应力具有降低的敏感性的MEMS(微机电系统)类型的传感器器件。

背景技术

不失一般性，下面的描述将明确参考电容类型的MEMS加速度计。

已知MEMS加速度计，其中感测轴位于水平面中，即，包括微机电结构，其感测沿着与所述结构的延伸的主平面和半导体材料的对应衬底的上表面平行的至少一个方向作用的加速度(也可能能够检测沿着与所述平面正交的方向作用的其他加速度)。

图1a和图1b通过示例的方式示出了已知类型的感测结构，整体上通过1来表示，其属于感测轴在该平面中的MEMS加速度计。

感测结构1包括：具有上表面2a的由半导体材料、例如硅制成的衬底2；和惯性质量3，它是由导电材料、例如适当掺杂的外延硅制成并且被布置在衬底2的上方，悬置在离衬底2的上表面2a一定距离。

惯性质量3通常也被称为“转子质量”或简称“转子”，因为作为惯性效应的结果它是移动的，但是这没有暗示该惯性质量3具有旋转移动。如下文所述，在本实施例中，惯性质量3相反具有遵循沿着感测轴的加速度的感测的线性移动。

惯性质量3在由彼此正交的第一水平轴x和第二水平轴y所限定的并且基本上平行于衬底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轴z的尺寸，正交轴z垂直于前述水平面xy(并垂直于前述衬底2的上表面2a)并与第一水平轴x和第二水平轴y形成笛卡尔三轴集合xyz。

特别地，第一水平轴x在这种情况下与感测结构1的感测轴重合。

惯性质量3在上述水平面xy中具有框架状构造，例如正方形或矩形(或者，换言之，它的形状像正方形或矩形环)并且在中心处具有通孔，限定一个窗口4，该通孔贯穿它的整个厚度。

惯性质量3还具有多个孔5，与前述窗口4相比孔5的尺寸非常小，孔5贯穿质量3的整个厚度，在制造过程中通过化学蚀刻底层牺牲材料例如介电材料来实现它的释放(以及它随后在衬底2上方的悬置布置)(以本文中未示出的方式)。

感测结构1还包括转子锚固结构6(如此定义是因为如将在下文中描述的那样它被耦合到惯性质量或转子)。转子锚固结构6被居中地设置在窗口4内，平行于衬底2的上表面2a，具有在水平面xy上的矩形构造，并且在所示出的示例中沿着第一水平轴x的纵向延伸。

转子锚固结构6通过转子锚固元件7而被固定地耦合(锚固)到衬底2，转子锚固元件7在衬底2的上表面2a和所述锚固结构6之间像柱状一样延伸。转子锚固元件7也在水平面xy上具有矩形构造，其延伸比转子锚固结构6的延伸小，位于所述转子锚固结构6的中心部分处。

惯性质量3通过弹性耦合元件8弹性地耦合至转子锚固结构6，该弹性耦合元件8在惯性质量3和转子锚固结构6之间、沿第一水平轴x的方向在转子锚固结构6的相对侧上被布置在窗口4中。

特别地，弹性耦合元件8被配置以便使得惯性质量3相对于衬底2沿着第一水平轴x移动，符合沿着第一水平轴x的变形(并且相对于在水平面xy的不同方向或者与同一水平面xy横切的方向上的变形基本上是刚性的)。