加速度检测装置的制作方法

1.本公开涉及半导体器件制造领域，更具体地，涉及mems结构的加速度检测装置。


背景技术：

2.基于微机电系统(micro electro mechanical systems,mems)技术制造的器件被称为mems器件，其中，在加速度检测装置的加工中，经常采用不同的材料进行键合，例如由于石英玻璃优良的绝缘性能以及与硅材料较为接近的热膨胀系数，硅-玻璃键合工艺被广泛使用。但是，由于两种材料的热膨胀系数仍存在一定失配，当温度变化时，会产生热应力，导致mems加速度检测装置质量块偏离平衡位置，引起零位漂移问题，降低了加速度检测装置的性能。
3.因此，希望提供一种改进的加速度检测装置，以提高产品的性能。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本公开提供了一种改进的加速度检测装置，通过支撑结构与隔离结构的弹性连接，释放键合材料间因热膨胀系数不匹配产生的应力，改善零位漂移的问题，从而提高加速度检测装置的性能，增加加工材料选择的灵活性。
5.根据本公开实施例提供的加速度检测装置，包括：基板；质量块，位于所述基板上方，并与所述基板分隔；至少一个电容组，与所述质量块相连，所述电容组的电容值随所述质量块在第一方向上的位移改变；隔离结构，沿所述第一方向与所述质量块弹性连接；以及第一支撑结构与第二支撑结构，沿所述第一方向分别位于所述质量块的两侧，且沿第二方向分别与所述隔离结构弹性连接，所述第一方向、所述第二方向以及所述基板的厚度方向相互垂直，其中，所述第一支撑结构包括相连的第一键合部与第一主体部，所述第二支撑结构包括相连的第二键合部与第二主体部，所述第一支撑结构、所述第二支撑结构分别通过所述第一键合部、所述第二键合部与所述基板固定连接，所述第一键合部与所述第二键合部的连线与所述第一方向相对垂直。
6.可选地，还包括：第一弹性梁，两端分别与所述隔离结构和所述第一主体部连接；以及第二弹性梁，两端分别与所述隔离结构和所述第二主体部连接。
7.可选地，所述隔离结构呈环状，围绕所述质量块与所述电容组。
8.可选地，所述第一键合部与所述基板的材料不同并与所述基板键合连接；和/或所述第二键合部与所述基板的材料不同并与所述基板键合连接。
9.可选地，所述第一键合部与所述第一主体部的材料不同并与所述第一主体部键合连接；和/或所述第二键合部与所述第二主体部的材料不同并与所述第二主体部键合连接。
10.可选地，沿所述第二方向，所述第一弹性梁位置和所述第一键合部对应、所述第二弹性梁的位置和所述第二键合部对应。
11.可选地，所述第一主体部与所述第二主体部均沿所述第一方向延伸，所述第一弹性梁的数量为多个，且沿所述第二方向分布在所述第一键合部两侧，所述第二弹性梁的数
量为多个，且沿所述第二方向分布在所述第二键合部的两侧。
12.可选地，所述第一弹性梁与所述第二弹性梁沿所述第一方向对称分布在所述隔离结构两侧，所述第一键合部位于所述第一主体部的中部，所述多个第一弹性梁沿所述第二方向对称分布在所述第一键合部两侧，所述第二键合部位于所述第二主体部的中部，所述多个第二弹性梁沿所述第二方向对称分布在所述第二键合部两侧。
13.可选地，每个所述电容组包括：至少一对沿所述第一方向分布在所述质量块两侧的第一电容极板；以及与每个所述第一电容极板对应的第二电容极板，其中，每个所述第一电容极板与所述质量块连接，每个所述第二电容极板相对于所述基板固定并与所述质量块分隔。
14.可选地，还包括多个第三弹性梁，沿所述第二方向分布在所述质量块两侧，分别连接所述质量块与所述隔离结构。
15.可选地，所述多个第三弹性梁沿所述第一方向对称分布在所述质量块的中轴线两侧，所述中轴线与所述第一方向相对平行。
16.本公开在加速度检测装置的结构设计中，配置了在与第一方向(加速度敏感方向，或者质量块的运动方向)垂直的第二方向上能够移动的释放应力的隔离结构，该隔离结构分别与质量块和第一、第二支撑结构弹性连接，第一、第二支撑结构分别设置键合部作为锚定点与基板固定连接，两个锚定点在第一方向上的坐标基本一致。当温度变化时，由于键合的两种材料间的热膨胀系数不同，膨胀或收缩到自由状态的变化长度不同，因此在键合部的约束下，第一、第二支撑结构会受到拉伸或压缩的应力，导致第一、第二支撑结构偏离平衡位置。由于两个键合部在第一方向上的坐标基本一致，在第一方向上产生的应力几乎为零，多在第二方向上产生应力，导致第一、第二支撑结构发生第二方向的位移，与第一、第二支撑结构相连的弹性连接部变形，从而释放应力，改善了零位漂移的问题，进而增加了加工材料选择的灵活性。
17.进一步地，虽然由于加工误差的存在，加速度检测装置结构不会完全对称，导致第一、第二弹性梁弹性系数不同，变形不完全一致，使隔离结构沿第二方向产生微小位移，通过配置质量块两侧的电容极板，保持电容组的电容值不变，达到加速度检测装置零位不变的目的。
18.因此，本公开提供的加速度检测装置可以提高产品的性能。
附图说明
19.为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
20.图1示出了本公开第一实施例的加速度检测装置的立体结构示意图。
21.图2示出了本公开第一实施例的加速度检测装置的俯视结构示意图。
22.图3示出了沿图1中aa线所述截的截面结构示意图。
23.图4示出了本公开第二实施例的加速度检测装置的俯视结构示意图。
具体实施方式
24.以下将参照附图更详细地描述本公开。在各个附图中，相同的元件采用类似的附
图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。
25.应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。
26.如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“直接在
……
上面”或“在
……
上面并与之邻接”等表述方式。
27.在下文中描述了本公开的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本公开。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本公开。
28.本公开可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
29.图1示出了本公开第一实施例的加速度检测装置的立体结构示意图，图2示出了本公开第一实施例的加速度检测装置的俯视结构示意图，图3示出了沿图1中aa线所述截的截面结构示意图。
30.如图1至图3所示，本公开的加速度检测装置包括：基板101、质量块1、第三弹性梁2、第一弹性梁3、第二弹性梁4、隔离结构5、电容组、第一支撑结构6以及第二支撑结构9。
31.在本实施例中，质量块1位于基板101上方，并与基板101分隔。电容组与质量块1相连，电容组的电容值随质量块1在x轴方向(第一方向)上的位移改变，质量块1位移的大小与加速度成正比。其中，每个电容组包括：至少一对沿x轴方向分布在质量块1两侧的第一电容极板7；以及与每个第一电容极板7对应的第二电容极板8。每个第一电容极板7与质量块1连接，每个第二电容极板8相对于基板101固定并与质量块1分隔。在一些具体的实施例中，电容组的数量为多个；每个电容组还包括连接部10，连接部10与基板101通过键合的方式固定连接，并且各连接部10将相应电容组中的每个第二电容极板8并联。隔离结构5沿x轴方向与质量块1弹性连接，其中，隔离结构5呈环状，围绕质量块1与电容组。在一些具体的实施例中，隔离结构5呈长方环或方环状。第一支撑结构6与第二支撑结构9沿x轴方向分别位于质量块1的两侧，且沿y轴方向(第二方向)分别与隔离结构5弹性连接，x轴方向、y轴方向以及z轴方向(基板101的厚度方向)相互垂直。第一支撑结构6包括第一主体部61和第一键合部62，第二支撑结构9包括第二主体部91和第二键合部92，第一支撑结构6、第二支撑结构9分别通过第一键合部62、第二键合部92与基板101固定连接，第一键合部62、第二键合部92的连线与x轴方向相对垂直。其中，为了更加清晰地表达第一支撑结构6、第二支撑结构9，将原本应隐藏的第一键合部62与第二键合部92显示在了图2中。
32.在一些具体的实施例中，第一键合部62材料可与基板101一致或者与第一主体部61一致，第二键合部92材料可与基板101一致或者与第二主体部91一致，其中，第一主体部61与第二主体部91的材料包括但不限于硅，基板101的材料包括但不限于玻璃。
33.在本实施例中，第一主体部61、第二主体部91沿x轴方向延伸，第一键合部62位于第一主体部61的中部，第二键合部92位于第二主体部91的中部。当然，本公开实施例并不限于此，第一键合部62、第二键合部92的位置还可以设置在第一主体部61、第二主体部91的边缘，但依然要保证第一键合部62、第二键合部92在x轴上的坐标基本一致。
34.另外需要注意的是，在本公开实施例中，第一键合部62、第二键合部92的设置需要尽可能的保持该加速度检测装置在x轴方向上产生的热应力为零。举例而言，当第一支撑结构6中具有一个以上分隔的第一键合部62作为锚定点时，多个第一键合部62、同第一键合部62键合连接的结构(基板101或者第一主体部61)由于键合材料间不同的热膨胀系数，就会产生在x轴方向的应力。因此，在一些优选地实施例中，第一支撑结构6仅有一个作为锚定点与基板101连接的第一键合部62，同理，第二支撑结构9也仅有一个作为锚定点与基板101连接的第二键合部92。
35.第一弹性梁3分别与第一主体部61和隔离结构5连接；第二弹性梁4分别与第二主体部91和隔离结构5连接，其中，第一弹性梁3与第二弹性梁4沿x轴方向对称分布在隔离结构5两侧。第一弹性梁3和第二弹性梁4沿y轴方向上的弹性系数较小，允许隔离结构5沿y轴方向运动，而沿x轴方向的弹性系数很大，抑制隔离结构5沿x轴方向运动。在一些具体的实施例中，第一弹性梁3的数量为多个，且沿y轴方向对称分布在第一键合部62两侧，相应的，第二弹性梁4的数量、分布与第一弹性梁3对应。第三弹性梁2的数量为两个，沿y轴方向对称分布在质量块1两侧，分别连接质量块1与隔离结构5，当然，第一弹性梁3、第二弹性梁4以及第三弹性梁2的具体数量、分布也可以根据需要设置。在一些具体的实施例中，第一弹性梁3、第二弹性梁4以及第三弹性梁2例如采用弯折梁的方式实现。
36.图4示出了本公开第二实施例的加速度检测装置的俯视结构示意图，其中，为了更加清晰地表达第一支撑结构6、第二支撑结构9，将原本应隐藏的第一键合部62与第二键合部92显示在了图4中。
37.如图4所示，本实施例的加速度检测装置的结构与第一实施例大体一致，相同之处不再赘述。与第一实施例的不同之处在于，本实施例的第三弹性梁2为两对，并且沿x轴对称分布在质量块1的中轴线(图4虚线处)两侧，当然，第三弹性梁2的数量的具体数量也可以根据需要设置。此外，在本实施例中，第一主体部61与第二主体部91并未沿x轴方向延伸，第一主体部61与第一键合部62在基板101上的正投影面积大体一致且至少部分重合；第二主体部91与第二键合部92在基板101上的正投影面积大体一致且至少部分重合。因此，沿y轴方向，第一弹性梁3的位置和第一键合部62对应、第二弹性梁4的位置和第二键合部92对应。
38.进一步参考图1至图4，由于第一键合部62和第二键合部92的x坐标基本相同，因此当温度变化时键合结构基本不会在x方向上产生相对位移趋势，相对位移趋势基本仅发生在y轴方向上。限于第一键合部62和第二键合部92的固定约束，由于键合材料间不同的热膨胀系数，第一支撑结构6以及第二支撑结构9上产生热应力导致第一弹性梁3、第二弹性梁4发生变形。若第一弹性梁3、第二弹性梁4加工对称，弹性系数相同，则隔离结构5上受到第一弹性梁3、第二弹性梁4的作用力相互抵消，隔离结构5保持在初始平衡位置不动，实现了对热应力的隔离。若由于加工误差的存在使得第一弹性梁3、第二弹性梁4的弹性系数不相同，则隔离结构5在第一弹性梁3、第二弹性梁4的综合作用力下离开初始平衡位置，发生沿y轴的微小位移最终达到力平衡状态，这也带动质量块1和第一电容极板7发生沿y轴的微小位移，导致电容器c
1a
、c
1b
、c
2a
、c
2b
、c
f1a
、c
f1b
、c
f2a
、c
f2b
的第一电容极板7和第二电容极板8的正对面积发生变化。将这八个电容器分为四组(c
1a
/c
1b
、c
2a
/c
2b
、c
f1a
/c
f1b
、c
f2a
/c
f2b
)，每组中的两个电容器并联在一起作为一个电容组使用，在第一电容极板7发生沿y轴的微小位移时，每个电容组的总电容值保持不变，因此加速度计的零位不会发生变化，达到了对应力的抑制
效果。其中，相应的电容组可以作为检测电容或力反馈电容，例如c
1a
/c
1b
和c
2a
/c
2b
分别构成的两个电容组作为检测电容，而c
f1a
/c
f1b
和c
f2a
/c
f2b
分别构成的两个电容组作为力反馈电容；再例如c
1a
/c
1b
、c
2a
/c
2b
、c
f1a
/c
f1b
、c
f2a
/c
f2b
分别构成的四个电容组都作为检测电容。
39.本公开实施例在设计上通过增加一个可以释放温度应力的隔离结构，抑制温度应力对加速度检测装置性能的不良影响，增加加工材料选择的灵活性，降低对微加工工艺的约束，具有较大的实用价值。
40.在以上的描述中，对于各层的构图、蚀刻等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
41.以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。