微机电系统及其MEMS惯性传感器、制造方法技术方案

本发明专利技术公开了一种微机电系统MEMS惯性传感器，包括：第一晶圆，所述第一晶圆的正面设有第一凹槽；第二晶圆，所述第二晶圆包括晶圆框架和质量块，所述晶圆框架与所述质量块之间设有弹簧；所述质量块，所述弹簧与所述第一凹槽形成空腔；所述第二晶圆的背面与所述第一晶圆的正面直接键合；其中，所述质量块包括第二凹槽，所述第二凹槽中填充密度大于硅的金属层；上述MEMS惯性传感器具有更好的感知灵敏度和检测精度。检测精度。检测精度。

【技术实现步骤摘要】
微机电系统及其MEMS惯性传感器、制造方法


[0001]本申请涉及微机电系统
，尤其涉及一种微机电系统及其MEMS惯性传感器、制造方法。

技术介绍

[0002]在微电子机械系统MEMS(Micro Electro Mechanical systems)中，MEMS惯性传感器包括加速度传感计和角速度传感器(陀螺仪)，无论是加速度传感计还是角速度传感器，质量块均是传感器中的重要组件。质量块的重量决定了传感器的检测精度和灵敏度。目前，惯性传感器中通常是利用硅材料本身作为振动的质量块，但是硅的密度较低，只有2.33g/m3；随着MEMS惯性传感器的小型化要求，由于质量块的质量较轻，导致惯性传感器的灵敏度和检测精度无法达到实际需求。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种微机电系统及其MEMS惯性传感器、制造方法，以解决或者部分解决目前的硅质量块质量较轻，导致MEMS惯性传感器的检测精度低，反应不灵敏的技术问题。
[0004]为解决上述技术问题，根据本专利技术一个可选的实施例，提供了一种微机电系统MEMS惯性传感器，包括：
[0005]第一晶圆，所述第一晶圆的正面设有第一凹槽；
[0006]第二晶圆，所述第二晶圆包括晶圆框架和质量块，所述晶圆框架与所述质量块之间设有弹簧；所述质量块，所述弹簧与所述第一凹槽形成空腔；所述第二晶圆的背面与所述第一晶圆的正面直接键合；
[0007]其中，所述质量块包括第二凹槽，所述第二凹槽中填充密度大于硅的金属层。
[0008]可选的，所述金属层的材质为单质金属材料。
[0009]可选的，所述金属层的材质为合金材料。
[0010]根据本专利技术又一个可选的实施例，提供了一种获得前述技术方案中的MEMS惯性传感器的制造方法，包括：
[0011]在第一晶圆的正面制备第一凹槽；
[0012]在所述第一晶圆的正面旋涂牺牲层材料，获得旋涂后的第一晶圆；其中，所述第一凹槽内形成牺牲层；
[0013]将所述旋涂后的第一晶圆的正面与第二晶圆的背面直接键合，获得第一键合晶圆；所述第一键合晶圆的正面为所述第二晶圆的正面，所述键合晶圆的背面为所述旋涂后的第一晶圆的背面；
[0014]对所述第一键合晶圆的正面进行减薄，获得第二键合晶圆；
[0015]在所述第二键合晶圆的正面制备第二凹槽，并在所述第二凹槽中填充密度大于硅的金属层，获得第三键合晶圆；
[0016]蚀刻所述第三键合晶圆的预设位置至所述牺牲层，获得包括弹簧和质量块的第四键合晶圆；
[0017]蚀刻所述第四键合晶圆内的牺牲层，获得所述MEMS惯性传感器。
[0018]可选的，所述在第一晶圆的正面制备第一凹槽，包括：
[0019]通过第一蚀刻方法，在所述第一晶圆的正面制备具有预设形状的所述第一凹槽。
[0020]可选的，所述在所述第一晶圆的正面旋涂牺牲层材料，获得旋涂后的第一晶圆之后，所述制造方法还包括：
[0021]通过第一化学机械研磨方法，对所述旋涂后的第一晶圆的正面进行研磨，获得研磨后的第一晶圆；
[0022]通过第二化学机械研磨方法，对所述第二晶圆的背面进行研磨，获得研磨后的第二晶圆；
[0023]所述将所述旋涂后的第一晶圆的正面与第二晶圆的背面直接键合，获得第一键合晶圆，包括：
[0024]通过硅
‑
硅直接键合的方法，将所述研磨后的第一晶圆的正面与所述研磨后的第二晶圆的背面直接键合，获得所述第一键合晶圆。
[0025]可选的，所述在所述第二键合晶圆的正面制备第二凹槽，包括：
[0026]通过第二蚀刻方法，在所述第二键合晶圆的正面制备所述第二凹槽。
[0027]可选的，所述在所述第二凹槽中填充密度大于硅的金属层，获得第三键合晶圆，包括：
[0028]通过磁控溅射方法，在所述第二凹槽中制作金属种子层；
[0029]通过电镀方法，在所述第二凹槽中填充金属材料，获得包括所述金属层的所述第三键合晶圆。
[0030]可选的，所述牺牲层材料为玻璃上硅SOG材料。
[0031]根据本专利技术又一个可选的实施例，提供了一种微机电系统，所述微机电系统包括前述技术方案中任一项所述的MEMS惯性传感器。
[0032]通过本专利技术的一个或者多个技术方案，本专利技术具有以下有益效果或者优点：
[0033]本专利技术提供了一种MEMS惯性传感器及其制备方法，首先，通过在质量块的第二凹槽内填充密度大于硅的金属层，从而增加质量块的重量，增大了质量块的惯性力，提高了惯性传感器的感知灵敏度和检测精度；其次，由于惯性传感器中质量块和弹簧是悬空结构，重量增加了的金属质量块在加工过程中，更容易出现晶圆碎裂的问题，因此在第一晶圆和第二晶圆直接键合之前，在第一晶圆的第一凹槽内预埋牺牲层，在获得金属质量块和弹簧结构后，将所述牺牲层释放，如此能够保证在加工金属质量块和弹簧结构时，第二晶圆不容易碎裂，同时也能够精确控制金属质量块的悬空高度，从而提高惯性传感器的感知灵敏度；再次，通过第一晶圆和第二晶圆的直接键合的方式制造MEMS惯性传感器，相比于玻璃
‑
晶圆的阳极键合方式，能够减小键合界面处的应力，且更好的兼容后续的晶圆加工工艺。
[0034]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。
附图说明
[0035]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0036]图1示出了根据本专利技术一个实施例的MEMS惯性传感器的前视图；
[0037]图2示出了根据本专利技术一个实施例的MEMS惯性传感器的俯视图；
[0038]图3示出了根据本专利技术一个实施例的包括牺牲层的第一晶圆示意图；
[0039]图4示出了根据本专利技术一个实施例的包括金属层的第二晶圆示意图；
[0040]图5示出了根据本专利技术另一个实施例的MEMS惯性传感器的制造方法流程示意图；
[0041]附图标记说明：
[0042]1、第一晶圆；11、牺牲层；2、第二晶圆；21、晶圆框架、22、质量块；23、弹簧；24、金属层；3、空腔。
具体实施方式
[0043]为了使本申请所属
中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种设备等，均本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微机电系统MEMS惯性传感器，其特征在于，所述MEMS惯性传感器包括：第一晶圆，所述第一晶圆的正面设有第一凹槽；第二晶圆，所述第二晶圆包括晶圆框架和质量块，所述晶圆框架与所述质量块之间设有弹簧；所述质量块，所述弹簧与所述第一凹槽形成空腔；所述第二晶圆的背面与所述第一晶圆的正面直接键合；其中，所述质量块包括第二凹槽，所述第二凹槽中填充密度大于硅的金属层。2.如权利要求1所述的MEMS惯性传感器，其特征在于，所述金属层的材质为单质金属材料。3.如权利要求1所述的MEMS惯性传感器，其特征在于，所述金属层的材质为合金材料。4.一种MEMS惯性传感器的制造方法，其特征在于，所述制造方法用于制造如上述权利要求1
‑
3任一权项所述的MEMS惯性传感器，包括：在第一晶圆的正面制备第一凹槽；在所述第一晶圆的正面旋涂牺牲层材料，获得旋涂后的第一晶圆；其中，所述第一凹槽内形成牺牲层；将所述旋涂后的第一晶圆的正面与第二晶圆的背面直接键合，获得第一键合晶圆；所述第一键合晶圆的正面为所述第二晶圆的正面，所述键合晶圆的背面为所述旋涂后的第一晶圆的背面；对所述第一键合晶圆的正面进行减薄，获得第二键合晶圆；在所述第二键合晶圆的正面制备第二凹槽，并在所述第二凹槽中填充密度大于硅的金属层，获得第三键合晶圆；蚀刻所述第三键合晶圆的预设位置至所述牺牲层，获得包括弹簧和质量块的第四键合晶圆；蚀刻所述第四键合晶圆内的牺牲层，获得所述MEMS惯性传感器。5.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张拴，杨云春，马琳，陆原，郭鹏飞，
申请(专利权)人：赛莱克斯微系统科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：