技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及具有微粒屏障的傳感器。

背景技術(shù)：

在電子測量設(shè)備領(lǐng)域中，經(jīng)常期望確定裝置何時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。

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，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。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明一方面提供一種傳感器，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，所述檢測質(zhì)量塊能夠沿著大體平行于所述平坦的支承表面的第一軸線移位；以及屏障，在所述檢測質(zhì)量塊上設(shè)置在所述第二電極組的外側(cè)，并且具有的高度小于所述平坦的支承與所述檢測質(zhì)量塊之間的間隙。

本發(fā)明另一方面提供一種制造傳感器的方法，包括：形成基底，該基底具有設(shè)置在其上的第一電極組；形成具有第二電極組的檢測質(zhì)量塊，該檢測質(zhì)量塊能沿著大體平行于所述基底的第一軸線移位；以及在所述檢測質(zhì)量塊上在所述第二電極組的外側(cè)形成屏障，該屏障具有的高度小于所述基底與所述檢測質(zhì)量塊之間的間隙。

附圖說明

參照下圖描述本發(fā)明的一些實(shí)施例：

圖1是傳感器的一部分的側(cè)剖視圖；

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；

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；

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；

圖5示出具有附加特征的圖1的傳感器的俯視圖；

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

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

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遷移。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，至少一個溝槽可被形成在檢測質(zhì)量塊中圍繞第二屏障(如果存在)。

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)域中的微粒遷移。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)域中的遷移。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)域中遷移。

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)域的微粒遷移的阻止。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遷移的技術(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，阻止微粒遷移的技術(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。

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y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。

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中的每個可包括小節(jié)距表面電極(例如，示出4個)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?；?02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。

在一示例中，屏障114被形成在基底102上圍繞電極組108?？衫脴?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的遷移。

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)。

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或多個中斷部。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。

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被形成在頂層202中。溝槽204可增加屏障114的臺階高度，以增加其在減輕微粒時的有效性，并且本身可用作用于微粒的限制部。

在圖3的示例中，屏障114被示出為僅具有長形部段116。在屏障114包括另外的部段(例如，圖1和圖2中所示的部段120)的示例中，類似于溝槽204的另外的溝槽可被形成在每個另外的部段的前面。也就是說，多個溝槽可被形成在基底上，環(huán)繞屏障114的同心部段組上的每一組，從而形成一組同心的溝槽。類似于屏障114的部段，給定的溝槽可為連續(xù)的或可具有中斷部。例如，圖5示出傳感器100的俯視圖，其具有與屏障114的每個部段116、120協(xié)作的溝槽。溝槽204與屏障114的部段組116協(xié)作，溝槽206與屏障114的部段組120協(xié)作。在該示例中，溝槽206包括與屏障114的部段組120中的中斷部相一致的中斷部。

在以上圖3-5的示例中，可增加圍繞基底102上的屏障114的部段組的溝槽。將理解，類似的溝槽可形成圍繞檢測質(zhì)量塊104上的屏障的部段組，如果存在這種屏障。此外，在一些示例中，如果屏障114具有多個同心的部段組，則這些部段組中的一些可具有關(guān)聯(lián)的溝槽，而另一些部段組可不具有關(guān)聯(lián)的溝槽。此外，盡管屏障114的給定部段組可不具有中斷部，但是關(guān)聯(lián)的溝槽在需要時可具有中斷部。此外，盡管溝槽204和溝槽206被示出為與屏障114中的部段的邊緣對齊，但是將理解溝槽204和/或206可與它們對應(yīng)的部段的邊緣隔開。

圖6是根據(jù)一示例實(shí)施方式的傳感器300的一部分的側(cè)剖視圖。圖6中與圖1和圖2中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。在本示例中，除了圍繞電極組108的屏障114之外，屏障302被形成在檢測質(zhì)量塊104上圍繞電極組110。可利用標(biāo)準(zhǔn)的硅加工來形成屏障302。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302。屏障302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302的至少一個表面可被金屬覆蓋以使其更堅(jiān)固。如所示的，屏障302減小基底102與檢測質(zhì)量塊104之間的間隙d'，以減輕微粒向電極的遷移。在一示例中，屏障302可與屏障114協(xié)作，以進(jìn)一步減輕微粒遷移。

類似于屏障114，屏障302可包括圍繞電極組110的一組或多組部段(例如，示出單組部段304)。屏障302可包括與屏障114相同數(shù)量或不同數(shù)量的同心部段組。類似于屏障114，屏障302中的部段組可在部段之間具有中斷部或可為連續(xù)的。此外，在一些示例中，溝槽可被形成在與屏障114和/或屏障302的部段組關(guān)聯(lián)的基底102和/或檢測質(zhì)量塊104中。

圖7是描繪根據(jù)一示例實(shí)施方式的制造傳感器的方法700的流程圖。將理解，方法700的步驟不必必須以所示的特定順序執(zhí)行。方法700開始于步驟702，在該步驟，形成基底，該基底具有設(shè)置在其上的第一電極組。在步驟704，形成具有第二電極組的檢測質(zhì)量塊，其中檢測質(zhì)量塊能沿著大體平行于基底的第一軸線順從地移位。在步驟706，在基底上圍繞第一電極組形成第一屏障，其高度小于基底與檢測質(zhì)量塊之間的間隙，以減輕微粒。

在一示例中，在步驟708，可在基底中圍繞第一屏障形成至少一個溝槽。在另一示例中，在步驟710，在檢測質(zhì)量塊上在第二電極組的外側(cè)形成第二屏障，該第二屏障具有平行于第一軸線定向的至少一個長形部段并且高度小于基底與檢測質(zhì)量塊之間的間隙。

在前述描述中，許多細(xì)節(jié)被陳述以提供對本發(fā)明的理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以在沒有這些細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施本發(fā)明。雖然已經(jīng)參照有限數(shù)量的實(shí)施例公開了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到由此可進(jìn)行許多更改和變化。其旨在所附權(quán)利要求書涵蓋落入本發(fā)明的真正的精神和范圍內(nèi)的這些更改和變化。