一种mems检测装置及其制造工艺的制作方法
【专利摘要】一种MEMS检测装置，包括：测量体以及与所述测量体相连接的盖板，所述测量体包括框架及设置在所述框架内自由活动的质量块，所述盖板与所述质量块之间设置有过载保护装置，所述过载保护装置包括弹性部及凸点；所述凸点设置在所述弹性部上，所述弹性部设置在所述质量块或所述盖板上，所述凸点限制所述质量块的运动幅度。从而在外部冲击力幅度超出检测装置的限定幅度时，保护质量块，进而保护检测装置。
【专利说明】—种MEMS检测装置及其制造工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种MEMS检测装置及其制造工艺。
【背景技术】
[0002]现今，微电子机械系统(MEMS)技术不断进步，许多纳米级的小型检测装置已经被商业化广泛应用，例如MEMS加速度计以及MEMS的陀螺仪。通常MEMS的检测装置包括有固定部件及活动部件，并通过检测活动部件的位移来计算MEMS检测装置所受到的外力。
[0003]在外力幅度比较大的时候，活动部件也会有很大的位移，使局部应力超出材料的断裂极限值，导致结构损坏，器件报废。为了保护MEMS器件，抗冲击结构成为必须拥有的附加功能，它的作用是限制活动结构的过载位移，另外能有效吸收瞬时冲击能量，从而使MEMS结构处于安全工作状态下。
[0004]为此，MEMS检测装置上会设置有过载保护装置，例如美国专利号US4882933所公开的带有过载保护的加速度计，其在自由活动的质量块的边缘设置有多个外延凸起，并在框架上设置有相应的凹槽。当该加速度计受到超出负荷的外力时，外延凸起会与凹槽相接触，从而防止质量块进一步的位移。然而，这种设计仅限于设置在质量块或框架的边缘，在设计上有很大的局限性。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种能对MEMS装置进行过载保护，并且在设计上局限性比较小的MEMS检测装置。
[0006]按照本发明所提供的一种MEMS检测装置，包括:测量体以及与所述测量体相连接的盖板，所述测量体包括框架及设置在所述框架内自由活动的质量块，所述盖板与所述质量块之间设置有过载保护装置，所述过载保护装置包括弹性部及凸点；所述凸点设置在所述弹性部上，所述弹性部设置在所述质量块或所述盖板上，所述凸点限制所述质量块的运动幅度。
[0007]本发明中的MEMS检测装置还包括如下附属特征:
[0008]所述弹性部设置在所述质量块上，所述凸点设置在所述盖板上与所述弹性部相对应的位置，所述凸点与所述弹性部相接触，并限制所述质量块的运动幅度；或所述弹性部设置在所述盖板上，所述凸点设置在所述质量块上与所述弹性部相对应的位置，所述凸点与所述弹性部相接触，并限制所述质量块的运动幅度。
[0009]所述过载保护装置设置在所述质量块与所述框架之间，所述弹性部设置在所述质量块或所述框架上，所述凸点设置在所述弹性部上，所述凸点限制所述质量块的运动幅度。
[0010]所述弹性部设置在所述质量块上，所述凸点设置在所述框架上与所述弹性部相对应的位置，所述凸点与所述弹性部相接触，并限制所述质量块的运动幅度；或所述弹性部设置在所述框架上，所述凸点设置在所述质量块上与所述弹性部相对应的位置，所述凸点与所述弹性部相接触，并限制所述质量块的运动幅度。
[0011]所述弹性部包括方体以及与所述方体相连接的多根弹性梁，所述凸点设置于所述方体上。
[0012]所述弹性梁以所述方体为中心呈十字交叉设置。
[0013]所述弹性梁设置在所述方体的两个相对边上。
[0014]所述弹性梁为L型弯曲梁，并与所述方体的四个角相连接。
[0015]所述弹性部为一个或多个成组设置。
[0016]所述弹性部设置在所述质量块的中心位置；或者设置在所述质量块的端角；或者设置在所述质量块的一边或多边上。
[0017]所述弹性部设置在所述盖板上与所述质量块的中心相对应的位置；或者设置在所述盖板上与所述质量块的端角相对应的位置；或者设置在所述盖板上与所述质量块的一边或多边相对应的位置。
[0018]所述弹性部设置在所述框架上与所述质量块的中心相对应的位置；或者设置在所述框架上与所述质量块的端角相对应的位置；或者设置在所述框架上与所述质量块的一边或多边相对应的位置。
[0019]所述MEMS检测装置采用〈I11>晶向的硅片。
[0020]所述MEMS检测装置采用包括有上硅层及下硅层的绝缘体上外延硅结构，每层硅层之间分别设置有氧化埋层。
[0021]一种MEMS检测装置的制造工艺，所述制造工艺包括以下步骤:
[0022]第一步，在所述绝缘体上外延硅硅片的正面及背面生长或淀积出二氧化硅层；
[0023]第二步，在所述绝缘体上外延硅硅片的正面及背面淀积一层氮化硅层；
[0024]第三步，通过光刻及刻蚀，将所述绝缘体上外延硅硅片背面的部分氮化硅层及二氧化硅层去除，并露出下硅层；
[0025]第四步，将下硅层暴露在外的部分刻蚀至氧化埋层；
[0026]第五步，通过光刻及刻蚀，将所述绝缘体上外延硅硅片正面的部分氮化硅层及二氧化娃层去除，露出上娃层；
[0027]第六步，将上硅层暴露在外的部分进行深度刻蚀至氧化埋层，形成弹性梁；
[0028]第七步，对所述氧化埋层进行刻蚀，形成凹陷区及自由活动的弹性梁；
[0029]第八步，将绝缘体上外延硅硅片正面及背面的氮化硅层及二氧化硅层去除；并将绝缘体上外延硅硅片与其他硅片进行键合，形成完整的测量装置。
[0030]一种MEMS检测装置的制造工艺，所述制造工艺包括以下步骤:
[0031]第一步，在所述硅片的正面及背面生长或淀积出二氧化硅层；
[0032]第二步，在所述硅片的正面及背面淀积一层氮化硅层；
[0033]第三步，通过光刻及刻蚀，将所述硅片背面的部分氮化硅层及二氧化硅层去除，并露出下娃层；
[0034]第四步，将下硅层暴露在外的部分进行深度刻蚀至一定深度；
[0035]第五步，通过光刻及刻蚀，将所述硅片正面的部分氮化硅层及二氧化硅层去除，露出上娃层;
[0036]第六步，将上硅层暴露在外的部分进行深度刻蚀至一定深度，形成弹性梁；
[0037]第七步，在所述硅片正面淀积一层二氧化硅层；
[0038]第八步，通过刻蚀及深度刻蚀，将所述硅片正面被曝光的部分的二氧化硅层去除，再将暴露在外的硅层进一步刻蚀至一定深度；
[0039]第九步，对硅片正面的硅层进行横向刻蚀，形成凹陷区及自由活动的弹性梁；
[0040]第十步，去除正面二氧化硅，并将所述硅片与其他硅片进行键合，形成完整的测量
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[0041]一种MEMS检测装置的制造工艺，所述制造工艺包括以下步骤:
[0042]第一步，在硅片的背面淀积二氧化硅层；
[0043]第二步，通过光刻及刻蚀，对所述硅片背面的部分二氧化硅层进行两次刻蚀，形成凸点；
[0044]第三步，通过光刻及刻蚀，将所述硅片背面暴露在外的硅层刻蚀至一定深度；
[0045]第四步，将第三步中的光刻胶去除，并在所述硅片的背面淀积一层二氧化硅层；
[0046]第五步，通过光刻、刻蚀及深度刻蚀，将所述硅片背面被曝光的部分的二氧化硅层去除，再将暴露在外的硅层进一步刻蚀至一定深度，形成弹性梁；
[0047]第六步，对硅片背面的硅层进行横向刻蚀，形成凹陷区及自由活动的弹性梁；
[0048]第七步，通过光刻和刻蚀，将硅片背面的部分二氧化硅去除；
[0049]第八步，将硅片与其他硅片进行键合，形成完整的MEMS测量装置。
[0050]一种MEMS检测装置的制造工艺，所述制造工艺包括以下步骤:
[0051]第一步，在绝缘体上外延硅硅片的背面淀积二氧化硅层；
[0052]第二步，通过光刻及刻蚀，对所述绝缘体上外延硅硅片背面的部分二氧化硅层进行两次刻蚀，形成凸点；
[0053]第三步，在绝缘体上外延硅硅片的表面淀积一层氮化硅作为保护层；
[0054]第四步，通过光刻、刻蚀及深度刻蚀，将所述绝缘体上外延硅硅片背面暴露在外的硅层刻蚀至氧化埋层；
[0055]第五步，对所述氧化埋层进行横向刻蚀，形成自由活动的所述弹性梁；
[0056]第六步，通过刻蚀，将绝缘体上外延硅硅片表面的氮化硅去除，并与其他硅片进行键合，形成完整的MEMS测量装置。
[0057]所述深度刻蚀及所述刻蚀的方法为以下方法中的一种或多种方法:干法刻蚀或湿法刻蚀，所述干法刻蚀包括:硅的深度反应离子刻蚀及反应离子刻蚀。
[0058]所述用于腐蚀硅层的腐蚀剂为以下腐蚀剂中的一种或多种的组合:氢氧化钾、四甲基氢氧化氨、乙二胺磷苯二酚或气态的二氟化氙。
[0059]所述用于腐蚀二氧化硅层的腐蚀剂为以下腐蚀剂中的一种或多种的组合:缓冲氢氟酸、49%氢氟酸或气态的氟化氢。
[0060]按照本发明所提供的MEMS检测装置及其制造工艺具有如下优点:首先，本MEMS检测装置在质量块与盖板，质量块与框架之间设置有过载保护装置，当外界冲击力过大的时候，过载保护装置中的凸点会先接触到弹性部，弹性部的柔性位移会缓冲外界的冲击力，从而将质量块限制在安全工作范围内，并保护质量块。而且本发明中的过载保护装置可以任意设置在质量块、盖板或框架上，并且数量及排列方式不限。技术人员在设计MEMS检测装置的结构时可以先设计完检测装置的整体结构后再在空余位置加入过载保护装置。此外，本发明中的弹性部是通过光刻和刻蚀而形成，在光刻阶段可以自由定义弹性部的大小和排列方式。并且通过刻蚀的厚度来定义过载保护装置中的缓冲区域的大小。为此，在制造过程中无需增加复杂的工艺步骤就能制造出过载保护装置。而且由于腐蚀工艺及键合工艺较为简单，本产品生产工艺的生产效率较高、成本也较低。
【专利附图】
【附图说明】
[0061]图1为本发明的第一个实施例的结构示意图。
[0062]图2为本发明的第二个实施例的结构示意图。
[0063]图3为本发明中测量体的俯视图。
[0064]图4为本发明中过载保护装置的第一种实施例示意图。
[0065]图5为本发明中过载保护装置的第二种实施例示意图。
[0066]图6为本发明中过载保护装置的第三种实施例示意图。
[0067]图7为本发明中过载保护装置的第一种位置示意图。
[0068]图8为本发明中过载保护装置的第二种位置示意图。
[0069]图9为本发明中过载保护装置的第三种位置示意图。
[0070]图10为本发明中过载保护装置的第四种位置示意图。
[0071]图11为本发明中的第一种制造方法的第一步、第二步示意图。
[0072]图12为本发明中的第一种制造方法的第三步、第四步示意图。
[0073]图13为本发明中的第一种制造方法的第五步、第六步示意图。
[0074]图14为本发明中的第一种制造方法的第七步、第八步示意图。
[0075]图15为本发明中的第一种制造方法的第九步示意图。
[0076]图16为本发明中的第二种制造方法的第一步、第二步示意图。
[0077]图17为本发明中的第二种制造方法的第三步、第四步示意图。
[0078]图18为本发明中的第二种制造方法的第五步、第六步示意图。
[0079]图19为本发明中的第二种制造方法的第七步、第八步示意图。
[0080]图20为本发明中的第二种制造方法的第九步示意图。
【具体实施方式】
[0081]下面结合附图对本发明做进一步的详述:
[0082]参照图1至图3，按照本发明提供的一种MEMS检测装置，包括有测量体I以及与所述测量体I相连接的盖板2，所述测量体I包括有框架11及设置在所述框架11内自由活动的质量块12。其中，盖板2和质量块12之间或者框架11与质量块12之间设置有过载保护装置3，其中过载保护装置包括有一个弹性部31及一个凸点32。
[0083]参照图1至图3，弹性部31包括一个方体311以及多根弹性梁312，在一个实施例中，凸点32设置在弹性部31上，形成一个整体。优选地，弹性部31的底部有一个凹陷区313。当弹性部31产生形变的时候，凹陷区313为弹性部31提供形变的空间。
[0084]参照图1，在一个实施例中，凸点32设置在弹性部31上，形成一个整体。并根据设计要求设置在盖板2上。当外力过大，质量块12的位移产生超过MEMS检测装置所限定的位移幅度时，凸点32会先与运动方向上的质量块12相接触。接触后，凸点32会迫使弹性部31产生一定的形变，减缓质量块12在运动方向上进一步运动。从而减小外部冲击力对质量块12的影响。同理，所述凸点32及弹性部31也可以根据设计者的需求单个、多个或呈组的设置在质量块12或者框架11上。并限定质量块12的位移幅度，减少外部冲击力对质量块12的影响。
[0085]参照图2，在另一个实施例中，凸点32设置在盖板2上，而弹性部31设置在质量块12上与凸点32相对应的位置上。当质量块12的位移超过MEMS检测装置所限定的位移幅度时，凸点32会与弹性部31接触，弹性部31的柔性变形会缓冲外部冲击力，保护质量块
12。同理，凸点32和弹性部31的位置也可以互换，也可以根据设计者的需求单个、多个或呈组相对的设置在质量块12与盖板2上、质量块12与框架上11。并限定质量块12的位移幅度，减少外部冲击力对质量块12的影响。
[0086]图3则展示了设置在框架11与质量块12之间的，在水平方向上保护质量块的过载保护装置3。同样的，该过载保护装置3也包括弹性部31和凸点32。凸点32可以设置在弹性部31上，形成一个整体。或者将两者分开单独设置在相对应的位置上。此外，该过载保护装置可以根据设计者的需求，设置在框架11上或者质量块12上。
[0087]图4至图6展示了本发明中弹性部31的各种实施例，弹性部31包括一个方体311和多根与方体311相连接的弹性梁312，如图4所示，弹性梁312为四根，并以所述方体311为中心呈十字交叉设置。在图5所示的实施例中，弹性梁312的数量为两根，并设置在方体311的两个相对边上。而在图6所示的实施例中，弹性梁312的数量为四根，并且形状为L型弯曲梁。弹性梁312与方体311的四个角相连接。当然，本发明中的弹性部31的结构并不仅限于上述三种实施例。
[0088]图7至图10展示了本发明中过载保护装置3数量及位置的各种实施例，在图7中，过载保护装置3为一个，并安装在质量块12的中心部位。在图8中，过载保护装置3安装在质量块12的四个端角处，图9中，过载保护装置3成组的安装在质量块12的一边。图10中，过载保护装置3成组的安装在质量块12四边。当然，过载保护装置3的数量及安装位置并不仅限于上述实施例，设计人员可以根据MEMS检测装置的特定要求来自行设定过载保护装置3的数量以及在盖板2、框架11及质量块12上的安放位置。
[0089]参照图1及图2，优选地，所述弹性部31的底端还设置有一个镂空的凹陷区313，凹陷区313为弹性部31提供了形变的空间。设计者可以对外部冲击力进行一个预判，从而来设定过载保护装置3的数量、弹性部31的结构、材质以及凹陷区313的高度。
[0090]根据图11至图15来详细说明用于制造本发明中的MEMS检测装置盖板2的制造工艺，本工艺使用了〈111〉晶向的硅片，该制造工艺包括以下步骤:
[0091]第一步，对硅片背面利用化学气态淀积法(CVD)淀积一层二氧化硅层8。
[0092]第二步，对所述硅片的背面上涂覆光阻剂。之后按照特定图案对硅片的背面进行曝光，并用显影液进行显影。这样被曝光的图案就会显现出来。再利用反应离子干法刻蚀或缓冲氢氟酸对二氧化硅层8上被曝光的部分进行刻蚀直至露出硅层4。
[0093]第三步，去除第二步中涂覆的光刻胶，并再次在所述硅片的背面上涂覆光阻剂。之后按照特定图案对硅片的背面进行曝光，并用显影液进行显影。这样被曝光的图案就会显现出来。再利用反应离子干法刻蚀或缓冲氢氟酸将二氧化硅层8上被曝光的部分刻蚀至一定深度，形成凸点32。
[0094]第四步，去除第三步中涂覆的光刻胶，并再次在所述硅片的背面上涂覆光阻剂。之后按照特定图案对硅片的背面进行曝光，并用显影液进行显影。这样被曝光的图案就会显现出来。再利用深度刻蚀将硅层4上曝光部分刻蚀至一定深度。
[0095]第五步，将第四步中的光刻胶去除，再利用化学气态淀积法(CVD)在硅片背面淀积一层二氧化娃层8 ；
[0096]第六步，利用反应离子干法刻蚀对二氧化硅层8进行刻蚀直至露出硅层，再利用深度刻蚀将暴露在外的硅层4刻蚀至一定深度，形成弹性梁312。
[0097]第七步，利用氢氧化钾、或四甲基氢氧化氨、或乙二胺磷苯二酚对硅层4的背面进行横向刻蚀，形成凹陷区313及自由活动的弹性梁312.
[0098]第八步，利用反应离子干法刻蚀或缓冲氢氟酸将硅片背面的部分二氧化硅8去除，形成完整的保护装置。
[0099]第九步，将两片硅片与测量体I进行键合，形成完整的MEMS测量装置。
[0100]同理，本发明中的盖板2也可以利用绝缘体上外延硅硅片，简称SOI硅片，来制造。SOI硅片包括上硅层5和下硅层6，上硅层5和下硅层6之间设置有氧化埋层7。该制造工艺包括以下步骤:
[0101]第一步，在SOI硅片的背面利用化学气态淀积法(CVD)淀积一层淀积二氧化硅层
8；
[0102]第二步，对所述硅片的背面上涂覆光阻剂。之后按照特定图案对硅片的背面进行曝光，并用显影液进行显影。这样被曝光的图案就会显现出来。再利用反应离子干法刻蚀或缓冲氢氟酸对二氧化硅层8上被曝光的部分进行刻蚀直至露出下硅层6。
[0103]第三步，去除第二步中涂覆的光刻胶，并再次在所述硅片的背面上涂覆光阻剂。之后按照特定图案对硅片的背面进行曝光，并用显影液进行显影。这样被曝光的图案就会显现出来。再利用反应离子干法刻蚀或缓冲氢氟酸将二氧化硅层8上被曝光的部分刻蚀至一定深度，形成凸点32。
[0104]第四步，利用化学气态淀积法(CVD)在SOI硅片的正面及背面淀积一层氮化硅9作为保护层。
[0105]第五步，对所述硅片的背面上涂覆光阻剂。之后按照特定图案对硅片的背面进行曝光，并用显影液进行显影。这样被曝光的图案就会显现出来，再利用深度刻蚀将所述SOI硅片背面暴露在外的下硅层6刻蚀至氧化埋层7 ；
[0106]第六步，通过缓冲氢氟酸横向腐蚀氧化埋层7，形成自由活动的弹性梁；
[0107]第七步，利用干法刻蚀去除SOI硅片的正面及背面的氮化硅层9，并将SOI硅片与测量体I进行键合，形成完整的MEMS测量装置。
[0108]接着，根据图16至图20详细说明用于制造本发明中MEMS检测装置的测量体I的制造工艺，本制造工艺使用了 SOI硅片，该制造工艺包括以下步骤:
[0109]第一步，对绝缘体上外延硅(SOI)硅片的正面及背面进行高温氧化处理，在其表面形成一层二氧化硅层8 ;或者利用化学气态淀积法(CVD)淀积一层二氧化硅层8。
[0110]第二步，利用化学气态淀积法(CVD)在SOI硅片的正面及背面淀积一层氮化硅9。
[0111]第三步，对所述SOI硅片的背面上涂覆光阻剂。之后按照特定图案对SOI硅片的背面进行曝光，并用显影液进行显影。这样被曝光的图案就会显现出来。再利用反应离子干法刻蚀或缓冲氢氟酸对二氧化硅层8及氮化硅层9上被曝光的部分进行刻蚀直至露出下娃层6。
[0112]第四步，利用氢氧化钾、或四甲基氢氧化氨、或乙二胺磷苯二酚将暴露在外的下硅层6深度刻蚀至氧化埋层7 ；
[0113]第五步，对所述SOI硅片的正面上涂覆光阻剂。之后按照特定图案对SOI硅片的正面进行曝光，并用显影液进行显影。这样被曝光的图案就会显现出来。再利用反应离子干法刻蚀或缓冲氢氟酸对二氧化硅层8及氮化硅层9上被曝光的部分进行刻蚀直至露出上娃层5。
[0114]第六步，利用深度刻蚀将暴露在外的上硅层5深度刻蚀至氧化埋层7 ；
[0115]第七步，利用缓冲氢氟酸将SOI硅片的氧化埋层7进行横向刻蚀，形成凹陷区313及自由活动的弹性梁312 ；
[0116]第八步，利用反应离子干法刻蚀或缓冲氢氟酸将SOI硅片表面的二氧化硅层8和氮化硅层9去除；
[0117]第九步，将两块SOI硅片进行硅-硅背对背键合，形成测量体I，之后再与盖板2进行键合，形成完整的MEMS检测装置。
[0118]同理，本发明中的测量体I的也可以利用〈111〉晶向的硅片来制造，制造工艺包括以下步骤:
[0119]第一步，在所述硅片的正面及背面进行高温氧化处理，在其表面形成一层二氧化硅层8 ;或者利用化学气态淀积法(CVD)淀积一层二氧化硅层8 ；
[0120]第二步，利用化学气态淀积法(CVD)在所述硅片的正面及背面淀积一层氮化硅层
9；
[0121]第三步，在所述硅片的背面上涂覆光阻剂。之后按照特定图案对硅片的背面进行曝光，并用显影液进行显影。这样被曝光的图案就会显现出来。再利用反应离子干法刻蚀或缓冲氢氟酸对二氧化硅层8及氮化硅层9上被曝光的部分进行刻蚀直至露出硅层4。
[0122]第四步，深度刻蚀暴露在外的硅层至一定深度；
[0123]第五步，对所述硅片的正面上涂覆光阻剂。之后按照特定图案对硅片的正面进行曝光，并用显影液进行显影。这样被曝光的图案就会显现出来。再利用反应离子干法刻蚀或缓冲氢氟酸对二氧化硅层8及氮化硅层9上被曝光的部分进行刻蚀直至露出硅层4。
[0124]第六步，利用深度刻蚀将暴露在外的硅层4进行深度刻蚀至一定深度，形成弹性梁 312 ；
[0125]第七步，利用化学气态淀积法(CVD)在所述硅片正面淀积一层二氧化硅层8 ；
[0126]第八步，利用反应离子干法刻蚀将所述硅片正面的二氧化硅层8去除，
[0127]第九步，利用深度刻蚀将暴露在外的硅层4进一步刻蚀至一定深度；
[0128]第十步，利用氢氧化钾、或四甲基氢氧化氨、或乙二胺磷苯二酚对硅片正面的硅层4进行横向刻蚀，形成凹陷区313及自由活动的弹性梁312 ;
[0129]第十步，利用反应离子干法刻蚀或缓冲氢氟酸将正面二氧化硅去除，形成测量体1，之后再与盖板2进行键合，形成完整的MEMS检测装置。
[0130]其中，本发明中的上述加工工艺中的氮化硅层9和二氧化硅层8起到保护其所覆盖的硅层，使其不被刻蚀或腐蚀。
[0131]本发明中所述的深度刻蚀及所述刻蚀的方法为以下方法中的一种或多种方法:干法刻蚀或湿法刻蚀，所述干法刻蚀包括:硅的深度反应离子刻蚀及反应离子刻蚀。
[0132]通过在质量块12和盖板2，质量块12和框架11之间设置过载保护装置3可以有效地缓冲外界较大的冲击力，并且将质量块12的活动范围限制在安全的工作范围内，减少这种过载的冲击力对质量块12的影响。从而达到保护MEMS检测装置的目的。而且本发明中的过载保护装置3可以任意设置在质量块12、盖板2或框架11上，并且数量及排列方式不限。并且过载保护装置3是通过光刻和刻蚀而成，只需在光刻阶段对掩膜图案进行修改就可以制作出过载保护装置3。技术人员在设计MEMS检测装置的结构时可以先设计完检测装置的整体结构后再在空余位置加入过载保护装置，并且在制造过程中并不需要另外加入复杂的工艺流程。
【权利要求】
1.一种MEMS检测装置，包括:测量体以及与所述测量体相连接的盖板，所述测量体包括框架及设置在所述框架内自由活动的质量块，其特征在于，所述盖板与所述质量块之间设置有过载保护装置，所述过载保护装置包括弹性部及凸点；所述凸点设置在所述弹性部上，所述弹性部设置在所述质量块或所述盖板上，所述凸点限制所述质量块的运动幅度。
2.如权利要求1所述的MEMS检测装置，其特征在于，所述弹性部设置在所述质量块上，所述凸点设置在所述盖板上与所述弹性部相对应的位置，所述凸点与所述弹性部相接触，并限制所述质量块的运动幅度；或所述弹性部设置在所述盖板上，所述凸点设置在所述质量块上与所述弹性部相对应的位置上，所述凸点与所述弹性部相接触，并限制所述质量块的运动幅度。
3.如权利要求1所述的MEMS检测装置，其特征在于，所述过载保护装置设置在所述质量块与所述框架之间，所述弹性部设置在所述质量块或所述框架上，所述凸点设置在所述弹性部上，所述凸点限制所述质量块的运动幅度。
4.如权利要求1所述的MEMS检测装置，其特征在于，所述弹性部设置在所述质量块上，所述凸点设置在所述框架上与所述弹性部相对应的位置，所述凸点与所述弹性部相接触，并限制所述质量块的运动幅度；或所述弹性部设置在所述框架上，所述凸点设置在所述质量块上的与所述弹性部相对应的位置，所述凸点与所述弹性部相接触，并限制所述质量块的运动幅度。
5.如权利要求1至4任一所述的MEMS检测装置，其特征在于，所述弹性部包括:方体以及与所述方体相连接的多根弹性梁，所述凸点设置于所述方体上。
6.如权利要求5所述的MEMS检测装置，其特征在于，所述弹性梁以所述方体为中心呈十字交叉设置。
7.如权利要求5所述的MEMS检测装置，其特征在于，所述弹性梁设置在所述方体的两个相对边上。
8.如权利要求5所述的MEMS检测装置，其特征在于，所述弹性梁为L型弯曲梁，并与所述方体的四个角相连接。
9.如权利要求1至4任一所述的MEMS检测装置，其特征在于，所述弹性部为一个或多个成组设置。
10.如权利要求9所述的MEMS检测装置，其特征在于，所述弹性部设置在所述质量块的中心位置；或者设置在所述质量块的端角；或者设置在所述质量块的一边或多边上。
11.如权利要求9所述的MEMS检测装置，其特征在于，所述弹性部设置在所述盖板上与所述质量块的中心相对应的位置；或者设置在所述盖板上与所述质量块的端角相对应的位置；或者设置在所述盖板上与所述质量块的一边或多边相对应的位置。
12.如权利要求9所述的MEMS检测装置，其特征在于，所述弹性部设置在所述框架上与所述质量块的中心相对应的位置；或者设置在所述框架上与所述质量块的端角相对应的位置；或者设置在所述框架上与所述质量块的一边或多边相对应的位置。
13.如权利要求1所述的MEMS检测装置，其特征在于，所述MEMS检测装置采用〈111〉晶向的硅片。
14.如权利要求1所述的MEMS检测装置，其特征在于，所述MEMS检测装置采用包括有上硅层及下硅层的绝缘体上外延硅结构，每层硅层之间分别设置有氧化埋层。
15.一种MEMS检测装置的制造工艺，其特征在于，所述制造工艺包括以下步骤: 第一步，在所述绝缘体上外延硅硅片的正面及背面生长或淀积出二氧化硅层； 第二步，在所述绝缘体上外延硅硅片的正面及背面淀积一层氮化硅层； 第三步，通过光刻及刻蚀，将所述绝缘体上外延硅硅片背面的部分氮化硅层及二氧化硅层去除，并露出下硅层； 第四步，将下硅层暴露在外的部分刻蚀至氧化埋层； 第五步，通过光刻及刻蚀，将所述绝缘体上外延硅硅片正面的部分氮化硅层及二氧化娃层去除，露出上娃层； 第六步，将上硅层暴露在外的部分进行深度刻蚀至氧化埋层，形成弹性梁； 第七步，对所述氧化埋层进行刻蚀，形成凹陷区及自由活动的弹性梁； 第八步，将绝缘体上外延硅硅片正面及背面的氮化硅层及二氧化硅层去除；并将绝缘体上外延硅硅片与其他硅片进行键合，形成完整的测量装置。
16.一种MEMS检测装置的制造工艺，其特征在于，所述制造工艺包括以下步骤: 第一步，在所述硅片的正面及背面生长或淀积出二氧化硅层； 第二步，在所述硅片的正面及背面淀积一层氮化硅层； 第三步，通过光刻及刻蚀，将所述硅片背面的部分氮化硅层及二氧化硅层去除，并露出背面的硅层； 第四步，将背面的硅层暴露在外的部分进行深度刻蚀至一定深度； 第五步，通过光刻及刻蚀，将所述硅片正面的部分氮化硅层及二氧化硅层去除，露出正面的娃层； 第六步，将硅层正面暴露在外的部分进行深度刻蚀至一定深度，形成弹性梁； 第七步，在所述硅片正面淀积一层二氧化硅层； 第八步，通过刻蚀及深度刻蚀，将所述硅片正面被曝光的部分的二氧化硅层去除，再将暴露在外的硅层进一步刻蚀至一定深度； 第九步，对硅片正面的硅层进行横向刻蚀，形成凹陷区及自由活动的弹性梁； 第十步，去除正面二氧化硅，并将所述硅片与其他硅片进行键合，形成完整的测量装置。
17.一种MEMS检测装置的制造工艺，其特征在于，所述制造工艺包括以下步骤: 第一步，在硅片的背面淀积二氧化硅层； 第二步，通过光刻及刻蚀，对所述硅片背面的部分二氧化硅层进行两次刻蚀，形成凸占.第三步，通过光刻及刻蚀，将所述硅片背面暴露在外的硅层刻蚀至一定深度； 第四步，将第三步中的光刻胶去除，并在所述硅片的背面淀积一层二氧化硅层； 第五步，通过光刻、刻蚀及深度刻蚀，将所述硅片背面被曝光的部分的二氧化硅层去除，再将暴露在外的硅层进一步刻蚀至一定深度，形成弹性梁； 第六步，对硅片背面的硅层进行横向刻蚀，形成凹陷区及自由活动的弹性梁； 第七步，通过光刻和刻蚀，将硅片背面的部分二氧化硅去除； 第八步，将硅片与其他硅片进行键合，形成完整的MEMS测量装置。
18.一种MEMS检测装置的制造工艺，其特征在于，所述制造工艺包括以下步骤: 第一步，在绝缘体上外延硅硅片的背面淀积二氧化硅层； 第二步，通过光刻及刻蚀，对所述绝缘体上外延硅硅片背面的部分二氧化硅层进行两次刻蚀，形成凸点； 第三步，在绝缘体上外延硅硅片的表面淀积一层氮化硅作为保护层； 第四步，通过光刻、刻蚀及深度刻蚀，将所述绝缘体上外延硅硅片背面暴露在外的硅层刻蚀至氧化埋层； 第五步，对所述氧化埋层进行横向刻蚀，形成自由活动的所述弹性梁； 第六步，通过刻蚀，将绝缘体上外延硅硅片表面的氮化硅去除，并与其他硅片进行键合，形成完整的MEMS测量装置。
19.根据权利要求15至18任一所述的加速度计的制造工艺，其特征在于，所述深度刻蚀及所述刻蚀的方法为以下方法中的一种或多种方法:干法刻蚀或湿法刻蚀，所述干法刻蚀包括:娃的深度反应离子刻蚀及反应离子刻蚀。
20.根据权利要求15至18任一所述的加速度计的制造工艺，其特征在于，所述用于腐蚀硅层的腐蚀剂为以下腐蚀剂中的一种或多种的组合:氢氧化钾、四甲基氢氧化氨、乙二胺磷苯二酚或气态的二氟化氙。
21.根据权利要求15至18任一所述的加速度计的制造工艺，其特征在于，所述用于腐蚀二氧化硅层的腐蚀剂为以下腐蚀剂中的一种或多种的组合:缓冲氢氟酸、49%氢氟酸或气态的氟化氢。
【文档编号】B81C1/00GK104296784SQ201310304674
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年7月19日 优先权日:2013年7月19日
【发明者】于连忠, 孙晨 申请人:中国科学院地质与地球物理研究所