CN102156203B - Mems惯性传感器及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

一种MEMS惯性传感器及其形成方法，其中所述MEMS惯性传感器包括：可移动敏感元素；第二衬底和第三衬底；所述可移动敏感元素采用第一衬底形成，所述第一衬底为单晶半导体材料，所述第一衬底包括相对的第一表面和第二表面，所述第一衬底的第一表面上形成有一层或者多层导电层，所述第二衬底结合至所述第一衬底上的一层或者多层导电层的表面，所述第三衬底结合至所述可移动敏感元素的一侧，所述第三衬底和第二衬底分别位于所述可移动敏感元素的相对两侧。本发明通过采用单晶半导体材料制作传感器敏感元素，从而制成较厚的惯性传感器的可移动敏感元件，可以加大质量块的质量，提高所述惯性传感器的灵敏度。

Description

MEMS惯性传感器及其形成方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别地，本发明涉及MEMS惯性传感器及其形成方法。
背景技术
在很多运动物体的控制、检测和导航系统中，不仅需要位移、角位移、速度、角速度信息，更需要加速度、角速度信息。惯性传感器(包括加速度传感器与角速度传感器)就是一种测试加速度、角速度的仪器。
从二十世纪八十年代末开始，随着微机电系统(Micro-Electro-Mechanical-System，MEMS)技术的发展，各种传感器实现了微小型化，以MEMS技术为基础的MEMS惯性传感器由于采用MEMS加工工艺，实现了批量生产，克服了原有惯性传感器体积大、成本高等缺点，成为未来发展的主要方向。
目前的MEMS惯性传感器通常采用电容式惯性传感器，所述电容式惯性传感器一般包括探测物体运动的固定电极、物体运动导致与固定电极之间发生电容变化的可移动敏感元素(一般称可动电极)、以及与固定电极和可动电极相电连接的电信号连接。在MEMS惯性传感器中，可移动敏感元素一般也充当质量块以减少整个器件体积重量，就质量块本身来说，质量越大，惯性越大。
现有技术中，Bosch，ST，Freescale，ADI等公司现大多用淀积的多晶硅作为制作MEMS惯性传感器的结构材料(以下简称多晶硅方法)。所述多晶硅方法具有工艺简便的优点，但是其材料应力较大，一方面会影响到器件的重复性，另一方面由于多晶硅内部具有应力，其厚度较小，对传感器的尺寸造成限制，不利于制作高灵敏度的惯性传感器，而且由于其重复性不够好，生产成品率下降，造成成本上升。
专利号为US6,170,332B1的美国专利公开了一种微机械加速度传感器，其采用单一硅晶圆进行制作，通过刻蚀方法在一个晶圆中形成MEMS惯性传感器的各个部分，但是由于刻蚀技术自身固有的缺陷-不均匀，故形成的传感器性能比如可靠性会受到影响。
而且前述美国专利中的Z轴传感器根据竖直方向的位移所引起电容器面积变化从而引起电容量的变化来侦测Z轴加速度的大小，这样竖直方向(Z轴)传感器的设计受到限制。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种MEMS惯性传感器及其形成方法，克服了现有技术的MEMS惯性传感器的可靠性和重复性不好、成品率低的缺陷。
为解决上述问题，本发明实施例提供了一种MEMS惯性传感器，包括：可移动敏感元素，第二衬底和第三衬底；所述可移动敏感元素采用第一衬底形成，所述第一衬底为单晶半导体材料，所述第一衬底包括相对的第一表面和第二表面，所述第一衬底的第一表面上形成有一层或者多层导电层，所述第二衬底与所述第一衬底上的一层或者多层导电层的表面结合，所述第三衬底与所述可移动敏感元素的一侧结合，且所述第三衬底和第二衬底分别位于所述可移动敏感元素的相对两侧。
可选地，所述一层或者多层导电层包括MEMS惯性传感器的第一电屏蔽层、互连层、固定电极的支撑点、可移动敏感元素的支撑点、或者前述结构的任意组合，所述互连层包括一层或者多层互连线。
可选地，所述一层或者多层导电层包括第一电屏蔽层。
可选地，所述一层或者多层导电层包括第一电屏蔽层和互连层，所述互连层比所述第一电屏蔽层更为靠近所述第一衬底的第一表面。
可选地，所述MEMS惯性传感器还包括抗粘连结构，所述抗粘连结构采用所述第一衬底、或者所述一层或者多层导电层制作。
可选地，所述MEMS惯性传感器为加速度传感器，所述加速度传感器包括X轴传感器、Y轴传感器、Z轴传感器或其任意组合。
可选地，所述MEMS惯性传感器为转角器，所述转角器包括X轴转角器、Y轴转角器、或Z轴转角器或其任意组合，所述转角器还包括探测电极和固定电极。
可选地，所述一层或者多层导电层包括MEMS惯性传感器的第一电屏蔽层，所述第二衬底直接或者经过导电的键合层结合至所述第一衬底上的第一电屏蔽层上，所述第二衬底与所述第一电屏蔽层共同作为传感器的电学屏蔽层。
可选地，所述一层或者多层导电层包括MEMS惯性传感器的第一电屏蔽层，所述第二衬底通过键合层键合至所述第一衬底上的一层或者多层导电层表面上，所述键合层至少包括一层绝缘层，所述第一电屏蔽层作为传感器的电学屏蔽层。
可选地，所述第一衬底的第二表面为经过减薄的表面，所述传感器的可动敏感元素采用减薄后的第一衬底形成。
相应地，本发明实施例还提供一种MEMS惯性传感器的形成方法，包括：提供第一衬底，所述第一衬底为单晶的半导体衬底，所述第一衬底具有第一表面和与之相对的第二表面；在第一衬底的第一表面上形成一层或者多层导电层；提供第二衬底；将第二衬底结合至所述第一衬底上的一层或者多层导电层的表面；从所述第一衬底的第二表面侧采用第一衬底形成可移动敏感元素；提供第三衬底；将第三衬底结合至所述可移动敏感元素的一侧，所述第三衬底和第二衬底分别位于所述可移动敏感元素的相对两侧。
可选地，所述一层或者多层导电层包括MEMS惯性传感器的第一电屏蔽层、互连层、固定电极的支撑点、可移动敏感元素的支撑点、或者前述结构的任意组合，所述互连层包括一层或者多层互连线。
可选地，所述一层或者多层导电层包括第一电屏蔽层。
可选地，所述一层或者多层导电层包括第一电屏蔽层和互连层，所述互连层比所述第一电屏蔽层更为靠近所述第一衬底的第一表面。
可选地，还包括采用所述第一衬底或者一层或者多层导电层制作所述MEMS惯性传感器的抗粘连结构步骤。
可选地，所述MEMS惯性传感器为加速度传感器，所述加速度传感器包括X轴传感器、Y轴传感器、Z轴传感器或其任意组合。
可选地，所述MEMS惯性传感器为转角器，所述转角器包括X轴转角器、Y轴转角器、Z轴转角器或其任意组合。
可选地，还包括采用所述第一衬底形成所述转角器的固定电极步骤。
可选地，所述一层或者多层导电层包括传感器的第一电屏蔽层，所述将第二衬底直接或者通过键合层结合至第一衬底上的一层或者多层导电层的表面为将第二衬底直接或者经过导电的键合层结合至所述第一衬底上的第一电屏蔽层上，所述第二衬底与所述第一电屏蔽层共同作为传感器的电学屏蔽层。
可选地，所述一层或者多层导电层包括传感器的第一电屏蔽层，所述将第二衬底直接或者通过键合层结合至第一衬底上的一层或者多层导电层的表面为将第二衬底经由键合层键合至所述第一衬底上的一层或者多层导电层上，所述键合层至少包括一层绝缘层，所述第一电屏蔽层作为传感器的电学屏蔽层。
可选地，在从所述第一衬底的第二表面侧采用第一衬底形成传感器的可移动敏感元素步骤之前还包括从所述第一衬底的第二表面侧进行减薄步骤。
与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：通过采用单晶半导体材料(第一衬底)制作传感器敏感元素，从而可以制备出较厚的惯性传感器的可移动敏感元件，即可动电极，从而可以加大质量块的质量，提高MEMS惯性传感器的灵敏度和可靠性，而且采用单晶半导体材料(第一衬底)制作传感器敏感元素可以提高制作MEMS惯性传感器的重复性以及成品率。
而且，本发明实施例通过在所述第一衬底上还形成一层或者多层导电层，所述一层或者多层导电层可以用于制作MEMS惯性传感器的电学屏蔽层、MEMS惯性传感器的互连层、MEMS惯性传感器的固定电极、MEMS惯性传感器的固定电极的支撑点、MEMS惯性传感器的可移动敏感元素的支撑点、或者包括前述结构的任意组合，这样，一方面降低了制作工艺的难度，增加了制作MEMS惯性传感器的灵活性以及更易于进行布局，而且增加了与其他器件进行集成的灵活性，所述电屏蔽层与所述互连层中的屏蔽互连线电连接，从而防止所述MEMS惯性传感器受到外界环境的干扰。
此外，本发明实施例的MEMS惯性传感器包括抗粘连结构，所述抗粘连结构采用所述第一衬底、或者所述一层或者多层导电层制作，形成抗粘连结构的工艺简单。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的X轴、Y轴的传感器结构示意图；
图2是本发明的一个实施例的Z轴的传感器立体结构示意图；
图3是本发明的另一个实施例的Z轴的传感器立体结构示意图；
图4是本发明的一个实施例的转角器的结构示意图；
图5是本发明的一个实施例的转角器的剖面结构示意图；
图6是本发明的一个实施例的形成惯性传感器的方法的流程示意图；
图7至图17是本发明的一个实施例的形成本发明的惯性传感器的方法的剖面结构示意图；
图18至21是本发明的一个实施例的形成带有抗粘连结构的惯性传感器的方法的剖面结构示意图；
图22至24是本发明的另一个实施例的形成带有抗粘连结构的惯性传感器的方法的剖面结构示意图；
图25至28是本发明的又一个实施例的形成带有抗粘连结构的惯性传感器的方法的剖面结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例通过采用单晶半导体材料(第一衬底)制作传感器敏感元素，从而可以制备出较厚的惯性传感器的可移动敏感元件，即可动电极，提高MEMS惯性传感器的灵敏度和可靠性，而且采用单晶半导体材料(第一衬底)制作传感器敏感元素可以提高制作MEMS惯性传感器的重复性以及成品率。
而且，本发明实施例通过在所述第一衬底上还形成一层或者多层导电层，所述一层或者多层导电层可以用于制作MEMS惯性传感器的电学屏蔽层、MEMS惯性传感器的互连层、MEMS惯性传感器的固定电极、MEMS惯性传感器的固定电极的支撑点、MEMS惯性传感器的可移动敏感元素的支撑点、或者包括前述结构的任意组合，这样，一方面降低了制作工艺的难度，增加了制作MEMS惯性传感器的灵活性以及更易于进行布局，而且增加了与其他器件进行集成的灵活性，所述电屏蔽层与所述互连层中的屏蔽互连线电连接，从而防止所述MEMS惯性传感器受到外界环境的干扰。
此外，本发明实施例的MEMS惯性传感器包括抗粘连结构，所述抗粘连结构采用所述第一衬底、或者所述一层或者多层导电层制作，形成抗粘连结构的工艺简单。
为了达到上述发明目的，本发明提供了如下了技术方案。
首先，本发明实施例提供一种MEMS惯性传感器，包括：可移动敏感元素；第二衬底和第三衬底，所述可移动敏感元素位于所述第二衬底和第三衬底之间；所述可移动敏感元素采用第一衬底形成，所述第一衬底为单晶半导体材料，所述第一衬底包括相对的第一表面和第二表面，所述第一衬底的第一表面上形成有一层或者多层导电层，所述第二衬底与所述第一衬底上的一层或者多层导电层的表面结合，所述第三衬底与所述可移动敏感元素的与所述第二衬底相对的一侧结合。其中，所述第二衬底可以直接结合或者通过键合层结合至所述第一衬底上的一层或者多层导电层的表面，所述第三衬底和第二衬底分别位于所述可移动敏感元素的相对两侧。
本发明的MEMS惯性传感器可以是加速度传感器或者转角器(又称陀螺仪)，无论是转角器还是加速度传感器，均包括用于信号转换(比如将加速度或者转动的角速度转换为电信号)的传感器单元，所述传感器单元包括可移动敏感元素(又称可动电极)、固定电极、以及将可动电极和固定电极进行对应引出的互连层、用于支撑可动电极、固定电极的支撑点，所述传感器单元为所述MEMS惯性传感器的核心结构，本发明的MEMS惯性传感器的可动电极的材质为单晶半导体材料。
通常，所述加速度传感器包括X轴传感器、Y轴传感器、Z轴传感器或其结合，图1给出本发明的一个实施例的加速度传感器的X轴传感器的俯视结构示意图，包括：固定电极以及可动电极。所述固定电极包括两个相邻的固定电极指，分别为第一固定电极指101和第二固定电极指102。所述可动电极包括平行排列的可动电极指，分别为第一可动电极指103和第二可动电极指104，所有可动电极指的两端分别连接至平行的两条可动连接臂上(未标记)。每两个相邻的固定电极指中间交错排列一个可动电极指，这样，所述第一固定电极指101与第一可动电极指103组成第一电容器，所述第二固定电极指102与第二可动电极指104组成第二电容器。当可动电极沿X轴运动的时候，所述电容器的两个极板之间距离会发生改变，而且两个电容器的变化情况相反，通过侦测改变的电容量，可以获得所述加速度传感器的沿X轴方向的加速度。
所述加速度传感器的还可以包括Y轴传感器，本领域技术人员知晓，所述Y轴传感器的结构与所述X轴传感器的结构类似，在此不再详述。
所述加速度传感器的还包括Z轴传感器，通常Z轴传感器的结构具有两种结构，具体请参照图2和图3，首先请参照图2，包括：固定电极和可动电极，所述固定电极包括第一固定电极201、第二固定电极202，所述可动电极包括第一可动电极203和第二可动电极204，所述固定电极固定在基板200上。所述可动电极可以围绕扭转轴206进行运动，所述可动电极上还设置有加重梁(Seismic mass)，本实施例中，在所述第二可动电极204的外侧设置了加重梁205，故所述可动电极相对于所述扭转轴206为非对称结构。所述固定电极和可动电极构成电容器的两个极板，当所述加速度传感器运动的时候，所述固定电极与所述可动电极之间的电容量会发生改变，通过侦测电容量的改变，可以获得所述加速度传感器沿Z轴方向的加速度信息。
另一种Z轴传感器请参照图3，包括：可动电极和固定电极，所述可动电极包括多个可动电极指301，所述多个可动电极指301的中部通过横梁进行连接形成一体结构并且可以上下移动，所述固定电极包括第一固定电极指302和第二固定电极指303，所述第一固定电极指302和第二固定电极指303与所述可动电极指301之间相对放置，形成两个电容器，当所述可动电极指301上下运动时，所述可动电极指301与第一固定电极指302和第二固定电极指303之间形成的电容器的电容量发生改变，从而可以获得Z轴方向的加速度信息。
上述两种Z轴传感器的结构不同，其传感原理类似，均是根据可动电极与固定电极之间形成的电容器的电容量的改变感知Z轴方向加速度信息，但是二者之间不同的是，图2所示的结构是根据改变电容器的两个极板之间的距离改变电容量，而图3所示的结构是根据改变电容器的两个极板之间的面积改变电容量。
图4给出转角器的俯视结构示意图，图5给出沿图4中AA’的剖面结构示意图，所述转角器包括：可动电极、固定电极、探测电极，具体地，所述可动电极包括第一可动电极901、第二可动电极902；所述固定电极包括第一固定电极903、第二固定电极904、第三固定电极905，所述第三固定电极905位于第一固定电极903和第二固定电极904之间；所述第一可动电极901位于第一固定电极903和第三固定电极905之间，所述第二可动电极902位于所述第二固定电极904与第三固定电极905之间，所述第一可动电极901与第一固定电极903和第三固定电极905之间分别形成两个叉指电容器，所述第二可动电极902与第二固定电极904和第三固定电极905之间分别形成两个叉指电容器，当第一固定电极903与第一可动电极901之间具有电位差，所述第一可动电极901会向所述第一固定电极903方向进行运动，当第三固定电极905与第一可动电极901之间具有电位差，所述第一可动电极901会向所述第三固定电极905方向进行运动，对于所述第二可动电极902与第二固定电极904和第三固定电极905之间具有同样的情况，故所述第一可动电极901和第二可动电极902在交流的电信号作用下会分别向靠近第一固定电极903或者第二固定电极904方向运动、或者向靠近第三固定电极905方向运动。
所述转角器还包括第一探测电极906和第二探测电极907，所述第一探测电极906和第二探测电极907分别与第一可动电极901和第二可动电极902之间具有交叠面积，而且所述探测电极与可动电极之间具有空腔或者介质，具体请参照图5，所述探测电极与可动电极之间形成电容器，当所述第一可动电极901和第二可动电极902沿X轴方向运动时候，同时，器件具有沿Y轴的转动时，所述第一可动电极901和第二可动电极902会产生沿Z轴方向的位移，所述探测电极与可动电极之间形成的电容器的电容量发生改变，从而可以感知角速度信息。
前述的加速度传感器以及转角器的结构仅给出固定电极和可动电极部分的结构，实际的加速度传感器以及转角器还包括其他结构，比如包括：
用于形成可动电极的第一衬底，所述第一衬底为单晶半导体材料，所述第一衬底包括第一表面和第二表面。所述第一衬底的第二表面为经过减薄的表面，所述MEMS惯性传感器包括加速度传感器和转角器的可动动电极采用减薄后的第一衬底形成。
所述MEMS惯性传感器还可以包括第二衬底，所述第二衬底主要用于机械支撑，所述第二衬底结合至所述第一衬底上的一层或者多层导电层的表面。若所述一层或者多层导电层包括传感器的第一电屏蔽层(所述第一电屏蔽层为最远离所述第一衬底的第一表面的导电层)，无论所述一层或者多层导电层是否包括传感器的互连层，所述第二衬底可以结合至第一衬底上的第一电屏蔽层的表面。而且，若所述第二衬底直接或者经过导电的键合层结合至所述第一衬底上的第一电屏蔽层上，所述第二衬底与所述第一电屏蔽层共同作为传感器的电学屏蔽层；若所述第二衬底经由键合层键合至所述第一衬底上的一层或者多层导电层上，且所述键合层至少包括一层绝缘层的话，所述第一电屏蔽层单独作为传感器的电学屏蔽层。
所述MEMS惯性传感器还可以包括第三衬底，所述第三衬底结合至所述传感器的可动电极的一侧。所述第三衬底用于将所述传感器进行密封，同时可以包含电路。
所述第一衬底的第一表面上形成有一层或者多层导电层，所述一层或者多层导电层可以为MEMS惯性传感器的第一电屏蔽层、MEMS惯性传感器的互连层、MEMS惯性传感器的固定电极的支撑点、MEMS惯性传感器的可动电极的支撑点、或者前述结构的任意组合。
所述一层或者多层导电层包括第一电屏蔽层、或者既包括第一电屏蔽层又包括互连层，在所述一层或者多层导电层包括第一电屏蔽层和互连层的情况下，所述互连层比所述第一电屏蔽层更为靠近所述第一衬底的第一表面。
所述互连层包括一层或者多层互连线，所述一层或者多层互连线与所述MEMS惯性传感器的固定电极、可动电极、探测电极(转角器)对应电连接。
所述支撑点用于固定支撑所述传感器所需的电极，所述支撑点通常包括电连接所述可动电极、固定电极、探测电极(转角器)的连接臂以及用于固定所述可动电极、固定电极、探测电极的固定端。
若所述一层或者多层导电层仅为MEMS惯性传感器的第一电屏蔽层，所述MEMS惯性传感器所需的其他结构比如固定电极、探测电极(转角器)、互连层、支撑点等可以在其他衬底上形成，当然也可以采用形成第一电屏蔽层的导电层制作固定电极、支撑点，在其他衬底上形成互连层、探测电极(转角器)等结构；而且，还可以采用第一衬底形成支撑点，比如可动电极的支撑点。
若所述一层或者多层导电层为MEMS惯性传感器的互连层，所述MEMS惯性传感器所需的其他结构比如固定电极、探测电极(转角器)、支撑点等可以在其他衬底上形成，当然也可以采用形成MEMS惯性传感器的互连层的材料来制作，甚至还可以不采用所述一层或者多层导电层形成，而是通过额外形成其它的一层或者多层导电材料层制作这些结构；再者，所述支撑点，比如可动电极的支撑点还可以采用第一衬底形成。
若所述一层或者多层导电层既包括MEMS惯性传感器的互连层又包括MEMS惯性传感器的第一电屏蔽层，所述互连层要比所述第一电屏蔽层更为靠近所述第一衬底的第一表面，所述MEMS惯性传感器所需的其他结构比如固定电极、探测电极(转角器)、支撑点等可以在其他衬底上形成，当然，也可以采用形成所述传感器的互连层的一层或者多层导电层形成，甚至还可以不采用所述一层或者多层导电层形成，而是通过额外形成的其它的一层或者多层导电材料层形成；再者，所述支撑点，比如可动电极的支撑点还可以采用第一衬底形成。
依次类推，根据实际的工艺、实际MEMS惯性传感器的需求以及目的，基于本发明的思想还可以对所述MEMS惯性传感器的固定电极、支撑点、互连线、探测电极(转角器)作出其他各种设计和布局，在此特别说明，不应过分限制本发明的范围。
若所述MEMS惯性传感器为加速度传感器，所述传感器包括X轴传感器、Y轴传感器、Z轴传感器或其任意组合。所述X轴传感器、Y轴传感器的可动电极和固定电极均可采用所述第一衬底形成。
若所述Z轴传感器采用如图2所示的结构，所述Z轴传感器的固定电极采用所述一层或者多层导电层形成。优选地，若所述一层或者多层导电层仅包括第一电屏蔽层，所述Z轴传感器的固定电极采用形成所述第一电屏蔽层的材料形成。再优选地，若所述一层或者多层导电层包括互连层，无论所述一层或者多层导电层是否还包括第一电屏蔽层，所述Z轴传感器的固定电极采用形成所述互连层的材料形成，而且，再进一步地，所述Z轴传感器的固定电极采用最靠近所述第一衬底的互连层中的导电材料层形成。
若所述Z轴传感器采用如图3所示的结构，所述Z轴传感器的固定电极采用所述第一衬底形成。
进一步优选地，所述加速度传感器的Z轴传感器的固定电极或者可动电极侧形成有抗粘连结构，用于防止所述可动敏感元素与所述固定电极相接触时造成粘连，所述抗粘连结构可以导电层材料或者绝缘层材料制作，作为本发明的一个优选实施例，采用一层或者多层导电层形成，或者采用第一衬底形成。不管采用如图2所示的结构，还是如图3所示的结构，优选地，所述抗粘连结构采用一层或者多层导电层形成，而且再进一步优化地，采用最靠近所述第一衬底的导电层形成。
若所述MEMS惯性传感器为转角器，所述转角器包括X轴转角器、Y轴转角器、Z轴转角器或其任意组合，所述X轴转角器、Y轴转角器、以及Z轴转角器是指分别用于探测X轴、Y轴、Z轴方向的角速度的转角器。所述转角器还包括探测电极和固定电极，作为一个实施例，所述X轴转角器、Y轴转角器的固定电极采用所述第一衬底形成，所述X轴转角器、Y轴转角器的探测电极采用所述一层或者多层导电层形成，所述Z轴转角器的固定电极和探测电极均采用第一衬底形成。
优选地，若所述一层或者多层导电层为所述转角器的互连层，可以采用形成所述互连层的材料形成X轴转角器或者Y轴转角器的探测电极。
优选地，若所述一层或者多层导电层仅包括第一电屏蔽层，可以采用形成所述第一电屏蔽层的材料形成X轴转角器或者Y轴转角器的探测电极。
采用所述第一衬底形成所述转角器的固定电极，由于固定电极可以形成的比较厚，这样在使用中拉伸的距离比较大，驱动的速度比较大，从而探测灵敏度比较高。
进一步优化地，所述转角器的X轴转角器或者Y轴转角器的固定电极或者可动电极侧形成有抗粘连结构，由于X轴转角器或者Y轴转角器的可动电极和固定电极均采用所述第一衬底形成，所述抗粘连结构可以采用所述第一衬底、或者所述一层或者多层导电层制作。
本发明通过在第一衬底上形成一层或者多层导电层，可以灵活地形成各类MEMS惯性传感器，而且由于采用所述第一衬底形成所述传感器的可动电极，还可以克服现有技术的采用多晶硅层形成MEMS惯性传感器所带来的不足，比如现有技术的由于多晶硅应力导致厚度受到限制的缺陷。
同样，对于转角器来说，由于采用单晶的半导体衬底制备可动电极，形成的可动电极的厚度和质量较大，这样也可以灵敏地探测角速度。
尽管现有技术也公开采用单晶硅来制作MEMS惯性传感器，但是如前所述，由于其MEMS惯性传感器的各个部分均采用刻蚀的方法形成，由于刻蚀方法的自身的不均匀性，形成的可移动敏感元件结构不均匀，影响器件性能，比如可靠性。
本发明还提供一种形成MEMS惯性传感器的方法的实施例，具体通过如下步骤实现，请参照图6，包括：执行步骤S101，提供第一衬底，所述第一衬底为单晶的半导体衬底，所述第一衬底具有第一表面和与之相对的第二表面；执行步骤S103，在第一衬底的第一表面上形成一层或者多层导电层；执行步骤S105，提供第二衬底；执行步骤S107，将第二衬底直接或者通过键合层结合至第一衬底上的一层或者多层导电层的表面；执行步骤S109，从所述第一衬底的第二表面侧采用第一衬底形成传感器的可动电极；执行步骤S111，提供第三衬底；执行步骤S113，将第三衬底结合至所述可动电极的与所述第二衬底相对的一侧。下面结合说明书附图7～17，详细说明形成本发明的惯性传感器的方法。
如前所述，本发明的第一衬底上的一层或者多层导电层可以包括互连层、第一电屏蔽层、固定电极的支撑点、可动电极的支撑点、或者以及前述这些结构的任意组合，因此本发明MEMS惯性传感器的结构也是多样的，形成这些MEMS惯性传感器的方法也是多样的，下文给出的形成本发明的MEMS惯性传感器的方法实施例中以第一衬底上的一层或者多层导电层既包括互连层、固定电极的支撑点、又包括第一电屏蔽层为例加以说明，若第一衬底上的一层或者多层导电层还可以为其他结构或者包括其他结构，本领域技术人员可以基于此实施例以及本领域的普通技术知识进行类推，在此特别强调，不应过分限制本发明的保护范围。
首先请参照图7，提供第一衬底401，所述第一衬底401包括第一表面和与之相对的第二表面。
所述第一衬底401可以为单晶的半导体材料，比如所述第一衬底401可以为单晶硅、单晶锗硅等单晶的半导体材料。作为本发明的一个实施例，所述第一衬底401为单晶硅。
在第一衬底401的第一表面形成互连层，具体包括：在所述第一衬底401的第一表面上形成第一绝缘层402，刻蚀所述第一绝缘层402，在所述第一绝缘层402内形成第一开口，所述第一开口暴露出所述第一衬底401。所述第一绝缘层402可以为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等介质材料，作为一个实施例，所述第一绝缘层402为氧化硅。
在所述第一绝缘层402上形成第一导电层，所述第一导电层填充满所述第一开口，刻蚀所述第一导电层，形成第一互连线层403，所述第一互连线层403具体包括分立的作为不同用途的互连线，分别用于将不同的信号引出。本实施例中，所述第一互连线层403包括：用于将传感器敏感元素的固定电极引出的固定电极互连线403a、第一互连线403b、第二互连线403c、第一屏蔽互连线403d、第二屏蔽互连线403e，第一屏蔽互连线403d、第二屏蔽互连线403e用于将传感器中的对应电极与电学屏蔽层进行电连接。
本实施例中，还包括形成固定电极的支撑点403f，所述支撑点403f还具有电连接的作用，与所述固定电极互连线403a电连接。作为一个实施例，所述固定电极的支撑点403f与所述互连层采用形成所述互连层的第一导电层材料形成。
所述第一导电层可以为采用掺杂多晶硅或者其他导电材料，作为本发明的一个实施例，所述第一导电层为多晶硅。若所述第一导电层为多晶硅，还包括对所述第一导电层进行掺杂的步骤。
通常形成MEMS惯性传感器还包括形成用于将可动电极引出的可动电极互连线、可动电极支撑点，为了简化示图，本实施例中没有示出，本领域技术人员知晓如何形成，在此特意说明，不应过分限制本发明的保护范围。
接着，在所述第一互连线层403上形成第二绝缘层404，所述第二绝缘层404填充满所述分立的互连线之间的间隙。所述第二绝缘层404可以采用氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等介质材料，作为本发明一个实施例，所述第二绝缘层404与第一绝缘层402相同，均为氧化硅。
然后要对所述第二绝缘层404进行刻蚀，形成开口(未图示)，以便与后续形成的材料层进行电连接。
在实际MEMS惯性传感器中，所述互连层可能包括多层，多层的互连层之间具有绝缘层进行隔离，本实施例中均以一层为例加以说明。
而且，在本实施例中，形成传感器的互连层的同时，采用形成所述互连层的材料形成传感器所需的其他结构，比如固定电极的支撑点、可动电极的支撑点(未图示)，进一步减少了工艺步骤。
参考图8，在所述第二绝缘层404上形成第二导电层405，所述第二导电层405用于制作第一电屏蔽层，所述第一电屏蔽层作为电学屏蔽层，用于接入电屏蔽信号，所述电屏蔽信号可以是接地信号、直流驱动信号、或者其他驱动信号，本发明的电学屏蔽层具有制作简便，设计灵活等优点。
由于在所述第二绝缘层404中形成有开口，所述第二导电层405填充满开口，与第一屏蔽互连线403d、第二屏蔽互连线403e对应电连接。
所述第二导电层405可以采用掺杂的多晶硅或者导电材料，作为本发明的一个实施例，所述第二导电层405采用多晶硅，故还包括对所述多晶硅进行掺杂的步骤，在此不再详述。
形成第二导电层405之后，还可以在所述第二导电层405上形成第三绝缘层(未图示)，所述第三绝缘层用于在后续与第二衬底键合过程中作为键合层，通常所述第三绝缘层采用氧化硅。
请参照图9，提供第二衬底501，所述第二衬底501主要作为所述传感器的机械支撑。所述第二衬底501可以为单晶的半导体材料，比如所述第二衬底501可以为单晶硅、单晶锗、或者单晶锗硅，当然，所述第二衬底501也可以为其他材料，作为本发明的一个实施例，所述第二衬底501为单晶硅。
还可以在所述第二衬底501上形成第四绝缘层(未图示)，所述第四绝缘层用于后续于第一衬底键合过程中作为键合层，增加二者结合力，所述第四绝缘层优选氧化硅，所述第四绝缘层和前述的第三绝缘层仅形成一层就可以，当然也可以都形成，甚至都不形成；而且，所述第一衬底和第二衬底501之间的键合层还可以为导电材料，比如采用多晶硅，在此特意说明，不应过分限制本发明的保护范围。
接着，请参照图10，将第二衬底501键合至第一衬底401上的互连层和第一电屏蔽层的表面，将所述第一衬底401和第二衬底501合成为微机电(MEMS)晶圆，所述将第二衬底501与第一衬底401进行键合技术为本领域公知技术，在此不再详述。
若第二衬底501直接或者通过导电的键合层结合至第一衬底401上的第一电屏蔽层上，即二者之间没有其他材料层或者二者之间仅存在导电的键合层，所述第一电屏蔽层和所述第二衬底501将共同作为所述传感器的电学屏蔽层；若第二衬底501经由键合层结合至第一衬底401上的第一电屏蔽层上，所述键合层包含至少一层电学绝缘层，比如所述第二衬底501上形成有第四绝缘层或者第一电屏蔽层上形成有第三绝缘层，所述第一电屏蔽层单独作为所述传感器的电学屏蔽层，在此特意说明。
同时需要说明的是，在将第二衬底501与第一衬底401结合之前，需要对两个结合面进行抛光，比如对所述第一衬底401上的第一电屏蔽层或者第三绝缘层(若所述第一电屏蔽层上形成有第三绝缘层)进行抛光，若第二衬底501上形成有第四绝缘层，也可能对第四绝缘层进行抛光，然后进行键合。
然后，沿所述第一衬底401的未形成互连层的第二表面进行减薄，减薄至厚度为5μm至100μm，经过减薄步骤后，形成第一衬底401’。然后要采用减薄后的第一衬底401’形成本发明的MEMS惯性传感器的可动电极。
参照图11，在所述第一衬底401’的第二表面上形成电连接层。所述电连接层用于制作后续将第三衬底结合至所述第一衬底上粘合垫或者用于制作后续与外围电路进行焊接的焊垫或者二者皆制作。
这里需要注意的是，所述电连接层根据后续对形成的传感器密封方法进行选择，若后续采用粘合玻璃法进行密封，需要形成焊垫；若后续采用金属合金进行密封，需要形成粘合垫；而且，形成的粘合垫与焊垫的位置也不同，具体请参见后文描述。
无论用于制作粘合垫还是用于制作焊垫或者两者皆有，所述电连接层均采用导电材料制作，比如可以为金属、合金或者其他导电材料，进一步地，可以为金属Al、金属Cu、或其它导电粘合材料。
然后对所述电连接层进行刻蚀，去除与所述第三衬底粘合区域或者与外围电路焊接的焊垫的区域(具体请参见后文区分)之外的粘合层，暴露出部分第一衬底401’的表面，形成电连结构601，所述电连结构601可以为粘合垫或者焊垫。
在所述电连结构601上以及暴露出的第一衬底401’上形成第一掩膜层602，所述第一掩膜层602可以采用光刻胶、氧化硅、氮化硅等，所述第一掩膜层602用作后续刻蚀第一衬底40’过程中的掩膜。
请参照图12，对所述第一掩膜层602进行图形化，将待转移的图形转移至所述第一掩膜层602中。
接着，以图形化后的第一掩膜层602为掩膜刻蚀第一衬底40’，直至暴露出第一绝缘层402。经过此步骤，形成MEMS惯性传感器的初步结构。具体形成了：固定电极406和可动电极407，所述固定电极406与所述固定电极互连线403a电连接，所述可动电极407与可动电极互连线电连接(未示出)。
同时，经过刻蚀第一衬底40’，还形成了第一传感器结构408、第二传感器结构409、第一密封传感器结构410和第二密封传感器结构411，所述第一密封传感器结构410和第二密封传感器结构411分别与第一屏蔽互连线403d、第二屏蔽互连线403e对应电连接，而且用于在后续封装过程中对形成的可动电极和固定电极进行密封。
所述固定电极406和可动电极407构成电容器的两个极板。
请参照图13，去除部分第一绝缘层402，所述可动电极407下的第一绝缘层402被完全去除，释放可动电极407，形成可移动的可动电极407，从而实现传感器敏感元素结构的释放。所述可动电极407发生移动时候，所述可动电极407与所述固定电极406之间的距离发生改变。
在去除所述部分第一绝缘层402过程中，同时余留的第一掩膜层602被去除。
去除所述部分第一绝缘层402需要根据材料进行选择刻蚀剂，作为本发明的一个实施例，所述第一绝缘层402为氧化硅，去除所述第一绝缘层402的刻蚀剂可以选择氢氟酸。通过控制刻蚀时间，可以控制所述第一传感器结构408、第二传感器结构409、第一密封传感器结构410和第二密封传感器结构411之下的保留的第一绝缘层402的量。
经过上述工艺，形成了本发明实施例的传感器，后续需要在所述传感器上将所述传感器进行密封，所述对第三衬底进行密封包括两种方式，包括粘合玻璃密封方法和金属合金密封方法，首先请参照图14，包括：
提供第三衬底10，所述第三衬底10可以为硅，所述第三衬底10中形成有密封腔11，所述密封腔11位置与所述传感器位置相对应，用于容纳所述MEMS惯性传感器的可动电极和固定电极。所述第三衬底10包括结合区域，所述结合区域后续将与所述第一衬底的第二表面进行结合并将形成的MEMS惯性传感器的可动电极和固定电极进行密封。
可选地，可以在所述密封腔11的外围的第三衬底10上形成有第五绝缘层12，所述第五绝缘层12可以为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等。作为一个实施例，所述第五绝缘层12为氧化硅。
请参照图15，提供粘合玻璃13，将所述粘合玻璃13粘合至所述第三衬底10上的对应结合区域，将具有粘合玻璃13的第三衬底结合至采用所述第一衬底形成的可动电极的一侧，而且所述第三衬底的位置与所述第二衬底位置相对，然后去除部分第三衬底10，露出所述电连接结构601，形成第三衬底10’，即二者结合区域与所述电连接结构不交叠，此处所述电连接结构为焊垫，后续还需要将外界的信号处理电路与所述焊垫进行电连接。
此处的第三衬底10中可以不具有任何电连接的结构，即可以为空白的硅片，当然所述第三衬底10也可以采用其它绝缘材料。若第三衬底10中没有任何电连接的结构，那么传感器所需的互连层、支撑点、固定电极、电学屏蔽层需要形成在所述第一衬底上，在此特意说明，本领域技术人员知晓如何根据封装方法进行合理布局。
下面对金属合金密封法进行描述，请参照图16，提供第三衬底20，所述第三衬底20为硅，所述第三衬底20中可以形成有CMOS电路(未示出)、引线、或焊垫及其结合，甚至所述第三衬底20内也可以不具有其他电学结构。
请参照图17，将所述第三衬底20与采用所述第一衬底形成的可动电极一侧进行结合，而且所述第三衬底的位置与所述第二衬底位置相对，位于第一衬底的第二表面上的部分的所述电连接结构601在此处充当粘合层，即位于粘合区域，所述粘合层与所述第三衬底20上的相应结构对应电连接。当然位于第一衬底的第二表面上的其它部分的所述电连接结构601还可以充当引出的电极。
若采用金属合金密封法进行密封，所述MEMS惯性传感器所需的固定电极、互连层、支撑点、探测电极(转角器)可以形成在所述第一衬底或者第三衬底上，在此特意说明，本领域技术人员知晓如何根据封装方法进行合理布局，在此强调，不应过分限制本发明的保护范围。
上述的形成MEMS惯性传感器的方法选取了比较有典型意义的固定电极、可动电极、第一密封传感器结构、第二密封传感器结构以及其对应的互连层、支撑点的形成方法进行了详细说明；同时，上述实施例中还给出了第一互连线、第二互连线、第一传感器结构、第二传感器结构，这些结构用于表示传感器中还可能应用到的其它结构。在此实施例中给出用于向本领域技术人员显示，采用本发明的制备传感器的方法不但可以形成悬浮在空腔内的可动电极、通过支撑点固定在固定电极互连线上的固定电极、以及固定在所述第一屏蔽电极和第二屏蔽电极上的第一密封传感器结构和第二密封传感器结构；采用本发明的方法还可以形成通过第一绝缘层固定在所述互连层上方的第一传感器结构和第二传感器结构，即采用本发明的方法可以形成所述加速度传感器所需要的所有结构。在此特别加以说明，不应过分限制本发明的保护范围。同时，在上述实施例中，以加速度传感器的X轴传感器为例加以详细说明，对于加速度传感器的Y轴传感器，其形成方法基本类似，本领域技术人员知晓如何形成，对于加速传感器的Z轴传感器，其无论采用如图2还是如图3所示的Z轴传感器结构，其制作方法类似于所述X轴传感器的制作方法，区别在于布局、或者设计不同，故关于加速度传感器的Z轴传感器的形成方法不再详述，基于本领域的普通技术知识以及本发明的实施例，本领域技术人员知晓如何变更、修改或者增补。
再者，对于转角器，从结构上来说，其用于测试每个方向的转角器(即X轴转角器、Y轴转角器、Z转角器)结构类似于加速传感器的三个方向的传感器(即X轴传感器、Y轴传感器、Z传感器)的综合体，若采用本发明的方法可以形成加速度传感器的每个方向的传感器，采用本发明的方法也可以形成各个方向的转角器结构，区别仅在于布局、或者设计的不同，故关于转角器的形成方法不再详述，基于本领域的普通技术知识以及本发明的实施例，本领域技术人员知晓如何变更、修改或者增补。
本发明还提供了另一种惯性传感器的形成方法，本实施例中的所述惯性传感器中形成有抗粘连结构，用于防止所述可动电极与其它相接触而产生粘连，从而损伤器件。在此以Z轴加速度传感器为例加以介绍，具体请参照图18至图21。
首先请参照图18，提供第一衬底701，所述第一衬底701包括第一表面和与之相对的第二表面。
所述第一衬底701可以为单晶的半导体材料。作为本发明的一个实施例，所述第一衬底701为单晶硅。
在所述第一衬底701的第一表面上形成第一绝缘层702，刻蚀所述第一绝缘层702，在所述第一绝缘层702内形成不同的第一开口703和第二开口704和第三开口705，其中第一开口703用于填充导电材料从而形成固定电极。所述第二开口704用于填充导电材料从而在后续形成抗粘连结构。
所述第一绝缘层702可以为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等介质材料，作为一个实施例，所述第一绝缘层702为氧化硅。
参照图19，在所述第一绝缘层702上形成第一导电层，所述第一导电层填充满所述第一开口703、第二开口704和第三开口705，刻蚀所述第一导电层，形成扭转轴互连线703a、固定电极703b，抗粘连结构互连线703c、第一互连线703d、第一屏蔽互连线703e、和第二屏蔽互连线703f。
参照图20，在第一导电层上形成第二绝缘层706，接着在第二绝缘层中形成开口，在第二绝缘层上形成第二导电层707，作为电学屏蔽层，所述第二导电层707与第一屏蔽互连线703e和第二屏蔽互连线703f对应电连接。
然后请参照附图9～12的相应工艺，经过这些工艺，形成本发明另一个实施例的具有抗粘连结构的传感器的可动电极，形成的结构请参照图21，具体包括：扭转轴708、可动电极709、第一传感器结构710、第二传感器结构711、密封结构712、第三传感器结构713。所述扭转轴708与所述扭转轴互连线703a电连接，所述可动电极709与可动电极互连线电连接(未示出)，密封结构712分别与所述第一屏蔽结构、第二屏蔽结构电连接，第一传感器结构710、第二传感器结构711、第三传感器结构713分别代表形成的Z轴传感器所需要的其他结构。在面对着可动电极709的下方的固定电极703b上和抗粘连结构互连线703c上形成有抗粘连结构。形成了本发明实施例的带有抗粘连结构的MEMS惯性传感器。
本发明还提供另一种带有抗粘连结构的MEMS惯性传感器的形成方法实施例，具体请参照图22至图24。
首先请参照图22提供第一衬底801，所述第一衬底801包括第一表面和与之相对的第二表面。
在所述第一衬底801的第一表面上形成第一准绝缘层802，刻蚀所述第一准绝缘层802，在所述第一准绝缘层802内形成第一开口803，所述第一开口803用于在后续形成抗粘连结构。
具体形成所述第一准绝缘层802的方法可以采用淀积的方式形成。作为本发明的一个实施例，所述第一准绝缘层802采用热氧化形成。需要特别说明的是，所述第一准绝缘层802的厚度并未达到预定的作为互连层隔离层的厚度，本实施例中的第一准绝缘层802的厚度仅仅是相当于抗粘连结构的厚度。故此处第一开口803的深度相当于第一准绝缘层802的厚度，即所述第一开口803暴露出所述第一衬底801。
请参照图23，进行淀积，第一准绝缘层802厚度逐渐增大，形成第一目标绝缘层804，通过控制淀积的时间、条件从而控制形成的第一目标绝缘层804的厚度为预期的厚度。
由于第一准绝缘层中具有第一开口，经过淀积，第一开口位置仍然比其他位置相对要低，形成第一开口803’。所述第一开口803’用于填充导电层形成抗粘连结构。
然后，请参照图24，在所述第一目标绝缘层804中分别形成第二开口805、第三开口806和第四开口807，所述第二开口805用于填充导电材料形成扭转轴互连线，所述第三开口806和第四开口807用于填充导电材料形成屏蔽互连线。
然后请参照前述的对图19～21的相关描述，从而可以形成本发明另一个实施例的带有抗粘连结构的MEMS惯性传感器。
在上述实施例中，所述Z轴传感器的固定电极采用所述第一半导体衬底的第一表面上的一层或者多层导电层形成，而且优化地，采用最靠近所述第一衬底的导电层形成所述Z轴传感器固定电极和抗粘连结构。
本发明还提供又一种带有抗粘连结构的MEMS惯性传感器的形成方法实施例，请参照图25至28。
首先请参照图25，提供第一衬底901，在所述第一衬底901上形成第一掩膜层902，所述第一掩膜层902的位置与后续形成抗粘连结构的位置相对应。
请参照图26，以所述第一掩膜层902为掩膜，对所述第一衬底901进行刻蚀，形成第一衬底901’，从而在覆盖有第一掩膜层902位置形成抗粘连结构903。
然后，请参照图27，在所述第一衬底901’上形成互连层和电学屏蔽层，具体请参照前述图19和图20的相关工艺，在此不再详述。
接着，下面要进行形成可动电极步骤，形成了采用第一衬底制作的具有抗粘连结构的可动电极，具体请参照图28，形成了扭转轴904、可动电极905、第一传感器结构906、第二传感器结构907、密封结构908、第三传感器结构909。密封结构908分别与第一屏蔽结构、第二屏蔽结构电连接，第一传感器结构906、第二传感器结构907和第三传感器结构909分别代表形成的Z轴传感器所需要的其他结构。在面对着固定电极903a以及抗粘连结构互连线903b的可动电极905上形成有抗粘连结构。从而形成本发明又一实施例的在可动电极上带有抗粘连结构的MEMS惯性传感器。
对于转角器来说，还可以在所述转角器上设置抗粘连结构，如前所述，由于从结构上说，其用于测试每个方向的转角器(即X轴转角器、Y轴转角器、Z转角器)结构类似于加速传感器的三个方向的传感器(即X轴传感器、Y轴传感器、Z传感器)的综合体，故在转角器上设置抗粘连结构的方法类似于在所述加速度传感器上设置抗粘连结构的方法，关于转角器上设置抗粘连结构的方法在此不再详述，本领域技术人员基于前述的技术方案知晓如何变通形成。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (19)

1.一种MEMS惯性传感器，包括：
可移动敏感元素，所述可移动敏感元素作为MEMS惯性传感器的质量块；
第二衬底和第三衬底；
其特征在于，
所述可移动敏感元素采用第一衬底形成，所述第一衬底为单晶半导体材料，所述第一衬底包括相对的第一表面和第二表面，所述第一衬底的第一表面上形成有一层或者多层导电层，所述第二衬底与所述第一衬底上的一层或者多层导电层的表面结合，所述第三衬底与所述可移动敏感元素的一侧结合，且所述第三衬底和第二衬底分别位于所述可移动敏感元素的相对两侧；其中，所述一层或者多层导电层包括MEMS惯性传感器的第一电屏蔽层、互连层、固定电极的支撑点、可移动敏感元素的支撑点、或者其任意一种组合，所述互连层包括一层或者多层互连线。
2.如权利要求1所述MEMS惯性传感器，其特征在于，所述一层或者多层导电层包括第一电屏蔽层。
3.如权利要求1所述MEMS惯性传感器，其特征在于，所述一层或者多层导电层包括第一电屏蔽层和互连层，所述互连层比所述第一电屏蔽层更为靠近所述第一衬底的第一表面。
4.如权利要求1所述MEMS惯性传感器，其特征在于，还包括抗粘连结构，所述抗粘连结构采用所述第一衬底、或者所述一层或者多层导电层制作。
5.如权利要求1所述MEMS惯性传感器，其特征在于，所述MEMS惯性传感器为加速度传感器，所述加速度传感器包括X轴传感器、Y轴传感器、Z轴传感器或其任意一种组合。
6.如权利要求1所述MEMS惯性传感器，其特征在于，所述MEMS惯性传感器为转角器，所述转角器包括X轴转角器、Y轴转角器、Z轴转角器或其任意一种组合，所述转角器还包括探测电极和固定电极。
7.如权利要求1所述MEMS惯性传感器，其特征在于，所述一层或者多层导电层包括MEMS惯性传感器的第一电屏蔽层，所述第二衬底直接或者经过导电的键合层结合至所述第一衬底上的第一电屏蔽层上，所述第二衬底与所述第一电屏蔽层共同作为传感器的电学屏蔽层。
8.如权利要求1所述MEMS惯性传感器，其特征在于，所述一层或者多层导电层包括MEMS惯性传感器的第一电屏蔽层，所述第二衬底经由键合层键合至所述第一衬底上的一层或者多层导电层表面上，所述键合层至少包括一层绝缘层，所述第一电屏蔽层作为传感器的电学屏蔽层。
9.如权利要求1所述惯性传感器，其特征在于，所述第一衬底的第二表面为经过减薄的表面，所述传感器的可动敏感元素采用减薄后的第一衬底形成。
10.一种MEMS惯性传感器的形成方法，其特征在于，包括：
提供第一衬底，所述第一衬底为单晶的半导体衬底，所述第一衬底具有第一表面和与之相对的第二表面；
在第一衬底的第一表面上形成一层或者多层导电层，所述一层或者多层导电层包括MEMS惯性传感器的第一电屏蔽层、互连层、固定电极的支撑点、可移动敏感元素的支撑点、或者其任意一种组合，所述互连层包括一层或者多层互连线；
提供第二衬底；
将第二衬底结合至所述第一衬底上的一层或者多层导电层的表面；
从所述第一衬底的第二表面侧采用第一衬底形成可移动敏感元素，所述可移动敏感元素作为MEMS惯性传感器的质量块；
提供第三衬底；
将第三衬底结合至所述可移动敏感元素的一侧，所述第三衬底与所述第二衬底分别位于所述可移动敏感元素相对两侧。
11.如权利要求10所述MEMS惯性传感器的形成方法，其特征在于，所述一层或者多层导电层包括第一电屏蔽层。
12.如权利要求10的所述MEMS惯性传感器的形成方法，其特征在于，所述一层或者多层导电层包括第一电屏蔽层和互连层，所述互连层比所述第一电屏蔽层更为靠近所述第一衬底的第一表面。
13.如权利要求10的所述MEMS惯性传感器的形成方法，其特征在于，还包括采用所述第一衬底或者一层或者多层导电层制作所述MEMS惯性传感器的抗粘连结构步骤。
14.如权利要求10的所述MEMS惯性传感器的形成方法，其特征在于，所述MEMS惯性传感器为加速度传感器，所述加速度传感器包括X轴传感器、Y轴传感器、Z轴传感器或其任意一种组合。
15.如权利要求10的所述MEMS惯性传感器的形成方法，其特征在于，所述MEMS惯性传感器为转角器，所述转角器包括X轴转角器、Y轴转角器、Z轴转角器或其任意一种组合。
16.如权利要求15的所述MEMS惯性传感器的形成方法，其特征在于，还包括采用所述第一衬底形成所述转角器的固定电极步骤。
17.如权利要求10的所述MEMS惯性传感器的形成方法，其特征在于，所述一层或者多层导电层包括传感器的第一电屏蔽层，所述将第二衬底结合至第一衬底上的一层或者多层导电层的表面为将第二衬底直接或者经过导电的键合层结合至所述第一衬底上的第一电屏蔽层上，所述第二衬底与所述第一电屏蔽层共同作为传感器的电学屏蔽层。
18.如权利要求10的所述MEMS惯性传感器的形成方法，其特征在于，所述一层或者多层导电层包括传感器的第一电屏蔽层，所述将第二衬底结合至第一衬底上的一层或者多层导电层的表面为将第二衬底通过键合层键合至所述第一衬底上的一层或者多层导电层上，所述键合层至少包括一层绝缘层，所述第一电屏蔽层作为传感器的电学屏蔽层。
19.如权利要求10的所述MEMS惯性传感器的形成方法，其特征在于，在从所述第一衬底的第二表面侧采用第一衬底形成传感器的可移动敏感元素步骤之前还包括从所述第一衬底的第二表面侧进行减薄的步骤。
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102180435B (zh) * 2011-03-15 2012-10-10 迈尔森电子（天津）有限公司 集成mems器件及其形成方法
CN102156203B (zh) 2011-03-15 2013-07-24 迈尔森电子（天津）有限公司 Mems惯性传感器及其形成方法
WO2013118248A1 (ja) * 2012-02-06 2013-08-15 株式会社日立製作所 発光素子
CN103708409B (zh) * 2013-10-25 2015-10-07 张家港丽恒光微电子科技有限公司 压力传感器和惯性传感器及其形成方法
CN104609359B (zh) * 2013-11-05 2016-03-16 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 电容式mems惯性传感器的形成方法
CN104678125B (zh) * 2013-11-27 2019-07-02 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Mems加速度传感器的形成方法
US10203351B2 (en) 2014-10-03 2019-02-12 Analog Devices, Inc. MEMS accelerometer with Z axis anchor tracking
US9840409B2 (en) * 2015-01-28 2017-12-12 Invensense, Inc. Translating Z axis accelerometer
CN106033091B (zh) * 2015-03-11 2022-04-29 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 一种mems加速度传感器及其制备方法、电子装置
US10203352B2 (en) * 2016-08-04 2019-02-12 Analog Devices, Inc. Anchor tracking apparatus for in-plane accelerometers and related methods
US10261105B2 (en) 2017-02-10 2019-04-16 Analog Devices, Inc. Anchor tracking for MEMS accelerometers
US11112269B2 (en) * 2018-07-09 2021-09-07 Analog Devices, Inc. Methods and systems for self-testing MEMS inertial sensors
US11088093B1 (en) * 2020-05-28 2021-08-10 X-Celeprint Limited Micro-component anti-stiction structures
CN112194097B (zh) * 2020-12-07 2021-05-07 中芯集成电路制造(绍兴)有限公司 一种惯性传感器及其形成方法
CN113401862B (zh) * 2021-07-13 2024-05-14 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 惯性传感器及其制备方法
JP2023037517A (ja) * 2021-09-03 2023-03-15 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 センサ装置
CN114620671B (zh) * 2022-05-16 2022-08-30 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 一种微机电系统传感器及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6153917A (en) * 1998-03-16 2000-11-28 Akebono Brake Industry Co., Ltd. Semiconductor acceleration sensor and manufacturing method thereof
US6170332B1 (en) * 1993-05-26 2001-01-09 Cornell Research Foundation, Inc. Micromechanical accelerometer for automotive applications
CN101837944A (zh) * 2008-11-19 2010-09-22 明锐有限公司 用于制备陀螺仪和加速度计的方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2786321B2 (ja) * 1990-09-07 1998-08-13 株式会社日立製作所 半導体容量式加速度センサ及びその製造方法
JPH07191055A (ja) * 1993-12-27 1995-07-28 Hitachi Ltd 静電容量式加速度センサ
DE69626972T2 (de) * 1996-07-31 2004-01-08 Stmicroelectronics S.R.L., Agrate Brianza Integrierter kapazitiver Halbleiter-Beschleunigungsmessaufnehmer sowie Verfahren zu seiner Herstellung
US6048774A (en) * 1997-06-26 2000-04-11 Denso Corporation Method of manufacturing dynamic amount semiconductor sensor
JP3191770B2 (ja) * 1997-08-29 2001-07-23 松下電工株式会社 半導体加速度センサ及びその製造方法
US6308569B1 (en) * 1999-07-30 2001-10-30 Litton Systems, Inc. Micro-mechanical inertial sensors
US20050132803A1 (en) * 2003-12-23 2005-06-23 Baldwin David J. Low cost integrated MEMS hybrid
JP4453587B2 (ja) * 2005-03-24 2010-04-21 株式会社デンソー 加速度センサ
US7250353B2 (en) 2005-03-29 2007-07-31 Invensense, Inc. Method and system of releasing a MEMS structure
JP2007292499A (ja) * 2006-04-21 2007-11-08 Sony Corp モーションセンサ及びその製造方法
DE102008042350A1 (de) * 2008-09-25 2010-04-01 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2010061777A1 (ja) * 2008-11-25 2010-06-03 パナソニック電工株式会社 加速度センサ
JP5316479B2 (ja) * 2009-06-09 2013-10-16 株式会社デンソー 半導体力学量センサの製造方法及び半導体力学量センサ
CN101786593B (zh) 2010-01-18 2012-01-11 北京大学 差分式高精度加速度计的加工方法
CN102156203B (zh) 2011-03-15 2013-07-24 迈尔森电子（天津）有限公司 Mems惯性传感器及其形成方法
CN102183677B (zh) * 2011-03-15 2012-08-08 迈尔森电子（天津）有限公司 集成惯性传感器与压力传感器及其形成方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6170332B1 (en) * 1993-05-26 2001-01-09 Cornell Research Foundation, Inc. Micromechanical accelerometer for automotive applications
US6153917A (en) * 1998-03-16 2000-11-28 Akebono Brake Industry Co., Ltd. Semiconductor acceleration sensor and manufacturing method thereof
CN101837944A (zh) * 2008-11-19 2010-09-22 明锐有限公司 用于制备陀螺仪和加速度计的方法

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US9958471B2 (en) 2018-05-01

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