CN104981425B - 具有微粒屏障的传感器 - Google Patents

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Abstract

描述了一种具有微粒屏障的传感器。在一示例中，传感器包括：分别被设置在平坦的支承表面上和检测质量块上的第一电极组和第二电极组，所述检测质量块能沿着大体平行于所述平坦的支承表面的第一轴线顺从地移位；和第一屏障，该第一屏障被设置在所述平坦的支承上围绕所述第一电极组，并且具有的高度小于所述平坦的支承与所述检测质量块之间的间隙，以减轻向所述第一电极组或所述第二电极组中的微粒迁移。

Description

具有微粒屏障的传感器
技术领域
本发明涉及具有微粒屏障的传感器。
背景技术
在电子测量设备领域中，经常期望确定装置何时由于外力而物理移动或加速。也可能期望确定力的大小和方向。为了进行这些测量，运动或加速度检测设备可被定位在装置上或被包括在装置内。特别地，MEMS型传感器已经被开发用于包括在微电子电路中，以允许获得非常小且精确的运动传感器。
作为MEMS传感器制造过程的副产物，微粒可产生在MEMS结构的内部。当MEMS传感器在现场操作时，这些微粒可损坏用于检测运动/加速度的敏感电极。损坏的程度取决于微粒的尺寸，并可导致MEMS传感器产生不可靠的测量。
发明内容
本发明一方面提供一种传感器，包括：分别设置在平坦的支承表面和检测质量块上的第一电极组和第二电极组，所述检测质量块能够沿着大体平行于所述平坦的支承表面的第一轴线顺从地移位；第一屏障，被设置在所述平坦的支承上围绕所述第一电极组，并且具有的高度小于所述平坦的支承与所述检测质量块之间的间隙，以减轻向所述第一电极组或所述第二电极组中的微粒迁移；以及在所述平坦的支承中围绕所述第一屏障形成的至少一个沟槽。
本发明另一方面提供一种制造传感器的方法，包括：形成基底，该基底具有设置在其上的第一电极组；形成具有第二电极组的检测质量块，该检测质量块能沿着大体平行于所述基底的第一轴线移位；在所述基底上围绕所述第一电极组形成第一屏障，该第一屏障具有的高度小于所述基底与所述检测质量块之间的间隙，以减轻向所述第一电极组或所述第二电极组中的微粒迁移；以及在所述基底中围绕所述第一屏障形成至少一个沟槽。
附图说明
参照下图描述本发明的一些实施例：
图1是传感器的一部分的侧剖视图；
图2是图1的传感器的一部分的俯视图，其不具有检测质量块，以示出传感器的基底上的详细特征；
图3是根据另一示例实施方式的传感器的一部分的侧剖视图；
图4是图3的传感器的一部分的俯视图，其不具有检测质量块，以示出传感器的基底上的详细特征；
图5示出具有附加特征的图1的传感器的俯视图；
图6是根据又一示例实施方式的传感器的一部分的侧剖视图；以及
图7是描述根据一示例实施方式的制造传感器的方法的流程图。
具体实施方式
描述具有微粒屏障的传感器。在一示例中，传感器包括分别设置在平坦的支承表面和检测质量块上的第一电极组和第二电极组，该检测质量块能沿着大体平行于平坦的支承表面的第一轴线顺从地移位。第一屏障被设置在平坦的支承上围绕第一电极组，具有的高度小于平坦的支承与检测质量块之间的间隙，以减轻向第一电极组和第二电极组之间的空间中的微粒迁移。在另一示例中，第一屏障可被形成在检测质量块上，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检测质量块上。在另一示例中，至少一个沟槽可被形成在平坦的支承表面中围绕第一屏障。在另一示例中，至少一个沟槽可被形成在检测质量块中围绕第二屏障(如果存在)。
平坦的支承表面和/或检测质量块上的屏障用于减轻向传感器的敏感电极区域中的微粒迁移。支承和检测质量块上的电极之间的间隙可小于制造过程中存在的微粒。出现在电极组之间的大的微粒可容易地损伤电极并对传感器的操作产生有害的影响。屏障提供围绕传感器上的敏感区域的物理机构，以减少或阻止有害微粒向敏感区域中的迁移。屏障可完全环绕传感器的敏感区域，以便物理分离传感器上更可能包含或产生微粒的区域，并由此减少或阻止它们向敏感区域中迁移。
以下描述的示例针对加速度型传感器和对向敏感电极区域的微粒迁移的阻止。将理解，本发明可被应用于其它类型的MEMS设备。一般而言，在此所述的阻止微粒迁移的技术可被用于在移动部件和微粒敏感区域之间包括小的间隙的任何MEMS设备。例如，阻止微粒迁移的技术可被用于陀螺仪传感器，该陀螺仪传感器包括沿平面的两个轴线具有顺从性的检测质量块。可参照以下图和描述理解本发明的示例。
图1和图2描绘根据一示例实施方式的可变电容传感器100。传感器100包括固定基底102和检测质量块104，质量检测块104能够沿一轴线(指示为x轴)在大体平行于固定基底102的顶面106(也被称为“平坦的支承表面”)的方向上移动。顶面106的平面中垂直于x轴的轴线被称为y轴。基底102和检测质量块104可为使用集成电路制造技术制造的硅晶片。图1是传感器100的一部分的侧剖视图，而图2是图1的传感器100的一部分的俯视图，其不具有检测质量块104，以示出基底102上的详细特征。检测质量块104具有返回位置(即，没有力施加到它时处于静止的位置)，并可沿着其运动轴线沿任一方向移动，这取决于施加到安装该传感器的结构上的力的方向。
可利用能使用表面电极的晶片键合技术来制造传感器100。固定电极组108被附接到基底102的顶面106，可动电极组110被附接到检测质量块104的底面112。固定电极组108和可动电极组110中的每个可包括小节距表面电极(例如，示出4个)的阵列。电极组108在基底102上包围一区域，该区域具有沿x轴的长度和沿y轴的宽度。类似地，电极组110在检测质量块104上包围一区域，该区域具有沿x轴的长度和沿y轴的宽度。基底102和检测质量块104可由硅材料制成，并可包括电路(未示出)用于使基底和检测质量块的电极与用于接收和解释来自传感器的信号的电路(未示出)相互连接。固定电极108和可动电极110分开一间隙d，并作为可变电容器的电容器极板操作。取决于检测质量块104的位置，可动电极组110的一些部分将位于固定电极组108的一些部分的上方。
在一示例中，屏障114被形成在基底102上围绕电极组108。可利用标准的硅加工来形成屏障114。例如，可通过沉积各种厚度的氧化物并进行刻蚀从而产生坝或屏障形貌来形成屏障114。屏障114的高度小于基底102的顶面106与检测质量块104的底面112之间的间隙d'。在一示例中，屏障114的至少一个表面可被金属覆盖以使其更坚固。如所示的，屏障114减小基底102与检测质量块104之间的间隙d'，以减轻微粒向电极108、110的迁移。
在一示例中，如在图1和图2中所示，屏障114可包括长形部段116，该长形部段116完全环绕电极组108(例如，沿电极组108的长度和宽度延伸的部段116加上一些缓冲物)。在一示例中，屏障114可包括另外的长形部段120，该另外的长形部段120被设置在基底102上，与部段116隔开并环绕部段116和电极组108。该示例在基底102上提供“双屏障”。在一示例中，屏障114的部段可完全环绕电极组108(例如，部段116)。在另一示例中，屏障114在部段(例如，部段120)之间可具有中断部。例如，屏障114的部段之间的中断部可在需要时被增加，以便不干扰传感器100上的其它特征(例如，导体的布线)。
通过示例的方式，图1和图2示出具有环绕电极组108的两组部段的屏障114(例如，“双屏障”)。将理解，屏障可包括以同心方式围绕电极组108布置的任何数量组的部段。每组部段可或可不具有一个或多个中断部。此外，尽管图1和图2示出围绕单组电极的屏障114，但是将理解，传感器或其它类似的MEMS设备可包括多个对微粒敏感的区域，并由此包括环绕这些区域的多个屏障。此外，尽管图1和图2示出围绕基底102上的电极组108的屏障114，但是将理解，屏障114可替代地被形成在检测质量块104上围绕电极组110。以下示例描述了在基底102和检测质量块104上均具有屏障的传感器。
图3是根据一示例实施方式的传感器200的一部分的侧剖视图。图4是图3所示的传感器200的一部分的俯视图，其不具有检测质量块104，以示出基底102上的详细特征。图3和图4中与图1和图2的元件相同或类似的元件由相同的附图标记指示并在上面被描述。基底102可包括各种层。在本示例中，示出基底102的顶层202。顶层202可包括绝缘层，诸如玻璃或原硅酸四乙酯(TEOS)玻璃。除了屏障114，沟槽204可被形成为围绕电极组108。沟槽204可在屏障114的外侧并围绕屏障114被形成在顶层202中。沟槽204可增加屏障114的台阶高度，以增加其在减轻微粒时的有效性，并且本身可用作用于微粒的限制部。
在图3的示例中，屏障114被示出为仅具有长形部段116。在屏障114包括另外的部段(例如，图1和图2中所示的部段120)的示例中，类似于沟槽204的另外的沟槽可被形成在每个另外的部段的前面。也就是说，多个沟槽可被形成在基底上，环绕屏障114的同心部段组上的每一组，从而形成一组同心的沟槽。类似于屏障114的部段，给定的沟槽可为连续的或可具有中断部。例如，图5示出传感器100的俯视图，其具有与屏障114的每个部段116、120协作的沟槽。沟槽204与屏障114的部段组116协作，沟槽206与屏障114的部段组120协作。在该示例中，沟槽206包括与屏障114的部段组120中的中断部相一致的中断部。
在以上图3-5的示例中，可增加围绕基底102上的屏障114的部段组的沟槽。将理解，类似的沟槽可形成围绕检测质量块104上的屏障的部段组，如果存在这种屏障。此外，在一些示例中，如果屏障114具有多个同心的部段组，则这些部段组中的一些可具有关联的沟槽，而另一些部段组可不具有关联的沟槽。此外，尽管屏障114的给定部段组可不具有中断部，但是关联的沟槽在需要时可具有中断部。此外，尽管沟槽204和沟槽206被示出为与屏障114中的部段的边缘对齐，但是将理解沟槽204和/或206可与它们对应的部段的边缘隔开。
图6是根据一示例实施方式的传感器300的一部分的侧剖视图。图6中与图1和图2中的元件相同或类似的元件由相同的附图标记指示并在上面被描述。在本示例中，除了围绕电极组108的屏障114之外，屏障302被形成在检测质量块104上围绕电极组110。可利用标准的硅加工来形成屏障302。例如，可通过沉积各种厚度的氧化物并进行刻蚀从而产生坝或屏障形貌来形成屏障302。屏障302的高度小于基底102的顶面106与检测质量块104的底面112之间的间隙d'。在一示例中，屏障302的至少一个表面可被金属覆盖以使其更坚固。如所示的，屏障302减小基底102与检测质量块104之间的间隙d'，以减轻微粒向电极的迁移。在一示例中，屏障302可与屏障114协作，以进一步减轻微粒迁移。
类似于屏障114，屏障302可包括围绕电极组110的一组或多组部段(例如，示出单组部段304)。屏障302可包括与屏障114相同数量或不同数量的同心部段组。类似于屏障114，屏障302中的部段组可在部段之间具有中断部或可为连续的。此外，在一些示例中，沟槽可被形成在与屏障114和/或屏障302的部段组关联的基底102和/或检测质量块104中。
图7是描绘根据一示例实施方式的制造传感器的方法700的流程图。将理解，方法700的步骤不必必须以所示的特定顺序执行。方法700开始于步骤702，在该步骤，形成基底，该基底具有设置在其上的第一电极组。在步骤704，形成具有第二电极组的检测质量块，其中检测质量块能沿着大体平行于基底的第一轴线顺从地移位。在步骤706，在基底上围绕第一电极组形成第一屏障，其高度小于基底与检测质量块之间的间隙，以减轻微粒。
在一示例中，在步骤708，可在基底中围绕第一屏障形成至少一个沟槽。在另一示例中，在步骤710，在检测质量块上在第二电极组的外侧形成第二屏障，该第二屏障具有平行于第一轴线定向的至少一个长形部段并且高度小于基底与检测质量块之间的间隙。
在前述描述中，许多细节被陈述以提供对本发明的理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些细节的情况下实施本发明。虽然已经参照有限数量的实施例公开了本发明，但是本领域技术人员将认识到由此可进行许多更改和变化。其旨在所附权利要求书涵盖落入本发明的真正的精神和范围内的这些更改和变化。

Claims (10)

1.一种传感器，包括：
分别设置在平坦的支承表面和检测质量块上的第一电极组和第二电极组，所述检测质量块能够沿着大体平行于所述平坦的支承表面的第一轴线移位；
第一屏障，被设置在所述平坦的支承上围绕所述第一电极组，并且具有的高度小于所述平坦的支承与所述检测质量块之间的间隙，以减轻向所述第一电极组或所述第二电极组中的微粒迁移；以及
在所述平坦的支承中围绕所述第一屏障形成的至少一个沟槽。
2.根据权利要求1所述的传感器，进一步包括：
第二屏障，在所述检测质量块上设置在所述第二电极组的外侧，并且具有的高度小于所述平坦的支承与所述检测质量块之间的间隙。
3.根据权利要求2所述的传感器，进一步包括：
在所述检测质量块中围绕所述第二屏障形成的至少一个沟槽。
4.根据权利要求1所述的传感器，其中所述第一屏障包括：
第一长形部段组，被设置在所述平坦的支承上环绕所述第一电极组；和
第二长形部段组，被设置在所述平坦的支承上，与所述第一长形部段部组隔开并环绕所述第一长形部段组。
5.根据权利要求4所述的传感器，其中所述第一长形部段组或所述第二长形部段组中的至少一个包括在部段之间的至少一个中断部。
6.一种制造传感器的方法，包括：
形成基底，该基底具有设置在其上的第一电极组；
形成具有第二电极组的检测质量块，该检测质量块能沿着大体平行于所述基底的第一轴线移位；
在所述基底上围绕所述第一电极组形成第一屏障，该第一屏障具有的高度小于所述基底与所述检测质量块之间的间隙，以减轻向所述第一电极组或所述第二电极组中的微粒迁移；以及
在所述基底中围绕所述第一屏障形成至少一个沟槽。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：
在所述检测质量块上在所述第二电极组的外侧形成第二屏障，该第二屏障具有的高度小于所述基底与所述检测质量块之间的间隙。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：
在所述检测质量块中围绕所述第二屏障形成至少一个沟槽。
9.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一屏障包括：
第一长形部段组，被设置在所述基底上环绕所述第一电极组；和
第二长形部段组，被设置在所述基底上，与所述第一长形部段部组隔开并环绕所述第一长形部段组。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一长形部段组或所述第二长形部段组中的至少一个包括在部段之间的至少一个中断部。
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