CN105277733B - Mems加速度传感器的硅盖帽结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种MEMS加速度传感器的硅盖帽结构。所述硅盖帽结构包括一顶部、一与所述顶部相垂直的垂直支撑部，所述顶部与所述垂直支撑部构成一用于容置MEMS元器件的半封闭腔体，在所述半封闭腔体的开口端且在所述垂直支撑部的底面上设有一沿所述底面的周向向内和向外延伸的扩展接触部，所述扩展接触部与所述垂直支撑部构成一半工字形的结构。本发明的硅盖帽增大了硅盖帽与金属合金的接触面积，从而增大了键合面积，进一步增强了键合强度；对于硅盖帽与金属合金接触部分，本发明采用了半工字的硅盖帽垂直支撑脚结构，提高了其机械强度，从而使本发明既能满足机械强度的要求又能满足键合强度要求。

Description

MEMS加速度传感器的硅盖帽结构
技术领域
本发明涉及微机电(MEMS)系统，特别涉及一种MEMS加速度传感器的硅盖帽结构及包括其的MEMS加速度传感器。
背景技术
MEMS是Micro-Electro-Mechanical System的缩写，意为微机电系统，是微电路和微机械按功能要求在芯片上的集成，尺寸通常在毫米或微米级，自八十年代中后期崛起以来发展极其迅速，被认为是继微电子之后又一个对国民经济和军事具有重大影响的技术领域，将成为21世纪新的国民经济增长点和提高军事能力的重要技术途径。
在MEMS加速度传感器的结构设计中，硅盖帽(Si Cap)的设计是非常重要的一部分结构，它的主要功能是把内部的运动结构和外部的环境隔离开，保证内部运动模块的正常工作，同时防止外部的湿气、灰尘等对内部运动模块的干扰，因此硅盖帽的稳固对MEMS加速度传感器的可靠性工作至关重要。因此，用于MEMS加速度传感器的硅盖帽的主要目的就是保护MEMS加速度计芯片中可动敏感结构的工作环境，这就要求硅盖帽必须完全密封，并且能抵抗一定强度的振动。然而，由于现有技术的硅盖帽与顶端金属合金之间键合强度不够而导致硅盖帽脱落，成为MEMS加速度传感器封装设计中的瓶颈问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术的微机电加速度传感器上的硅盖帽强度不够、容易脱落的缺陷，提供一种新型的MEMS加速度传感器的硅盖帽结构及包括其的MEMS加速度传感器。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种MEMS加速度传感器的硅盖帽结构，其特点在于，其包括一顶部、一与所述顶部相垂直的垂直支撑部，所述顶部与所述垂直支撑部构成一用于容置MEMS元器件的半封闭腔体，在所述半封闭腔体的开口端且在所述垂直支撑部的底面上设有一沿所述底面的周向向内和向外延伸的扩展接触部，所述扩展接触部与所述垂直支撑部构成一半工字形的结构。
较佳地，所述垂直支撑部的厚度为70微米，所述扩展接触部的厚度为78.5～79.0微米，并且所述垂直支撑部与所述扩展接触部关于同一中心轴轴对称。如此所述扩展接触部的厚度恰好，既满足结构强度、又不浪费材料、又不占用过多的接触面积。
较佳地，所述垂直支撑部的截面形状是“回”字形的。由此构成的形状结构更稳定、强度更可靠。
较佳地，所述垂直支撑部的截面形状是椭圆形或圆形。由此构成的形状结构更稳定、强度更可靠。
一种MEMS加速度传感器，其特点在于，其包括一CMOS层、一设于所述CMOS层上的硅基板、一设于所述硅基板上的金属合金板、一设于所述金属合金板上的如上所述的MEMS加速度传感器的硅盖帽结构。
较佳地，在所述硅基板的表面上且在所述金属合金板的周围还设有一层用于防腐蚀的二氧化硅薄膜。
较佳地，所述MEMS加速度传感器的硅盖帽结构上的所述扩展接触部是通过共晶键合与所述金属合金板连接的。如此连接符合MEMS的超精密的要求，连接更稳定可靠。
本发明中，上述优选条件在符合本领域常识的基础上可任意组合，即得本发明的各较佳实施例。
本发明的积极进步效果在于：本发明的用于微机电加速度传感器的硅盖帽增大了硅盖帽与金属合金的接触面积，从而增大了键合面积，进一步增强了键合强度，解决了传统结构中存在的硅盖帽易脱落的问题；对于硅盖帽与金属合金接触部分，本发明的硅盖帽采用了半工字的垂直支撑结构，提高了其机械强度，避免了传统结构中断裂问题的发生，从而使本发明的MEMS加速度传感器的硅盖帽结构既能满足机械强度的要求又能满足键合强度要求。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的MEMS加速度传感器的结构示意图。
图2为本发明一较佳实施例的MEMS加速度传感器的局部结构示意图。
图3为本发明一较佳实施例的硅盖帽的结构示意图。
具体实施方式
下面举出较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。
如图1至图2所示，一种MEMS加速度传感器，其包括一CMOS层5、一设于CMOS层5上的硅基板3、一设于硅基板3上的金属合金板2、一设于金属合金板2上的硅盖帽1。在硅基板3的表面上且在金属合金板2的周围还设有一层用于防腐蚀的二氧化硅薄膜4。该二氧化硅薄膜4是氧化生成于硅基板3上的一层薄膜。其中的CMOS层是Complementary Metal OxideSemiconductor(互补金属氧化物半导体)的缩写，是指用制造大规模集成电路芯片的技术制造出来的可读写的RAM芯片。
如图1和图3所示，硅盖帽1包括一顶部11、一与顶部11相垂直的垂直支撑部12，顶部11与垂直支撑部12构成一用于容置MEMS元器件6的半封闭腔体10，在半封闭腔体10的开口端且在垂直支撑部12的底面上设有一沿所述底面的周向向内和向外延伸的扩展接触部13，扩展接触部13与垂直支撑部12构成一半工字形的结构。该硅盖帽1内的半封闭腔体10是经过光刻、腐蚀和抛光工艺后形成的。垂直支撑部12的厚度为70微米，扩展接触部13的厚度为78.8微米，并且垂直支撑部12与扩展接触部13关于同一中心轴轴对称。如此的扩展接触部13厚度恰好，既满足结构强度、又不浪费材料、又不占用过多的接触面积。垂直支撑部12与顶部11是一体成型的。垂直支撑部的截面形状是回字形的，如此结构更稳定、强度更可靠。垂直支撑部12的形状除此之外，还可以是平行四边形，椭圆形或圆形。
硅盖帽1上的扩展接触部13是通过共晶键合与金属合金板2连接的。如此连接符合MEMS的超精密的要求，连接更稳定可靠。半封闭墙体10内的MEMS元器件6还通过通孔7与电极相连接。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种MEMS加速度传感器的硅盖帽结构，其特征在于，其包括一顶部、一与所述顶部相垂直的垂直支撑部，所述顶部与所述垂直支撑部构成一用于容置MEMS加速度传感器的半封闭腔体，在所述半封闭腔体的开口端且在所述垂直支撑部的底面上设有一沿所述底面的周向向内和向外延伸的扩展接触部，所述扩展接触部与所述垂直支撑部构成一半工字形的结构。
2.如权利要求1所述的MEMS加速度传感器的硅盖帽结构，其特征在于，所述垂直支撑部的厚度为70微米，所述扩展接触部的厚度为78.5～79.0微米，并且所述垂直支撑部与所述扩展接触部关于同一中心轴轴对称。
3.如权利要求1所述的MEMS加速度传感器的硅盖帽结构，其特征在于，所述垂直支撑部的截面形状是“回”字形的。
4.如权利要求1所述的MEMS加速度传感器的硅盖帽结构，其特征在于，所述垂直支撑部的截面形状是椭圆形或圆形。
5.一种MEMS加速度传感器，其特征在于，其包括一CMOS层、一设于所述CMOS层上的硅基板、一设于所述硅基板上的金属合金板、一设于所述金属合金板上的如权利要求1～4中任一项所述的MEMS加速度传感器的硅盖帽结构。
6.如权利要求5所述的MEMS加速度传感器，其特征在于，在所述硅基板的表面上且在所述金属合金板的周围还设有一层用于防腐蚀的二氧化硅薄膜。
7.如权利要求6所述的MEMS加速度传感器，其特征在于，所述MEMS加速度传感器的硅盖帽结构上的所述扩展接触部是通过共晶键合与所述金属合金板连接的。
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