CN1417105A - 微机械装置和制造这种装置的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造多层微机械装置的方法。该装置包括其中具有微机械部件的内腔，该方法包括以下步骤：由第一材料层形成微机械部件；在该第一材料层的至少一个表面上设置密封层，由此形成该内腔；在该腔内配置吸气剂；用阳极连接法将第一材料连接在该密封层上，并向该内腔输送惰性气体，以调节腔内压力。文中还披露了使用这种方法制成的相应装置。

Description

微机械装置和制造这种装置的方法
技术领域
本发明涉及多层微机械装置例如共振式加速度测量仪或微机械加工的陀螺仪的领域。
背景技术
为了避免可能的问题，最好可以调节这种装置的物理特性。例如对这种装置通常需要有高的品质因数(Q)。然而很高品质因数Q的共振器容易受到外部振动和冲击的损害，这种外部振动可能造成不希望的振动模式。控制限定该装置腔的封装件内的压力可以实现这种调节。为了减少该压力，该装置需要单个地在直空或低压下进行封装和密封。然而真空封装单个传感器是一种成本高的工艺，因此不适合于进行大批量低成本生产。
已经观察到，由于工艺的变化也对腔内压力产生影响。例如，阳极连接是用于密封晶片级的周知技术，其具有很多优点，但如果在真空中采用阳极连接，则会产生阳极连接的副产品，即放出一定量气体。这使得腔内压力高于连接室的基底压力，而且是不能预测的，造成整个的工艺质量下降，下降到用阳极连接工艺制造的装置需要相当大的控制电路来补偿其品质因素Q的制造变化。这种气体的放出也意味着，当腔内压力不低到要求的程度时也很难获得高的品质因数Q。
发明内容
本发明提供一种制造多层的微机械装置的方法，该装置包括内部腔，腔内具有微机械部件，该方法包括以下步骤：
由第一材料层形成微机械部件；
在该第一材料的至少一个表面上设置密封层，由此形成内腔；
在该内腔内配置吸气剂材料；和
通过阳极连接使该第一材料密封在密封层上，同时输送惰性气体，以调节腔内压力。
本发明还提供一种多层的微机械装置，该微机械装置包括：
第一层，其中形成微机械部件；
至少一个密封层，其中第一层阳极连接于该密封层上，由此形成内腔；
在腔内配置的吸气剂；和
注入内腔的惰性气体，由此调节腔内压力。
可以在350℃～450℃的温度范围内进行阳极连接操作。吸气剂可以是钛，可以预成型在一个密封层上。惰性气体可以是氩气。可以有两个密封层。微机械部件的材料可以是硅，而密封层可以用玻璃或硅，或用玻璃溅射的硅制成。
本发明装置的品质因数Q可以以高的准确度来控制，由此可得到一种基本上不需要精确的辅助电路的装置以及抗振动、冲击和其它外部因素的装置，该电路在测量方面很准确。
本发明工艺简单，成本低，而且可以确保高准确度控制品质因数Q，并且降低了整个工艺损耗。
附图说明
下面参考附图描述本发明的一个实施例，这些附图是：
图1是示意图，示出本发明的工艺；
图2是本发明装置的侧视图；
图3是进行密封阶段之前和之后本发明第二装置的侧视图；和
图4是本发明装置的再一实施例装置的侧视图，仍示出密封之前和之后的状态。
具体实施方式
参考图1，利用连接于出口2和压力计3的泵(未示出)使连接室1保持在可控的低压或真空中，在该连接室中执行本发明的方法。在该室1中配置待制造的装置的部件。在此实施例中，该装置是共振式加速度测量仪或陀螺仪。
在连接室1中的部件包括第一和第二封装层4。这些层用玻璃、硅或用玻璃溅射的硅形成。形成在封装层4中的一个层表面上的是金属层5，该金属层提供该工艺的终端产品的检测电路。形成在另一封装层4上的是一个或多个吸气剂部件，该部件用钛或其它合适的吸气材料制造。位于两个封装层4之间的是硅层7，该硅层被加工成其上形成装置部件8。
采用已知的阳极连接技术将封装层4密封在硅装置层7上，由此形成整个装置9(图2)。这种连接技术包括将部件加热到350℃～450℃的温度，并加上适量的电荷，然后进行密封。在进行这种操作期间，由于所加的高温和电荷，封装层4中将放出氧气。在现有技术方法中，该氧气释放到腔11中，影响密封时的可控压力。然而在采用本发明时，装有吸气剂部件6，该部件可以吸收以此种方式产生的氧气。为了准确控制在部件4和7密封后在腔11中形成的压力，本发明的方法还能通过入口10将惰性气体例如氩气输送连接室1中。(如图2所示)密封的最后结果是在最终装置9中形成腔11，该腔中具有密封于其内的压力受控的惰性气体。知道此压力，然后再仔细控制形成装置8的硅层7的加工，这样便可形成一种装置，这种装置具有预定的精确的品质因素Q，而且该因素Q可由制造工艺可靠地重复。
作为硅加工工艺的一部分，因为腐蚀硅晶体的各向同性特性，所以装置8通常这样形成，使得在该层中形成斜坡区域12。这些斜坡区域与装置8的主操作部件分开，因此，在这些斜坡区域12的大致区域内特别适合于放置吸气剂材料，最好完全放在这些区域的下面，使得吸气剂不影响装置8的静电特性，从而不影响该装置的操作。这样做也消除了装置8移向和粘接于吸气剂材料6的可能性。因为这些原因，吸气剂最好放置在远离金属电极5的腔的一侧。对此，还应当理解，还可以采取另一种方式，使吸气剂材料形成在硅底衬7上。
图3示出本发明替代实施例的侧视图，在该实施例中，可以采用各种已知连接技术中的任何一种方法将用玻璃或硅形成的底层4接附到硅层7上。随后设置吸气剂6。然后将玻璃制成的上层4密封在装置的顶部，以形成最终装置9，该装置的腔11内具有受控的压力，该腔包括氩气或类似的惰性气体。
图4示出再一个实施例，在该实施例中，整个底部由单一硅层或SOI层7形成，该硅层然后用阳极连接法连接于用玻璃制成的上部密封层4，由此形成腔11，该腔的压力参数与前述实施例的压力参数相似。

Claims (15)

1.一种制造多层的微机械装置的方法，该装置包括其中具有微机械部件的内腔，该方法包括以下步骤：
由第一材料层形成微机械部件；
在第一材料的至少一个表面上设置密封层，从而形成该腔；
在该腔内设置吸气剂材料；和
通过阳极连接将第一材料密封于该密封层上，同时供应惰性气体，以调节该腔内的压力。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在350℃～450℃温度范围内进行阳极连接操作。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，吸气剂是钛。
4.如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，该惰性气体是氩气。
5.如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，第一材料是硅。
6.如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，密封层用玻璃或用玻璃溅射的硅制成。
7.如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在该密封件上预成型该吸气剂部件。
8.如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，设置两个密封层，使得在第一层的两侧各有一密封层，彼此相对。
9.一种多层的微机械装置，其包括：
第一层，其中形成有微机械部件；
至少一个密封层，其中，该第一层阳极连接于该密封层上，由此形成腔；
设置在该腔内的吸气剂；和
设置在该腔内的惰性气体，使得该腔内的压力可调。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，该吸气剂是钛。
11.如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，该惰性气体是氩气。
12.如权利要求9～11中任一项所述的装置，其特征在于，该第一层的材料是硅。
13.如权利要求9～12中任一项所述的装置，其特征在于，该密封层用玻璃或用玻璃溅射硅制成。
14.如权利要求9～13中任一项所述的装置，其特征在于，该吸气剂接附在该密封层上。
15.如权利要求9～14中任一项所述的装置，其特征在于，其包括两个密封层，在密封层的两侧各有一层。
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