[发明专利]惯性微机电传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种惯性微机电传感器及其制造方法。

背景技术

MEMS(Microelectromechanical System，微机电系统)技术是指对微米/纳米(micro/nanotechnology)材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。MEMS是由机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。MEMS通常应用在位置传感器、旋转装置或者惯性传感器中，例如加速度传感器、陀螺仪和声音传感器。

现有的一种传统的惯性微机电传感器通常包括主体和一个或多个惯性质量块，所述惯性质量块相对于主体为悬置的分立结构，惯性质量块可以由悬臂支撑而成悬置。而惯性质量块、主体及惯性质量块和主体之间的气体层构成电容。所述惯性质量块和主体可以相对移动，当惯性质量块和主体相对移动，例如上下移动或者左右移动，则所述电容的电容值将发生变化，从而通过连续测量所述电容值可以获得所述惯性质量块和主体相对左右运动或者上下移动的速度或加速度。上述通过测量电容值来测量所述惯性质量块和主体之间相对运动的惯性微机电传感器也叫做电容式惯性微机电传感器。

上述电容式惯性微机传感器通常利用半导体制造工艺形成。例如，利用半导体衬底作为电容式惯性微机传感器的主体，在半导体衬底上形成悬置的惯性质量块。由于所述电容式惯性微机电传感器通常利用半导体制造工艺形成，因此在传统技术中，电容式惯性微机电传感器和CMOS接口电路(Read-out integrated circuit，ROIC)通常采用相同制造工艺形成。通常电容式惯性微机电传感器和CMOS接口电路在同一半导体衬底上形成，也就是将电容式惯性微机电传感器嵌入CMOS接口电路中。例如在美圆专利文献“US2010116057A1”中公开了一种惯性传感器。

然而，随着工艺尺寸的减小，膜层的厚度也越来越薄，因此在具有CMOS器件的半导体衬底上制造电容式惯性微机电传感器也越来越困难。通常惯性质量块是由一个整体的导电材料形成的，所述导电材料要求导电性好、性质稳定、密度较大，例如较常用的是锗硅材料，但是上述性质的导电材料价格都非常昂贵。而且，对于电容式惯性微机电传感器来说，惯性质量块的重量越大则惯性越大，惯性微机电传感器的精确度越高；而为了使惯性质量块的惯性更大就需要使用非常多的所述导电材料，这样就造成惯性微机电传感器的成本非常高。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种惯性微机电传感器，可以有效地提高惯性质量块的重量，提高惯性微机电传感器的精确度，并降低制造成本。

为了解决上述问题，本发明提供了一种惯性微机电传感器及其制造方法，该惯性微机电传感器，能够相对移动的主体和质量块，所述主体包括具有第一表面的第一主体和垂直并连接所述第一表面的第二主体，所述第一主体内具有平行于所述第一表面的第一电极，所述第二主体内具有垂直于所述第一表面的第二电极；所述质量块悬置在所述第二主体和第一主体形成的空间内，所述质量块包括平行且相对于所述第一表面的第三电极、垂直于所述第一表面的第四电极和质量层，所述第三电极和第四电极相连并构成U型凹槽，所述质量层填充于所述U型凹槽内，

优选的，所述第一主体还包括位于所述第一电极下方的半导体材料层，所述半导体材料层内具有MOS器件。

优选的，所述第一电极的材料为：铝、钛、铜、钴、镍、钽、铂、银和金的其中一种或其任意组合。

优选的，所述第二主体的材料为：氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅和碳氮氧化硅的其中一种或其任意组合。

优选的，所述第二电极的材料为：铝、钛、铜、钨和钽的其中一种或其任意组合。

优选的，所述第三电极和第四电极的材料为：铝、钛、铜、钴、镍、钽、铂、银和金的其中一种或其任意组合。

优选的，所述质量层的材料为：钨、锗硅、锗、铝、氧化物和氮化硅的其中一种或其任意组合。

相应的，本发明还提供了一种惯性微机电传感器的制造方法，包括步骤：

提供主体，所述主体包括相互垂直连接的第一主体和第二主体，第一主体具有第一表面，所述第一主体内具有平行于所述第一表面的第一电极，所述第二主体内具有垂直于第一表面的第二电极；

在所述第一主体上形成牺牲层；

在所述牺牲层上形成绝缘层，所述绝缘层和所述牺牲层围成U型凹槽；

淀积形成覆盖所述牺牲层和绝缘层的导电层；

在所述牺牲层上的导电层上形成质量层，所述质量层的顶部和所述绝缘层顶部的导电层齐平；