[发明专利]微机电系统及其MEMS惯性传感器、制造方法

说明书

本发明公开了一种微机电系统MEMS惯性传感器，包括：第一晶圆，所述第一晶圆的正面设有第一凹槽；第二晶圆，所述第二晶圆包括晶圆框架和质量块，所述晶圆框架与所述质量块之间设有弹簧；所述质量块，所述弹簧与所述第一凹槽形成空腔；所述第二晶圆的背面与所述第一晶圆的正面直接键合；其中，所述质量块包括第二凹槽，所述第二凹槽中填充密度大于硅的金属层；上述MEMS惯性传感器具有更好的感知灵敏度和检测精度。

技术领域

本申请涉及微机电系统技术领域，尤其涉及一种微机电系统及其MEMS惯性传感器、制造方法。

背景技术

在微电子机械系统MEMS(Micro Electro Mechanical systems)中，MEMS惯性传感器包括加速度传感计和角速度传感器(陀螺仪)，无论是加速度传感计还是角速度传感器，质量块均是传感器中的重要组件。质量块的重量决定了传感器的检测精度和灵敏度。目前，惯性传感器中通常是利用硅材料本身作为振动的质量块，但是硅的密度较低，只有2.33g/m³；随着MEMS惯性传感器的小型化要求，由于质量块的质量较轻，导致惯性传感器的灵敏度和检测精度无法达到实际需求。

发明内容

本发明提供了一种微机电系统及其MEMS惯性传感器、制造方法，以解决或者部分解决目前的硅质量块质量较轻，导致MEMS惯性传感器的检测精度低，反应不灵敏的技术问题。

为解决上述技术问题，根据本发明一个可选的实施例，提供了一种微机电系统MEMS惯性传感器，包括：

第一晶圆，所述第一晶圆的正面设有第一凹槽；

第二晶圆，所述第二晶圆包括晶圆框架和质量块，所述晶圆框架与所述质量块之间设有弹簧；所述质量块，所述弹簧与所述第一凹槽形成空腔；所述第二晶圆的背面与所述第一晶圆的正面直接键合；

其中，所述质量块包括第二凹槽，所述第二凹槽中填充密度大于硅的金属层。

可选的，所述金属层的材质为单质金属材料。

可选的，所述金属层的材质为合金材料。

根据本发明又一个可选的实施例，提供了一种获得前述技术方案中的MEMS惯性传感器的制造方法，包括：

在第一晶圆的正面制备第一凹槽；

在所述第一晶圆的正面旋涂牺牲层材料，获得旋涂后的第一晶圆；其中，所述第一凹槽内形成牺牲层；

将所述旋涂后的第一晶圆的正面与第二晶圆的背面直接键合，获得第一键合晶圆；所述第一键合晶圆的正面为所述第二晶圆的正面，所述键合晶圆的背面为所述旋涂后的第一晶圆的背面；

对所述第一键合晶圆的正面进行减薄，获得第二键合晶圆；

在所述第二键合晶圆的正面制备第二凹槽，并在所述第二凹槽中填充密度大于硅的金属层，获得第三键合晶圆；

蚀刻所述第三键合晶圆的预设位置至所述牺牲层，获得包括弹簧和质量块的第四键合晶圆；

蚀刻所述第四键合晶圆内的牺牲层，获得所述MEMS惯性传感器。

可选的，所述在第一晶圆的正面制备第一凹槽，包括：

通过第一蚀刻方法，在所述第一晶圆的正面制备具有预设形状的所述第一凹槽。

可选的，所述在所述第一晶圆的正面旋涂牺牲层材料，获得旋涂后的第一晶圆之后，所述制造方法还包括：

通过第一化学机械研磨方法，对所述旋涂后的第一晶圆的正面进行研磨，获得研磨后的第一晶圆；

通过第二化学机械研磨方法，对所述第二晶圆的背面进行研磨，获得研磨后的第二晶圆；