惯性传感器的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及MEMS传感器领域，特别涉及一种惯性传感器。
【背景技术】
[0002]在很多运动物体的控制、检测和导航系统中，不仅需要位移、角位移、速度、角速度信息，更需要加速度、角速度信息。惯性传感器(包括加速度传感器与角速度传感器)就是一种测试加速度、角速度的仪器。
[0003]从二十世纪八十年代末开始，随着微机电系统(MEMS)技术的发展，各种传感器实现了微小型化，以MEMS技术为基础的MEMS惯性传感器由于采用MEMS加工工艺，实现了批量生产，克服了原有惯性传感器体积大、成本高等缺点，成为未来发展的主要方向。
[0004]体微加工技术、表面微加工技术和特殊微加工技术是MEMS领域三种重要的微加工技术。体微加工技术是沿着硅衬底的厚度方向对硅衬底进行刻蚀(包括湿法腐蚀和干法刻蚀)，其是实现三维结构的重要方法。特殊微加工技术是指在MEMS制造环节中使用到的键合、LIGA(Lithographie、Galvanoformung和Abformung的缩写，即光刻、电铸和注塑，LIGA工艺是一种基于X射线光刻技术的MEMS加工技术)、电镀、软光刻、微模铸等技术。表面微加工技术是采用薄膜淀积、光刻以及刻蚀等工艺，通过在牺牲层薄膜上淀积多晶硅薄膜，然后利用牺牲层释放结构层实现可动结构。也就是说，表面微加工技术在硅衬底表面上“构建”微结构，并实现复杂的布线连接。
[0005]发明人发现，尽管表面微加工可以实现复杂的多层悬空结构，但由于淀积工艺的限制，通常情况下表面微加工形成的结构层的厚度小于20 μπι，该结构层比较脆弱，性能没有体硅材料好，在制造过程中容易损坏，膜片的应力、粘连是需要重点解决的问题。
【实用新型内容】
[0006]为解决上述问题，本实用新型提出一种惯性传感器，以解决现有的表面微加工技术形成的结构层比较脆弱，容易损坏的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种惯性传感器，所述惯性传感器包括:硅衬底、埋层、布线层、牺牲层、单晶硅层、金属层，所述埋层位于所述硅衬底上，所述布线层位于所述埋层上，所述牺牲层位于所述布线层上，所述单晶硅层的一部分位于所述牺牲层和布线层上，所述单晶硅层的另一部分构成可动结构层，所述可动结构层下方的牺牲层被全部去除，所述金属层位于所述单晶硅层上且暴露所述可动结构层。
[0008]可选的，在所述的惯性传感器中，所述单晶硅层通过外延生长的方式形成，所述单晶娃层的厚度为10 μπι?40 μπι。
[0009]可选的，在所述的惯性传感器中，所述埋层的材质为二氧化硅，所述埋层的表面平整度小于lnm0
[0010]可选的，在所述的惯性传感器中，所述布线层的材质为多晶硅。
[0011]可选的，在所述的惯性传感器中，所述牺牲层的材质为二氧化硅，所述牺牲层的厚度为1 μπι?3 μ??ο
[0012]可选的，在所述的惯性传感器中，所述金属层的材质为铝，所述金属层的厚度为0.5 μ m ~ 2 μ mD
[0013]在本实用新型提供的惯性传感器中，所述可动结构层由单晶硅层形成，通过外延方式生长的单晶硅层具有应力小的优点，由此形成的可动结构层厚度不受限制，有利于减小惯性传感器的管芯面积，降低成本。
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型实施例的惯性传感器制作方法的流程示意图；
[0015]图2至图13是本实用新型实施例的惯性传感器制作方法过程中各步骤对应的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的惯性传感器的制造方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
[0017]参考图13所示，并结合图2至图12，本实施例形成的惯性传感器包括:硅衬底107、埋层106、布线层105、牺牲层104、单晶硅层103、金属层108，其中，所述埋层106位于所述硅衬底107上，所述布线层105位于埋层106上，所述牺牲层104位于布线层105上，所述单晶硅层103的一部分位于所述牺牲层104和布线层105上，另一部分构成可动结构层109，所述可动结构层109下方的牺牲层被全部去除，所述金属层108位于所述单晶硅层103上且具有暴露所述可动结构层109的通孔。该惯性传感器的可动结构层109由单晶硅层形成，通过外延方式生长的单晶硅层具有应力小的优点，由此形成的可动结构层厚度不受限制，有利于减小管芯面积，降低成本。
[0018]其中，所述埋层106和牺牲层104的材质例如是二氧化硅，所述布线层105的材质例如是多晶硅，所述金属层108的材质例如是铝，当然，本实用新型并不限制上述各层的材质，还可根据设计需求选择其他材料。
[0019]其中，所述多晶硅层103的厚度可以为10 μπι?40 μπι，所述牺牲层104的厚度可以为1 μ m?3 μ m。
[0020]下面结合图1至图13详细说明本实施例的惯性传感器的制造方法。为方便与另一娃衬底区分，下文将上述娃衬底称为第二娃衬底，将另一娃衬底称为第一娃衬底。本实施例的惯性传感器的制造方法包括如下步骤:
[0021]步骤S10，提供第一硅衬底，并对所述第一硅衬底进行电化学腐蚀以形成多孔硅层；
[0022]步骤S11，通过外延的方式在所述多孔硅层上形成单晶硅层；
[0023]步骤S12，在所述单晶硅层上形成牺牲层，并图形化所述牺牲层形成通孔；
[0024]步骤S13，在所述牺牲层上形成布线材料，并图形化所述布线材料形成布线层，所述布线层通过所述通孔与所述单晶硅层连接；
[0025]步骤S14，在所述布线层和牺牲层上形成埋层；
[0026]步骤S15，提供第二硅衬底，并将所述第二硅衬底与所述第一硅衬底上的埋层键合；
[0027]步骤S16，腐蚀所述多孔硅层以分离所述第一硅衬底与第二硅衬底，并平坦化所述单晶娃层;
[0028]步骤S17，在所述单晶硅层上形成金属层，并图形化所述金属层；
[0029]步骤S18，图形化所述单晶硅层，并通过腐蚀的方式去除所述单晶硅层暴露出来的牺牲层，形成可动结构层。
[0030]参考图2，提供第一硅衬底101。该第一硅衬底101例如是晶向为〈100〉的硅衬底，利于形成质量较佳的单晶硅层。该第一硅衬底101优选是P型硅衬底，便于发生电化学反应形成多孔硅层。当然，亦可考虑采用N型硅衬底，后续欲发生电化学反应时进行光照以产生空穴即可。该第一硅衬底101例如是高掺杂的硅片，其电阻率可以为0.01-0.02 Ω.cm，但并不限于此。
[0031]参考图3，对该第一硅衬底101进行电化学腐蚀，以在其上部形成多孔硅层102。本实施例中所述多孔硅层102中形成有纳米孔。作为一个非
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及MEMS传感器领域，特别涉及一种惯性传感器。
【背景技术】
[0002]在很多运动物体的控制、检测和导航系统中，不仅需要位移、角位移、速度、角速度信息，更需要加速度、角速度信息。惯性传感器(包括加速度传感器与角速度传感器)就是一种测试加速度、角速度的仪器。
[0003]从二十世纪八十年代末开始，随着微机电系统(MEMS)技术的发展，各种传感器实现了微小型化，以MEMS技术为基础的MEMS惯性传感器由于采用MEMS加工工艺，实现了批量生产，克服了原有惯性传感器体积大、成本高等缺点，成为未来发展的主要方向。
[0004]体微加工技术、表面微加工技术和特殊微加工技术是MEMS领域三种重要的微加工技术。体微加工技术是沿着硅衬底的厚度方向对硅衬底进行刻蚀(包括湿法腐蚀和干法刻蚀)，其是实现三维结构的重要方法。特殊微加工技术是指在MEMS制造环节中使用到的键合、LIGA(Lithographie、Galvanoformung和Abformung的缩写，即光刻、电铸和注塑，LIGA工艺是一种基于X射线光刻技术的MEMS加工技术)、电镀、软光刻、微模铸等技术。表面微加工技术是采用薄膜淀积、光刻以及刻蚀等工艺，通过在牺牲层薄膜上淀积多晶硅薄膜，然后利用牺牲层释放结构层实现可动结构。也就是说，表面微加工技术在硅衬底表面上“构建”微结构，并实现复杂的布线连接。
[0005]发明人发现，尽管表面微加工可以实现复杂的多层悬空结构，但由于淀积工艺的限制，通常情况下表面微加工形成的结构层的厚度小于20 μπι，该结构层比较脆弱，性能没有体硅材料好，在制造过程中容易损坏，膜片的应力、粘连是需要重点解决的问题。
【实用新型内容】
[0006]为解决上述问题，本实用新型提出一种惯性传感器，以解决现有的表面微加工技术形成的结构层比较脆弱，容易损坏的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种惯性传感器，所述惯性传感器包括:硅衬底、埋层、布线层、牺牲层、单晶硅层、金属层，所述埋层位于所述硅衬底上，所述布线层位于所述埋层上，所述牺牲层位于所述布线层上，所述单晶硅层的一部分位于所述牺牲层和布线层上，所述单晶硅层的另一部分构成可动结构层，所述可动结构层下方的牺牲层被全部去除，所述金属层位于所述单晶硅层上且暴露所述可动结构层。
[0008]可选的，在所述的惯性传感器中，所述单晶硅层通过外延生长的方式形成，所述单晶娃层的厚度为10 μπι?40 μπι。
[0009]可选的，在所述的惯性传感器中，所述埋层的材质为二氧化硅，所述埋层的表面平整度小于lnm0
[0010]可选的，在所述的惯性传感器中，所述布线层的材质为多晶硅。
[0011]可选的，在所述的惯性传感器中，所述牺牲层的材质为二氧化硅，所述牺牲层的厚度为1 μπι?3 μ??ο
[0012]可选的，在所述的惯性传感器中，所述金属层的材质为铝，所述金属层的厚度为0.5 μ m ~ 2 μ mD
[0013]在本实用新型提供的惯性传感器中，所述可动结构层由单晶硅层形成，通过外延方式生长的单晶硅层具有应力小的优点，由此形成的可动结构层厚度不受限制，有利于减小惯性传感器的管芯面积，降低成本。
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型实施例的惯性传感器制作方法的流程示意图；
[0015]图2至图13是本实用新型实施例的惯性传感器制作方法过程中各步骤对应的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的惯性传感器的制造方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
[0017]参考图13所示，并结合图2至图12，本实施例形成的惯性传感器包括:硅衬底107、埋层106、布线层105、牺牲层104、单晶硅层103、金属层108，其中，所述埋层106位于所述硅衬底107上，所述布线层105位于埋层106上，所述牺牲层104位于布线层105上，所述单晶硅层103的一部分位于所述牺牲层104和布线层105上，另一部分构成可动结构层109，所述可动结构层109下方的牺牲层被全部去除，所述金属层108位于所述单晶硅层103上且具有暴露所述可动结构层109的通孔。该惯性传感器的可动结构层109由单晶硅层形成，通过外延方式生长的单晶硅层具有应力小的优点，由此形成的可动结构层厚度不受限制，有利于减小管芯面积，降低成本。
[0018]其中，所述埋层106和牺牲层104的材质例如是二氧化硅，所述布线层105的材质例如是多晶硅，所述金属层108的材质例如是铝，当然，本实用新型并不限制上述各层的材质，还可根据设计需求选择其他材料。
[0019]其中，所述多晶硅层103的厚度可以为10 μπι?40 μπι，所述牺牲层104的厚度可以为1 μ m?3 μ m。
[0020]下面结合图1至图13详细说明本实施例的惯性传感器的制造方法。为方便与另一娃衬底区分，下文将上述娃衬底称为第二娃衬底，将另一娃衬底称为第一娃衬底。本实施例的惯性传感器的制造方法包括如下步骤:
[0021]步骤S10，提供第一硅衬底，并对所述第一硅衬底进行电化学腐蚀以形成多孔硅层；
[0022]步骤S11，通过外延的方式在所述多孔硅层上形成单晶硅层；
[0023]步骤S12，在所述单晶硅层上形成牺牲层，并图形化所述牺牲层形成通孔；
[0024]步骤S13，在所述牺牲层上形成布线材料，并图形化所述布线材料形成布线层，所述布线层通过所述通孔与所述单晶硅层连接；
[0025]步骤S14，在所述布线层和牺牲层上形成埋层；
[0026]步骤S15，提供第二硅衬底，并将所述第二硅衬底与所述第一硅衬底上的埋层键合；
[0027]步骤S16，腐蚀所述多孔硅层以分离所述第一硅衬底与第二硅衬底，并平坦化所述单晶娃层;
[0028]步骤S17，在所述单晶硅层上形成金属层，并图形化所述金属层；
[0029]步骤S18，图形化所述单晶硅层，并通过腐蚀的方式去除所述单晶硅层暴露出来的牺牲层，形成可动结构层。
[0030]参考图2，提供第一硅衬底101。该第一硅衬底101例如是晶向为〈100〉的硅衬底，利于形成质量较佳的单晶硅层。该第一硅衬底101优选是P型硅衬底，便于发生电化学反应形成多孔硅层。当然，亦可考虑采用N型硅衬底，后续欲发生电化学反应时进行光照以产生空穴即可。该第一硅衬底101例如是高掺杂的硅片，其电阻率可以为0.01-0.02 Ω.cm，但并不限于此。
[0031]参考图3，对该第一硅衬底101进行电化学腐蚀，以在其上部形成多孔硅层102。本实施例中所述多孔硅层102中形成有纳米孔。作为一个非
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