本发明涉及在硅片及其类似材料中制造的挠性构件，以产生可以用于微加工的传感器如加速计中的结构。 在一种众所周知的加速计的设计中，一个检测质量用一或多个挠性构件连接到支架上，该挠性构件使检测质量对加速度产生响应而沿预定的灵敏轴转动。在一种常规的加速计中，可以从切割出检测质量的坯料上加工修薄一部分坯料来制造挠性构件。但是，在一个由单晶硅制成的那种类型的微力学量加速计中，挠性构件通常必须用刻蚀技术来制作。由于刻蚀工艺与机械加工相比相对说来灵活性差一些，在硅微力学量器件中制作挠性构件的选择余地稍许受到限制。一种已知的技术是在硅片表面上产生外延层，而后在与其相对的硅片表面上刻蚀一个开口，利用外延层作为刻蚀阻挡。虽然这是一种可以高度再现的技术，但它有一个缺点，就是挠性构件的等效枢轴位于硅片一个表面的平面中，而不是位于硅片两个表面之间地正中间的点上。结果，加速计的等效灵敏轴并不平行于硅片表面，而仪表与外壳的对准因而较为困难。
本发明提供新的挠性构件和制造挠性构件用的新方法，特别适用于硅微力学量器件。在加速计中，本发明的技术使得可以产生一个其等效枢轴位于硅片两个表面之间的半中间的挠性构件系统。
在一个方面，本发明对一种由具有上下表面的晶片制造的传感器提出了改进，该传感器属于包括一个枢轴式地连接到第二部件上的第一部件的类型。改进包括将第一部件枢轴式地连接到第二部件上的第一和第二挠性构件，挠性构件能使第二部件围绕一个共同的枢轴相对于第一部件转动。第一挠性构件在一个对晶片上表面比对晶片下表面更接近的位置上连接第一部件，并在一个对晶片下表面比对晶片上表面更接近的位置上连接第二部件。第二挠性构件在一个对晶片下表面比对晶片上表面更接近的位置上连接第一部件，并在一个对晶片上表面比对晶片下表面更接近的位置上连接第二部件。其结果是高度稳定的“交叉式挠性构件”配置。
在第二方面，本发明提供一种处理具有上下表面的晶片以便产生一个挠性地连接在晶片第二部分上的晶片第一部分的方法。该方法包括在晶片上下表面上分别蚀刻第一和第二沟槽，该第一和第二沟槽分别具有第一和第二纵轴，蚀刻第一沟槽的步骤包括在第一平面的一侧除去晶片材料，该第一平面平行于第一纵轴，并以一个锐角与晶片的上表面相交。蚀刻第二沟槽的步骤包括在第二平面的一侧除去晶片材料，该第二平面平行于第二纵轴，并以一个锐角与晶片的下表面相交。第一和第二沟槽的位置和深度是这样选择的，使得第一和第二平面之间的晶片区段形成一个使晶片的第一和第二部分彼此连接的挠性构件。这个方法可以扩展到制造上述类型的交叉式挠性构件。
图1-4举例说明依照本发明制造一个单独的挠性构件。
图5-8举例说明依照本发明制造一个交叉式挠性构件对。
图9和图10举例说明利用两个交叉式挠性构件对制成的加速计。
本发明的一般技术可以参考图1至图4来说明。图1表示硅片12的侧视图或截面图。硅片12包括上表面14和下表面16。上表面14覆盖着掩模（如二氧化硅）层20，下表面16同样具有掩模层22。假定上表面14和下表面16具有100取向，就是这些表面平行于100晶面。
在最佳实施例中，如图2和图3所示，本发明的方法是通过在掩模层20和22中分别制作矩形开口24和26来进行的。开口24对纵向中心轴30准直，开口26对纵向中心轴32准直。两个纵向轴彼此平行并平行于硅片表面14和16。为了简化图解起见，图3用虚线表示轴32，但没有表示开口26。轴32沿垂直于轴30和32而平行于硅片表面14和16的侧向偏离轴30。轴30和32的准直方向最好平行于110晶面，该晶面通常由硅片上的平坦部分或刻痕确定。
图示实施例中的下一步是使用各向异性的蚀刻剂蚀刻硅片12的上下表面。结果，如图4所示，在硅片12的上下表面中形成V形沟槽40和42。沟槽的外边缘（即沟槽40的上边缘和沟槽42的下边缘）分别与掩模层20和22中的开口24和26对准。每个沟槽由四个侧壁组成，每个侧壁沿一个111晶面延伸，该晶面与蚀刻沟槽的硅片表面形成约55°的角度。因此每个沟槽40和42在垂直于其纵轴的平面内均具有V形截面。切口24和26的初始位置是这样选择的，使得当沟槽40和42受到蚀刻时，沟槽40的侧壁44和沟槽42的侧壁46相互配合，在两个沟槽之间形成挠性构件50。挠性构任50最好沿平行于纵轴30和32的方向具有均匀的截面。挠性构件连接硅片12的第一部分52和第二部分54，使得52部分可以围绕枢轴56相对于54部分转动，枢轴56平行于图2中开口24和26各自的纵轴30和32并位于两轴的中点。因此枢轴56位于硅片表面14和16的中点。结果，当图1-4所示的技术用于形成加速计的检测质量和关联挠性构件时，加速计的灵敏轴将垂直于表面14和16。
图5-8中举例说明了依照本发明的交叉式挠性构件对的生产过程。首先参考图5和图6，晶片62包括上表面64和下表面66，它们又分别包括掩模层70和72。掩模层70包括在图5中用粗线表示的复合开口80，它包括侧面开口81、中央开口82和侧面开口83。同样，下掩模层72包括在图5中用虚线表示的复合开口90，它包括侧面开口91、中央开口92和侧面开口93。在表面64和66的平面中，中央开口82和92彼此对应地延伸，相对于将成为挠性构件枢轴的96对称。侧面开口81的最后端边缘与中央开口82的最右端边缘对准，但其左端边缘与开口82的左端边缘相比是向着轴96的方向向内移的。结果，侧面开口81向着轴96的右边稍许偏移。下掩模层72中的侧面开口91向着轴96的左边偏移一个相同的距离，使得侧面开口81和91彼此准直，就像图2中所示的开口24和26的准直一样。侧面开口83和93具有同样的相对准直，所不同的是，在这一对开口中，上掩模层70中的侧面开口83相对于下掩模层72中的侧面开口93位于左边。
图7和图8显示了利用各向异性蚀刻技术（与上述图1至图4中所述的相似）蚀刻图5和图6中所示结构并除去掩模层的结果。穿过侧面开口81和91的刻蚀产生分别具有侧壁104和106的V形沟槽100和102，在侧壁104和106之间形成挠性构件108。穿过侧面开口83和93的刻蚀产生分别具有侧壁114和116的V形沟槽110和112，在侧壁114和116之间形成挠性构件118。穿过中央开口82和92的刻蚀完全穿过晶片62进行，以产生挠性构件之间的开孔120。
如图1-4的实施例那样，挠性构件108和118使得晶片62的第一部分124和第二部分126能够围绕枢轴128相对转动，枢轴128穿过挠性构件的中点，并位于晶片表面64和66的正中间。此外，如图7所见，挠性构件108和118互相交叉，产生一种消除挠性构件成S形弯曲和下垂的高度稳定结构，同时保持单一挠性构件枢轴的角度柔量。
图9和图10举例说明一种利用按本发明形成的挠性构件制成的加速计。加速计包括用交叉式挠性构件对134和136悬架在支架132上的检测质量130。在晶片的上表面142上制作第一个双振动梁力换能器140，在晶片的下表面146上制作第二个同样的力换能器144。结果，检测质量的等效枢轴150位于上表面142和下表面146的正中间，也位于力换能器140和144的正中间。挠性构件可以由单晶硅蚀刻而成，其方式类似于与图1-8联系的上述蚀刻方式。