加速度传感器及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种加速度传感器及其制造方法。所述制造方法包括：在单晶硅基底上刻蚀包括为z轴向加速度敏感电容提供空间的第一腔体；在刻蚀了各所述腔体的单晶硅基底上生成氧化硅层；在生成氧化硅层后的所述单晶硅基底上采用硅硅键合方式覆盖单晶硅基板，并予以减薄，以形成敏感器件层；所述敏感器件层用于形成包含z轴向加速度敏感电容的敏感电容；在所述敏感器件层上生成氧化硅薄膜，并将除所述z轴向加速度敏感电容结构中悬臂梁处以外的氧化硅薄膜腐蚀掉；在敏感器件层上沉淀与各敏感电容相连的金属电极；按照预设的包含竖直轴向加速度敏感电容的结构图案，将位于相应腔体上的敏感器件层进行刻蚀。本发明专利技术解决了z轴加速度传感器灵敏度低的问题。

【技术实现步骤摘要】
加速度传感器及其制造方法
本专利技术涉及半导体领域，尤其涉及一种加速度传感器及其制造方法。
技术介绍
MEMS(MicroElectroMechanicalSystems)加速度计就是使用MEMS技术制造的加速度计。由于采用了微机电系统技术，使得其尺寸大大缩小，具有体积小、重量轻、能耗低等优点，广泛应用在军事、汽车工业、消费类电子产品等领域。其中，较为常用的是电容式加速度传感器，其基本工作原理在于，敏感质量块借助于悬挂装置支撑在基底上，同时连接可动电极。可动电极和固定电极形成一个或多个敏感电容，待测加速度作用在敏感质量块上产生的惯性力引起敏感电容的极板间隙变化。在现有的Z轴加速度传感器中，悬于基底的多晶硅敏感质量块与固定在基底的多晶硅电极形成平板电容，在加工过程中，敏感质量块和底部电极设置有绝缘介质层(如氧化硅)，受限于工艺条件，往往绝缘介质厚度在几微米，导致间隙很小。易引起敏感电容电极在过载加速度下相接触，而引起电极短路。同时，可动多晶硅敏感质量结构通过湿法或蒸汽法工艺释放，而氧化硅绝缘介质产生的间隙很小，因此需要在敏感质量块上刻蚀密集的释放孔，此举减少了敏感质量块的有效质量。也减小了敏感质量块对加速度产生的惯性力，降低了传感器的灵敏度。为防止敏感电容电极在过载加速度下相接触引起电极短路，提高扭转梁的刚度，而此举也降低了传感器的灵敏度。因此，需要对现有技术进行改进。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种加速度传感器及其制造方法，用于解决现有技术中z轴向的敏感电容的灵敏度低的问题。本专利技术实施例采用以下技术方案：第一方面，提供一种制造加速度传感器的方法，包括：在单晶硅基底上刻蚀至少一个腔体；其中，所述腔体包括：为竖直轴向加速度敏感电容提供运动空间的第一腔体；在刻蚀了各所述腔体的单晶硅基底上生成氧化硅层；在生成氧化硅层后的所述单晶硅基底上采用硅硅键合方式覆盖单晶硅基板，并予以减薄，以形成敏感器件层；其中，所述单晶硅基板覆盖所有腔体；所述敏感器件层用于形成包含竖直轴向加速度敏感电容的敏感电容；在所述敏感器件层上生成氧化硅薄膜，并将除所述竖直轴向加速度敏感电容结构中悬臂梁处以外的氧化硅层腐蚀掉；在所述敏感器件层上沉淀与竖直轴向加速度敏感电容相连的金属电极；按照预设的包含所述竖直轴向加速度敏感电容的结构图案，将位于相应腔体上的敏感器件层进行刻蚀，以得到对应所述结构图案中的器件结构；其中，所述竖直轴向加速度敏感电容的结构图案包括：均悬于所述第一腔体的第一固定梳齿的图案、由所述第一固定梳齿的图案两端延伸至所述第一腔体外边沿的悬臂梁的图案、包含与所述第一固定梳齿图案有间隙啮合的第一可动梳齿图案的第一质量块的图案、以及横跨所述第一腔体并将所述第一质量块图案分为质量不等两部分的扭转梁的图案，其中，所述扭转梁图案的两端部位于所述第一腔体的外边沿上。优选地，所述按照预设的包含所述竖直轴向加速度敏感电容的感应电容图案，将位于相应腔体上的敏感器件层进行刻蚀的方式包括：按照预设的第一固定梳齿和第一可动梳齿对称于所述扭转梁两侧的结构图案，将位于所述第一腔体上的敏感器件层进行刻蚀。优选地，所述腔体还包括：为水平正交两轴向加速度敏感电容提供空间的两个第二腔体；对应的，所述按照预设的包含所述竖直轴向加速度敏感电容的结构图案，将位于相应腔体上的敏感器件层进行刻蚀的方式包括：按照所述第一腔体所对应的竖直轴向加速度敏感电容的、和各所述第二腔体所对应的各水平轴向加速度敏感电容的结构图案，分别将所述第一腔体和第二腔体上的敏感器件层进行刻蚀。优选地，所述水平正交两轴向加速度敏感电容的结构图案包括：垂直于其中一水平轴向的敏感方向、且由所述第二腔体对称的两外边沿向腔内延伸的第二固定梳齿的图案；悬于所述第二腔体并包含第二可动梳齿图案的第二质量块图案，其中，所述第二固定梳齿的图案与所述第二可动梳齿的图案有间隙的啮合，并所述第二固定梳齿的图案与所述第二可动梳齿的图案所对应的两个敏感电容在相应敏感方向上输出差分敏感信号；以及由所述第二质量块的图案沿敏感方向对称延伸至所述第二腔体外边沿的弹性梁的图案。优选地，所述在单晶硅基底上刻蚀多个腔体的方式包括：在单晶硅基底上刻蚀包含止挡部的各腔体；其中，所述第一腔体中的止挡部位于所述第一质量块图案所对应的第一质量块中位于扭转梁图案所对应的扭转梁一侧质量较轻的位置；对应的，所述按照预设的包含所述竖直轴向加速度敏感电容的结构图案，将位于相应腔体上的敏感器件层进行刻蚀的方式包括：将所述敏感器件层与相应止挡部之间刻蚀出空隙。第二方面，本专利技术还提供一种加速度传感器，包括：包含至少一个腔体的单晶硅基底；其中，所述腔体包括：为竖直轴向加速度敏感电容提供运动空间的第一腔体；覆盖在所述单晶硅基底上的敏感器件层，包括：均悬于所述第一腔体的第一固定梳齿、由所述第一固定梳齿两端延伸至所述第一腔体外边沿延伸的悬臂梁、包含与所述第一固定梳齿有间隙的啮合的第一可动梳齿的第一质量块、以及横跨所述第一腔体并将所述第一质量块分为质量不等两部分的扭转梁，其中，所述扭转梁的两端部固定于所述第一腔体的外边沿上；位于所述敏感器件层上、且与所述第一固定梳齿和第一可动梳齿所构成的敏感电容相连的金属电极；位于所述悬梁臂的氧化硅薄膜；所述氧化硅薄膜的固有压应力使悬臂梁向下发生弯曲，使连接在所述悬臂梁上的第一固定梳齿的顶部和底部、与所述第一质量块上的第一可动梳齿的顶部和底部形成高度差；当竖直轴向加速度作用时，所述第一质量块带动第一可动梳齿绕所述扭转梁转动，第一可动梳齿与第一固定梳齿交叠面积发生改变。优选地，在包含所述腔体的单晶硅基底和所述敏感器件层之间设有氧化硅层。优选地，所述第一固定梳齿和第一可动梳齿对称于所述扭转梁两侧。优选地，所述腔体还包括：为水平正交两轴向加速度敏感电容提供空间的两个第二腔体；覆盖在每个所述第二腔体上的敏感器件层构成水平平面水平轴向加速度敏感电容、或垂直于所述水平平面的垂直轴向加速度敏感电容；其中，覆盖在所述第二腔体上的敏感器件层包括：悬于所述第二腔体并包含第二可动梳齿的第二质量块，其中，所述第二固定梳齿与所述第二可动梳齿有间隙的啮合，并所述第二固定梳齿与所述第二可动梳齿所对应的两个敏感电容在敏感方向上输出差分敏感信号；以及由所述第二质量块沿敏感方向对称延伸至所述第二腔体外边沿的弹性梁；对应的，所述加速度传感器还包括：位于所述敏感器件层上、且单独与所述加速度敏感电容和水平轴向加速度敏感电容相连的金属电极。优选地，在所述第一腔体中设有止挡部；所述止挡部位于所述扭转梁一侧质量较轻的第一质量块部分处；在所述第二腔体中设有止挡部；对应的，所述第一质量块位于所述扭转梁一侧质量较轻的部分与所述止挡部之间具有间隙；所述第二质量块与相应止挡部之间具有间隙。如上所述，本专利技术的加速度传感器及其制造方法，具有以下有益效果：利用导电性良好的单晶硅作为基板，多腔硅基底与所述基板通过硅硅键合工艺合成一体，对基板一面进行减薄后制成敏感器件层，解决了基板上的腔体无法深度刻蚀、导致z轴方向灵敏度低的问题；此外，所述敏感器件层厚度从几微米到几百微米任意可调；同时，由于单晶硅基底和敏感器件层都为单晶硅，具有相同的热膨胀系数，拓宽了传感器工作温度范围；另外，将第一固本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造加速度传感器的方法，其特征在于，包括：在单晶硅基底上刻蚀至少一个腔体；其中，所述腔体包括：为竖直轴向加速度敏感电容提供运动空间的第一腔体；在刻蚀了各所述腔体的单晶硅基底上生成氧化硅层；在生成氧化硅层后的所述单晶硅基底上采用硅硅键合方式覆盖单晶硅基板，并予以减薄，形成敏感器件层；其中，所述单晶硅基板覆盖所有腔体；所述敏感器件层用于形成包含竖直轴向加速度敏感电容的敏感电容；在所述敏感器件层上生成氧化硅薄膜，并将除所述竖直轴向加速度敏感电容结构中悬臂梁处以外的氧化硅层腐蚀掉；在所述敏感器件层上沉淀与竖直轴向加速度敏感电容相连的金属电极；按照预设的包含所述竖直轴向加速度敏感电容的结构图案，将位于相应腔体上的敏感器件层进行刻蚀，以得到对应所述结构图案中的感应电容结构；其中，所述竖直轴向加速度敏感电容的结构图案包括：均悬于所述第一腔体的第一固定梳齿的图案、由所述第一固定梳齿的图案两端延伸至所述第一腔体外边沿的悬臂梁的图案、包含与所述第一固定梳齿图案有间隙啮合的第一可动梳齿图案的第一质量块的图案、以及横跨所述第一腔体并将所述第一质量块图案分为质量不等两部分的扭转梁的图案，其中，所述扭转梁图案的两端部位于所述第一腔体的外边沿上。...

【技术特征摘要】
1.一种制造加速度传感器的方法，其特征在于，包括：在单晶硅基底上刻蚀至少一个腔体；其中，所述腔体包括：为竖直轴向加速度敏感电容提供运动空间的第一腔体；在刻蚀了各所述腔体的单晶硅基底上生成氧化硅层；在生成氧化硅层后的所述单晶硅基底上采用硅硅键合方式覆盖单晶硅基板，并予以减薄，形成敏感器件层；其中，所述单晶硅基板覆盖所有腔体；所述敏感器件层用于形成包含竖直轴向加速度敏感电容的敏感电容；在所述敏感器件层上生成氧化硅薄膜，并将除所述竖直轴向加速度敏感电容结构中悬臂梁处以外的氧化硅层腐蚀掉；在所述敏感器件层上沉淀与竖直轴向加速度敏感电容相连的金属电极；按照预设的包含所述竖直轴向加速度敏感电容的结构图案，将位于相应腔体上的敏感器件层进行刻蚀，以得到对应所述结构图案中的感应电容结构；其中，所述竖直轴向加速度敏感电容的结构图案包括：均悬于所述第一腔体的第一固定梳齿的图案、由所述第一固定梳齿的图案两端延伸至所述第一腔体外边沿的悬臂梁的图案、包含与所述第一固定梳齿图案有间隙啮合的第一可动梳齿图案的第一质量块的图案、以及横跨所述第一腔体并将所述第一质量块图案分为质量不等两部分的扭转梁的图案，其中，所述扭转梁图案的两端部位于所述第一腔体的外边沿上。2.根据权利要求1所述的制造加速度传感器的方法，其特征在于，所述按照预设的包含所述竖直轴向加速度敏感电容的结构图案，将位于相应腔体上的敏感器件层进行刻蚀的方式包括：按照预设的第一固定梳齿和第一可动梳齿对称于所述扭转梁两侧的结构图案，将位于所述第一腔体上的敏感器件层进行刻蚀。3.根据权利要求1所述的制造加速度传感器的方法，其特征在于，所述腔体还包括：为水平正交两轴向加速度敏感电容提供空间的两个第二腔体；对应的，所述按照预设的包含所述竖直轴向加速度敏感电容的结构图案，将位于相应腔体上的敏感器件层进行刻蚀的方式包括：按照所述第一腔体所对应的竖直轴向加速度敏感电容的、和各所述第二腔体所对应的各水平轴向加速度敏感电容的结构图案，分别将所述第一腔体和第二腔体上的敏感器件层进行刻蚀。4.根据权利要求3所述的制造加速度传感器的方法，其特征在于，所述水平正交两轴向加速度敏感电容的结构图案包括：垂直于其中一水平轴向的敏感方向、且由所述第二腔体对称的两外边沿分别向腔内延伸的第二固定梳齿的图案；悬于所述第二腔体并包含第二可动梳齿图案的第二质量块图案，其中，所述第二固定梳齿的图案与所述第二可动梳齿的图案有间隙的啮合，并所述第二固定梳齿的图案与所述第二可动梳齿的图案所对应的两个敏感电容在相应敏感方向上输出差分敏感信号；以及由所述第二质量块的图案沿敏感方向对称延伸至所述第二腔体外边沿的弹性梁的图案。5.根据权利要求1、2或3所述的制造加速度传感器的方法，其特征在于，所述在单晶硅基底上刻蚀多个腔体...

【专利技术属性】
技术研发人员：缪建民，郭帅，
申请(专利权)人：上海微联传感科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31