电容式加速传感器制造技术

一种电容式加速传感器（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ　　ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ　　ｓｅｎｓｏｒ，ＣＡＳ），其包括：　　　　一非单晶硅基底；　　　　一多晶硅梁状（ｂｅａｍ）结构，其具有一可动端（ｍｏｖａｂｌｅ　　ｓｅｃｔｉｏｎ），且该可动端具有一可动电极；　　　　一多晶硅支承构件（ｓｕｐｐｏｒｔｅｒ）设于该非单晶硅基底上，用来固定该梁状结构，使得该梁状结构与该非单晶硅基底之间相隔一距离；　　　　一固定电极（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ　　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）设于该非单晶硅基底上，相对应于该梁状结构的该可动端，且该固定电极与该可动电极构成一平板电容（ｐｌａｔｅ　　ｃａｐａｃｉｔｏｒ）；以及　　　　一薄膜晶体管（ｔｈｉｎ　　ｆｉｌｍ　　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＴＦＴ）控制电路设于该非单晶硅基底上，并电连接于该平板电容。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是提供一种加速传感器，尤指一种制作成本较低的电容式加速传感器(capacitive acceleration sensor，CAS)，以期符合市场需求。
技术介绍
加速传感器已广泛的应用于地震仪、车用安全汽囊、遥控设备(robotics)等领域中。一般而言，加速力测量的原理与方法有许多，针对应用于各个领域或特别需求，而有不同设计方法与考量。目前加速传感器的设计方法主要具有压阻式(piezoresistive)、压电式(piezoelectric)、电容式(capacitive)，以及半导体传感器等。由于各种加速传感器尺寸方面的大幅缩小，与制造过程、组装和操作上的限制，一种新的微加工技术(micromachining technology)，可应用于制造各种微感测元件(microsensor)及微致动器(microactuator)，并与微电子电路整合后可构成微系统(microsystem)，通称为微机电系统(microelectro-mechanical system，MEMS)。MEMS具有微小化、可批量制作(batchproduction)以降低成本的优点，且可与信号处理电路同时制作于硅晶片上以形成单石(monolithic)元件，这对于传感器尤为重要，因为传感器微弱的输出信号可就近放大处理，以避免外界的电磁干扰，且可利用信号处理电路先行类比模数转换(analog-to-digital，A/D)后，再输送到中央处理单元，因此可提高信号可靠度，减少连线数与中央控制系统的负担。由于尺寸方面的大幅缩小，与制造过程、组装和操作上的限制，利用MEMS所制作的加速传感器，其灵敏度及制作成本上都比传统制造过程优秀，近几年来的发展相当迅速。而在各种驱动方式中，电容式加速传感器具有高灵敏度，与不易受外界环境影响等优势，在市场上已逐渐受到瞩目。请参考图1，图1为现有电容式加速传感器10的剖面示意图。如图1所示，现有的电容式加速传感器10主要具有一半导体基底(semiconductorsubstrate)12，例如单晶硅基底或硅覆绝缘(silicon-on-insulator，SOI)基底，一外延生长硅梁状结构(beam section)14，梁状结构14具有一可动端(movablesection)，且在可动部分设有一可动电极16，一外延生长硅支承(supporter)构件18设于半导体基底12上，用来固定梁状结构14并使得梁状结构14与半导体基底12间隔一距离，以及一掺杂区20设于可动电极16下方的半导体基底12内。其中，可动电极16与掺杂区20构成一平板电容(platecapacitor)22，且可动电极16是用来当作一上电极，而掺杂区20是用来当作一下电极或固定(stationary)电极。此外，现有的电容式加速传感器10另具有一控制电路，例如一互补式金属氧化物半导体(complementarymetal-oxide semiconductor，CMOS)控制电路24设于支承构件18或半导体基底12内，并电连接于平板电容22，主要是用来接收、处理并传送平板电容22所输出的信号。当一垂直方向的加速力(acceleration force)施加于现有的电容式加速传感器10时，此时梁状结构14的可动端会产生弯曲模式的振动(flexuralvibration)，并同时改变平板电容22的电容值，接着再利用控制电路22接收由平板电容22传送的信号并进行一信号处理，例如将信号放大、进行温度补偿(temperature compensation)等，并将此信号转化为差动信号(differentialsignal)输出，其数值会相对于待测加速力的大小，因此现有的加速传感器10可以利用CMOS控制电路24来探测平板电容22的静电容量(electrostaticcapacitance)变化量，以得到加速力的大小。此外，由于该平板电容的电容值仅与物理状态(physical parameters)有关，因此可使用具有低热膨胀系数(thermal expansion coefficient)的材料来形成压力感测元件以得到灵敏度优选的加速传感器10。然而现有的电容式加速传感器的半导体基底12、梁状结构14与支承构件18的材料皆具有单晶硅或外延生长硅，虽然可测得压力的灵敏度较高，但是由于硅晶圆片(silicon wafer)与形成外延生长硅层的成本较高，对于竞争激烈的压力感测元件市场而言，如何制作出成本较低且品质好的产品为目前一项重要的课题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种制作成本较低的电容式加速传感器。在本专利技术的优选实施例中公开了一种半导体加速传感器，其包括一非单晶硅基底，一多晶硅(polysilicon)梁状结构，其具有一固定端与一可动端，且该可动端具有一可动电极，一多晶硅支承构件设于该非单晶硅基底上，用来固定该梁状结构的该固定端，使得该梁状结构与该非单晶硅基底之间相隔一距离，一固定电极设于该绝缘基底上，相对应于该梁状结构的该可动端，且该固定电极与该可动电极构成一平板电容，以及一薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)控制电路设于该非单晶硅基底上，并电连接于该平板电容。由于本专利技术的电容式加速传感器是制作于非单晶硅基底，例如玻璃基底或石英基底上，因此可大幅节省原材料的成本。此外，本专利技术利用多晶硅材料来形成一体成型的梁状结构与其支承构件，不但可以降低制造过程成本，且适合量产以符合市场价格需求。附图说明图1为现有电容式加速传感器的剖面示意图；图2为本专利技术电容式加速传感器的剖面示意图。附图标记说明10半导体加速传感器 12半导体基底14外延生长硅梁状结构16可动电极18外延生长硅支承构件20掺杂区22平板电容 24CMOS控制电路30半导体加速传感器 32非单晶硅基底34悬臂梁状结构 36多晶硅梁状结构38多晶硅支承构件40可动电极42固定电极 44平板电容46TFT控制电路具体实施方式请参考图2，图2为本专利技术电容式加速传感器30的剖面示意图。如图2所示，本专利技术的电容式加速传感器30主要具有一非单晶硅基底32，一悬臂梁状结构34，其具有一多晶硅梁状结构36与一多晶硅支承构件38设于非单晶硅基底32上，用来固定梁状结构36，并使得梁状结构36与非晶硅基底32之间具有一距离，且梁状结构36具有一可动端，在可动端部分设有一可动电极40，一固定电极42设于可动电极40下方的非单晶硅基底32内，又可动电极40与固定电极42分别用来当作电容式加速传感器30的一平板电容44的上下电极，以及一控制电路，例如一薄膜晶体管(thin filmtransistor，TFT)控制电路46设于非单晶硅基底32上，并电连接于悬臂梁状结构34与平板电容44，用来接收、处理并传送平板电容44所输出的信号。当一垂直方向的加速力施加于本专利技术的电容式加速传感器30时，设于梁状结构36的可动端的可动电极40会接收到一垂直方向的力，使得梁状结构36的可动端产生弯曲模式的振动(flexural vibration)，并与固定电极42间产生相对位置变化，亦使得平板电容44内的电容值随之改变，当可动电极40与固定电极42之间的距离缩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨健生，
申请(专利权)人：友达光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：