变面积型电容式横向加速度传感器及制备方法技术

本发明专利技术提供一种变面积型电容式横向加速度传感器及制备方法。该加速度传感器至少包括：由相互电性隔离的第一基底、第二基底及第三基底键合成的三层层叠结构，其中，第二基底包括可动质量块、围绕可动质量块的边框、连接可动质量块及边框的弹性梁、处于可动质量块两表面的多个第二栅状电极、设于所述可动质量块的防过载结构等；第一基底的多个第一栅状电极与第二基底的多个第二栅状电极分别对应成电容结构，第三基底的多个第三栅状电极与第二基底的多个第二栅状电极分别对应成电容结构，并且此两组电容形成差分电容结构。本发明专利技术的优点包括灵敏度高、线性度好，且可基于需要来设计不同梁形状，故能制备不同灵敏度的电容式加速度传感器，灵活性大。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子机械系统(MEMS)领域，特别是涉及ー种。
技术介绍
微电子机械系统是集多个微机构、微传感器、微执行器、信号处理、控制电路、通信接ロ及电源于一体的微型电子机械系统。在MEMS领域中，加速度传感器是除了压カ传感器夕卜，研究最多、产量和销量最大的传感器。微加速度传感器是ー种重要的惯性传感器，是用来将加速度这ー物理信号转变成便于测量的电信号的测试器件。MEMS加速度传感器体积小、重量轻、功耗小、启动快、成本低、可靠性高、易于实现数字化和智能化。而且，由于微机械结构制作精确、重复性好、易于集成化，适于大批量生产，它的性价比很高。MEMS加速度传感器按照敏感信号方式可以分成电容式、压阻式、压电式、热电耦合式、电磁式等等。其中电容式加速度传感器具有灵敏度高、稳定性好、温度漂移小等优点，是最受关注的加速度传感器之一。电容式加速度传感器设有固定电极和位于质量块上的可动电极，当加速度传感器接受到加速度信号后，质量块就受到惯性力的作用向相反的方向运动。质量块发生的位移受到弹簧和阻尼器的限制。外界加速度固定吋，质量块具有确定的位移。外界加速度变化时，质量块的位移也发生相应的变化。另ー方面，当质量块发生位移变化时，同敏感质量块相连的可动极板和与锚区相固定的极板之间的电容就会发生相应的变化；如果测得传感器输出电压的变化，就等同于测得了质量块的位移。既然质量块的位移与待测加速度具有确定的一一对应关系，那么输出电压与外界加速度也就有了确定的关系，即通过输出电压就能测得外界加速度。电容式MEMS加速度传感器有很多种结构，主要的包括三明治结构和梳状结构。三明治结构电容式加速度传感器基本都是变电容间隙类型，主要是对纵向加速度信号敏感，由于三明治结构的加速度传感器中的质量块能制作的比较大，所以其灵敏度和测试精度高；而梳状结构加速度传感器基本都是变电容面积类型，主要是对横向加速度信号敏感，由于采用变面积的方式，所以制作的梳状加速度传感器具有更好的非线性。制作三明治结构电容式加速度传感器的方法主要是体硅微机械加工方法。为了提高微加速度传感器的检测灵敏度，各研究単位及公司已经给出了各种方法。具体包括増加敏感质量块质量和采用全对称差分结构。例如，ff. S. Henrion等人采用双层键合硅梁方法，来形成双面平行对称梁_质量块结构(具体參见文献Sensors structure with L-shaped spring legs, US PatentNo. 5，652，384)，其エ艺可以采用KOH腐蚀结合干法深刻蚀释放的方法。即首先从背面用KOH将硅片腐蚀到剩余梁的厚度，然后用干法深刻蚀从正面释放出梁-质量块结构；为得到双面结构，再将两个同样的梁-质量块背靠背键合起来，同样这样可以得到更大的质量块来实现高灵敏度性能。这种方法的エ艺复杂，成本相对较高。制作梳状结构电容式加速度传感器的方法主要是表面微机械加工方法。例如，美国AD公司的ADXLXX系列微加速度传感器应用的是表面加工定齿均匀配置的电容加速度传感器。这种传感器加工エ艺与集成电路加工エ艺兼容性好，但是由于结构关系，其敏感质量块无法做大，所以传感器不能实现很高的性能。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种灵敏度高、且线性度好的变面积型电容式横向加速度传感器。本专利技术的另一目的在于提供一种制备变面积型电容式横向加速度传感器的方法，以便灵活的制作出不同量程、不同灵敏度的电容式微加速度传感器。 为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种制备变面积型电容式横向加速度传感器的方法，其至少包括步骤-在第一基底表面的凹陷处形成多个第一栅状电极；-将第一基底及第ニ基底予以键合成第一键合结构,使所述第一基底的多个第一栅状电极与所述第二基底一表面的多个第二栅状电极分别对应成电容结构，且第一基底与第二基底电性隔离；-在所述键合结构的第二基底形成可动质量块结构、弹性梁结构及防过载结构，且使多个第二栅状电极分别处于所述可动质量块结构的两表面；-在第三基底表面的凹陷处形成多个第三栅状电极；-将第三基底与已形成可动质量块结构的第二基底予以键合成第二键合结构，使所述第三基底的多个第三栅状电极与所述第二基底另ー表面的多个第二栅状电极分别对应成电容结构，且第三基底与第二基底电性隔离；-在所述第二键合结构的第一基底或第三基底形成电极引出通孔，并制备电扱。优选地，第一基底及第三基底均为经过氧化后的硅片。优选地，第一基底及第三基底的凹陷深度均不超过5um。优选地，第二基底两表面的第二栅状电极一一对应，形状相同。 优选地，制作凹陷所留下的氧化层直接作为键合后的三个基底结构层的绝缘层。优选地，在第二基底形成的弹性梁结构呈H形，或者包括H形弹性梁与支撑梁构成的组合结构等。本专利技术还提供ー种变面积型电容式横向加速度传感器，其至少包括由相互电性隔离的第一基底、第二基底及第三基底键合成的三层层叠结构，其中，所述第二基底包括可动质量块、围绕所述可动质量块的边框、连接所述可动质量块及边框的弹性梁、处于所述可动质量块两表面的多个第二栅状电极、设于所述可动质量块的防过载结构、以及电极；所述第一基底的多个第一栅状电极与第二基底的多个第二栅状电极分别对应成电容结构，所述第三基底的多个第三栅状电极与第二基底的多个第二栅状电极分别对应成电容结构；所述第一基底开设有电极引出通孔，并包含有电极，所述第三基底也包含有电极。优选地，第一栅状电极与第二栅状电极间的间距由所述第一基底的氧化层厚度来确定。优选地，第三栅状电极与第二栅状电极间的间距由所述第三基底的氧化层厚度来确定。优选地，第一基底的第一栅状电极与第二基底的第二栅状电极构成的电容结构与第三基底的第三栅状电极与第二基底的第二栅状电极构成的电容结构共同构成差分敏感电容结构。优选地，所述弹性梁包括H形弾性梁，或者包括H形弾性梁与支撑梁等。如上所述，本专利技术的，具有以下有益效果同时具备三明治结构变间隙电容式加速度传感器的灵敏度高和梳齿型电容式变面积型加速度传感器的线性度好的优势，并且可基于需要来设计不同梁形状，使得本专利技术能制备不同灵敏度的电容式加速度传感器，灵活性大。附图说明图1a-1d显示为本专利技术的制备变面积型电容式横向加速度传感器的第一基底结构和第三基底结构的方法的流程图。图2a_2b显示为本专利技术的制备变面积型电容式横向加速度传感器的第二基底结构的方法的流程图。图3a_3e显示为本专利技术的制备电容式加速度传感器的整体结构的方法的流程图。图3f显示为本专利技术的变面积型电容式横向加速度传感器的立体图。图4a显示为本专利技术的变面积型电容式横向加速度传感器的弾性梁的一种优选俯视图。图4b显示为本专利技术的变面积型电容式横向加速度传感器的弾性梁的另ー种优选俯视图。元件标号说明 1第一基底结构层 11电极引出通孔 12第一栅状电极 13金属层 14氧化硅层 2第二基底结构层 21边框 22可动质量块 23弾性梁 24金属层 25第二栅状电极 26防过载保护结构 3第三基底结构层 31金属层 32第三栅状电极 M氧化硅层 4、5电容间隙具体实施例方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备变面积型电容式横向加速度传感器的方法，其特征在于，所述制备变面积型电容式横向加速度传感器的方法至少包括步骤：???在第一基底表面的凹陷处形成多个第一栅状电极；??在第二基底的两表面分别形成多个第二栅状电极；??将第一基底及第二基底予以键合成第一键合结构，使所述第一基底的多个第一栅状电极与所述第二基底一表面的多个第二栅状电极分别对应成电容结构，且第一基底与第二基底电性隔离；??在所述键合结构的第二基底形成可动质量块结构、弹性梁结构及防过载结构，且使多个第二栅状电极分别处于所述可动质量块结构的两表面；??在第三基底表面的凹陷处形成多个第三栅状电极；??将第三基底与已形成可动质量块结构的第二基底予以键合成第二键合结构，使所述第三基底的多个第三栅状电极与所述第二基底另一表面的多个第二栅状电极分别对应成电容结构，且第三基底与第二基底电性隔离；??在所述第二键合结构的第一基底或第三基底形成电极引出通孔，并制备电极。

【技术特征摘要】
1.一种制备变面积型电容式横向加速度传感器的方法，其特征在于，所述制备变面积型电容式横向加速度传感器的方法至少包括步骤 -在第一基底表面的凹陷处形成多个第一栅状电扱； -在第二基底的两表面分别形成多个第二栅状电极； -将第一基底及第ニ基底予以键合成第一键合结构，使所述第一基底的多个第一栅状电极与所述第二基底一表面的多个第二栅状电极分别对应成电容结构，且第一基底与第二基底电性隔尚; -在所述键合结构的第二基底形成可动质量块结构、弾性梁结构及防过载结构，且使多个第二栅状电极分别处于所述可动质量块结构的两表面； -在第三基底表面的凹陷处形成多个第三栅状电扱； -将第三基底与已形成可动质量块结构的第二基底予以键合成第二键合结构，使所述第三基底的多个第三栅状电极与所述第二基底另ー表面的多个第二栅状电极分别对应成电容结构，且第三基底与第二基底电性隔离； -在所述第二键合结构的第一基底或第三基底形成电极引出通孔，并制备电极。2.根据权利要求1所述的制备变面积型电容式横向加速度传感器的方法，其特征在于第一基底及第三基底的凹陷深度均不超过5um。3.根据权利要求1所述的制备变面积型电容式横向加速度传感器的方法，其特征在于制作凹陷所留下的氧化层直接作为键合后的三个基底结构层的绝缘层。4.根据权利要求1所述的制备变面积型电容式横向加速度传感器的方法，其特征在于第二基底两表面的第二栅状电极对应，形状相同。5.根据权利要求1所述的制备变面积型电容式横向加速度传感器的方法，其特征在于在第二基底形成的弹性梁结构呈H形。6.根据权利要求1所述的制备变面积型电容式横...

【专利技术属性】
技术研发人员：车录锋，周晓峰，陶若杰，王跃林，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：