[发明专利]电容式微加速度传感器及其单片制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种加速度传感器，特别是涉及一种电容式微加速度传感器及其单片制作方法，属于微电子机械系统领域。

背景技术

信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。微处理器现在已经在测量和控制系统中得到了广泛的应用，随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用越来越重要。传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件，作为系统中的一个结构组成，其重要性变得越来越明显。

高精度微加速度传感器是一种重要的惯性传感器，是用来将加速度这一物理信号转变成便于测量的电信号的测试仪器。在现代汽车产业，我们大量运用了低成本的微机械加速度传感器，而高精度的加速度传感器则应于倾斜测量，石油探测和地震预报中的振动测试等。对加速度传感器输出的电信号进行积分处理后，我们还可以得到速度和位移，从而将加速度传感器应用于导航领域.

依检测方式的不同，MEMS加速度传感器可以分为压阻式，电容式，隧道式和谐振器式等等，其中最常见的是压阻式传感器和电容式传感器。

电容式加速度传感器的检测原理是分别制作固定电极和位于质量块上的可动电极。当质量块在加速度下发生位移时，可动电极和固定电极间的距离发生了改变，从而使它们间的电容发生了改变。通过C-V转换电路，我们就可以检测到质量块的位移变化。电容式加速度传感器具有检测精度高，受温度变化影响小的优点，是当前研究、应用最广泛的加速度传感器之一。

依结构的不同，电容式加速度传感器可以分为梳齿式和三明治式两大类。总的来说，三明治结构的检测精度更高。

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。体硅微机械加工方法是一种典型的微机械加工方法。为了形成完整的微结构，往往在加工的基础上还应用到键合或粘结技术。能够使得可动电极的敏感质量加大，检测电容量加大，加速度计的分辨率和灵敏度等性能得以提高。

由于制作梁-质量块结构以及形成三明治结构的制作方法非常关键，直接影响到电容式加速度传感器的各项性能。现有加速度传感器的制作通常是采用异质自停止方法、浓硼掺杂自停止方法和双层键合硅梁方法来形成梁-质量块结构，并且一般都采用键合技术来形成电容上下固定极板。

H.Seidel等人采用浓硼掺杂自停止的方法制作双面平行对称梁-质量块结构，KOH腐蚀形成梁-质量块结构的过程中，浓硼掺杂层起自停止决定梁厚度的作用，同时也作为轻掺杂区域KOH腐蚀的掩模。这种方法的缺点是掺杂浓度不均匀导致梁厚度不均匀以及硼掺杂工艺中产生的残余应力会影响加速度传感器的性能，如灵敏度和线性度等等。加速度传感器加工工艺过程中有脆弱硅片的键合操作，使得工艺难度增加，从而影响到加速度传感器的成品率。

W.S.Henrion等人采用双层键合硅梁方法，形成双面平行对称梁-质量块结构。此工艺采用KOH腐蚀结合干法深刻蚀释放的方法。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。要得到双面结构，可以将两个这样的梁-质量块背靠背键合起来。这种方法的工艺非常复杂，成本相对较高。

高成臣等人采用双器件层SOI硅片制作中间片梁-质量块结构，然后通过硅玻璃键合工艺形成电容上下固定极板。此方法一方面由于是玻璃极板作为上下固定极板，所以极板的电极引出比较复杂。另一方面复杂的键合工艺也直接影响到加速度传感器的成品率。

鉴于此，如何提出一种加速度传感器的制作方法以克服现有技术中工艺复杂、成本高、成品率低、检测精度低的缺点，成为亟待解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电容式微加速度传感器及其单片制作方法，用于解决现有技术中工艺复杂、成本高、成品率低、检测精度低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电容式微加速度传感器单片制作方法，至少包括：

1）提供一双器件层SOI基片，该基片由下向上依次包括第一单晶硅器件层、第一埋层氧化硅、中间体硅层、第二埋层氧化硅、以及第二单晶体硅器件层；

2）对所述基片进行双面光刻，在所述第一单晶硅器件层和第二单晶硅器件层上分别形成对称的上直支撑梁、下直支撑梁、上支撑梁锚区、下支撑梁锚区、上固定电极板、下固定电极板、以及释放通孔结构图形；