[发明专利]一种单弹性梁叉指电容角速度计及制备方法

说明书

技术领域

本发明一种单弹性梁叉指电容角速度计及其制备方法。

背景技术

惯性测量是MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)技术的一个主要应用方面。随着科学技术的发展，对物体运动状态的测量及控制越来越受到重视，特别在一些大的、精密的高科技装置中，微小的运动，可能会导致非常巨大的影响。而MEMS加速度计正是测量物体微小运动的一种非常常用且有效的工具，因此，受到了科研人员广泛的关注。而由于电容式加速度计灵敏度高，温漂小，结构简单紧凑，和现有的VLSI技术兼容性好，使得基于电容检测技术的加速度计有着巨大的市场潜力，也使这方面的研究成为热点。

现有的多晶表面MEMS加速度计加工工艺复杂，生产成本较高，且由于用多晶硅做互连线，电阻热噪声大，灵敏度低。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种工艺简单、生产成本低、灵敏度高、寄生电容小、可实现复杂灵活布线的单弹性梁叉指电容角速度计。

本发明的再一个目的是提出一种工艺简单、成本低的单弹性梁叉指电容角速度计的制备方法。

为达此目的，一方面，本发明采用以下技术方案：

一种单弹性梁叉指电容角速度计，包括基底以及设置于基底上的结构层，所述结构层包括中部的中心锚点以及与中心锚点连接的多个功能部，每个功能部包括弹性梁、质量块、梳齿动轭、多个极板组和外锚点，所述中心锚点和所述每个功能部均包括垂直沉积交替叠加的多层介质层和多层金属层，相邻金属层之间通过钨塞连接，所述结构层的最外层设置有钝化层。

优选的，所述多个功能部为四个，沿圆周方向均匀分布；

所述弹性梁连接所述中心锚点和所述质量块，所述质量块连接梳齿动轭，梳齿动轭与所述外锚点之间设置多个极板组，

所述极板组包括呈梳齿状排列的第一极板、第二极板和第三极板，所述第一极板和第二极板均与所述外锚点连接，所述第三极板与所述梳齿动轭连接，第三极板位于第一极板与第二极板之间的空隙中。

优选的，所述第一极板的结构层自底层向上依次为第一介质层、第一金属层、第二介质层、第二金属层、第三介质层和钝化层，所述第一金属层和第二金属层由设置于第二介质层中的第一钨塞连接；

所述第二极板的结构层自底层向上依次为第一介质层、第二介质层、第三介质层、第三金属层和钝化层；

所述第三极板、弹性梁、质量块、梳齿动轭和中心锚点的结构层自底层向上依次为第一介质层、第一金属层、第二介质层、第二金属层、第三介质层、第三金属层和钝化层，所述第一金属层和第二金属层由设置于第二介质层中的第一钨塞连接，所述第二金属层和第三金属层由设置于第三介质层中的第二钨塞连接。

优选的，所述第一极板、第二极板、第三极板、弹性梁、质量块、梳齿动轭和中心锚点的结构层上形成有多个垂直于所述基底的侧墙，所述侧墙由所述钝化层的上表面延伸至所述基底的上表面。

优选的，所述第一极板、第二极板、第三极板、弹性梁、质量块、梳齿动轭和中心锚点的结构层下部的所述基底上设置有悬空结构。

优选的，所述悬空结构在宽度方向上由所述基底的一侧向另一侧延伸，且所述悬空结构的宽度小于所述基底的宽度；所述悬空结构在高度方向上由所述基底的上表面向下表面延伸，且所述悬空结构的高度小于所述基底的高度。

优选的，所述外锚点包括中部的凹陷部和凹陷部外围的凸出部；

所述凸出部的结构层自底层向上依次为第一介质层、第二介质层、第三介质层、第三金属层和钝化层；

所述凹陷部的结构层自底层向上依次为第一介质层、第一金属层、第二介质层、第二金属层和第三介质层，所述第一金属层和第二金属层由设置于第二介质层中的第一钨塞连接。

优选的，所述基底为硅基底。

另一方面，本发明采用以下技术方案：

一种单弹性梁叉指电容角速度计的制备方法，采用CMOS DPTM混合信号工艺制备上述的单弹性梁叉指电容角速度计。

优选的，所述制备方法具体包括以下步骤：

步骤1、在基底上淀积介质材料，得到第一介质层；

步骤2、在第一介质层上淀积第一金属（例如铝），然后采用第一掩膜版对淀积的第一金属进行光刻得到第一金属层；第一掩膜版上设置第一掩膜版释放孔，第一金属层通过第一掩膜版形成第一金属层释放孔；

步骤3、在第一金属层上淀积介质材料，得到第二介质层；