[发明专利]电容式微机械加速度计及其制造方法

说明书

技术领域

本发明公开了电容式微机械加速度计及其制造方法，尤其是一种基于边缘电场效应的电容式微机械加速度计及其制造方法，属于微机械传感器的技术领域。

背景技术

微机械加速度计是微机电系统中最为成功的器件之一，在军事与民用领域有广泛的应用前景，孕育着巨大的社会效益和经济效益，提高性能指标是目前微机械加速度计领域的研究重点。

电容式微机械加速度计是通过加速度作用在质量块上，质量块带动支撑梁的活动，而质量块上的梳齿或平板也相应发生位置移动，当梳齿或平板与固定平板构成的电容对的间隔距离发生变化时，意味着对应的电容发生变化，电容变化的大小与加载的加速度大小有关。电容式微机械加速度计正是通过检测电容变化的大小来感测被测量方向加速度的。

电容式微机械加速度计根据电容形式分类一般有两种，一种是平板式，电容变化主要由正对极板的间距变化引起，这种方式存在挤压阻尼大，平板在大间距下容易发生吸附现象，加速度计会失效。另外一种是梳齿式，电容变化主要由正对梳齿的交叠面积变化引起，这种方式下滑动阻尼小，梳齿不容易发生下拉吸附现象，但同样的驱动电压下，对应的电容变化小，加速度计灵敏度小。研究者也开始研制其他原理的微机械加速度计，如谐振式微机械加速度计等，但这种新型的加速度计不但设计结构复杂，输出非线性也比较大，结构对工艺制造误差依赖性大。

根据上述说明，电容式微机械加速度计工艺容易实现加工，但都存在不同的缺点。其他类型的微机械加速度计又存在结构复杂，对工艺误差依赖性来，输出非线性大缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了电容式微机械加速度计及其制造方法。

 本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案。

电容式微机械加速度计，包括：硅片基座，形成在硅片基座上的绝缘层，沉积在绝缘层上的检测电容层，以及多晶硅活动结构屏蔽层，所述多晶硅活动结构层通过检测电容层的支撑悬空，所述检测电容层中心与多晶硅活结构屏蔽层中心重合，

所述多晶硅活动结构屏蔽层包括：关于质心对称的四边形质量块、第一支撑梁、第二支撑梁，所述质量块第一、第二侧边的一端分别延伸有第一、第二连接梁，质量块第一侧边、第二侧边关于质心对称，第一支撑梁通过第一连接梁与所述质量块连接，第二支撑梁通过第二连接梁与所述质量块连接，第一、第二连接梁关于所述质量块的质心对称，第一、第二支撑梁关于所述质量块的质心对称，所述第一、第二支撑梁上分别连接有锚点区；

所述检测电容层包括：结构相同的第一极板、第二极板、与支撑梁上锚点区相对应的信号引线区，所述第一、第二极板均附着有梳齿，第一、第二极板的梳齿相互交叠。

作为所述电容式微机械加速度计的进一步优化方案，所述多晶硅活动结构屏蔽层还包括：与所述质量块第三侧边平行放置的第一激励平板、与所述质量块第四侧边平行放置的第二激励平板，第一激励平板与所述质量块第三侧边构成第一平板电容，第二激励平板与所述质量块第四侧板构成第二平板电容，所述质量块第三侧边、第四侧边关于质心对称，所述第一、第二激励平板分别连接有锚点区，所述检测电容层还包括与激励平板上锚点区相对应的信号引线区，激励平板上锚点区通过其对应的信号引线区固定在硅片基座上。

进一步的，所述电容式微机械加速度计中，质量块为长方形，第一、第二侧边为长边，第三、第四侧边为宽边。

进一步的，所述电容式微机械加速度计中，质量块上留有开孔。

电容式微机械加速度计的制造方法，包括如下步骤：

步骤1，热处理硅片基座，在硅片基座表面形成二氧化硅绝缘层；

步骤2，在二氧化硅绝缘层上沉积多晶硅，在该多晶硅上构图形成第一极板、第二极板，以及用于支撑后续步骤中形成的多晶硅活动结构屏蔽层的信号引线区，构图后的多晶硅层即为检测电容层；

步骤3，在检测电容层上沉积牺牲层并构图，形成开窗区域；

步骤4，利用外延生长法在构图后的牺牲层上生长出多晶硅活动结构屏蔽层；

步骤5，对多晶硅活动结构屏蔽层进行刻蚀得到质量块、第一连接梁、第二连接梁、第一支撑梁、第二支撑梁、第一激励平板、第二激励平板；

步骤6，利用化学腐蚀方法去掉牺牲层和二氧化硅层的多余区域。

作为电容式微机械加速度计的制造方法的进一步优化方案，步骤3中利用等离子体增强化学气相沉积法沉积牺牲层。