[发明专利]单硅片双面对称折叠梁结构微加速度传感器及其制作方法

说明书

本发明提供一种单硅片双面对称折叠梁结构微加速度传感器及其制作方法，其中，制作方法至少包括如下步骤：提供一上硅片、一下硅片，分别制作上电极盖板和下电极盖板；提供一中间硅片，于所述中间硅片的上表面和下表面预先形成未释放的折叠梁‑质量块结构，然后释放所述折叠梁‑质量块结构，从而形成中间电极；将所述上电极盖板和所述下电极盖板分别与所述中间电极对准并键合在一起；于所述上电极盖板上形成中间电极引线溅射槽；于所述上电极盖板上表面的选定区域、所述中间电极引线溅射槽内及所述下电极盖板下表面的选定区域形成焊盘。本发明利用单层硅片实现了双面对称的折叠弹性梁‑质量块结构的设计及制作，制作工艺简单可控。

技术领域

本发明涉及微电子机械系统(MEMS)技术领域，特别是涉及一种单硅片双面对称折叠梁结构微加速度传感器及其制作方法。

背景技术

微加速度传感器以其体积小、重量轻、功耗小、成本低、易集成等特点，已被广泛应用于各种不同领域，其发展十分迅速。为了适应不同领域测量条件的限制，微加速度传感器的类型也多种多样，但由于电容式微加速度传感器具有灵敏度高、低噪声、动态响应好等优点，一直都是研究的最主要方向。

高性能的微加速度传感器多采用三层或四层硅片键合在一起的三明治差分电容式结构，主要包括键合在一起的上电极盖板、中间电极和下电极盖板，通过差分电容的变化检测外界输入加速度的大小。其中，中间电极通常采用双层硅片键合的方法形成双面对称的弹性梁-质量块结构(例如美国专利US005652384A)，其工艺可以采用KOH湿法腐蚀结合干法刻蚀释放的方法。可采用的工艺流程为：首先采用KOH湿法腐蚀的方法分别腐蚀两片硅片到剩余梁的厚度，然后将两片硅片背靠背方式键合起来，之后用干法刻蚀方法从正反两面刻蚀并释放弹性梁-质量块结构。这类双层硅片键合的方法工艺非常复杂，制作成本相对较高；最关键的问题是，两片硅片用KOH腐蚀的方法很难控制到剩余梁的厚度完全相同，工艺繁琐，很难保证弹性梁厚度的高度一致性，从而影响器件性能；另外，两片硅片在对准键合的过程中也会产生一定的偏移。此外，目前也有采用单硅片形成直梁结构的中间电极，但制作过程中需要进行掺杂，将导致直梁应力较大，在实际测量中容易发生形变，稳定性较差，从而降低测量精度。

因此，如何改进微加速度传感器及其制作方法，以改善上述缺陷，是亟需解决的问题。

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单硅片双面对称折叠梁结构微加速度传感器及其制作方法，用于解决现有技术中双层硅片键合形成中间电极时，工艺复杂、成本高，难以控制弹性梁厚度的一致性，及键合时两片硅片发生偏移的问题，以及单硅片中间电极所具有的直梁结构稳定性较差，导致测量精度低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种单硅片双面对称折叠梁结构微加速度传感器的制作方法，其中，所述单硅片双面对称折叠梁结构微加速度传感器的制作方法至少包括如下步骤：

提供一上硅片、一下硅片，采用所述上硅片和所述下硅片分别制作上电极盖板和下电极盖板；

提供一中间硅片，于所述中间硅片的上表面和下表面预先形成未释放的折叠梁-质量块结构，然后释放所述折叠梁-质量块结构，从而形成带有所述折叠梁-质量块结构的中间电极；其中，所述折叠梁-质量块结构至少包括位于所述中间电极中间的质量块，与所述质量块连接的八根折叠梁，八根折叠弹性梁对称分布在所述质量块的上、下两面边缘；

将所述上电极盖板的下表面和所述下电极盖板的上表面分别与所述中间电极的上表面和下表面对准并键合在一起，从而形成三层键合的差分电容式结构；

于所述上电极盖板上形成中间电极引线溅射槽，以引出所述中间电极；

于所述上电极盖板上表面的选定区域、所述中间电极引线溅射槽内及所述下电极盖板下表面的选定区域形成焊盘。

优选地，采用所述上硅片和所述下硅片分别制作上电极盖板和下电极盖板，具体方法为：