梳齒電容式微加速度計(jì)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種梳齒電容式微加速度計(jì)，包括由上至下設(shè)置的襯底層、絕緣層、結(jié)構(gòu)層和基底層，絕緣層設(shè)在襯底層與結(jié)構(gòu)層之間；襯底層和基底層上均設(shè)有金屬引線電極。本實(shí)用新型不增加器件面積的情況下使得檢測(cè)電容成倍增力口，增加質(zhì)量塊重量，增加了設(shè)計(jì)的靈活性，能提高測(cè)量精度，且可利用干法刻蝕，尺寸控制好，工藝簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)大批量制造。
【專利說明】梳齒電容式微加速度計(jì)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及微電子機(jī)械系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種梳齒電容式微加速度計(jì)。

【背景技術(shù)】
[0002]采用微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的微型電容式加速度計(jì)，具有體積小、重量輕、精度高和成本低等有優(yōu)點(diǎn)，在軍事、汽車工藝、消費(fèi)類電子產(chǎn)品等領(lǐng)域有廣發(fā)的應(yīng)用前景。電容式微加速度計(jì)一般有兩種結(jié)構(gòu):“三明治”結(jié)構(gòu)和“梳齒”結(jié)構(gòu)。
[0003]1、“三明治”結(jié)構(gòu)，質(zhì)量塊不論是厚度還是面積都可以做得很大，因此檢測(cè)電容面積大，噪聲小，能夠滿足高精度測(cè)量的要求，但一般利用濕法腐蝕的加工方法制備得到，濕法腐蝕控制精度較差且需要額外的芯片面積以實(shí)現(xiàn)54.5°斜槽(54.5°是到達(dá)晶面所需要的角度)，另外，還需要雙面對(duì)準(zhǔn)光刻和刻蝕，工藝相對(duì)比較復(fù)雜。
[0004]2、“梳齒”式結(jié)構(gòu)，一般利用干法刻蝕以獲得快的刻蝕速率和垂直的側(cè)壁，尺寸控制精度高，芯片結(jié)構(gòu)面積較小，但由于干法刻蝕刻蝕深寬比的限制，其質(zhì)量塊厚度較小，檢測(cè)電容的面積小，噪聲較大，測(cè)量精度較低。如果通過增加面積來增大質(zhì)量塊，以及通過增加梳齒長(zhǎng)度增大檢測(cè)電容，一方面減少了整個(gè)硅片上器件的個(gè)數(shù)，另一方面由于硅片的翹曲度減小了器件的對(duì)稱性，很難滿足高精度測(cè)量的要求。
[0005]從以上可以看出，三明治結(jié)構(gòu)的微加速度計(jì)能夠滿足高精度測(cè)量的要求，但需要提高尺寸控制精度、減小工藝復(fù)雜度；梳齒式微加速度計(jì)加工性好，但需要進(jìn)一步增加質(zhì)量塊以及檢測(cè)電容以提高測(cè)量精度。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種梳齒電容式微加速度計(jì)，結(jié)構(gòu)巧妙，測(cè)量精度高。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型提供以下技術(shù)方案:一種梳齒電容式微加速度計(jì)，包括由上至下設(shè)置的襯底層、絕緣層、結(jié)構(gòu)層和基底層，絕緣層設(shè)在襯底層與結(jié)構(gòu)層之間；襯底層和基底層上均設(shè)有金屬引線電極；該襯底層上設(shè)有第一質(zhì)量塊、第一可動(dòng)電極和第一固定電極，第一固定電極的一端通過第一錨點(diǎn)跟絕緣層連接，另一端為自由端，第一可動(dòng)電極的一端跟第一質(zhì)量塊連接，另一端為自由端；第一可動(dòng)電極和第一固定電極相間構(gòu)成平行板電容器；該結(jié)構(gòu)層上設(shè)有第二質(zhì)量塊、第二可動(dòng)電極、第二固定電極和支撐梁，第二固定電極的一端通過第二錨點(diǎn)分別跟絕緣層和基底層連接，另一端為自由端；第二可動(dòng)電極的一端連接到第二質(zhì)量塊上，另一端為自由端；支撐梁一端連接到第二質(zhì)量塊上，另一端通過第三錨點(diǎn)跟基底層連接；第二可動(dòng)電極和第二固定電極相間構(gòu)成平行板電容器。
[0008]進(jìn)一步地，第一錨點(diǎn)與第二錨點(diǎn)在基底層的同一豎直方向上。
[0009]進(jìn)一步地，絕緣層材料中包括二氧化硅。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):1)可以在不增加面積的情況下使得檢測(cè)電容面積成倍增加，增加質(zhì)量塊質(zhì)量，提高測(cè)量精度；2)采用干法刻蝕工藝，尺寸控制精度高；3)本實(shí)用新型的制備方法可以采用常規(guī)MEMS工藝設(shè)備，實(shí)現(xiàn)大批量制造，且工藝過程簡(jiǎn)單。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實(shí)用新型梳齒電容式微加速度計(jì)縱剖面示意圖；
[0012]圖2為本實(shí)用新型梳齒電容式微加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)原理示意圖；
[0013]圖3為圖1中結(jié)構(gòu)層上各功能單元結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖4為圖1中襯底層上各功能單元結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性，不應(yīng)對(duì)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍有任何的限制作用。
[0016]如圖1所示的一種梳齒電容式微加速度計(jì)，由結(jié)構(gòu)層1、絕緣層2、襯底層3和基底層4構(gòu)成，在結(jié)構(gòu)層I和襯底層3上設(shè)置功能單元，結(jié)構(gòu)層I和基底層4通過錨點(diǎn)5連接，結(jié)構(gòu)層I與襯底層3通過絕緣層2連接，在基底層4上和襯底層3上設(shè)置有金屬引線電極
6。絕緣層2材料中包括二氧化硅。
[0017]為了實(shí)現(xiàn)傳感功能，如圖2所示，在結(jié)構(gòu)層I上設(shè)置有固定電極21、可動(dòng)電極22、質(zhì)量塊23、支撐梁24，固定電極21 —端通過錨點(diǎn)25跟基底層4連接，另一端為自由端，可動(dòng)電極22 —端連接到質(zhì)量塊23上，另一端為自由端，支撐梁24 —端連接到質(zhì)量塊23上，另一端通過錨點(diǎn)26跟基底層4連接；固定電極21和可動(dòng)電極22相間構(gòu)成平行板電容器。
[0018]為了增加檢測(cè)電容，如圖3所示，在襯底層3上設(shè)置有固定電極31、可動(dòng)電極32、質(zhì)量塊33，固定電極31 —端通過錨點(diǎn)35跟基底層4連接，另一端為自由端,可動(dòng)電極32 —端跟質(zhì)量塊33連接，另一端為自由端，質(zhì)量塊33通過絕緣層2跟質(zhì)量塊23連接；固定電極31和可動(dòng)電極32相間構(gòu)成平行板電容器。
[0019]為了敘述方便，如圖4所示，將整個(gè)結(jié)構(gòu)分為固定電極11、可動(dòng)電極12、質(zhì)量塊13、支撐梁14、錨點(diǎn)15和錨點(diǎn)16，固定電極11由固定電極21和固定電極31構(gòu)成，可動(dòng)電極12由可動(dòng)電極22和可動(dòng)電極32構(gòu)成，質(zhì)量塊13由質(zhì)量塊23和質(zhì)量塊33以及中間的絕緣層2構(gòu)成，支撐梁14由支撐梁24構(gòu)成，錨點(diǎn)15由錨點(diǎn)25和錨點(diǎn)35以及中間的絕緣層2構(gòu)成，錨點(diǎn)15通過錨點(diǎn)5跟基底層4連接，錨點(diǎn)16由錨點(diǎn)26和錨點(diǎn)36以及中間的絕緣層2構(gòu)成，錨點(diǎn)16通過錨點(diǎn)5跟基底層4連接。
[0020]本實(shí)用新型裝置的工作原理如下:在非測(cè)量狀態(tài)時(shí)，質(zhì)量塊處于中間位置，上下梳齒間隙相等，形成的電容大小相等，輸出信號(hào)為0，當(dāng)有向上的加速度時(shí)，質(zhì)量塊在加速度作用下向上運(yùn)動(dòng)，質(zhì)量塊上部可動(dòng)電極與固定電極間隙減小，電容增大，質(zhì)量塊下部可動(dòng)電極與固定電極間隙增大，電容減小，同理，當(dāng)有向下的加速度時(shí)，質(zhì)量塊上部可動(dòng)電極與固定電極間隙增大，電容減小，質(zhì)量塊下部可動(dòng)電極與固定電極間隙減小，電容增大，利用業(yè)已非常成熟的差分測(cè)量技術(shù)測(cè)量上下電容的差值大小及正負(fù)方向，可知加速度的大小和方向。
[0021]由于在襯底層3上增加了一倍的梳齒結(jié)構(gòu)，因此，在同樣的加速度作用下，差分電容增加一倍，從而能提高加速度計(jì)的靈敏度。
[0022]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種梳齒電容式微加速度計(jì)，其特征在于:包括由上至下設(shè)置的襯底層、絕緣層、結(jié)構(gòu)層和基底層，絕緣層設(shè)在襯底層與結(jié)構(gòu)層之間；襯底層和基底層上均設(shè)有金屬引線電極； 該襯底層上設(shè)有第一質(zhì)量塊、第一可動(dòng)電極和第一固定電極，第一固定電極的一端通過第一錨點(diǎn)跟絕緣層連接，另一端為自由端，第一可動(dòng)電極的一端跟第一質(zhì)量塊連接，另一端為自由端；第一可動(dòng)電極和第一固定電極相間構(gòu)成平行板電容器； 該結(jié)構(gòu)層上設(shè)有第二質(zhì)量塊、第二可動(dòng)電極、第二固定電極和支撐梁，第二固定電極的一端通過第二錨點(diǎn)分別跟絕緣層和基底層連接，另一端為自由端；第二可動(dòng)電極的一端連接到第二質(zhì)量塊上，另一端為自由端；支撐梁一端連接到第二質(zhì)量塊上，另一端通過第三錨點(diǎn)跟基底層連接；第二可動(dòng)電極和第二固定電極相間構(gòu)成平行板電容器。
2.如權(quán)利要求1所述梳齒電容式微加速度計(jì)，其特征在于:第一錨點(diǎn)與第二錨點(diǎn)在基底層的同一豎直方向上。
3.如權(quán)利要求1所述梳齒電容式微加速度計(jì)，其特征在于:絕緣層材料中包括二氧化硅。
【文檔編號(hào)】G01P15/125GK204028106SQ201420476590
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】張照云, 蘇偉, 唐彬, 彭勃, 陳穎慧 申請(qǐng)人:中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所