一種高精度低g值SOI微加速度計(jì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種高精度低g值SOI微加速度計(jì)，包括由上至下設(shè)置的結(jié)構(gòu)層、絕緣層、襯底層和基底層，絕緣層設(shè)在結(jié)構(gòu)層跟襯底層之間；該結(jié)構(gòu)層上設(shè)有第一質(zhì)量塊、可動(dòng)梳齒、固定梳齒以及金屬引線電極，可動(dòng)梳齒一端跟第一質(zhì)量塊連接，另一端為自由端，固定梳齒一端通過(guò)第一錨點(diǎn)分別跟絕緣層和基底層連接，另一端為自由端；可動(dòng)梳齒跟固定梳齒相間構(gòu)成平行板電容器；該襯底層上設(shè)有第二質(zhì)量塊、支撐梁，支撐梁的一端跟第二質(zhì)量塊連接，另一端通過(guò)第二錨點(diǎn)跟基底層連接。
【專利說(shuō)明】
一種高精度低d直so I微加速度計(jì)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高精度低g值SOI微加速度
i+o
【背景技術(shù)】
[0002]一種高精度低g值SOI微加速度計(jì)在地震監(jiān)測(cè)，石油勘探等方面具有廣泛的應(yīng)用，當(dāng)前一般采用兩種結(jié)構(gòu):“三明治”結(jié)構(gòu)和“梳齒”結(jié)構(gòu)。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，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)(111)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。“梳齒”式結(jié)構(gòu)的微加速度計(jì)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(guò)增加面積來(lái)增大質(zhì)量塊，以及通過(guò)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。
[0003]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有梳齒電容式微加速度計(jì)由于刻蝕深寬比的限制導(dǎo)致質(zhì)量塊重量輕的問(wèn)題，提出了一種低g值SOI微加速度計(jì)。
[0005]本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):一種高精度低g值SOI微加速度計(jì)，包括由上至下設(shè)置的結(jié)構(gòu)層、絕緣層、襯底層和基底層，絕緣層設(shè)在結(jié)構(gòu)層跟襯底層之間；
該結(jié)構(gòu)層上設(shè)有第一質(zhì)量塊、可動(dòng)梳齒、固定梳齒以及金屬引線電極，可動(dòng)梳齒一端跟第一質(zhì)量塊連接，另一端為自由端，固定梳齒一端通過(guò)第一錨點(diǎn)分別跟絕緣層和基底層連接，另一端為自由端;可動(dòng)梳齒跟固定梳齒相間構(gòu)成平行板電容器；
該襯底層上設(shè)有第二質(zhì)量塊、支撐梁，支撐梁的一端跟第二質(zhì)量塊連接，另一端通過(guò)第二錨點(diǎn)跟基底層連接。
[0006]優(yōu)選地，絕緣層包括二氧化娃。
[0007]優(yōu)選地，質(zhì)量塊由第一質(zhì)量塊、第二質(zhì)量塊以及中間的絕緣層構(gòu)成。
[0008]本發(fā)明有益效果是:本發(fā)明在不增加器件面積的情況下，增大器件質(zhì)量塊質(zhì)量，能減小噪聲，提尚器件性能。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本發(fā)明高精度低g值SOI微加速度計(jì)一種實(shí)施例的縱剖面示意圖；
圖2為本發(fā)明高精度低g值SOI微加速度計(jì)一種實(shí)施例的的結(jié)構(gòu)原理示意圖；
圖3為圖1中結(jié)構(gòu)層上各功能單元結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為圖1中襯底層上各功能單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖中:1-結(jié)構(gòu)層，2-絕緣層，3-襯底層，4-基底層，5-錨點(diǎn)層，6-電極，11固定梳齒，12可動(dòng)梳齒，13質(zhì)量塊，14支撐梁，15第一錨點(diǎn)，16第二錨點(diǎn)，23第一質(zhì)量塊，31第二質(zhì)量塊，33第三錨點(diǎn)。
[0011]
【具體實(shí)施方式】
[0012]結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0013]一種高精度低g值SOI微加速度計(jì)，包括由上至下設(shè)置的結(jié)構(gòu)層、絕緣層、襯底層和基底層，絕緣層設(shè)在結(jié)構(gòu)層跟襯底層之間；
該結(jié)構(gòu)層上設(shè)有第一質(zhì)量塊、可動(dòng)梳齒、固定梳齒以及金屬引線電極，可動(dòng)梳齒一端跟第一質(zhì)量塊連接，另一端為自由端，固定梳齒一端通過(guò)第一錨點(diǎn)分別跟絕緣層和基底層連接，另一端為自由端;可動(dòng)梳齒跟固定梳齒相間構(gòu)成平行板電容器；
該襯底層上設(shè)有第二質(zhì)量塊、支撐梁，支撐梁的一端跟第二質(zhì)量塊連接，另一端通過(guò)第二錨點(diǎn)跟基底層連接。
[0014]如圖1-4所示，本發(fā)明實(shí)施例的雙層梳齒電容式微加速度計(jì)，包括結(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4上設(shè)置功能單元，襯底層3和基底層4通過(guò)錨點(diǎn)層5連接，結(jié)構(gòu)層I與襯底層3通過(guò)絕緣層2連接，在結(jié)構(gòu)層I上設(shè)置有電極6，結(jié)構(gòu)層I和襯底層3上均設(shè)有質(zhì)量塊13。
[0015]該結(jié)構(gòu)層上設(shè)有第一質(zhì)量塊23、可動(dòng)梳齒12、固定梳齒11以及金屬引線電極，可動(dòng)梳齒12—端跟第一質(zhì)量塊13連接，另一端為自由端，固定梳齒11一端通過(guò)第一錨點(diǎn)15跟絕緣層，然后通過(guò)第三錨點(diǎn)33和基底層連接，另一端為自由端;可動(dòng)梳齒12跟固定梳齒11相間構(gòu)成平行板電容器；
該襯底層上設(shè)有第二質(zhì)量塊31、支撐梁14，支撐梁14的一端跟第二質(zhì)量塊31連接，另一端通過(guò)第二錨點(diǎn)16跟基底層連接。
[0016]本發(fā)明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)梳齒12與固定梳齒11間隙減小，電容增大，質(zhì)量塊下部可動(dòng)梳齒12與固定梳齒11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)梳齒12與固定梳齒11間隙增大，電容減小，質(zhì)量塊下部可動(dòng)梳齒12與固定梳齒11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。
[0017]由于在襯底層上增加了較厚的質(zhì)量塊，質(zhì)量塊厚度根據(jù)設(shè)計(jì)要求而定，加速度計(jì)的噪聲更低，可以提高加速度計(jì)的測(cè)量精度。
[0018]在此說(shuō)明書中，本發(fā)明已參照其特定的實(shí)施例作了描述。但是，很顯然仍可以做出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說(shuō)明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說(shuō)明性的而非限制性的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高精度低g值SOI微加速度計(jì)，其特征在于:包括由上至下設(shè)置的結(jié)構(gòu)層、絕緣層、襯底層和基底層，絕緣層設(shè)在結(jié)構(gòu)層跟襯底層之間； 該結(jié)構(gòu)層上設(shè)有第一質(zhì)量塊、可動(dòng)梳齒、固定梳齒以及金屬引線電極，可動(dòng)梳齒一端跟第一質(zhì)量塊連接，另一端為自由端，固定梳齒一端通過(guò)第一錨點(diǎn)分別跟絕緣層和基底層連接，另一端為自由端;可動(dòng)梳齒跟固定梳齒相間構(gòu)成平行板電容器； 該襯底層上設(shè)有第二質(zhì)量塊、支撐梁，支撐梁的一端跟第二質(zhì)量塊連接，另一端通過(guò)第二錨點(diǎn)跟基底層連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度低g值SOI微加速度計(jì)，其特征在于，絕緣層包括二氧化硅。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度低g值SOI微加速度計(jì)，其特征在于，質(zhì)量塊由第一質(zhì)量塊、第二質(zhì)量塊以及中間的絕緣層構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】G01P15/125GK105891545SQ201610409871
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年6月13日
【發(fā)明人】張照云, 蘇偉, 唐彬, 高楊, 彭勃, 陳穎慧, 熊壯
【申請(qǐng)人】中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所