[发明专利]电容式单质量块三轴加速度传感器及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电容式单质量块三轴加速度传感器及制备方法。

背景技术

微电子机械系统(MEMS)技术是近年来发展迅猛的一项高新技术，其主要采用先进半导体制备工艺来批量实现MEMS器件的制备。与采用传统技术制作的对应器件相比，MEMS器件在体积、功耗、重量以及价格等方面有十分明显的优势。

加速度传感器作为惯性器件的一种，在宇航、汽车、机械工业、消费类电子中有广泛应用。在MEMS器件中，微硅加速度传感器的研究较早，始于八十年代初，其具有体积小、重量轻、方便灵巧且能实现批量生产，有效降低成本的优点，更重要的是，由于体积缩小和成本降低，微硅加速度传感器拓宽了自身在民用领域的应用范围。目前加速度传感器已广泛应用于汽车中的安全气囊系统、防抱死系统ABS、电子稳定性程序ESP系统中；还可应用在生物医药领域中的人体活动监测；在各种消费类电子应用中，如游戏机接口、虚拟现实技术、笔记本硬盘保护等，也开始逐步得到广泛应用；在工业领域中，如机器人控制、振动监测等也有其应用；其它方面的应用，包括运输过程中对货物冲击和振动情况的监测和控制，以及军事应用中的制导系统等。

至今已开发了多种基于不同原理的加速度传感器，有压阻式、电容式、压电式、隧穿式、谐振式、温敏式、声表面波式等。其中电容式加速度传感器由于有温度特性好、灵敏度高、带宽较宽、功耗低、制造工艺成熟等优点，已逐渐成为加速度传感器的主流产品。许多世界知名公司如ADI、ST Micro、Bosch、Freescale等制作的加速度传感器均主要采用电容式敏感原理。

虽然目前已开发出多种微机械加速度传感器，但大多数只能检测一个或两个轴向的加速度，不能同时检测三个轴向的加速度。现今通常采用的解决办法是把几个单轴加速度传感器进行正交装配，但这样封装复杂度高，不但效率低，且易引入大的正交失配误差；另外可采用的一种办法是在同一芯片上制作三个单轴加速度传感器来测量不同方向的加速度以解决正交失配误差。但这样会导致工艺难度加大，且占用较大芯片面积。正因为如此，迫切需要一种采用单一质量块形成的3轴加速度传感器来测量真正的矢量加速度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电容式单质量块三轴加速度传感器，以实现采用单一质量块形成的3轴加速度传感器来测量矢量加速度的功能。

本发明的另一目的在于提供一种电容式单质量块三轴加速度传感器的制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供的电容式单质量块三轴加速度传感器，其包括：具有衬底及生成在所述衬底上的介质绝缘层的基片；质量块区，其包括生成在所述介质绝缘层上的第一导电层、处于所述第一导电层上且与所述介质绝缘层呈支点连接的悬臂梁、与所述悬臂梁同层面且分别连接于所述悬臂梁两侧同时与所述第一导电层组成差分电容的第一活动块和第二活动块，所述差差分电容用于测量第一方向加速度，在所述第一活动块和第二活动块表面具有多个用作腐蚀通道以及调节空去阻尼的释放孔；梳齿结构区，与所述质量块区同层面，其包括形成在所述第二活动块远离所述悬臂梁一侧且分别与所述第二活动块及所述介质绝缘层相连接同时用于测量第二方向加速度的第一组梳齿结构、对称形成在任意一活动块对应的两自由侧且分别与相应活动块及所述介质绝缘层相连接同时用于测量第三方向加速度的第二组梳齿结构，并使所述质量块区与所述梳齿结构区形成的组合区的重心离所述两自由侧的距离相等且其偏离所述悬臂梁，其中，所述第二及第三方向为所述质量块区所在层面的两个不同方向，所述第一方向不属于所述质量块区所在层面；以及信号输出区，包括分别与所述第一导电层、所述第一活动块、第二活动块、第一组梳齿结构及第二组梳齿结构电气连接以用于与外部信号处理电路相连接的各金属连接点。

较佳地，所述悬臂梁与所述介质绝缘层的支点可处于所述悬臂梁的两端侧，也可处于所述悬臂梁的中间，此外，所述悬臂梁与所述介质绝缘层的支点还可分别处于所述组合区相对两外侧，且支点的连线为所述第三方向，所述悬臂梁通过将所述组合区围合的外框与各支点相连接，所述外框与各支点的连接处呈弯折的折梁形状，所述悬臂梁可呈长条形状、弯折形状或中字形状。

较佳地，所述梳齿结构区可设置在所述质量区的外侧，也可设置在所述质量区内。