[发明专利]一种双面对称弹性梁结构电容式微加速度传感器及方法

权利要求书

1.一种具有双面对称弹性梁结构的电容式微加速度传感器，其特征在于所述的电容式微加速度传感器基于双器件层SOI硅片包括质量块、电容间隙、阻尼调节槽、过载保护凸点、弹性梁、固定上电极、固定下电极和质量块电极引出通孔；其中，

(1)双器件层SOI(100)单晶硅片为弹性梁-质量块结构的基片；

(2)固定上电极、固定下电极分别位于质量块的上下两边；

(3)弹性梁为直梁，其一端与质量块相连，另一端与支撑框架相连；

(4)过载保护凸点制作在质量块的上下两面；

(5)阻尼调节槽制作在质量块的上下两面；

(6)质量块电极引出通孔的位置在支撑框架之上。

2.按权利要求1所述的传感器，其特征在于所述的弹性梁-质量块结构中，弹性梁分布在质量块上层和下层的四个角，上层的弹性梁与下层对应位置的弹性梁相互对称且平行。

3.按权利要求1或2所述的传感器，其特征在于弹性梁-质量块结构中质量块上层相邻的两根弹性梁分别与质量块呈T形排布，质量块下层相邻的两根弹性梁也分别与质量块呈T形排布，且质量块上层、下层各四根弹性梁。

4.按权利要求1或2所述的传感器，其特征在于弹性梁-质量块结构呈H形排布，质量块上层、下层各四根弹性梁。

5.按权利要求1或2所述的传感器，其特征在于弹性梁-质量块结构呈H形排布，质量块上层、下层各八根弹性梁。

6.按权利要求1或2所述的传感器，其特征在于所述的弹性梁，无需采用凸角补偿结构就可使最终的质量块为矩形结构，具有高度法向对称性。

7.制作如权利要求1或2所述的传感器的方法，其特征在于包括以下各步骤：

①在湿法腐蚀中一次加工完成弹性梁-质量块结构的制作：

(a)利用各向异性腐蚀方法，在经过氧化的(100)双抛双器件层SOI硅片上、下表面制作电容间隙；

(b)去除剩下区域的氧化层，二次氧化形成氧化硅，双面光刻，在质量块上下两表面通过各向异性腐蚀方法制作过载保护凸点；

(c)去除剩下区域的氧化层，氧化形成氧化硅，双面光刻，用各项异性腐蚀方法，在硅片上下表面腐蚀出双面对称弹性梁-质量块图形，腐蚀停止层是SOI的埋层氧化层，并形成阻尼调节槽；

(d)去除剩下区域的氧化层，通过热氧化，用氧化硅覆盖弹性梁的上表面、两个侧面以及质量块上下表面；

(e)再次对硅片进行双面光刻，制作出进行各向异性腐蚀的窗口；

(f)用各向异性腐蚀方法进行硅片腐蚀，直至双面对称弹性梁-质量块结构形成。在腐蚀完成弹性梁结构时，SOI的埋层氧化硅层作为腐蚀的停止层，实现了腐蚀梁工艺的自停止；

(g)去除剩下区域的腐蚀掩蔽用氧化层，得到弹性梁-质量块结构；

②固定上电极和固定下电极直接通过双抛硅片的热氧化制作二氧化硅绝缘层；

③通过硅硅直接键合方法实现了三层硅片的键合，将固定上电极、弹性梁-质量块结构和固定下电极键合在一起；

④通过红外对准光刻在键合片上下表面制作质量块电极引线通孔腐蚀窗口，而后进行腐蚀，形成质量块电极的引出通孔；

⑤键合片的电极引出金属层制作，在键合片的正反面制作金属层；

其中，A.阻尼调节槽有两种制作方法

(1)两步光刻法

在步骤①弹性梁-质量块结构的制作中(c)步骤分为两步进行，第一步双面光刻使弹性梁-质量块结构先腐蚀，第二步在质量块表面光刻制作出阻尼槽腐蚀窗口，进行第二次腐蚀，当梁结构腐蚀到SOI埋层二氧化硅时，停止腐蚀，所制得的调节阻尼槽深度等于第二次腐蚀梁结构的深度；

(2)通过设计阻尼槽宽度，利用各向异性腐蚀自停止形成V型阻尼调节槽；

通过设计阻尼调节槽宽度，使得质量块表面在硅的各向异性腐蚀形成V形槽结构而自停止，阻尼调节槽的宽度H为SOI硅片的器件层硅层的厚度；

B.上述步骤中涉及的光刻必须严格对准<110>晶向。

8.按权利要求7所述的方法，其特征在于双抛双器件层SOI硅片上、下表面制作电容间隙小于3μm。

9.按权利要求7所述的方法，其特征在于制作的过载保护凸点不超过1μm。

10.按权利要求7所述的方法，其特征在于步骤⑤制作金属层时采用溅射或蒸发方法，金属层为Al、Au或Ni。