[发明专利]加速计及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种加速计，具体地涉及一种使用MEMS技术制造的加速计。

背景技术

由于微机电系统(MEMS)中所包含的非传统工艺步骤，MEMS要求在工厂进行的大量研究。因此，重新使用MEMS流程来制造其他产品是有益的。所述流程(的一部分)的重新使用将立即转化为成本的减少。

共享技术的示例是将加速计与MEMS麦克风集成。这已经由申请人提出(但是还没有公开)。本发明基于这种方法，以使得能够使用与MEMS麦克风制造兼容的工艺流程来制造全3D体材料微机械加工的加速计(由于较大的质量，具有比表面微机械加工的加速计具有更好的性能)。因此，不要求对MEMS麦克风的工具进行显著的改进性研究。

在一个示例中，MEMS麦克风流程的特征在于：

绝缘体上硅(SOI)硅衬底，具有薄顶部硅层，所述薄顶部硅层限定了最终器件中的低应力隔膜层；

穿过硅的刻蚀，以创建在SOI层外面的独立式隔膜；

牺牲层刻蚀，优选地应用于二氧化硅层，优选地通过HF气相刻蚀进行，但是替代地可以通过湿化学刻蚀进行。

图1示意性地示出了已知的电容性麦克风的操作原理。声压波1使得隔膜10由于隔膜上的压力差而振动。这改变了隔膜10和背板11之间的气隙间距。为了良好的全方向性性能，隔膜的背部一侧面对声学闭合的背部腔室12。要求背部腔室中的小孔14以补偿大气压力的缓慢变化。

为了检测隔膜的移动，将其放置为平板电容器结构。为了进行这种操作，隔膜具有导电表面并且背板也导电，对其进行放置以创建气隙。由于通过声压差对气隙的调制，与声压成正比的电学可检测信号是可用的。

通常在硅MEMS工艺中制造隔膜和背板，同时可以通过器件封装来限定背部腔室。

US2002/014126公开了一种力检测器，其使用多个电极来检测衬底的弯曲，使得也可以得出检测到的力的方向。

US2003/235992公开了一种使用半导体制造工艺制造的电容性加速计传感器。

WO2009/063473公开了一种在单独平面衬底上制造的三维MEMS加速计，其部署了三个共面的传感器元件。

发明内容

根据本发明，提出了一种根据权利要求1所述的MEMS加速计。

至少四个电极的使用使得能够检测到沿两个正交方向的倾斜。按照这种方式，可以形成三轴加速计，所述三轴加速计是紧凑的并且使用经过试验和测试的体材料微机械加工工艺，例如已经用于制造MEMS麦克风的体材料微机械加工工艺。

可以将衬底的一部分附着到隔膜，所述部分定义了通过穿过衬底的开口与衬底的其余部分隔离的悬置质量体。这提供了增加的质量，所检测到的力作用于所述质量体。与只向隔膜施加力的情况相比，这提供了改进的灵敏度。通过将质量的重心定位于隔膜层下面，也提供了响应于平面内的力的增加的倾斜，使得平面内的力产生扭矩，进而产生倾斜效果。

优选地，所述衬底包括硅。

例如，第二电极层可以包括四个扇形体，所述四个扇形体由它们的外围部分支撑。

本发明也提供了一种根据权利要求5所述的形成MEMS加速计的方法。

优选地，所述衬底结构包括绝缘体上硅衬底。所述顶部硅层形成了隔膜，检测所述隔膜的移动。

附图说明

现在将参考附图描述本发明的示例，其中：

图1示意性地示出了已知电容性麦克风的操作原理；

图2A至2G说明了制造MEMS麦克风和加速计的方法，示出了本发明的基本方法；

图3用于解释如何使用本发明的方法实现三维加速度感测；

图4示出了在本发明的加速计设计中使用的第一可能电极结构；

图5示出了在本发明的加速计设计中使用的第二可能电极结构；

图6示出了用于生产本发明的加速计中的分段电极方法的第一示例；

图7示出了用于生产本发明的加速计中的分段电极的方法的第二示例；以及

图8示出了用于生产本发明的加速计中的分段电极的方法的第三示例。

具体实施方式

附图没有按比例绘制，并且已经夸张地示出了一些维度(例如厚度维度)以使得附图更加清楚地示出不同的部件。