[发明专利]一种差分电容微加速度传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种加速度传感器，特别是涉及一种制造方法简单器件尺寸小至毫米量级的栅状结构差分电容微加速度传感器及其制作方法，属于微电子机械制造领域。

背景技术

微型加速度传感器以其体积小、重量轻、功耗小、成本低、易集成等特点而广泛和深入应用在航天制导、车辆控制、机器人、手机智能、工业探矿、医学等领域中。为了适应不同领域测量条件的限制，加速度传感器的类型也多种多样，但电容式加速度传感器由于其良好的温度特性、高灵敏度、稳定性高以及加工简单等特点一直都是研究的最主要方向。

应用于微加速度传感器的敏感机理很多，目前有文献报道的主要有压阻式、电容式、温敏式、谐振式等。压阻式微加速度传感器是通过可动质量块感应加速度，将输入转换为弹性结构的形变，从而引起制作在弹性结构上的压敏电阻阻值的变化，再通过外界电路将电阻的变化转换为电压或电流变化。压阻式加速度传感器具有加工工艺简单，测量方法容易，线性度好等优点，但也有严重的缺点，例如温度效应严重，工作状态不稳定，灵敏度低等。

电容式微加速度传感器是通过可动质量块感应加速度，利用平行板电容将质量块的相对位移转换为电容的变化，再通过检测电路将电容的微小变化转换为与其成正比的电压的变化。电容式加速度传感器具有温度效应低、功耗小、灵敏度相对较高、结构简单等突出优点，但是外界加速度仅能引起电容微小的变化（通常在10-15量级甚至更低），因此测试方法复杂。对于平板电容，电容值为：

C=ϵAd,]]>

其中ε为介质的介电常数，A为极板正对面积，d为极板间垂直距离。

由上式可知，电容加速度传感器按工作原理大致分为两类。一类是变间距式，在加速度的作用下质量块上下电极距离发生变化，大多数文献中采用更多的是变间距式的加速度传感器；另一类是变面积式，通过上下电极的平行错位使得交叠面积发生变化。前者由于电容和间距成反比关系，会造成电容变化的非线性，需要利用反馈电路来减小非线性，另外由于上下极板相对运动，会产生较大的压膜阻尼。而后者则完全是线性的关系，且由于运动过程中产生的是滑膜阻尼，这大大提高了加速度计的灵敏度。

鉴于此，如何制作出一种电容式微加速度传感器，以克服现有技术中电容变化的非线性以及加速度引起的电容变化微小造成的测试方法复杂的缺点，成为目前亟待解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种差分电容微加速度传感器及其制作方法，用于解决现有技术中电容变化的非线性以及加速度引起的电容变化微小造成的测试方法复杂的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种差分电容微加速度传感器及其制作方法，至少包括以下步骤：

1）提供一衬底，在所述衬底的正面制备金属层，并在所述金属层上进行光刻、以及腐蚀工艺制作出一对叉指形固定电极以及两个固定电极触点；

2）提供一结构基片，并在所述结构基片背面进行光刻和腐蚀工艺制备出用来释放可动结构的预置空腔、以及两个电极引出通孔；

3）将步骤1）中所述衬底的正面与步骤2）中所述结构基片的背面键合在一起；

4）从所述结构基片正面将其减薄到目标厚度后，在其正面沉积金属层，并在所述金属层上进行光刻以及腐蚀工艺形成可动电极、可动质量块、弹性梁、以及固定电极引出通孔结构的图形；

5）依据所述骤4）中的光刻图形，通过对所述结构基片进行干法刻蚀以得到可动质量块、弹性梁以及两个电极引出通孔；

6）提供一盖板基片，在所述盖板基片背面进行光刻以及腐蚀工艺制作出与所述可动质量块相对应的盖板空腔；

7）将所述步骤6）中的盖板基片背面和所述步骤5）中结构基片的正面键合在一起；

8）通过光刻以及硅的深腐蚀工艺在所述步骤7）中的盖板基片上形成电极引出通孔；

9）通过打线方式从所述电极引出通孔中引出固定电极和可动电极。