[发明专利]变面积型电容式横向加速度传感器及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子机械系统（MEMS）领域，特别是涉及一种变面积型电容式横向加速度传感器及制备方法。

背景技术

微电子机械系统是集多个微机构、微传感器、微执行器、信号处理、控制电路、通信接口及电源于一体的微型电子机械系统。在MEMS领域中，加速度传感器是除了压力传感器外，研究最多、产量和销量最大的传感器。微加速度传感器是一种重要的惯性传感器，是用来将加速度这一物理信号转变成便于测量的电信号的测试器件。MEMS加速度传感器体积小、重量轻、功耗小、启动快、成本低、可靠性高、易于实现数字化和智能化。而且，由于微机械结构制作精确、重复性好、易于集成化，适于大批量生产，它的性价比很高。

MEMS加速度传感器按照敏感信号方式可以分成电容式、压阻式、压电式、热电耦合式、电磁式等等。其中电容式加速度传感器具有灵敏度高、稳定性好、温度漂移小等优点，是最受关注的加速度传感器之一。电容式加速度传感器设有固定电极和位于质量块上的可动电极，当加速度传感器接受到加速度信号后，质量块就受到惯性力的作用向相反的方向运动。质量块发生的位移受到弹簧和阻尼器的限制。外界加速度固定时，质量块具有确定的位移。外界加速度变化时，质量块的位移也发生相应的变化。另一方面，当质量块发生位移变化时，同敏感质量块相连的可动极板和与锚区相固定的极板之间的电容就会发生相应的变化；如果测得传感器输出电压的变化，就等同于测得了质量块的位移。既然质量块的位移与待测加速度具有确定的一一对应关系，那么输出电压与外界加速度也就有了确定的关系，即通过输出电压就能测得外界加速度。

电容式MEMS加速度传感器有很多种结构，主要的包括：三明治结构和梳状结构。三明治结构电容式加速度传感器基本都是变电容间隙类型，主要是对纵向加速度信号敏感，由于三明治结构的加速度传感器中的质量块能制作的比较大，所以其灵敏度和测试精度高；而梳状结构加速度传感器基本都是变电容面积类型，主要是对横向加速度信号敏感，由于采用变面积的方式，所以制作的梳状加速度传感器具有更好的非线性。

制作三明治结构电容式加速度传感器的方法主要是体硅微机械加工方法。为了提高微加速度传感器的检测灵敏度，各研究单位及公司已经给出了各种方法。具体包括增加敏感质量块质量和采用全对称差分结构。

例如，W.S.Henrion等人采用双层键合硅梁方法，来形成双面平行对称梁-质量块结构（具体参见文献：Sensors structure with L-shaped spring legs, US Patent No.5,652,384），其工艺可以采用KOH腐蚀结合干法深刻蚀释放的方法。即：首先从背面用KOH将硅片腐蚀到剩余梁的厚度，然后用干法深刻蚀从正面释放出梁-质量块结构；为得到双面结构，再将两个同样的梁-质量块背靠背键合起来，同样这样可以得到更大的质量块来实现高灵敏度性能。这种方法的工艺复杂，成本相对较高。

制作梳状结构电容式加速度传感器的方法主要是表面微机械加工方法。

例如，美国AD公司的ADXLXX系列微加速度传感器应用的是表面加工定齿均匀配置的电容加速度传感器。这种传感器加工工艺与集成电路加工工艺兼容性好，但是由于结构关系，其敏感质量块无法做大，所以传感器不能实现很高的性能。

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灵敏度高、且线性度好的变面积型电容式横向加速度传感器。

本发明的另一目的在于提供一种制备变面积型电容式横向加速度传感器的方法，以便灵活的制作出不同量程、不同灵敏度的电容式微加速度传感器。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种制备变面积型电容式横向加速度传感器的方法，其至少包括步骤：

- 在第一基底表面的凹陷处形成多个第一栅状电极；

- 将第一基底及第二基底予以键合成第一键合结构，使所述第一基底的多个第一栅状电极与所述第二基底一表面的多个第二栅状电极分别对应成电容结构，且第一基底与第二基底电性隔离；

- 在所述键合结构的第二基底形成可动质量块结构、弹性梁结构及防过载结构，且使多个第二栅状电极分别处于所述可动质量块结构的两表面；

- 在第三基底表面的凹陷处形成多个第三栅状电极；

- 将第三基底与已形成可动质量块结构的第二基底予以键合成第二键合结构，使所述第三基底的多个第三栅状电极与所述第二基底另一表面的多个第二栅状电极分别对应成电容结构，且第三基底与第二基底电性隔离；