[发明专利]单弹性梁叉指电容加速度计

说明书

技术领域

本发明涉及一种单弹性梁叉指电容加速度计，尤其是一种基于CMOS DPTM（Double Poly Triple Metal）混合信号工艺的的单弹性梁叉指电容加速度计，属于MEMS器件设计制造技术领域。

背景技术

惯性测量是MEMS 技术的一个主要应用方面，集成惯性传感器有着广泛的应用领域，包括汽车工程，航空导航，消费电子和军事运用等方面。

如今主流的加速度检测技术有：电容检测技术、压阻检测技术以及隧道效应电流检测技术。由于固有的电阻热噪声和电阻值温度变化的特性，基于压阻检测技术的加速度计测量精度较低，主要用于满足低端市场需求。隧道效应电流检测技术可以用于实现精度极高加速度计，但是制作隧道器件要求在尖端和电极间形成极小的间隙（<10埃）同时要形成高压（>10V）；所以制造器件的成本很高，也很难实现系统集成。相比于前两种技术，电容检测在以下几点有突出的优势：低的温度系数、低功耗、良好的噪声性能，低的制造成本以及可以和现有的 VLSI 技术兼容性。这一系列的优势使基于电容检测技术加速度计有着巨大的市场潜力，也使这方面的研究成为热点。

基于制造方法，微机械器件可以被划分为两大类：体材料加工得到的微机械器件和表面薄膜加工得到的微机械器件。体电容式加速度计相比于表面薄膜电容式加速度计有较高的灵敏度和较低的噪声；表面微机械技术的优势是相对低的制造成本，同时也能容易地实现 MEMS 和信号检测电路的单片集成。

通过对比一系列 MEMS 工艺，发现 CMOS MEMS 工艺最容易实现低成本和高性能的结合。这主要是因为 CMOS MEMS 工艺可以使用标准 CMOS 工艺线加工 MEMS 系统，从而实现了低成本。同时该工艺允许 MEMS 电容和检测电路间采用金属互连，而且这两个模块可以布置的很近，这大大减小了互连寄生参数，从而保证了高精度和低噪声性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种单弹性梁叉指电容加速度计，所述电容加速度计的灵敏度高，提高了可制造性，制造成本低。

按照本发明提供的技术方案，所述单弹性梁叉指电容加速度计，包括基底及基底上的结构层，结构层包括上锚点、下锚点、第一叉指电容、第二叉指电容、第三叉指电容、第四叉指电容、左弹性梁、右弹性梁、左质量块、右质量块、连接梁、左锚点和右锚点；所述左质量块的左端通过左弹性梁连接左锚点，左质量块的右端通过连接梁连接右质量块的左端，右质量块的右端通过右弹性梁连接右锚点；所述上锚点靠近左质量块和右质量块的侧面上设有梳齿状排列的第一叉指电容，左质量块和右质量块的上侧面上设有梳齿状排列的第二叉指电容，上锚点侧面的一个第一叉指电容位于两个第二叉指电容的空隙之间，且第一叉指电容与第二叉指电容呈等距离的交错配置；所述下锚点靠近左质量块和右质量块的侧面上设有梳齿状排列的第三叉指电容，左质量块和右质量块的下侧面上设有梳齿状排列的第四叉指电容，下锚点侧面的一个第三叉指电容位于两个第四叉指电容的空隙之间，且第三叉指电容与第四叉指电容呈等距离的交错配置；其特征是：所述第一叉指电容、第二叉指电容、第三叉指电容、第四叉指电容、左弹性梁、右弹性梁、左质量块、右质量块和连接梁的结构为垂直沉积叠加结构，该垂直沉积叠加结构自底层向上依次为第一SiO₂图层、第一金属铝图层、第二SiO₂图层、第二金属铝图层、第三SiO₂图层、第三金属铝图层和钝化层，第一金属铝图层和第二金属铝图层由设置在第二SiO₂图层中的第一钨塞连接，第二金属铝图层和第三金属铝图层由设置在第三SiO₂图层中的第二钨塞连接；在该垂直沉积叠加结构上设置多个垂直于基底的侧墙，侧墙由钝化层的上表面延伸至基底的上表面，在该垂直沉积叠加结构下部的基底上设置悬空结构。