[发明专利]梳齿电容式微加速度计

说明书

技术领域

本发明涉及微电子机械系统技术领域，尤其是一种梳齿电容式微加速度计。

背景技术

采用微电子机械系统（MEMS）技术实现的微型电容式加速度计，具有体积小、重量轻、精度高和成本低等有优点，在军事、汽车工艺、消费类电子产品等领域有广发的应用前景。电容式微加速度计一般有两种结构：“三明治”结构和“梳齿”结构。

1、“三明治”结构，质量块不论是厚度还是面积都可以做得很大，因此检测电容面积大，噪声小，能够满足高精度测量的要求，但一般利用湿法腐蚀的加工方法制备得到，湿法腐蚀控制精度较差且需要额外的芯片面积以实现 54.5°斜槽（54.5°是到达晶面所需要的角度），另外，还需要双面对准光刻和刻蚀，工艺相对比较复杂。

2、“梳齿”式结构，一般利用干法刻蚀以获得快的刻蚀速率和垂直的侧壁，尺寸控制精度高，芯片结构面积较小，但由于干法刻蚀刻蚀深宽比的限制，其质量块厚度较小，检测电容的面积小，噪声较大，测量精度较低。如果通过增加面积来增大质量块，以及通过增加梳齿长度增大检测电容，一方面减少了整个硅片上器件的个数，另一方面由于硅片的翘曲度减小了器件的对称性，很难满足高精度测量的要求。

从以上可以看出，三明治结构的微加速度计能够满足高精度测量的要求，但需要提高尺寸控制精度、减小工艺复杂度；梳齿式微加速度计加工性好，但需要进一步增加质量块以及检测电容以提高测量精度。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种梳齿电容式微加速度计，结构巧妙，测量精度高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种梳齿电容式微加速度计，包括由上至下设置的衬底层、绝缘层、结构层和基底层，绝缘层设在衬底层与结构层之间；衬底层和基底层上均设有金属引线电极；该衬底层上设有第一质量块、第一可动电极和第一固定电极，第一固定电极的一端通过第一锚点跟绝缘层连接，另一端为自由端，第一可动电极的一端跟第一质量块连接，另一端为自由端；第一可动电极和第一固定电极相间构成平行板电容器；该结构层上设有第二质量块、第二可动电极、第二固定电极和支撑梁，第二固定电极的一端通过第二锚点分别跟绝缘层和基底层连接，另一端为自由端；第二可动电极的一端连接到第二质量块上，另一端为自由端；支撑梁一端连接到第二质量块上，另一端通过第三锚点跟基底层连接；第二可动电极和第二固定电极相间构成平行板电容器。

进一步地，第一锚点与第二锚点在基底层的同一竖直方向上。

进一步地，绝缘层材料中包括二氧化硅。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：1）可以在不增加面积的情况下使得检测电容面积成倍增加，增加质量块质量，提高测量精度；2）采用干法刻蚀工艺，尺寸控制精度高；3）本发明的制备方法可以采用常规MEMS工艺设备，实现大批量制造，且工艺过程简单。

附图说明

图1为本发明梳齿电容式微加速度计纵剖面示意图；

图2 为本发明梳齿电容式微加速度计的结构原理示意图；

图3为图1中结构层上各功能单元结构示意图；

图4为图1中衬底层上各功能单元结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

如图1所示的一种梳齿电容式微加速度计，由结构层1、绝缘层2、衬底层3和基底层4构成，在结构层1和衬底层3上设置功能单元，结构层1和基底层4通过锚点5连接，结构层1与衬底层3通过绝缘层2连接，在基底层4上和衬底层3上设置有金属引线电极6。绝缘层2材料中包括二氧化硅。

为了实现传感功能，如图2所示，在结构层1上设置有固定电极21、可动电极22、质量块23、支撑梁24，固定电极21一端通过锚点25跟基底层4连接，另一端为自由端，可动电极22一端连接到质量块23上，另一端为自由端，支撑梁24一端连接到质量块23上，另一端通过锚点26跟基底层4连接；固定电极21和可动电极22相间构成平行板电容器。

为了增加检测电容，如图3所示，在衬底层3上设置有固定电极31、可动电极32、质量块33，固定电极31一端通过锚点35跟绝缘层2连接，另一端为自由端，可动电极32一端跟质量块33连接，另一端为自由端，质量块33通过绝缘层2跟质量块23连接；固定电极31和可动电极32相间构成平行板电容器。