[发明专利]一种变间距的电容式加速度传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种变间距的电容式加速度传感器，其特征在于：以单晶硅作为衬底，通过单晶硅外延封腔工艺形成密封腔体结构；在密封腔体上部和四周分别注入离子，实现加速度传感器敏感电容结构动齿与定齿之间的衬底电隔离；通过溅射，光刻、腐蚀及溅射金属工艺，在单晶硅衬底上设置有金属焊盘和引线；通过光刻和ICP硅刻蚀释放整个结构，形成悬浮单晶硅质量块，在传感器做加速或减速运动时，悬浮单晶硅质量块可自由移动；

在衬底上注入离子，形成N型半导体和P型半导体；通过离子注入工艺，使得加速度传感器敏感电容结构动齿与定齿的半导体类型与硅衬底类型不同；在硅衬底与硅加速度传感器敏感电容结构形成的PN结上施加反向偏置电压，从而使得衬底、加速度传感器敏感电容结构动齿及定齿三者之间形成衬底电隔离；

通过光刻和ICP硅刻蚀释放整个结构，形成加速度传感器敏感电容结构，包括锚区、定齿、动齿及悬臂梁，动齿与悬臂梁相连接，均由锚区支撑并固定在硅衬底上，当传感器经过加速或减速度运动时，悬臂梁及其上的动齿由于惯性与定齿直接产生相对运动，导致定齿与动齿间的电容交叠面积发生变化，从而使得其电容值发生相应变化；通过检测距定齿与动齿间电容值的大小推导出传感器所处环境加速度值的大小。

2.根据权利要求1所述的变间距的电容式加速度传感器，其特征在于：单晶硅衬底上表面依次生长有氧化硅和氮化硅，在氮化硅和氧化硅表面光刻、腐蚀形成加速度传感器敏感电容结构动齿与定齿焊盘的接触孔。

3.根据权利要求1所述的变间距的电容式加速度传感器，其特征在于：所述引线及焊盘的材质均为Al。

4.根据权利要求1所述的变间距的电容式加速度传感器，其特征在于：若硅衬底为P型半导体，则通过离子注入使得加速度传感器敏感电容结构动齿与定齿的半导体类型为N型半导体；

反之，若硅衬底为N型半导体，则通过离子注入使得加速度传感器敏感电容结构动齿与定齿的半导体类型为P型半导体。

5.根据权利要求1所述的变间距的电容式加速度传感器，其特征在于：所述衬底的材质为P型单晶硅。

6.根据权利要求1-5 任一项所述的变间距的电容式加速度传感器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1）、采用P型单晶硅作为衬底，通过各向异性反应离子刻蚀工艺在单晶硅衬底上刻蚀1-10μm浅槽；

步骤2）、在对单晶硅衬底浅槽侧壁进行保护的同时，对单晶硅衬底进行各向同性腐蚀，为接下来的外延单晶硅封腔工艺做准备；

步骤3）、外延生长单晶硅，在单晶硅衬底内部形成密封腔体；

步骤4）、通过化学机械抛光工艺使单晶硅衬底表面平滑，为接下来的光刻与离子注入做准备；

步骤5）、分别进行离子注入，使得加速度传感器敏感电容结构动齿与定齿的半导体类型与硅衬底类型不同；若硅衬底为P型半导体，则通过离子注入使得加速度传感器敏感电容结构动齿与定齿的半导体类型为N型半导体；反之，若硅衬底为N型半导体，则通过离子注入使得加速度传感器敏感电容结构动齿与定齿的半导体类型为P型半导体，以实现加速度传感器敏感电容结构动齿与定齿之间的衬底电隔离；

步骤6）、在单晶硅衬底上表面依次生长氧化硅和氮化硅；

步骤7）、在氮化硅和氧化硅表面光刻、腐蚀，形成加速度传感器敏感电容结构动齿与定齿的接触孔；

步骤8）、在氮化硅表面溅射金属层Al，并光刻腐蚀形成电连接导线与焊盘；

步骤9）、通过光刻和ICP硅刻蚀释放整个结构，形成加速度传感器敏感电容结构。

7.根据权利要求6所述的变间距的电容式加速度传感器的制备方法，其特征在于：密封腔体的高度为3-7μm。