[發明專利]電容式加速度傳感器的傳感部件、制作方法及其應用

有效

• 申請號: 201310264211.1
• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN103293338A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 李鐵;俞驍;王躍林
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G01P15/125
• 分類號: G01P15/125;B81C1/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明屬于微機電系統（MEMS）技術領域，涉及一種電容式加速度傳感器的傳感部件、制作方法及其應用，特別是涉及一種電容式加速度傳感器的傳感部件及其制作方法、和電容式加速度傳感器及其制作方法。

背景技術

微機電系統的發展，極大地推動了傳感器技術的進步，實現了加速度傳感器的微型化。利用微機械加工工藝制作的電容式加速度傳感器在測量精度、溫度特性、利用靜電力進行閉環測量和自檢及易與電子線路集成等方面具有的優點，可廣泛應用于石油勘探、地震監測、醫療儀器、航空航天、武器裝備等許多領域，具有廣闊的市場應用前景。

常見的微機械加速度傳感器按敏感原理分主要有壓阻式、壓電式和電容式三種。壓電式加速度傳感器的基本原理利用壓電效應，通過測量壓電效應產生的電壓變化來感知加速度的。這種加速度傳感器的結構比較簡單，但難以測量常加速度，溫度系數較大，線性度也不好。壓阻式微加速度傳感器利用的是壓阻效應，將外界加速度的變化轉化為壓阻材料兩端檢測電壓值的改變，其具有的優點是：結構簡單，接口電路易于實現，缺點是溫度系數比較大，對溫度比較敏感。

電容式微加速度傳感器的基本原理就是將外界加速度的變化轉化為電容的變化。電容式微加速度傳感器一般由彈性梁支撐的質量塊作為可動電容極板，分別與兩側的固定電容極板構成差分檢測電容。當外界加速度作用于質量塊時，彈性梁變形引起質量塊產生位移，導致差分檢測電容的變化，用外圍的接口電路檢測出電容的變化量進而就可以測量加速度的大小。

電容式加速度傳感器相對于壓阻式或壓電式而言，具有很高的靈敏度和檢測精度、穩定性好、溫度漂移小，而且有良好的過載保護能力，能夠利用靜電力實現反饋閉環控制，可顯著提高傳感器的性能。

由于電容式傳感器的靈敏度正比于質量塊的質量，反比于傳感方向上支撐梁的剛度，為了實現較高的靈敏度，現有的電容式傳感器通常需要集成較大體積的質量塊，從而導致器件體積偏大，不利于電子器件的進一步微型化。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種電容式加速度傳感器及其制作方法，用于解決現有技術中為實現較高的靈敏度需要集成較大體積的質量塊，導致器件體積偏大、不利于電子器件的進一步微型化的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種電容式加速度傳感器的傳感部件的制作方法，所述傳感部件的制作方法至少包括以下步驟：

1）提供一（111）型硅材料襯底，在所述襯底上表面干法刻蝕多個凹槽，以在所述襯底頂部形成一質量塊以及多個連接于所述質量塊的支撐梁；

2）在步驟1）獲得的結構上表面自下而上依次形成抗氧化掩膜和光刻膠；

3）利用掩膜版光刻各該支撐梁對應的光刻膠，通過掩膜版的掩膜窗口以使每一支撐梁對應兩個預制備的腐蝕窗口，去除所述預制備的腐蝕窗口對應的光刻膠及位于其下的抗氧化掩膜直至暴露所述襯底；

4）干法刻蝕步驟3）中被暴露的所述襯底的上表面直至一預設深度以形成所述腐蝕窗口；

5）去除光刻膠，通過所述腐蝕窗口對所述襯底進行各向異性濕法腐蝕，以形成上下表面在平面內投影均為六邊形的腐蝕槽，同一支撐梁對應的兩相鄰的腐蝕槽的側壁間形成單晶硅薄壁；

6）采用自限制氧化工藝對步驟5）獲得的結構進行熱氧化，使所述單晶硅薄壁及未覆蓋抗氧化掩膜的襯底逐漸氧化形成氧化層，并于所述單晶硅薄壁頂部中央區域形成沿單晶硅薄壁長度方向延伸的單晶硅納米線；而后去除所述抗氧化掩膜；

7）對所述氧化層對應的襯底從下表面進行干法刻蝕直至暴露所述氧化層，以將連接于單晶硅納米線兩端的襯底分割為錨點和質量塊，其中，步驟6）中形成的氧化層作為阻擋層，以保護所述單晶硅納米線；

8）去除所述氧化層，使單晶硅納米線及質量塊懸空，以形成包含所述的錨點、單晶硅納米線及質量塊的電容式加速度傳感器傳感部件，其中，所述單晶硅納米線的一端連接并支撐所述質量塊，所述單晶硅納米線的另一端連接于所述錨點。

可選地，步驟1）形成的各該支撐梁為微米級支撐梁，各該支撐梁的寬度大于1μm。

可選地，步驟1）中所述凹槽的深度范圍為0.5～100μm。

可選地，步驟1）中各該支撐梁長度方向均沿<110>晶向族，所述支撐梁的個數大于等于3。

可選地，步驟3）中所述預制備的腐蝕窗口的外接六邊形的各邊均沿<110>晶向族，且各該支撐梁對應的所述預制備的腐蝕窗口的外接六邊形之間的最小距離為第一距離。