[發(fā)明專利]一種MEMS懸臂梁式加速度計及其制造工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310305611.2
• 申請日: 2013-07-19
• 公開（公告）號: CN104297522B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設計）人: 孫晨;于連忠
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01P15/125
• 分類號: G01P15/125;B81C1/00
• 代理公司: 北京金之橋知識產權代理有限公司11137
• 代理人: 林建軍

1.一種MEMS懸臂梁式加速度計，包括：測量體、與所述測量體相連接的上蓋板以及下蓋板；所述測量體包括框架、位于所述框架內的質量塊，所述質量塊與所述框架之間通過多根懸臂梁相連接；其特征在于，所述質量塊與所述框架之間還設置有緩沖梁，所述緩沖梁的一端與所述質量塊相連接，所述緩沖梁的另一端與所述框架相連接；所述懸臂梁為L型折疊梁，包括質量塊連接臂及框架連接臂，所述質量塊連接臂的中線與所述質量塊的中線相對應；所述上蓋板及所述下蓋板與所述質量塊之間設置有過載保護裝置，所述過載保護裝置包括彈性部及凸點；所述凸點設置在所述彈性部上，所述彈性部設置在所述質量塊或所述蓋板上，所述凸點限制所述質量塊的運動幅度；

所述緩沖梁設置在所述質量塊的兩個端角處，并沿所述質量塊的中線對稱設置。

2.如權利要求1所述的MEMS懸臂梁式加速度計，其特征在于，所述質量塊連接臂的寬度大于所述框架連接臂的寬度。

3.如權利要求1所述的MEMS懸臂梁式加速度計，其特征在于，所述質量塊、所述上蓋板以及所述下蓋板上設置有電極。

4.如權利要求1所述的MEMS懸臂梁式加速度計，其特征在于，所述測量體采用包括有上硅層及下硅層的絕緣體上外延硅結構，每層硅層之間分別設置有氧化埋層。

5.如權利要求4所述的MEMS懸臂梁式加速度計，其特征在于，所述測量體采用雙面絕緣體上外延硅結構，包括上硅層、中間硅層及下硅層；每兩層硅層之間分別設置有二氧化硅層。

6.如權利要求1所述的MEMS懸臂梁式加速度計，其特征在于，所述彈性部設置在所述質量塊上，所述凸點設置在所述蓋板上與所述彈性部相對應的位置，所述凸點與所述彈性部相接觸，并限制所述質量塊的運動幅度；或所述彈性部設置在所述蓋板上，所述凸點設置在所述質量塊上與所述彈性部相對應的位置上，所述凸點與所述彈性部相接觸，并限制所述質量塊的運動幅度。

7.一種根據權利要求4所述的MEMS懸臂梁式加速度計的制造工藝，其特征在于，所述制造工藝包括以下步驟：

第一步，在絕緣體上外延硅硅片的正面及背面生長或淀積出二氧化硅層；

第二步，在絕緣體上外延硅硅片的正面及背面淀積一層氮化硅層；

第三步，通過光刻及刻蝕，將所述絕緣體上外延硅硅片背面的部分氮化硅層及二氧化硅層去除，并露出下硅層；

第四步，將下硅層暴露在外的部分刻蝕至氧化埋層；

第五步，將暴露在外的氧化埋層去除；

第六步，將絕緣體上外延硅硅片背面的氮化硅層及二氧化硅層去除；

第七步，將兩塊絕緣體上外延硅硅片進行背對背硅-硅鍵合；形成質量塊和框架；

第八步，對鍵合后的硅片的正面及背面的進行光刻、刻蝕及深度刻蝕；在框架和質量塊之間刻蝕出多個通孔，從而形成自由活動的懸臂梁；

第九步，將鍵合后的硅片的正面及背面的氮化硅層及二氧化硅層去除，形成完整的測量體；

第十步，將鍵合后的硅片與上蓋板及下蓋板進行鍵合，形成完整的MEMS懸臂梁式加速度計。

8.一種根據權利要求5所述的MEMS懸臂梁式加速度計的制造工藝，其特征在于，所述制造工藝包括以下步驟：

第一步，在雙面絕緣體上外延硅硅片的上下硅層上分別通過光刻、深度刻蝕及刻蝕形成多個深至中間硅層的孔；

第二步，在所述孔內沉積多晶硅并填滿所述孔；然后在所述雙面絕緣體上外延硅硅片的上下硅層的表面生長出二氧化硅層；

第三步，在所述雙面絕緣體上外延硅硅片的上下硅層上通過光刻、深度刻蝕及刻蝕形成懸臂梁和緩沖梁；并通過高溫氧化在所述懸臂梁及所述緩沖梁的露置在外的表面上生長出二氧化硅，或者用化學淀積方法淀積一層二氧化硅；

第四步，通過光刻及刻蝕將露置在外的所述中間硅層上的二氧化硅去除，并深度刻蝕所述中間硅層；

第五步，將框架與質量塊之間的中間硅層腐蝕，從而形成自由運動的懸臂梁；

第六步，將露置在外的所述二氧化硅腐蝕；

第七步，將上蓋板、處理后的所述雙面絕緣體上外延硅硅片、以及下蓋板進行一次性鍵合，形成完整的MEMS懸臂梁式加速度計。