[發(fā)明專利]單硅片雙面對(duì)稱折疊梁結(jié)構(gòu)微加速度傳感器及其制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710067201.7
• 申請(qǐng)日: 2017-02-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107045073B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李偉;周曉峰;車錄鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G01P15/125
• 分類號(hào): G01P15/125;G01P15/08
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙) 31219
• 代理人: 姚艷

本發(fā)明提供一種單硅片雙面對(duì)稱折疊梁結(jié)構(gòu)微加速度傳感器及其制作方法，其中，制作方法至少包括如下步驟：提供一上硅片、一下硅片，分別制作上電極蓋板和下電極蓋板；提供一中間硅片，于所述中間硅片的上表面和下表面預(yù)先形成未釋放的折疊梁?質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)，然后釋放所述折疊梁?質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)，從而形成中間電極；將所述上電極蓋板和所述下電極蓋板分別與所述中間電極對(duì)準(zhǔn)并鍵合在一起；于所述上電極蓋板上形成中間電極引線濺射槽；于所述上電極蓋板上表面的選定區(qū)域、所述中間電極引線濺射槽內(nèi)及所述下電極蓋板下表面的選定區(qū)域形成焊盤。本發(fā)明利用單層硅片實(shí)現(xiàn)了雙面對(duì)稱的折疊彈性梁?質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及制作，制作工藝簡(jiǎn)單可控。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種單硅片雙面對(duì)稱折疊梁結(jié)構(gòu)微加速度傳感器及其制作方法。

背景技術(shù)

微加速度傳感器以其體積小、重量輕、功耗小、成本低、易集成等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于各種不同領(lǐng)域，其發(fā)展十分迅速。為了適應(yīng)不同領(lǐng)域測(cè)量條件的限制，微加速度傳感器的類型也多種多樣，但由于電容式微加速度傳感器具有靈敏度高、低噪聲、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)，一直都是研究的最主要方向。

高性能的微加速度傳感器多采用三層或四層硅片鍵合在一起的三明治差分電容式結(jié)構(gòu)，主要包括鍵合在一起的上電極蓋板、中間電極和下電極蓋板，通過(guò)差分電容的變化檢測(cè)外界輸入加速度的大小。其中，中間電極通常采用雙層硅片鍵合的方法形成雙面對(duì)稱的彈性梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)(例如美國(guó)專利US005652384A)，其工藝可以采用KOH濕法腐蝕結(jié)合干法刻蝕釋放的方法。可采用的工藝流程為：首先采用KOH濕法腐蝕的方法分別腐蝕兩片硅片到剩余梁的厚度，然后將兩片硅片背靠背方式鍵合起來(lái)，之后用干法刻蝕方法從正反兩面刻蝕并釋放彈性梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)。這類雙層硅片鍵合的方法工藝非常復(fù)雜，制作成本相對(duì)較高；最關(guān)鍵的問(wèn)題是，兩片硅片用KOH腐蝕的方法很難控制到剩余梁的厚度完全相同，工藝繁瑣，很難保證彈性梁厚度的高度一致性，從而影響器件性能；另外，兩片硅片在對(duì)準(zhǔn)鍵合的過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生一定的偏移。此外，目前也有采用單硅片形成直梁結(jié)構(gòu)的中間電極，但制作過(guò)程中需要進(jìn)行摻雜，將導(dǎo)致直梁應(yīng)力較大，在實(shí)際測(cè)量中容易發(fā)生形變，穩(wěn)定性較差，從而降低測(cè)量精度。

因此，如何改進(jìn)微加速度傳感器及其制作方法，以改善上述缺陷，是亟需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種單硅片雙面對(duì)稱折疊梁結(jié)構(gòu)微加速度傳感器及其制作方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中雙層硅片鍵合形成中間電極時(shí)，工藝復(fù)雜、成本高，難以控制彈性梁厚度的一致性，及鍵合時(shí)兩片硅片發(fā)生偏移的問(wèn)題，以及單硅片中間電極所具有的直梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，導(dǎo)致測(cè)量精度低的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種單硅片雙面對(duì)稱折疊梁結(jié)構(gòu)微加速度傳感器的制作方法，其中，所述單硅片雙面對(duì)稱折疊梁結(jié)構(gòu)微加速度傳感器的制作方法至少包括如下步驟：

提供一上硅片、一下硅片，采用所述上硅片和所述下硅片分別制作上電極蓋板和下電極蓋板；

提供一中間硅片，于所述中間硅片的上表面和下表面預(yù)先形成未釋放的折疊梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)，然后釋放所述折疊梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)，從而形成帶有所述折疊梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的中間電極；其中，所述折疊梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)至少包括位于所述中間電極中間的質(zhì)量塊，與所述質(zhì)量塊連接的八根折疊梁，八根折疊彈性梁對(duì)稱分布在所述質(zhì)量塊的上、下兩面邊緣；

將所述上電極蓋板的下表面和所述下電極蓋板的上表面分別與所述中間電極的上表面和下表面對(duì)準(zhǔn)并鍵合在一起，從而形成三層鍵合的差分電容式結(jié)構(gòu)；

于所述上電極蓋板上形成中間電極引線濺射槽，以引出所述中間電極；

于所述上電極蓋板上表面的選定區(qū)域、所述中間電極引線濺射槽內(nèi)及所述下電極蓋板下表面的選定區(qū)域形成焊盤。

優(yōu)選地，采用所述上硅片和所述下硅片分別制作上電極蓋板和下電極蓋板，具體方法為：