[發明專利]一種MEMS加速度計及其制造工藝

有效

• 申請號: 201710140855.8
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN107064555B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 胡宗達;李航;于連忠;楊燕
• 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: G01P15/08
• 分類號: G01P15/08;B81B7/02;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;耿慕白

1.一種MEMS加速度計，包括：上蓋板、器件層以及下蓋板；所述器件層包括：第一錨點、質量塊、解耦梁以及加速度檢測結構；所述第一錨點與所述上蓋板以及下蓋板相固定；所述解耦梁用于連接所述第一錨點以及所述質量塊，其特征在于，所述加速度檢測結構軸對稱設置在所述質量塊中，所述加速度檢測結構包括：諧振梁以及驅動電極；所述諧振梁的兩個末端分別與第二錨點相連接；所述諧振梁的兩側形成有梳齒；所述諧振梁一側的梳齒與所述驅動電極相疊加；諧振梁另一側的梳齒與所述質量塊上的梳齒相疊加；所述驅動電極向所述諧振梁施加電驅動信號，使得所述諧振梁振動，所述加速度檢測結構通過檢測諧振梁的振動頻率來檢測加速度；所述質量塊中分別設置有三組加速度檢測結構組，每組加速度檢測結構組中包括至少兩個加速度檢測結構，所述加速度檢測結構組分別通過差分方式檢測所述質量塊在三個維度上的加速度；所述質量塊上形成有凹陷區，位于所述凹陷區中的質量塊側壁上形成有梳齒，所述加速度檢測 結構設置在所述凹陷區域中；用于檢測垂直加速度的諧振梁的梳齒高度為所述質量塊側壁上的梳齒高度的一半，所述檢測垂直加速度的諧振梁的梳齒的一端與所述質量塊側壁上的梳齒末端相平齊。

2.根據權利要求1所述加速度計，其特征在于，所述驅動電極的電驅動信號包括：正弦波、方波、三角波；所述電驅動信號的頻率在：10赫茲至10兆赫茲之間。

3.根據權利要求1所述的加速度計，其特征在于，所述解耦梁包括解耦梁框架以及音叉型解耦梁；所述解耦梁框架與所述第一錨點相連接，所述質量塊通過音叉型解耦梁與所述解耦梁框架相連接。

4.一種MEMS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，利用高溫生長或者化學淀積法，在絕緣體上硅片的頂面和底面上形成二氧化硅層；

第二步，通過光刻以及刻蝕，在所述絕緣體上硅片的頂面的二氧化硅層上刻蝕出一個深至上硅層的槽；

第三步，通過化學淀積法，在所述絕緣體上硅片的頂面上進一步淀積一層氮化硅層；

第四步，通過光刻以及刻蝕，對所述絕緣體上硅片的頂面上的氮化硅層和二氧化硅層進行刻蝕，形成多個深至上硅層的槽；

第五步，通過光刻以及刻蝕，對所述絕緣體上硅片的底面上的二氧化硅層進行刻蝕，形成多個深至下硅層的槽；

第六步，進一步對所述絕緣體上硅片的下硅層以及氧化埋層進行刻蝕，形成一定深度的凹陷區和深至所述上硅層的槽；

第七步，在第六步中刻蝕出的所述深至上硅層的槽中淀積金屬，引出電極；

第八步，通過光刻以及刻蝕，在所述絕緣體上硅片底面上的相應位置刻蝕出深至上硅層的圖形，形成質量塊、諧振梁以及梳齒結構；

第九步，將所述絕緣體上硅片底面上的二氧化硅層去除；

第十步，將所述絕緣體上硅片的底面與下蓋板進行陽極鍵合；

第十一步，對所述絕緣體上硅片的頂面進行刻蝕，將暴露在外的上硅層去除，形成自由活動的質量塊、諧振梁以及梳齒結構；

第十二步，將所述絕緣體上硅片頂面的氮化硅層去除，并進一步對暴露在外的上硅層進行刻蝕至一定深度；

第十三步，將所述絕緣體上硅片頂面的二氧化硅層去除；

第十四步，將所述絕緣體上硅片的頂面與上蓋板進行鍵合，形成完整的加速度計。

5.根據權利要求4所述的MEMS加速度計的制造工藝，其特征在于：對于所述下蓋板的制造工藝還包括：

第一步，通過光刻和刻蝕，在所述下蓋板的底面上刻蝕出多個孔；

第二步，在所述孔中淀積金屬；

第三步，在所述下蓋板的頂面進行刻蝕，形成鍵合凹陷區；

第四步，在所述鍵合凹陷區中淀積金屬，并將所述鍵合凹陷區中的金屬與所述孔中的金屬相連接。

6.根據權利要求4所述的MEMS加速度計的制造工藝，其特征在于，對于所述上蓋板的制造工藝還包括：通過光刻和刻蝕在所述上蓋板的底層形成鍵合凹陷區。