[發明專利]一種變間距的電容式加速度傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201710293169.4
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107085125B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 蔡春華;李予宸;談俊燕;齊本勝;華迪
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: G01P15/125
• 分類號: G01P15/125;B81B7/02;B81C1/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 劉艷艷;董建林

1.一種變間距的電容式加速度傳感器，其特征在于：以單晶硅作為襯底，通過單晶硅外延封腔工藝形成密封腔體結構；在密封腔體上部和四周分別注入離子，實現加速度傳感器敏感電容結構動齒與定齒之間的襯底電隔離；通過濺射，光刻、腐蝕及濺射金屬工藝，在單晶硅襯底上設置有金屬焊盤和引線；通過光刻和ICP硅刻蝕釋放整個結構，形成懸浮單晶硅質量塊，在傳感器做加速或減速運動時，懸浮單晶硅質量塊可自由移動；

在襯底上注入離子，形成N型半導體和P型半導體；通過離子注入工藝，使得加速度傳感器敏感電容結構動齒與定齒的半導體類型與硅襯底類型不同；在硅襯底與硅加速度傳感器敏感電容結構形成的PN結上施加反向偏置電壓，從而使得襯底、加速度傳感器敏感電容結構動齒及定齒三者之間形成襯底電隔離；

通過光刻和ICP硅刻蝕釋放整個結構，形成加速度傳感器敏感電容結構，包括錨區、定齒、動齒及懸臂梁，動齒與懸臂梁相連接，均由錨區支撐并固定在硅襯底上，當傳感器經過加速或減速度運動時，懸臂梁及其上的動齒由于慣性與定齒直接產生相對運動，導致定齒與動齒間的電容交疊面積發生變化，從而使得其電容值發生相應變化；通過檢測距定齒與動齒間電容值的大小推導出傳感器所處環境加速度值的大小。

2.根據權利要求1所述的變間距的電容式加速度傳感器，其特征在于：單晶硅襯底上表面依次生長有氧化硅和氮化硅，在氮化硅和氧化硅表面光刻、腐蝕形成加速度傳感器敏感電容結構動齒與定齒焊盤的接觸孔。

3.根據權利要求1所述的變間距的電容式加速度傳感器，其特征在于：所述引線及焊盤的材質均為Al。

4.根據權利要求1所述的變間距的電容式加速度傳感器，其特征在于：若硅襯底為P型半導體，則通過離子注入使得加速度傳感器敏感電容結構動齒與定齒的半導體類型為N型半導體；

反之，若硅襯底為N型半導體，則通過離子注入使得加速度傳感器敏感電容結構動齒與定齒的半導體類型為P型半導體。

5.根據權利要求1所述的變間距的電容式加速度傳感器，其特征在于：所述襯底的材質為P型單晶硅。

6.根據權利要求1-5 任一項所述的變間距的電容式加速度傳感器的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1）、采用P型單晶硅作為襯底，通過各向異性反應離子刻蝕工藝在單晶硅襯底上刻蝕1-10μm淺槽；

步驟2）、在對單晶硅襯底淺槽側壁進行保護的同時，對單晶硅襯底進行各向同性腐蝕，為接下來的外延單晶硅封腔工藝做準備；

步驟3）、外延生長單晶硅，在單晶硅襯底內部形成密封腔體；

步驟4）、通過化學機械拋光工藝使單晶硅襯底表面平滑，為接下來的光刻與離子注入做準備；

步驟5）、分別進行離子注入，使得加速度傳感器敏感電容結構動齒與定齒的半導體類型與硅襯底類型不同；若硅襯底為P型半導體，則通過離子注入使得加速度傳感器敏感電容結構動齒與定齒的半導體類型為N型半導體；反之，若硅襯底為N型半導體，則通過離子注入使得加速度傳感器敏感電容結構動齒與定齒的半導體類型為P型半導體，以實現加速度傳感器敏感電容結構動齒與定齒之間的襯底電隔離；

步驟6）、在單晶硅襯底上表面依次生長氧化硅和氮化硅；

步驟7）、在氮化硅和氧化硅表面光刻、腐蝕，形成加速度傳感器敏感電容結構動齒與定齒的接觸孔；

步驟8）、在氮化硅表面濺射金屬層Al，并光刻腐蝕形成電連接導線與焊盤；

步驟9）、通過光刻和ICP硅刻蝕釋放整個結構，形成加速度傳感器敏感電容結構。

7.根據權利要求6所述的變間距的電容式加速度傳感器的制備方法，其特征在于：密封腔體的高度為3-7μm。