[發明專利]一種高靈敏度扭擺式硅微加速度計及其制備方法

有效

• 申請號: 201810650974.2
• 申請日: 2018-06-22
• 公開（公告）號: CN109001490B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 肖定邦;吳學忠;侯占強;陳志華;苗桐僑;卓明;周劍;張勇猛;朱新建;李濤;李青松;胡倩
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學;湖南天羿領航科技有限公司
• 主分類號: G01P15/125
• 分類號: G01P15/125
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 譚武藝

1.一種高靈敏度扭擺式硅微加速度計，包括連接為一體的硅基板(1)和硅敏感結構(2)，其特征在于：所述硅敏感結構(2)包括應力釋放結構(21)、兩對支撐梁(22)、一對耦合敏感質量塊(23)以及一對錨點(24)，一對耦合敏感質量塊(23)之間對稱布置，且每一個耦合敏感質量塊(23)均分別通過一根單獨的支撐梁(22)和錨點(24)相連、通過另一根單獨的支撐梁(22)和應力釋放結構(21)連接耦合，每一個耦合敏感質量塊(23)的質心位于和錨點(24)相連的支撐梁(22)的中點，所述錨點(24)位于耦合敏感質量塊(23)的中部；所述硅基板(1)上設有電容板組件(11)和引線電極組件(12)，所述電容板組件(11)分別設于耦合敏感質量塊(23)下方且與耦合敏感質量塊(23)間隙布置，所述引線電極組件(12)和電容板組件(11)相連。

2.根據權利要求1所述的高靈敏度扭擺式硅微加速度計，其特征在于：所述兩對支撐梁(22)的橫截面均為矩形。

3.根據權利要求1所述的高靈敏度扭擺式硅微加速度計，其特征在于：所述硅基板(1)上設有兩個鍵合凸臺(13)，每一個錨點(24)分別鍵合在一個鍵合凸臺(13)上。

4.根據權利要求3所述的高靈敏度扭擺式硅微加速度計，其特征在于：所述一對錨點(24)以應力釋放結構(21)為中線對稱布置。

5.根據權利要求1所述的高靈敏度扭擺式硅微加速度計，其特征在于：每一個耦合敏感質量塊(23)的一側均設有一個凹槽(231)，且一對耦合敏感質量塊(23)的凹槽(231)之間分別位于和錨點(24)相連的支撐梁(22)的不同側。

6.根據權利要求5所述的高靈敏度扭擺式硅微加速度計，其特征在于：所述電容板組件(11)包括一對第一固定電容板(111)和一對第二固定電容板(112)，所述第一固定電容板(111)分別布置于耦合敏感質量塊(23)上帶有凹槽(231)一側的下方，所述第二固定電容板(112)分別布置于耦合敏感質量塊(23)上不帶有凹槽(231)一側的下方；所述引線電極組件(12)包括第一電極(121)和第二電極(122)，兩個第一固定電容板(111)通過導線相連構成一組檢測電容且共用第一電極(121)引出，兩個第二固定電容板(112)通過導線相連構成另一組檢測電容且共用第二電極(122)引出，兩組檢測電容差分得到微加速度計的輸出電容。

7.根據權利要求1所述的高靈敏度扭擺式硅微加速度計，其特征在于：所述硅敏感結構(2)相對硅基板(1)的一側以硅基板(1)的結構中心呈全對稱布置。

8.一種權利要求5或6所述的高靈敏度扭擺式硅微加速度計的制備方法，其特征在于實施步驟包括：

1)準備用于制備硅基板(1)的第一片SOI硅片；

2)在第一片SOI硅片的表面上通過干法刻蝕第一深度形成硅敏感結構(2)、硅基板(1)之間的電容間隙；

3)在第一片SOI硅片的表面上通過干法刻蝕第二深度形成電容板組件(11)以及引線電極組件(12)；

4)在第一片SOI硅片的表面上外延生長一層二氧化硅；

5)在第一片SOI硅片的表面上刻蝕二氧化硅形成犧牲層；

6)將第一片SOI硅片、用于制備硅敏感結構(2)的第二片SOI硅片通過低應力鍵合；

7)去除第二片SOI硅片上的操作層和預埋層；

8)在第二片SOI硅片上熱氧化生成一層二氧化硅；

9)在第二片SOI硅片上第一次刻蝕小于熱氧化生成二氧化硅的厚度形成新的預埋層；

10)在第二片SOI硅片上第二次刻蝕等于熱氧化生成二氧化硅的厚度，使得第二片SOI硅片表面上用于刻蝕硅敏感結構(2)的待去除區域去除全部二氧化硅；

11)在第二片SOI硅片上第一次干法刻蝕硅敏感結構(2)；

12)在第二片SOI硅片上第三次刻蝕二氧化硅暴露埋氧層；

13)在第二片SOI硅片上第二次干法刻蝕硅敏感結構(2)形成帶有凹槽的耦合敏感質量塊(23)；

14)釋放二氧化硅犧牲層，工藝完成。