专利名称：微重力加速度级电容式加速度传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于微电子机械系统(MEMS)技术领域，尤其涉及一种微重力加速度(μg)级电容式加速度传感器。
背景技术：
完全采用表面加工的电容式加速度传感器的分辨率大约为几百个微重力加速度(μg)，为了集成分辨率达到微重力加速度(μg)级的高分辨率电容式加速度传感器一般需要采用体硅加工技术。1997年，Yazdi等人利用体硅加工技术集成了分辨率可达到微重力加速度(μg)级的电容式加速度传感器，，这种方法上下两个多晶硅固定电极需设计成“T”形，中间整个质量块充当可动电极，需进行多次双面光刻，此外还需双面引线，加工工艺复杂，传感器不易与接口电路集成在同一硅片上。1999年，Yazdi等人改进了这一结构(N.Yazdi，et.al，“A highsensitivity capacitive microaccelerometer with a folded-electrode structure”Int.Micro Electro Mechanical Systems Conf.，pp.600-605，Jan 1999，Twelfth)，但由于无法在不改变敏感电容大小的前提下，减小质量块的质量，多晶硅固定电极仍需设计成“T”型，加工难度高，成品率低。
发明内容
本发明提供一种有利于提高测量精度和测量范围且易于加工的微重力加速度级电容式加速度传感器，本发明可采用表面加工和部分体加工后处理工艺制作。
本发明采用如下技术方案一种用于微电子机械的微重力加速度级电容式加速度传感器，由支撑边缘1，由电容动极板及电容定极板2构成的电容器和质量块3组成，在支撑边缘1和电容器上均设在锚区4和5，设在支撑边缘1上的锚区4通过悬臂梁6与设在电容器上的锚区5相连，其特征在于电容器动极板由浓硼重掺杂可动下电极7和多晶硅可动上电极8组成，在浓硼重掺杂可动下电极7和多晶硅可动上电极8之间设有可动极板锚区9，电容定极板2固定与支撑边缘1上并位于浓硼重掺杂可动下电极7和多晶硅可动上电极8之间，质量块3为多晶硅质量块并设在浓硼重掺杂可动电极7上。
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果①本发明减小质量块的质量，但不改变敏感电容的大�。捎眉虻サ募庸すひ眨嗑Ч韫潭ǖ缂斩染湍苈愦衅鞅栈房刂频男枰豢稍谌愕缂隙伎淌闯鲎枘峥祝跣∽枘幔佣跣〈衅鞯脑肷淮衅鹘峁箍梢杂氩饬康缏芳稍谕还杵希迪值テ桑艽蟠筇岣卟饬烤扔氩饬糠段�。而发明采用了多晶硅-多晶硅-浓硼重掺杂自停止层的电极结构，使其可以采用表面加工和部分简单的体加工工艺来实现，从而降低了加工难度。
②本发明在电容极板开设了阻尼孔，这些阻尼孔可降低电极板运动时的空气阻尼，从而对分辨率的提高更为有利。
③折叠梁的采用，使本发明具有受残余应力影响小的优点。部分折叠梁与多晶硅可动上电极相连，部分折叠梁与浓硼重掺杂下电极板相连，可使本发明具有电极引出简单方便的优点。
四
图1是本发明结构的三维简视图。
图2是图1中质量块的三维视图。
图3是本发明结构的侧视图。
图4是本发明结构的顶视图。
图5是本发明结构的简要工艺流程图。
五、具体实施方案一种用于微电子机械的微重力加速度级电容式加速度传感器，由支撑边缘1，由电容动极板及电容定极板2构成的电容器和质量块3组成，在支撑边缘1和电容器上均设在锚区4和5，设在支撑边缘1上的锚区4通过悬臂梁6与设在电容器上的锚区5相连，其特征在于电容器动极板由浓硼重掺杂可动下电极7和多晶硅可动上电极8组成，在浓硼重掺杂可动下电极7和多晶硅可动上电极8之间设有可动极板锚区9，电容定极板2固定与支撑边缘1上并位于浓硼重掺杂可动下电极7和多晶硅可动上电极8之间，质量块3为多晶硅质量块并设在浓硼重掺杂可动电极7上，在浓硼重掺杂可动下电极7和多晶硅可动上电极8上分别设有孔10和11，悬臂梁6为折叠梁且至少有一条悬臂梁与多晶硅可动上电极8电连接，其余悬臂梁通过锚区5与浓硼重掺杂可动下电极7电连接。
下面结合图5，给出了本发明结构的简要加工工艺步骤，首先将要加工为高分率电容式加速度传感器质量块的硅片表面区域浓硼扩散重掺杂约为4.5微米作为背面各向异性腐蚀的自停止层，自停止层的阻尼孔区域不进行浓硼重掺杂(图5a、b、c)；将硅衬底背面刻蚀深度1微米用于传感器的过载保护(图5d)；然后集成传感器的其它结构(图5e、f、g、h、i、j、k、l、m、n、o)；再用EPW对硅片进行背面各向异性腐蚀，得到质量适当减小的质量块(图5p)；此外，流程图中f、g之间及l、n之间有在牺牲层PSG上刻凹槽的工序，以防止牺牲层释放时结构发生粘附现象；POLY1和POLY2刻蚀时同时刻出阻尼孔；p、q之间还有金属引线孔刻蚀，蒸铝，反刻铝形成金属压焊块(引线)等工艺步骤；最后利用光刻胶作掩膜释放牺牲层。
权利要求
1.一种用于微电子机械的微重力加速度级电容式加速度传感器，由支撑边缘(1)，由电容动极板及电容定极板(2)构成的电容器和质量块(3)组成，在支撑边缘(1)和电容器上均设有锚区(4和5)，设在支撑边缘(1)上的锚区(4)通过悬臂梁(6)与设在电容器上的锚区(5)相连，其特征在于电容器动极板由浓硼重掺杂可动下电极(7)和多晶硅可动上电极(8)组成，在浓硼重掺杂可动下电极(7)和多晶硅可动上电极(8)之间设有可动极板的锚区(9)，电容定极板(2)固定于支撑边缘(1)上并位于浓硼重掺杂可动下电极(7)和多晶硅可动上电极(8)之间，质量块(3)为多晶硅质量块并设在浓硼重掺杂可动电极(7)上。
2.根据权利要求1所述的微重力加速度级电容式加速度传感器，其特征在于在浓硼重掺杂可动下电极(7)和多晶硅可动上电极(8)上分别设有阻尼孔(10和11)。
3.根据权利要求1或2所述的微重力加速度级电容式加速度传感器，其特征在于悬臂梁(6)为折叠梁且由部分折叠梁与多晶硅可动上电极(8)相连，部分折叠梁与浓硼重掺杂可动下电极(7)相连。
4.根据权利要求1所述的微重力加速度级电容式加速度传感器，其特征在于至少有一条悬臂梁与多晶硅可动上电极(8)电连接，其余悬臂梁通过锚区(5)与浓硼重掺杂可动下电极(7)电连接。
全文摘要
本发明公开了一种用于微电子机械的微重力加速度级电容式加速度传感器，由支撑边缘，由电容动极板及电容定极板构成的电容器和质量块组成，在支撑边缘和电容器上均设在锚区，设在支撑边缘上的锚区通过悬臂梁与设在电容器上的锚区相连，电容器动极板由浓硼重掺杂可动下电极和多晶硅可动上电极组成，在浓硼重掺杂可动下电极和多晶硅可动上电极之间设有可动极板锚区，电容定极板固定与支撑边缘上并位于浓硼重掺杂可动下电极和多晶硅可动上电极之间，质量块为多晶硅质量块并设在浓硼重掺杂可动电极上。本发明减小质量块的质量，但不改变敏感电容的大�。捎眉虻サ募庸すひ眨嗑Ч韫潭ǖ缂斩染湍苈愦衅鞅栈房刂频男枰�。
文档编号G01P15/125GK1529172SQ20031010600
公开日2004年9月15日 申请日期2003年10月8日 优先权日2003年10月8日
发明者周再发, 黄庆安, 茅盘松 申请人:东南大学
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