CN2653515Y - 高深宽比结构的电容式加速度计 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高深宽比结构的电容式加速度计，它涉及半导体MEMS制造领域中的一种高灵敏度加速度计。它由玻璃衬底、硅质量块、玻璃衬底电极、硅玻璃键合台面、悬臂梁、硅定梳尺、硅动梳尺、硅片等部件组成。硅定梳尺通过硅－玻璃键合点固定在玻璃衬底，形成固定部分，硅动梳尺、硅质量块通过悬臂梁与硅玻璃键合台面连接，形成可动部分。当感受到敏感轴方向外界加速度时，悬臂梁产生变形，硅动梳尺和硅定梳尺之间的电容量改变被采集输出，测出加速度。它具有加工工艺简单，工艺精度高，成本低廉等特点，它还具有灵敏度高，分辨率高，性能稳定等优点，特别适用于地质探矿、个人导航系统等高新技术领域作加速度计。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体微电子机械(MEMS)制造领域中的一种高深宽比结构的电容式加速度计，特别适用于制造MEMS传感器、制动器以及光微机械(MOEMS)器件。
背景技术
目前，国外一般直接通过采用绝缘体上硅材料(SOI)硅片或光刻电铸铸膜成型技术(LIGA)、准LIGA加工技术得到具有很高深宽比的微结构，SOI硅片的原材料采购或加工成本过高，采用LIGA、准LIGA加工技术需要昂贵的加工设备，加工工艺复杂、困难，成本高。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种高灵敏度的高深宽比结构的电容式加速度计，且本实用新型还具有分辨率高，性能稳定，工艺精度高，加工工艺简单，成本低廉等优点。
本实用新型所要解决的技术问题由下列技术方案实现：它包括玻璃衬底1、硅质量块2、玻璃衬底电极3、硅玻璃键合台面4、悬臂梁5硅定梳尺6、硅动梳尺7、硅片8，其中玻璃衬底1上采用光刻工艺刻蚀玻璃衬底电极3图形，采用氢氟酸腐蚀液腐蚀玻璃衬底电极3图形形成浅槽结构，采用磁控溅射工艺在玻璃衬底1上溅射铬、铂、金三层金属，采用剥离工艺剥离掉玻璃衬底电极3图形以外的金属层，硅片8为单抛低电阻率硅片，在硅片8上采用光刻工艺形成硅玻璃键合台面4掩膜图形，采用反应离子刻蚀法刻蚀硅片8，硅片8上刻蚀成硅玻璃键合台面4图形，采用硅玻璃键合工艺把硅片8和玻璃衬底1键合，硅片8上面采用磨片和抛光工艺减薄硅片8厚度，硅片8采用双面光刻工艺刻蚀硅质量块2、悬臂梁5、硅定梳尺6、硅动梳尺7图形结构，采用感应耦合等离子体干法刻蚀硅片8，释放整体结构，形成可动的硅质量块2、悬臂梁5、硅定梳尺6、硅动梳尺7图形结构，硅定梳尺6梳尺一端与硅玻璃键合台面4连接，硅动梳尺7梳尺一端与硅质量块2连接，硅动梳尺7梳尺和硅质量块2通过悬臂梁5与硅玻璃键合台面4连接。
本实用新型悬臂梁5制作成四重折叠梁结构，硅定梳尺6与硅动梳尺7之间间隙尺寸9为1至3μm，硅定梳尺6、硅动梳尺7的高度尺寸10为100至150μm。硅动梳尺7高度尺寸10与硅定梳尺6和硅动梳尺7之间间隙尺寸9之比为30∶1至50∶1。
本实用新型相比背景技术具有如下优点：
1、本实用新型采用了硅定梳尺6、硅动梳尺7的高深宽比结构，提高了加速度计的灵敏度。
2、本实用新型悬臂梁5采用了四重悬臂梁结构，提高了加速度计分辨率，使加速度计性能稳定。
3、本实用新型制造工艺精度高，同时制造工艺简单、成本低廉。
附图说明
图1是本实用新型的主视结构示意图。
图2是本实用新型的俯视结构示意图。
具体实施方式
参照图1、图2，它包括玻璃衬底1、硅质量块2、玻璃衬底电极3、硅玻璃键合台面4、悬臂梁5、硅定梳尺6、硅动梳尺7、硅片8，其中玻璃衬底1为双抛光面的7740玻璃片，在玻璃衬底1上采用德国休斯公司曝光机的光刻工艺刻蚀玻璃衬底电极3图形，采用氢氟酸比去离子水为1∶3的氢氟酸腐蚀液腐蚀玻璃衬底电极3图形形成浅槽结构，采用美国薄膜公司磁控溅射台的磁控溅射工艺在玻璃衬底1上溅射铬、铂、金三层金属，溅射三层金属厚度分别为300埃、500埃、1000埃，采用超声清洗设备剥离工艺剥离掉玻璃衬底电极3图形以外的金属层，硅片8为单抛低电阻率硅片，在硅片8上采用德国休斯公司曝光机的光刻工艺刻蚀硅玻璃键合台面4图形，采用英国表面技术系统公司的反应离子刻蚀机的反应等离子体干法刻蚀法刻蚀硅片8，硅片8上刻蚀成硅玻璃键合台面4图形，采用德国休斯公司静电键合机的硅玻璃键合工艺把硅片8和玻璃衬底1键合，硅片8上表面采用英国罗技公司磨抛机的磨片和抛光工艺减薄硅片8厚度，硅片8采用俄罗斯双面光刻机的双面光刻工艺刻蚀硅质量块2、悬臂梁5、硅定梳尺6、硅动梳尺7图形结构，采用法国阿尔卡特公司的感应耦合等离子体刻蚀机的感应耦合等离子体干法刻蚀法刻蚀硅片8，释放整体结构，形成可动的硅质量块2、悬臂梁5、硅定梳尺6、硅动梳尺7图形结构，硅定梳尺6梳尺一端与硅玻璃键合台面4连接，硅动梳尺7梳尺一端与硅质量块2连接，硅动梳尺7梳尺和硅质量块2通过悬臂梁5与硅玻璃键合台面4连接。
本实用新型悬臂梁5制作成四重折叠梁结构，提高了微加速度计的工作稳定性。硅定梳尺6与硅动梳尺7之间间隙尺寸9为1至3μm，硅定梳尺6、硅动梳尺7的高度尺寸10为100至150μm。高度尺寸10与间隙尺寸9之比为30∶1至50∶1，实施例硅定梳尺6与硅动梳尺7之间间隙尺寸9为3μm，硅定梳尺6、硅动梳尺7的高度尺寸10为101μm，高度尺寸10与间隙尺寸9之比为33∶1。
本实用新型简要工作原理如下：
采用体硅全干法刻蚀工艺加工加速度计的玻璃衬底1、硅质量块2、玻璃衬底电极3、硅玻璃键合台面4、悬臂梁5、硅定梳尺6、硅动梳尺7、硅片8，其中硅悬臂梁5、硅质量块2、硅动梳尺7构成加速度计的可动部分，硅定梳尺6通过硅玻璃键合台面4固定在玻璃衬底1上，当感受到敏感轴向的外界加速度信号时，悬臂梁5产生变形，硅动梳尺7和硅定梳尺6之间产生电容量改变，改变的电容量被采集输出，当外界电路闭环时，反馈的静电力把硅悬臂梁5、硅质量块2、硅动梳尺7可动部分限制在平衡位置，测得力反馈电压正比于感受到的外界加速度信号，实现对加速度的测量。
Claims (2)
1、一种高深宽比结构的电容式加速度计，它包括玻璃衬底(1)、硅质量块(2)、玻璃衬底电极(3)、硅玻璃键合台面(4)、硅片(8)，其特征在于还包括悬臂梁(5)、硅定梳尺(6)、硅动梳尺(7)，其中玻璃衬底(1)上采用光刻工艺刻蚀玻璃衬底电极(3)图形，采用氢氟酸腐蚀液腐蚀玻璃衬底电极(3)图形形成浅槽结构，采用磁控溅射工艺在玻璃衬底(1)上溅射铬、铂、金三层金属，采用剥离工艺剥离掉玻璃衬底电极(3)图形以外的金属层，硅片(8)上采用光刻工艺形成硅玻璃键合台面(4)掩膜图形，采用反应离子刻蚀法刻蚀硅片(8)，硅片(8)上刻蚀成硅玻璃键合台面(4)图形，采用硅玻璃键合工艺把硅片(8)和玻璃衬底(1)键合，硅片(8)上面采用磨片和抛光工艺减薄硅片(8)厚度，硅片(8)采用双面光刻工艺刻蚀硅质量块(2)、悬臂梁(5)、硅定梳尺(6)、硅动梳尺(7)图形结构，采用感应耦合等离子体干法刻蚀硅片(8)，释放整体结构，形成可动的硅质量块(2)、悬臂梁(5)、硅定梳尺(6)、硅动梳尺(7)图形结构，硅定梳尺(6)梳尺一端与硅玻璃键合台面(4)连接，硅动梳尺(7)梳尺一端与硅质量块(2)连接，硅动梳尺(7)梳尺和硅质量块(2)通过悬臂梁(5)与硅玻璃键合台面(4)连接。
2、根据权利要求1所述的高深宽比结构的电容式加速度计，其特征在于悬臂梁(5)制作成四重折叠梁结构，硅定梳尺(6)与硅动梳尺(7)之间间隙尺寸(9)为1至3μm，硅定梳尺(6)、硅动梳尺(7)高度尺寸(10)为100至150μm，硅动梳尺(7)高度尺寸(10)与硅定梳尺(6)和硅动梳尺(7)之间间隙尺寸(9)之比为30∶1至50∶1。
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2003
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