[发明专利]MEMS三轴加速度计及其制造方法

权利要求书

1.一种MEMS三轴加速度计，其特征在于包括敏感器件层、上盖板层和下支撑体层；敏感器件层与上盖板层、下支撑体层之间有间隙；其中敏感器件层包括支撑框体、弹性梁、三个独立的敏感质量块、可动梳齿、固定梳齿以及电极，并且敏感器件层中的三个独立的敏感质量块分别实现X、Y、Z三轴加速度信号的检测；X、Y、Z三轴的每个方向的加速度传感器由相应的一个敏感质量块通过仅对检测方向敏感的弹性梁悬挂于支撑框体之间，每个敏感质量块上利用体硅加工工艺制作了多对可动梳齿，支撑框体相应地制作多对固定梳齿，以构成一对差分电容作为敏感电容；从而不同方向的差分梳齿电容对该方向的加速度信号的响应产生差分电容变化，通过差分电容的检测得到X、Y、Z三轴加速度信号。

2.根据权利要求1所述的MEMS三轴加速度计，其特征在于，X、Y、Z三轴的每个方向的加速度传感器彼此独立，均采用双端固支弹性梁连接支撑框体与敏感质量块，通过双端固支弹性梁的参数设计实现仅对检测方向敏感。

3.根据权利要求1或2所述的MEMS三轴加速度计，其特征在于，X、Y轴加速度传感器在敏感质量块的相对的两侧对称设计偶数根梁，Z轴加速度传感器在敏感质量块的四周对称设计偶数根梁。

4.根据权利要求1或2所述的MEMS三轴加速度计，其特征在于，可动梳齿结构与固定梳齿结构错位平行放置，且每个静齿均位于两个动齿的中间位置，形成等间距的梳齿，可动梳齿与固定梳齿之间的电容构成敏感梳齿电容，可动梳齿与固定梳齿之间的交叠面积随敏感方向的加速度信号线性变化。

5.根据权利要求1或2所述的MEMS三轴加速度计，其特征在于，敏感水平方向加速度信号的X轴与Y轴加速度传感器具有相同结构，其弹性梁的方向彼此垂直，X轴或Y轴加速度传感器在其敏感质量块的两侧的两个梳齿电容初始值相同，在其敏感方向的加速度信号的作用下，X轴和Y轴加速度传感器的的梳齿电容中的一个电容增大、另一个电容减小，以构成一对差分电容。

6.根据权利要求5所述的MEMS三轴加速度计，其特征在于，X轴、Y轴和Z轴加速度传感器的的梳齿电容之间的电容差值与加速度信号成线性关系。

7.根据权利要求1或2所述的MEMS三轴加速度计，其特征在于，敏感垂直方向加速度信号的Z轴在其敏感质量块的四周的可动梳齿与支撑框体上对应制作的固定梳齿构成敏感梳齿电容。

8.根据权利要求1或2所述的MEMS三轴加速度计，其特征在于，下支撑体和上盖板的材料可以是硅或玻璃中的一种，支撑框体、弹性梁、敏感质量块、梳齿的材料为硅材料。

9.根据权利要求1或2所述的MEMS三轴加速度计，其特征在于，弹性梁在检测方向上容易变形，在其它方向刚度较大。

10.一种MEMS三轴加速度计制造方法，其特征在于包括：

对SOI片进行双面热氧化、光刻、腐蚀阻尼腔；

去除氧化层，光刻，并深刻蚀去除可动结构下对应部分的SOI衬底硅；

清洗以去除刻蚀产生的侧壁残渣，之后腐蚀可动结构对应的窗口处的埋氧层；

将具有膜结构的SOI片与未做图形的玻璃片进行阳极键合，以形成SOI-玻璃键合片；

对SOI-玻璃键合片进行金属溅射以制作金属电极；

生长氧化层、光刻、刻蚀氧化层，并制作待释放的梁及梳齿图形的掩膜；

释放梁、质量块与梳齿结构；

双抛硅片双面热氧化，光刻，腐蚀保护腔体和电极通孔；

将SOI-玻璃键合片与硅盖板进行键合；

释放电极通孔；

划片。