[发明专利]一种加速度计及其制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种加速度计。

背景技术

现今，加速度计可适用于诸多应用，例如在测量地震的强度并收集数据、检测汽车碰撞时的撞击强度、以及在手机及游戏机中检测出倾斜的角度和方向。而在微电子机械系统（MEMS）技术不断进步的情况下，许多纳米级的小型加速度计加速度计已经被商业化广泛采用。

常用的MEMS的加速度计分压阻式和电容式两种，压阻式加速度计例如申请号为200480003916.7、公开日为2006年3月15日的中国发明专利申请。压阻式加速度计一般有悬臂梁及质量块构成，并将力敏电阻设置在悬臂梁上。质量块会因加速度而运动，使得悬臂梁变形，从而引起电阻值的变化。

电容式加速度计例如专利号为US6805008、公开日为2004年10月19日的美国专利，电容式加速度计也包括悬臂梁及质量块。当有加速度时，加速度计的外框架会向加速度方向运动，而由于惯性的作用，质量块的位移会很小，使得质量块与另一电极间的间隙距离发生变化并导致电容的变化。这两种加速度计都通过微加工工艺制成，具有体积小、造价低等特点。然而，悬臂梁为弹性梁，而且只有四根悬臂梁将质量块的四边与框架相连接。为此，在外框架移动的时候，各个悬臂梁的位移幅度很大。而且各个悬臂梁也不会产生相同的变形及位移。使得这种加速度计的摆动模态振型不太对称。

此外，在把上述电容式加速度计与其他微电子模块一起封装集成的时候，因封装体中各种材料的热膨胀系数不同会产生封装应力。封装应力会直接影响到各元件的性能。基于MEMS器件的微小尺寸和具有可动部件，与其他元件相比，MEMS元件对各种应力更加敏感。封装应力可能导致加速度计的元件产生变形，使得加速度计无法准确的测量加速度，降低了加速度计的稳定性及可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种不受封装应力影响，并具有较高的稳定性和可靠性的加速度计。

按照本发明所提供的一种加速度计，包括：测量体、与所述测量体相连接的上盖板硅片以及下盖板硅片；所述测量体包括框架、位于所述框架内的活动限位体、弹性梁和质量块；所述活动限位体远离所述框架，并通过连接臂与所述框架相连接；所述质量块与所述活动限位体通过多组所述弹性梁相连接，每组所述弹性梁包括一根竖梁及四根横梁，每组位于所述竖梁两端的两端横梁与所述活动限位体相连接；位于所述竖梁中部的两根中部横梁与所述质量块相连接。

本发明所采用的技术方案还具有以下附属特征：

所述质量块上设有多个凹陷部，所述活动限位体为多个，每个所述活动限位体分别设置在所述凹陷部内。

所述质量块与所述活动限位体之间形成活动间隙。

所述弹性梁分别设置于所述框架与所述质量块之间的间隔空间内，并能够在所述间隔空间内自由活动。

每个位于所述竖梁中部的两根所述中部横梁分别设置在所述质量块的中线两侧。

所述连接臂设置在所述活动限位体的转角处，并与所述框架的内角相连接。

所述测量体为双面绝缘体上外延硅（SOI）结构，包括上硅层、中间硅层及下硅层；每两层硅层之间分别设置有二氧化硅层。所述双面绝缘体上外延硅结构也简称为双面SOI结构。

多个所述弹性梁、所述活动限位体及所述连接臂分别对称地成形于所述上硅层和所述下硅层，构成双层结构。

所述测量体、所述上盖板硅片及所述下盖板硅片上分别设置有电极。

按照本发明所提供的加速度计的制造工艺，包括以下步骤：

第一步，在双面SOI硅片的上下硅层上分别通过光刻、深度刻蚀及刻蚀形成多个深至中间硅层的孔；

第二步，在所述孔内沉积多晶硅至中间硅层并填满所述孔，形成电通路；然后在所述双面SOI硅片的上下硅层的表面生长出二氧化硅层；并进行抛光打磨；

第三步，在所述双面SOI硅片的上下硅层上通过光刻、深度刻蚀及刻蚀形成多个弹性横梁、弹性竖梁、活动限位体及连接臂；并通过高温氧化在所述弹性横梁、所述弹性竖梁、所述活动限位体及所述连接臂的露置在外的表面上生长出二氧化硅,或者用化学淀积(CVD)方法在所述弹性梁、活动限位体及连接臂的表面淀积一层二氧化硅层；

第四步，通过光刻及刻蚀将露置在外的所述中间硅层上的二氧化硅去除，并深度刻蚀所述中间硅层至一定深度；

第五步，将框架与质量块之间的中间硅层同时在垂直方向以及水平方向进行腐蚀，从而形成自由运动的弹性梁，并同时形成所述活动限位体及所述连接臂；