[发明专利]电容式加速度传感器的传感部件、制作方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于微机电系统（MEMS）技术领域，涉及一种电容式加速度传感器的传感部件、制作方法及其应用，特别是涉及一种电容式加速度传感器的传感部件及其制作方法、和电容式加速度传感器及其制作方法。

背景技术

微机电系统的发展，极大地推动了传感器技术的进步，实现了加速度传感器的微型化。利用微机械加工工艺制作的电容式加速度传感器在测量精度、温度特性、利用静电力进行闭环测量和自检及易与电子线路集成等方面具有的优点，可广泛应用于石油勘探、地震监测、医疗仪器、航空航天、武器装备等许多领域，具有广阔的市场应用前景。

常见的微机械加速度传感器按敏感原理分主要有压阻式、压电式和电容式三种。压电式加速度传感器的基本原理利用压电效应，通过测量压电效应产生的电压变化来感知加速度的。这种加速度传感器的结构比较简单，但难以测量常加速度，温度系数较大，线性度也不好。压阻式微加速度传感器利用的是压阻效应，将外界加速度的变化转化为压阻材料两端检测电压值的改变，其具有的优点是：结构简单，接口电路易于实现，缺点是温度系数比较大，对温度比较敏感。

电容式微加速度传感器的基本原理就是将外界加速度的变化转化为电容的变化。电容式微加速度传感器一般由弹性梁支撑的质量块作为可动电容极板，分别与两侧的固定电容极板构成差分检测电容。当外界加速度作用于质量块时，弹性梁变形引起质量块产生位移，导致差分检测电容的变化，用外围的接口电路检测出电容的变化量进而就可以测量加速度的大小。

电容式加速度传感器相对于压阻式或压电式而言，具有很高的灵敏度和检测精度、稳定性好、温度漂移小，而且有良好的过载保护能力，能够利用静电力实现反馈闭环控制，可显著提高传感器的性能。

由于电容式传感器的灵敏度正比于质量块的质量，反比于传感方向上支撑梁的刚度，为了实现较高的灵敏度，现有的电容式传感器通常需要集成较大体积的质量块，从而导致器件体积偏大，不利于电子器件的进一步微型化。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电容式加速度传感器及其制作方法，用于解决现有技术中为实现较高的灵敏度需要集成较大体积的质量块，导致器件体积偏大、不利于电子器件的进一步微型化的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电容式加速度传感器的传感部件的制作方法，所述传感部件的制作方法至少包括以下步骤：

1）提供一（111）型硅材料衬底，在所述衬底上表面干法刻蚀多个凹槽，以在所述衬底顶部形成一质量块以及多个连接于所述质量块的支撑梁；

2）在步骤1）获得的结构上表面自下而上依次形成抗氧化掩膜和光刻胶；

3）利用掩膜版光刻各该支撑梁对应的光刻胶，通过掩膜版的掩膜窗口以使每一支撑梁对应两个预制备的腐蚀窗口，去除所述预制备的腐蚀窗口对应的光刻胶及位于其下的抗氧化掩膜直至暴露所述衬底；

4）干法刻蚀步骤3）中被暴露的所述衬底的上表面直至一预设深度以形成所述腐蚀窗口；

5）去除光刻胶，通过所述腐蚀窗口对所述衬底进行各向异性湿法腐蚀，以形成上下表面在平面内投影均为六边形的腐蚀槽，同一支撑梁对应的两相邻的腐蚀槽的侧壁间形成单晶硅薄壁；

6）采用自限制氧化工艺对步骤5）获得的结构进行热氧化，使所述单晶硅薄壁及未覆盖抗氧化掩膜的衬底逐渐氧化形成氧化层，并于所述单晶硅薄壁顶部中央区域形成沿单晶硅薄壁长度方向延伸的单晶硅纳米线；而后去除所述抗氧化掩膜；

7）对所述氧化层对应的衬底从下表面进行干法刻蚀直至暴露所述氧化层，以将连接于单晶硅纳米线两端的衬底分割为锚点和质量块，其中，步骤6）中形成的氧化层作为阻挡层，以保护所述单晶硅纳米线；

8）去除所述氧化层，使单晶硅纳米线及质量块悬空，以形成包含所述的锚点、单晶硅纳米线及质量块的电容式加速度传感器传感部件，其中，所述单晶硅纳米线的一端连接并支撑所述质量块，所述单晶硅纳米线的另一端连接于所述锚点。

可选地，步骤1）形成的各该支撑梁为微米级支撑梁，各该支撑梁的宽度大于1μm。

可选地，步骤1）中所述凹槽的深度范围为0.5～100μm。

可选地，步骤1）中各该支撑梁长度方向均沿<110>晶向族，所述支撑梁的个数大于等于3。

可选地，步骤3）中所述预制备的腐蚀窗口的外接六边形的各边均沿<110>晶向族，且各该支撑梁对应的所述预制备的腐蚀窗口的外接六边形之间的最小距离为第一距离。