[发明专利]一种MEMS悬臂梁式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及其制造工艺。

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测量仪已经被商业化广泛采用。

传统的电容式加速度计例如专利号ZL03112312.0、公告日为2007年5月30日的中国专利，电容式加速度计包括了悬臂梁及质量块。当有加速度时，加速度计的质量块会向加速度方向运动，使得质量块与电极间的间隙距离发生变化并导致电容的变化。这种加速度计通过微加工工艺制成，具有体积小、造价低等特点。然而，由于只在质量块的两边设置了两根弹性梁，导致在检测过程中非敏感方向的加速度会对敏感方向产生串扰，降低了检测的精度。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，在外部冲击力较大的时候会出现悬臂梁断裂、质量块与框架发生碰撞等情况。不但大大降低了加速度计的检测可靠性，甚至使得加速度计无法工作。

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，提供一种串扰较小地检测垂直方向上的加速度，并具有较高的稳定性和可靠性的MEMS悬臂梁式加速度计。

按照本发明提供的一种MEMS悬臂梁式加速度计，包括：测量体、与所述测量体相连接的上盖板以及下盖板；所述测量体包括框架、位于所 述框架内的质量块，所述质量块与所述框架之间通过多根悬臂梁相连接；所述质量块与所述框架之间还设置有缓冲梁，所述缓冲梁的一端与所述质量块相连接，所述缓冲梁的另一端与所述框架相连接。

本发明中的MEMS悬臂梁式加速度计还包括如下附属特征：

所述缓冲梁设置在所述质量块的端角处。

所述悬臂梁为L型折叠梁，包括质量块连接臂及框架连接臂，所述质量块连接臂的中线与所述质量块的中线相对应。

所述质量块连接臂的宽度大于所述框架连接臂的宽度。

所述质量块、所述上盖板以及所述下盖板上设置有电极。

所述测量体采用包括有上硅层及下硅层的绝缘体上外延硅结构，每层硅层之间分别设置有氧化埋层。

所述测量体采用双面绝缘体上外延硅结构，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。

所述上盖板及所述下盖板与所述质量块之间设置有过载保护装置，所述过载保护装置包括弹性部及凸点；所述凸点设置在所述弹性部上，所述弹性部设置在所述质量块或所述盖板上，所述凸点限制所述质量块的运动幅度。

所述弹性部设置在所述质量块上，所述凸点设置在所述盖板上与所述弹性部相对应的位置，所述凸点与所述弹性部相接触，并限制所述质量块的运动幅度；或所述弹性部设置在所述盖板上，所述凸点设置在所述质量块上与所述弹性部相对应的位置上，所述凸点与所述弹性部相接触，并限制所述质量块的运动幅度。

一种MEMS悬臂梁式加速度计的制造工艺，所述制造工艺包括以下步骤：

第一步，在所述绝缘体上外延硅硅片的正面及背面生长或淀积出二氧化硅层；

第二步，在所述绝缘体上外延硅硅片的正面及背面淀积一层氮化硅层；

第三步，通过光刻及刻蚀，将所述绝缘体上外延硅硅片背面的部分氮化硅层及二氧化硅层去除，并露出下硅层；

第四步，将下硅层暴露在外的部分刻蚀至氧化埋层；

第五步，将暴露在外的氧化埋层去除；

第六步，将绝缘体上外延硅硅片背面的氮化硅层及二氧化硅层去除；

第七步，将两块绝缘体上外延硅硅片进行背对背硅-硅键合；形成质量块和框架；

第八步，对键合后的硅片的正面及背面的进行光刻、刻蚀及深度刻蚀；在框架和质量块之间刻蚀出多个通孔，从而形成自由活动的悬臂梁；

第九步，将键合后的硅片的正面及背面的氮化硅层及二氧化硅层去除，形成完整的测量体；

第十步，将键和后的硅片与上盖板及下盖板进行键合，形成完整的MEMS悬臂梁式加速度计。

一种MEMS悬臂梁式加速度计的制造工艺，所述制造工艺包括以下步骤：

第一步，在双面绝缘体上外延硅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并填满所述孔；然后在所述双面绝缘体上外延硅硅片的上下硅层的表面生长出二氧化硅层；