[发明专利]一种MEMS加速度传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种MEMS加速度 传感器及其制造方法。

背景技术

在半导体技术领域中，MEMS加速度传感器由于量产成本小， 片与片之间的性能匹配度好，工艺与IC电路工艺相兼容而得到了广 泛的研究，是国内外比较成熟又比较热门的一种MEMS器件。其中 叉指式电容传感器由于具有灵敏度高、线性度好、噪音低等优点在 MEMS加速度传感器中最为常用。

虽然三轴加速度传感器是MEMS加速度传感器研究的重点和热 点，但是单向性加速度传感器仍具有举足轻重的地位，因为单轴加速 度传感器工艺简单，设计方便，可以不受复杂工艺影响，因此具有稳 定的优良性能。例如，用于汽车安全的自动启动安全气囊的加速度传 感器就是一种单轴加速度传感器，这种传感器应当具有方向灵敏度 高，高最大量程(安全气囊加速度传感器的最大量程至少在50g以上) 等特点。

为了避免误启动安全气囊，这种加速度传感器的一个重要特点就 是不能受其他方向的加速度的影响，例如不能因为Y轴或Z轴方向 上的加速度导致侦测X轴向加速度的加速度传感器测量值偏差太大。

现有的一种应用于安全气囊的单轴加速度传感器的结构如图1 所示，该加速度传感器包括长方形的质量块101、设置于质量块101 的窄的两端(第一组对边)的用于固定质量块的框型弹簧102、设置 于质量块101的宽的两端(第二组对边)的齿形结构103以及设置于 质量块的第二组对边的两侧且与齿形结构103相对应的检测电极 1031。这种结构的加速度传感器容易受其他方向的加速度的交叉影 响，从而容易引起安全气囊的误启动。

对现有的上述常规设计的MEMS加速度传感器进行力学模拟如 下：

质量块101的厚度为50μm，长度为1000μm，宽度为200μm， 质量块两端采用框型弹簧102固定，弹簧宽度为7μm。质量块101 的弹性模量为1.69×10¹¹Pa，泊松比(PRXY)为0.23，密度(DENS) 为2.4×10³Kg/m3。其中，为了简便，质量块上的齿形结构等因质量 非常小从而对质量块运动的影响可以忽略，因而不予计入。

在X和Y轴加速度均为30g时，模拟数据为：质量块在X轴上 的位移为0.119μm，Y轴上的位移为0.114μm。显然，Y轴上如此大 的位移会严重影响MEMS加速度传感器对X轴方向上的加速度的侦 测。

由此可见，现有的上述单轴加速度传感器的结构容易受除预定方 向(例如X轴方向)之外的其他方向(例如Y轴方向)上的加速度 的交叉影响，从而影响加速度传感器对预定方向上的加速度的侦测， 最终导致由该加速度传感器控制的设备(例如安全气囊灯)的误操作。 因此，为解决上述技术问题，有必要提出一种新的加速度传感器的结 构。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种MEMS加速度传感器及 其制造方法，可以使加速度传感器的灵敏度不受其他方向的加速度的 影响，使加速度传感器的方向侦测性提高。

本发明的一个实施例提供一种加速度传感器，包括：

质量块；

设置于所述质量块的第一组对边上的用于在第一方向上固定所 述质量块的第一弹簧，其中所述第一弹簧为框型弹簧；

设置于所述质量块的第二组对边上的齿形结构；

设置于所述质量块的第二组对边的两侧且与所述齿形结构相对 应的检测电极；

设置于所述质量块的所述第二组对边的用于在第二方向上固定 所述质量块的第二弹簧，其中所述第二弹簧为S型弹簧，所述第二方 向垂直于所述第一方向。

可选地，所述质量块为矩形。

可选地，位于所述第二组对边上的所述第二弹簧对称设置。

可选地，所述第二弹簧位于所述第二组对边的中间位置。

可选地，所述质量块、所述第一弹簧、所述齿形结构、所述检测 电极和所述第二弹簧的材料相同。

本发明的另一个实施例提供一种MEMS加速度传感器的制造方 法，所述方法包括：

步骤S101：提供基底，在所述基底上形成牺牲层，在所述牺牲 层上形成传感器材料层；

步骤S102：对所述传感器材料层进行刻蚀以形成加速度传感器， 其中所述加速度传感器包括：

质量块；