[发明专利]一种变间距的电容式加速度传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种变间距的电容式加速度传感器及其制备方法，具体是一种基于MEMS微加工技术的变间距的电容式加速度传感器，利用惯性质量块在外加加速度的作用下与检测电极间的间隙发生改变从而引起等效电容的变化来测定加速度。该发明与集成电路工艺兼容，可以集成信号处理电路，有较高的灵敏度，受环境影响小。通过在硅衬底不同部位进行离子注入形成PN结，利用PN结的单向导电性，实现加速度传感器敏感电容结构动齿与定齿之间的衬底电隔离，防止双向导电，制作工艺简单，可以降低成本，稳定性能好。

技术领域

本发明涉及一种变间距的电容式加速度传感器及其制备方法，尤其是一种基于MEMS微加工技术的变间距的电容式加速度传感器及其制备方法，属于微电子机械系统技术领域。

背景技术

加速度是反应系统外界环境和自身情况的重要参数，对环境监测、系统自身的状态识别有重要影响，因此快速准确测量出加速度具有重要的实际意义。众所周知，利用机械加工的加速度计虽然也能测量加速度，但这些机械装置因具有移动部件而易磨损，同时具有体积大，价格高，需要经常维护等缺点。基于MEMS(微电子机械系统)加工技术的微型惯性传感器具有体积小，价格低，产品一致性好的特点，是近几年来惯性传感器研究的热点。

加速度传感器的类型有压阻式、压电式和电容式等多种，其中，基于电容式加速度传感器的测量已经被证明是一种基于简单且可靠原理的加速度测量方法。电容式加速度传感器具有测量精度高，输出稳定，功耗低，温度漂移小等优点。电容测量基于传感器的一对电容电极的两个表面之间的交叠面积变化。这两个表面之间的电容，即存储电荷的电容量，取决于表面积及其间距。电容测量甚至可在相当低的加速度值的测量范围内使用。如何实现一种可以与集成电路工艺相兼容的加速度传感器是其研究热点之一。

发明内容

目的：为解决现有技术的不足，提供一种基于单晶硅外延封腔工艺的变间距的电容式加速度传感器及其制备方法，器件加工工艺简单，具有与集成电路兼容，在同一块硅衬底上即可实现电隔离，低成本，灵敏度大等特点。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种变间距的电容式加速度传感器，其特征在于：以单晶硅作为衬底，通过单晶硅外延封腔工艺形成密封腔体结构；在密封腔体上部和四周分别注入离子，实现加速度传感器敏感电容结构动齿与定齿之间的衬底电隔离；通过溅射，光刻、腐蚀及溅射金属工艺，在单晶硅衬底上设置有金属焊盘和引线；通过光刻和ICP硅刻蚀释放整个结构，形成悬浮单晶硅质量块，在传感器做加速或减速运动时，悬浮单晶硅质量块可自由移动。

作为优选方案，所述的变间距的电容式加速度传感器，其特征在于：单晶硅衬底上表面依次生长有氧化硅和氮化硅，在氮化硅和氧化硅表面光刻、腐蚀形成加速度传感器敏感电容结构动齿与定齿焊盘的接触孔。

作为优选方案，所述的变间距的电容式加速度传感器，其特征在于：所述引线及焊盘的材质均为Al。

作为优选方案，所述的变间距的电容式加速度传感器，其特征在于：在衬底上注入离子，形成N型半导体和P型半导体；通过离子注入工艺，使得加速度传感器敏感电容结构动齿与定齿的半导体类型与硅衬底类型不同。

作为优选方案，所述的变间距的电容式加速度传感器，其特征在于：若硅衬底为P型半导体，则通过离子注入使得加速度传感器敏感电容结构动齿与定齿的半导体类型为N型半导体；反之，若硅衬底为N型半导体，则通过离子注入使得加速度传感器敏感电容结构动齿与定齿的半导体类型为P型半导体。

作为优选方案，所述的变间距的电容式加速度传感器，其特征在于：在硅衬底与加速度传感器敏感电容结构形成的PN结上施加反向偏置电压，从而使得硅衬底、加速度传感器敏感电容结构动齿及定齿三者之间形成衬底电隔离。

作为优选方案，所述的变间距的电容式加速度传感器，其特征在于：所述衬底的材质为P型单晶硅。