[发明专利]一种利用SOI片制作高精度MEMS惯性传感器的方法

说明书

本发明公开了一种利用SOI片制作高精度MEMS惯性传感器的方法，主要包括以下步骤：(1)处理SOI片：在SOI片的器件层上制作驱动电容极板和封装凸点，采用深硅刻蚀工艺加工刻蚀槽直至SOI片的牺牲层，完成硅基检验质量块和弹簧的一体化加工；在支撑层上制作掩膜，采用深硅刻蚀工艺制作释放孔结构直至SOI片的牺牲层；通过释放孔刻蚀SOI片的牺牲层，使可活动的部件被释放；(2)制作盖板；(3)将SOI片与盖板两者进行对准封装，形成MEMS惯性传感器。本发明通过对关键器件层、支撑层的选取，以及对电容位移检测方式进行改进，与现有技术相比能够有效制作大检验质量块和较高的电容位移检测精度、解决MEMS惯性传感器精度不高的问题。

技术领域

本发明属于微电子器件加工制造领域，更具体地，涉及一种利用SOI片制作高精度MEMS惯性传感器的方法。

背景技术

随着微机电系统(MEMS)技术的不断发展，硅微机械加工工艺的日趋成熟，硅微机械传感器由于其价格低、精度高和适合于批量生产，而被广泛地应用于不同领域，如汽车安全气囊、机器人生产及自动化控制等各个方面。但是MEMS惯性传感器精度较低，消费电子类的MEMS惯性传感器多使用硅表面工艺，因器件层的厚度较小导致检验质量块小，无法达到较低的机械热噪声。工业级和面向高端应用的MEMS惯性传感器多使用SOI工艺和体硅工艺来达到较高的精度。

专利申请号为201210110743.5的专利“一种SOI MEMS单片集成方法”，该方法采用传统的SOI工艺，使用SOI硅片中较薄的30μm硅层作为器件层，利用基于深硅刻蚀工艺加工出弹簧质量块结构；将SOI硅片中较厚的300μm硅层作为器件框架支撑层。通过这种传统的SOI工艺方法加工的MEMS惯性传感器精度高于基于表面工艺的产品，可以面向工业级应用，但是仍然无法满足高端应用的精度需求，如面向航空航天和地球物理领域的应用。

专利申请号为201410140457.2的专利“一种深硅刻蚀方法”，该方法采用基于深硅刻蚀的体硅工艺可将500μm厚的单晶硅片刻穿，能制作出较大的检验质量块和获得大高宽比结构，适用于面向高端应用的高精度MEMS惯性传感器的加工。但是该方法对弹簧质量块结构的环境适应性保护，需要特殊的封装方式，工艺复杂。

高精度MEMS惯性传感器一般具有较小的全量程范围，然而一些特定的使用环境需要传感器能够承受远大于自身量程的随机振动和冲击过载加速度，这就需要对传感器中可以活动的部分，即弹簧质量块系统进行有效地保护。目前对于弹簧质量块系统的保护主要是通过制作阻挡结构来实现面内运动保护，而面外运动的保护主要是通过组装以及封装的来实现，工艺的复杂程度较高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种利用SOI片制作高精度MEMS惯性传感器的工艺方法，其中通过对其关键器件层、支撑层的选取和变面积周期阵列式电容位移传感器的配置方式等进行改进，与现有技术相比能够有效制作大检验质量块、解决MEMS惯性传感器精度不高的问题，利用SOI片支撑层的限位作用既可实现面外方向运动的保护，又可大大简化封装工艺；并且，本发明通过对弹簧质量块系统的细节结构设计，可有效控制它们的本征频率，降低机械热噪声，以及实现更低的交叉轴灵敏度。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种利用SOI片制作高精度MEMS惯性传感器的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)处理SOI片：

在该SOI片的器件层上制作掩膜图形，通过金属刻蚀法或者金属剥离法完成驱动电容极板和封装凸点的制作；制作弹簧和检验质量块的掩膜图形，采用深硅刻蚀工艺加工，使无掩膜区域形成刻蚀槽直至SOI片的牺牲层暴露；

在该SOI片的支撑层上制作释放孔掩膜图形，通过深硅刻蚀工艺刻蚀该支撑层的无掩膜区域至该SOI片的牺牲层，使该牺牲层暴露；