[发明专利]一种基于抗磁体悬浮的MEMS惯性传感器的制备方法

说明书

本发明公开一种基于抗磁体悬浮的MEMS惯性传感器的制备方法，包括：在SOI硅片的支撑层确定四个待刻蚀的刻蚀槽的位置；在SOI硅片的支撑层刻蚀出四个待刻蚀的刻蚀槽；在SOI硅片的器件层刻蚀出多个绝缘层释放孔；通过绝缘层释放孔去除支撑层中间区域对应的绝缘层得到刻蚀槽；在槽壁对称装置抗磁材料，并将两个装置抗磁材料的刻蚀槽对准封装；在上刻蚀槽外侧顶部装置固定永磁体，以提供作用于悬浮永磁体的悬浮力；在两个刻蚀槽围成的封闭空间内放置悬浮永磁体；抗磁材料向悬浮永磁体提供抗磁力；当悬浮永磁体的位置发生变化时，抗磁力作为类弹性恢复力，悬浮永磁体的位移用于确定外界惯性加速度。本发明制备的惯性传感器不受摩擦力的影响。

技术领域

本发明涉及微电子器件加工制造技术领域，更具体地，涉及一种基于抗磁体悬浮的MEMS惯性传感器的制备方法。

背景技术

在地表附近，地球重力场是最基本和最重要的物理场之一，对重力场的精密测量有着重要的意义。重力测量在资源勘探、辅助导航、国防军事和地球科学等方面有着广泛的应用前景。以重力加速度传感器为例，重力加速度传感器是一种测量重力加速度微小变化量的精密重力测量传感器。

重力加速度传感器机械结构基本模型为弹簧-振子结构，由弹簧、检验质量块以及空气或者结构带来的阻尼组成，检验质量块通常作为传感器的核心敏感单元，是基于柔性弹簧的恢复力做往复运动，检验质量运动感知外界加速度变化，外界加速度变化导致弹簧发生形变，用于测量不同区域空间位置的重力加速度或者同一位置不同时间的重力加速度，也即区域重力场或者时变重力场的测量。但这类重力加速度传感器，制造成本高且制造周期长，需要外界提供能量，弹簧和质量块直接接触产生摩擦，能量耗散，摩擦力，结构自身的应力等影响传感器的性能。

现有MEMS工艺的重力加速度传感器，由于需要制备柔性弹簧，且对柔性弹簧的性能要求较高，要求MEMS工艺精度高，因此制备比较困难。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决现有重力加速度传感器，需要外界提供能量，弹簧和质量块直接接触产生摩擦，摩擦力影响传感器的性能，能量耗散，且采用MEMS工艺制备由于柔性弹簧的存在导致制备难度大的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于抗磁体悬浮的MEMS惯性传感器的制备方法，包括如下步骤：

在SOI硅片的支撑层确定四个待刻蚀的刻蚀槽的位置，四个待刻蚀的刻蚀槽用于将支撑层的中间区域和周围区域隔离开；所述SOI硅片依次包括：器件层、绝缘层和支撑层；

在SOI硅片的支撑层刻蚀出所述四个待刻蚀的刻蚀槽，刻蚀至绝缘层为止；

在SOI硅片的器件层刻蚀出多个绝缘层释放孔；所述绝缘层释放孔用于为腐蚀绝缘层提供通道；

通过所述绝缘层释放孔去除所述支撑层中间区域对应的绝缘层，以除去所述支撑层的中间区域，得到刻蚀槽；所述支撑层的周围区域构成刻蚀槽的槽壁，所述器件层构成刻蚀槽的槽底；

在槽壁对称装置抗磁材料，并将两个装置抗磁材料的刻蚀槽对准封装，在上刻蚀槽外侧的顶部装置固定永磁体，所述固定永磁体固定于上刻蚀槽外侧的顶部；

在两个刻蚀槽围成的封闭空间内放置悬浮永磁体；所述固定永磁体用于提供作用于悬浮永磁体的悬浮力，以克服悬浮永磁体的重力，使得悬浮永磁体悬浮于所述封闭空间内；所述抗磁材料向悬浮永磁体提供对称的抗磁力；当MEMS惯性传感器收到外界作用力导致悬浮永磁体的位置发生变化时，所述抗磁力作为类弹性恢复力以约束悬浮永磁体的位置，所述悬浮永磁体的位移用于确定所述外界作用力对应的惯性加速度。

具体地，SOI硅片中器件层用于为中间腐蚀绝缘层定义图形，在器件层上定义一些孔，用湿法或者干法腐蚀需要绝缘层腐蚀掉的区域，让支撑层上中间的区域掉下来，留出位置放置悬浮永磁体。

可以理解的是，类弹性恢复力指的是等效于柔性弹簧提供的弹性恢复力。