一种电容式加速度计及其制造方法与流程

本发明属于加速度计，特别是涉及一种电容式加速度计及其制造方法。

背景技术：

1、加速度计的工作原理主要有电容式和压阻式，其中压阻式加速度计存在精度低、温度特性差等缺点，应用领域受限。电容式加速度计主要采用梳齿式和“三明治”式两种方案。梳齿式加速度计主要存在以下几个问题：敏感结构的敏感轴和非敏感轴的机械强度差别不大，加速度计的非敏感轴灵敏度难以抑制；敏感轴方向不能提供具有足够机械强度的保护结构，加速度计的抗冲击能力不足；梳齿结构电容输出值较小，对外界加速度的敏感度较低，因此梳齿式加速度计主要适用于消费领域等要求不高的环境；从而，加速度计存在抗冲击能力不足的问题。

2、针对上述指出存在抗冲击能力不足的问题，本发明设计了一种电容式加速度计及其制造方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电容式加速度计及其制造方法，通过加速度计采用三层硅结构及其制造方法，使得能够达到抗冲击能力强，封装应力对加速度计性能的影响小，交叉轴干扰小，且加速度计的制造流程简单的优点，解决了上述指出抗冲击能力不足的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明为一种电容式加速度计，所述加速度计包括衬底、结构层和盖板；所述加速度计采用三层硅结构；所述衬底和盖板的材质均为双面剖光的n型硅，所述结构层的材料为为重掺杂的p型硅；所述结构层中分别设置有加速度计的硅边框、质量块、支撑梁和若干对敏感电容；所述支撑梁上连接有质量块和锚点，并使得质量块处于悬空状态；所述敏感电容包括固定电极和移动电极，所述固定电极与锚点相连，所述移动电极与质量块相连；所述敏感电容用于将质量块的位移量转变为电容的变化量；所述质量块用于敏感外界的加速度，将加速度转变为质量块的位移变化；所述支撑梁用于连接质量块和锚点，并使得质量块处于悬空状态，可随加速度变化进行移动。

4、作为本发明的一种优选技术方案，所述锚点在内侧沿x/y方向设置有止挡结构。

5、作为本发明的一种优选技术方案，所述锚点在质量块内部沿x/y轴向呈对称分布。

6、作为本发明的一种优选技术方案，所述质量块与外围的硅边框之间设置有间隙，防止晶圆键合残余应力和封装影响对加速度计性能的影响；也可以减小晶圆键合时键合材料在高温呈液态流动粘连到质量块，提高可制造性和良率。

7、作为本发明的一种优选技术方案，所述敏感电容为一对检测电容；随加速度的增加其中一个容值变大，另外一个容值减小，且在x/y轴向以质量块的质心对称分布；在固定电极两侧均有相同电位的移动电极包围，且所述固定电极与两个移动电极的间隙不同，以获得更大的基础电容和灵敏度，减小交叉轴干扰和检测电容的电容和耦合。

8、一种电容式加速度计的制造方法，包括如下步骤：

9、step1、制作腔体：取晶圆a作为衬底，并在双面剖光的n型硅的衬底正面制作腔体；

10、step2、硼离子重掺：在衬底正面进行硼离子重掺杂，形成导电层，然后在衬底表面淀积二氧化硅或者氮化硅作为介质层；

11、step3、制作金属层：对介质层进行光刻形成过孔，然后淀积与介质层相同厚度的金属层；最后去除多余的金属层，只保留过孔区域的金属层、形成焊盘和欧姆接触区；

12、step4、制作结构层：取晶圆b，并将晶圆b键合到衬底的正面并研磨到一定的厚度，形成结构层；

13、step5、深硅刻蚀：对结构层进行深硅刻蚀，形成质量块、支撑梁、梳齿电容、锚点和边框；

14、step6、晶圆键合：取晶圆c作为盖板，将晶圆c重复上述步骤step1-step5，得到一片制作好的盖板待用；再将盖板键合到结构层的另一表面，所述盖板与衬底关于结构层呈平面对称关系；即为将制作好的结构层密封在中间，形成三明治结构；

15、step7、晶圆切割：将键合后的新晶圆进行正反面研磨减薄，并对盖板的焊盘区域进行切割，使得衬底上的焊盘裸露出来。

16、本发明具有以下有益效果：

17、本发明通过加速度计采用三层硅结构及其制造方法，从而具有较强的抗冲击能力，封装应力对加速度计性能的影响小，交叉轴干扰小，且加速度计的制造流程简单的优点。

18、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

技术特征：

1.一种电容式加速度计，其特征在于：所述加速度计包括衬底(1)、结构层(2)和盖板(3)；

2.根据权利要求1所述的一种电容式加速度计，其特征在于，所述锚点(7)在内侧沿x/y方向设置有止挡结构(10)。

3.根据权利要求1所述的一种电容式加速度计，其特征在于，所述锚点(7)在质量块(4)内部沿x/y轴向呈对称分布。

4.根据权利要求1所述的一种电容式加速度计，其特征在于，所述质量块(4)与外围的硅边框之间设置有间隙。

5.根据权利要求1所述的一种电容式加速度计，其特征在于，所述敏感电容(6)为一对检测电容。

6.根据权利要求1所述的一种电容式加速度计的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本发明公开了一种电容式加速度计，涉及加速度计技术领域。本发明包括衬底、结构层和盖板加速度计采用三层硅结构；衬底和盖板的材质均为双面剖光的N型硅，结构层的材料为为重掺杂的P型硅；结构层中分别设置有加速度计的硅边框、质量块、支撑梁和若干对敏感电容；支撑梁上连接有质量块和锚点，并使得质量块处于悬空状态；敏感电容包括固定电极和移动电极，固定电极与锚点相连，移动电极与质量块相连；敏感电容用于将质量块的位移量转变为电容的变化量。本发明通过加速度计采用三层硅结构及其制造方法，从而具有较强的抗冲击能力，封装应力对加速度计性能的影响小，交叉轴干扰小，且加速度计的制造流程简单的优点。技术研发人员：李森林,施映元受保护的技术使用者：安徽博泰微电子有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/18