一种单片集成CMOS MEMS多层金属三轴电容式加速度传感器及制备方法

摘要

针对现有结构的电容式加速度传感器在结构上和制备工艺上的上述不足，本发明提供一种单片集成三轴加速度传感器及其制备方法。通过在Z轴向上淀积三层金属Al薄膜形成梳齿对敏感电极；在X轴向、Y轴向上淀积四层金属Al/SiO₂薄膜形成梳齿对敏感电极，采用单个的集成结构同时检测三个轴向的加速度。本发明的有益技术效果有：本发明显著降低了三轴加速器器件间的互联寄生电容，实现了高的检测精度和较低的噪声性能；由于采用包含了多个金属层，相比较使用同质材料多晶硅制备的微加速度计，布线方案更加灵活；本结构采用了折叠梁的结构，使得传感器自身的应力获得了良好的释放效果，从而能有效地减小应力对系统的影响。

主权项

一种单片集成CMOS MEMS多层金属三轴电容式加速度传感器，包括基体（1），其特征在于：所述的三轴电容式加速度传感器由锚体、加速度检测质量块、固定梳齿电极、可动梳齿电极和梁组成；其中，锚体包括角锚体（101）、x轴向锚体（103）、y轴向锚体（102）、中心锚体（204）；加速度检测质量块包括水平加速度检测质量块（105）、和z轴向检测质量块（201）；固定梳齿电极包括y轴向固定梳齿电极（106）、x轴向固定梳齿电极（108）、z轴向固定梳齿电极（202）；可动梳齿电极包括y轴向可动梳齿电极（107）、x轴向可动梳齿电极（109）、z轴向可动梳齿电极（203）；梁包括L型梁（104）和扰动梁（205）； 在基体（1）的上表面开有方形的凹槽，在方形凹槽底部的四角设有角锚体（101），在方形凹槽的底部中心设有中心锚体（204），在方形凹槽底部的左右两侧各设有一个x轴向锚体（103），在方形凹槽底部的上下两侧各设有一个y轴向锚体（102）；所述的中心锚体（204）呈十字形，所述中心锚体（204）沿正、负x轴方向延伸而形成的突出物的底部与方形凹槽的底部相连接，中心锚体（204）沿正、负y轴方向延伸而形成的突出物的底部与方形凹槽的底部不接触；所述的x轴向锚体（103）为沿x轴方向延伸的长方块，x轴向锚体（103）靠近中心锚体（204）的侧面上设有梳齿排列的x轴向固定梳齿电极（108）；所述y轴向锚体（102）为沿y轴方向延伸的长方块，y轴向锚体（102）靠近中心锚体（204）的侧面上设有梳齿排列的y轴向固定梳齿电极（106）； 在x轴向锚体（103）与y轴向锚体（102）共同围成的区域内，设有框形的水平加速度检测质量块（105）；所述水平加速度检测质量块（105）悬在方形凹槽底部的上方，通过L型梁（104）将水平加速度检测质量块（105）的四角分别与相邻的四个角锚体（101）相连接；所述水平加速度检测质量块（105）的上边框外侧设有梳齿排列的y轴向可动梳齿电极（107），设置在上边框外侧的一个y轴向可动梳齿电极（107）位于与之相邻的y轴向锚体（102）上的两个y轴向固定梳齿电极（106）的空隙之间，且所述的y轴向可动梳齿电极（107）与y轴向固定梳齿电极（106）呈等距离的交错配置； 所述水平加速度检测质量块（105）的下边框外侧设有梳齿排列的y轴向可动梳齿电极（107），设置在下边框外侧的一个y轴向可动梳齿电极（107）位于与之相邻的y轴向锚体（102）上的两个y轴向固定梳齿电极（106）空隙之间，且所述的y轴向可动梳齿电极（107）与y轴向固定梳齿电极（106）呈等距离的交错配置； 所述水平加速度检测质量块（105）左边框的外侧设有梳齿排列的x轴向可动梳齿电极（109），设置在左边框外侧的一个x轴向可动梳齿电极（109）位于与之相邻的x轴向锚体（103）上的两个x轴向固定梳齿电极（108）空隙之间，且所述的x轴向可动梳齿电极 （109）与x轴向固定梳齿电极（108）呈等距离的交错配置；所述水平加速度检测质量块（105）左边框的内侧设有沿着纵轴方向依次等距离梳齿排列的z轴向固定梳齿电极（202）； 所述水平加速度检测质量块（105）右边框的外侧设有梳齿排列的x轴向可动梳齿电极（109），设置在右边框外侧的一个x轴向可动梳齿电极（109）位于与之相邻的x轴向锚体（103）上的两个x轴向固定梳齿电极（108）空隙之间，且所述的x轴向可动梳齿电极（109）与x轴向固定梳齿电极（108）呈等距离的交错配置；所述水平加速度检测质量块（105）右边框的内侧设有沿着纵轴方向依次等距离梳齿排列的z轴向固定梳齿电极（202）； 在中心锚体（204）和水平加速度检测质量块（105）的左边框之间的区域内设有一个z轴向检测质量块（201），通过扰动梁（205）将所述的z轴向检测质量块（201）与中心锚体（204）的左侧连接在一起；在所述的z轴向检测质量块（201）靠近水平加速度检测质量块（105）的左边框的侧面上设有沿着纵轴方向依次等距离梳齿排列的z轴向可动梳齿电极（203），所述的位于z轴向检测质量块（201）左侧的一个可动梳齿电极（203）位于与之相邻的水平加速度检测质量块（105）的左边框右侧的两个z轴向固定梳齿电极（202）空隙之间，所述的z轴向可动梳齿电极（203）与z轴向固定梳齿电极（202）交错配置； 在中心锚体（204）和水平加速度检测质量块（105）的右边框之间的区域内设有另一个z轴向检测质量块（201），通过扰动梁（205）将所述的z轴向检测质量块（201）与中心锚体（204）的右侧连接在一起；在所述的z轴向检测质量块（201）靠近水平加速度检测质量块（105）的右边框的侧面上设有沿着纵轴方向依次等距离梳齿排列的z轴向可动梳齿电极（203），所述的z轴向检测质量块（201）上的每个z轴向可动梳齿电极（203）位于与之相邻的水平加速度检测质量块（105）的左边框右侧的两个z轴向固定梳齿电极（202）的间隙之间，所述的z轴向可动梳齿电极（203）与z轴向固定梳齿电极（202）交错配置。