Z轴检测的三明治MEMS加速度计及其制备方法

本发明涉及传感器，尤其涉及一种z轴检测的三明治mems加速度计及其制备方法。

背景技术：

1、电容式加速度计就是运用微机电系统(mems，micro-electro-mechanicalsystem)技术研发出来的典型微传感器，它的用途非常广泛。电容式mems加速度计利用质量块来代替电容结构中的可动极板，通过检测可动极板与固定极板之间的电容变化来检测加速度的大小。三明治结构加速度计的敏感结构由一组支撑梁悬挂的质量块构成，质量块的位移检测依赖固定电极与质量块之间的平板电容变化，得益于较大的质量块、较低的谐振频率以及较大的平板电容变化，这种结构的加速度计相比于其他类型电容式加速度计，具有灵敏度高、噪声低、可靠性高的优点。

2、三明治mems加速度计的制备主要由硅-硅键合和阳极键合两种方式实现。硅-硅键合方式制备的三明治mems加速度计可以进行竖直(z轴)加速度检测，但是器件的空间利用率不高。阳极键合方式制备的三明治mems加速度计只能进行水平(x、y轴)加速度检测，无法实现竖直(z轴)加速度检测。

技术实现思路

1、本发明提供一种z轴检测的三明治mems加速度计及其制备方法，采用阳极键合方式制备的加速度计可以实现z轴加速度检测，并提升器件利用率。

2、本发明提供一种z轴检测的三明治mems加速度计的制备方法，包括：

3、提供带有垂直引线的第一硅-玻璃复合盖板和第二硅-玻璃复合盖板，以及包括质量块、边框和悬臂梁的结构层；

4、采用阳极键合工艺，将所述第一硅-玻璃复合盖板、所述结构层和所述第二硅-玻璃复合盖板从上到下依次对准叠合后进行键合；所述第一硅-玻璃复合盖板的垂直引线的下端与所述结构层连接；

5、在所述第一硅-玻璃复合盖板的上表面形成第一金属电极和第二金属电极；所述第一硅-玻璃复合盖板的垂直引线的上端与所述第一金属电极连接；

6、在所述第二硅-玻璃复合盖板的下表面形成第三金属电极。

7、根据本发明提供的一种z轴检测的三明治mems加速度计的制备方法，所述第一硅-玻璃复合盖板与所述第二硅-玻璃复合盖板为相同结构的硅-玻璃复合盖板。

8、根据本发明提供的一种z轴检测的三明治mems加速度计的制备方法，通过以下步骤制备所述硅-玻璃复合盖板：

9、提供第一低阻硅晶圆和玻璃片；

10、刻蚀所述第一低阻硅晶圆，形成包括硅柱、硅槽和硅台阶的第二低阻硅晶圆；

11、采用阳极键合工艺，将所述玻璃片与所述第二低阻硅晶圆的硅台阶所在面进行键合，形成第一键合片；

12、加热所述第一键合片，使所述玻璃片软化填充所述硅槽，形成第二键合片；

13、在所述第二键合片冷却后，研磨并抛光冷却后的所述第二键合片，形成包括独立硅柱、固定电容极板和隔离区的所述硅-玻璃复合盖板；所述独立硅柱作为垂直引线；所述隔离区用于隔离所述独立硅柱和所述固定电容极板。

14、根据本发明提供的一种z轴检测的三明治mems加速度计的制备方法，所述刻蚀所述第一低阻硅晶圆，形成包括硅柱、硅槽和硅台阶的第二低阻硅晶圆，包括：

15、采用热氧工艺在所述第一低阻硅晶圆的表面形成第一厚度的氧化硅掩膜，并图形化所述氧化硅掩膜；

16、采用磁控溅射工艺在图形化后的所述氧化硅掩膜和裸露的所述第一低阻硅晶圆的表面形成第二厚度的氧化铟锡掩膜，并图形化所述氧化铟锡掩膜；

17、采用图形化后的所述氧化铟锡掩膜，对所述第一低阻硅晶圆进行刻蚀，形成所述硅柱和所述硅槽；

18、去除图形化后的所述氧化铟锡掩膜；

19、采用图形化后的所述氧化硅掩膜，对刻蚀后的所述第一低阻硅晶圆进行二次刻蚀，形成所述硅台阶；

20、去除图形化后的所述氧化硅掩膜，形成包括所述硅柱、所述硅槽和所述硅台阶的所述第二低阻硅晶圆。

21、根据本发明提供的一种z轴检测的三明治mems加速度计的制备方法，所述研磨并抛光冷却后的所述第二键合片，形成包括独立硅柱、固定电容极板和隔离区的所述硅-玻璃复合盖板，包括：

22、采用化学机械磨抛工艺对冷却后的所述第二键合片的上表面进行研磨和抛光，直至冷却后的所述第二键合片的上表面裸露出所述独立硅柱；

23、采用化学机械磨抛工艺对冷却后的所述第二键合片的下表面进行研磨和抛光，直至冷却后的所述第二键合片的下表面裸露出玻璃。

24、根据本发明提供的一种z轴检测的三明治mems加速度计的制备方法，通过以下步骤制备所述结构层：

25、双面刻蚀第三低阻硅晶圆，形成具有敏感电容间隙的第四低阻硅晶圆；

26、以第三厚度的氮化硅为掩膜，采用湿法腐蚀工艺双面腐蚀所述第四低阻硅晶圆，形成具有质量块和边框的第五低阻硅晶圆；

27、以第四厚度的氧化硅为掩膜，采用湿法腐蚀工艺双面腐蚀所述第五低阻硅晶圆，形成具有悬臂梁的所述结构层。

28、本发明还提供一种z轴检测的三明治mems加速度计，包括：带有垂直引线的第一硅-玻璃复合盖板和第二硅-玻璃复合盖板、包括质量块、边框和悬臂梁的结构层，以及第一金属层、第二金属层和第三金属层；其中：从上到下依次叠加的所述第一硅-玻璃复合盖板、所述结构层和所述第二硅-玻璃复合盖板形成三明治结构；所述第一金属电极和所述第二金属电极设置于所述第一硅-玻璃复合盖板的上表面；所述第三金属层设置于所述第二硅-玻璃复合盖板的下表面；所述第一硅-玻璃复合盖板的垂直引线的下端与所述结构层连接；所述第一硅-玻璃复合盖板的垂直引线的上端与所述第一金属电极连接。

29、根据本发明提供的一种z轴检测的三明治mems加速度计，所述第一硅-玻璃复合盖板与所述第二硅-玻璃复合盖板为相同结构的硅-玻璃复合盖板。

30、根据本发明提供的一种z轴检测的三明治mems加速度计，所述硅-玻璃复合盖板包括独立硅柱、固定电容极板和隔离区；所述独立硅柱作为垂直引线；所述隔离区用于隔离所述独立硅柱和所述固定电容极板。

31、根据本发明提供的一种z轴检测的三明治mems加速度计，所述质量块的上表面为第一电容极板，所述质量块的下表面为第二电容极板；所述第一硅-玻璃复合盖板的固定电容极板与所述第一电容极板非接触设置，形成第一检测电容；所述第二硅-玻璃复合盖板的固定电容极板与所述第二电容极板非接触设置，形成第二检测电容。

32、本发明提供的z轴检测的三明治mems加速度计及其制备方法，首先，提供带有垂直引线的第一硅-玻璃复合盖板和第二硅-玻璃复合盖板，以及包括质量块、边框和悬臂梁的结构层；而后，采用阳极键合工艺，将第一硅-玻璃复合盖板、结构层和第二硅-玻璃复合盖板从上到下依次对准叠合后进行键合；接着，在第一硅-玻璃复合盖板的上表面形成第一金属电极和第二金属电极；第一硅-玻璃复合盖板的垂直引线的下端与结构层连接，第一硅-玻璃复合盖板的垂直引线的上端与第一金属电极连接，由于垂直引线可以引出中间结构层的电信号，无需预留横向引线空间，可以提升器件的空间利用率；最后，在第二硅-玻璃复合盖板的下表面形成第三金属电极。因此，本发明采用阳极键合方式制备的加速度计可以实现z轴加速度检测，并提升器件的空间利用率。