面、平行板下差分電容203的外側(cè)端面與玻璃片400鍵合在一起。其中，玻璃片400的內(nèi)側(cè)表面上設(shè)有納米吸氣劑，從而實(shí)現(xiàn)下層硅201與玻璃片400之間毫托量級(jí)的高真空封裝，詳見圖11。優(yōu)選的方案是，納米吸氣劑為二氧化鈦T12納米管陣列。
[0054]步驟5.進(jìn)行第三次光刻:在SOI硅基片的上層硅的表面沉積一層鋁作為上層硅刻蝕時(shí)的掩膜板，隨后涂正膠，利用第三塊掩模板對(duì)本步驟所形成的光刻膠層進(jìn)行光刻，刻蝕本步驟中鋁層，然后依次刻蝕上層硅和埋氧層的二氧化硅層302，形成貫穿上層硅和二氧化硅層302的敏感質(zhì)量塊的連通孔114和下差分電容的連通孔111。其中，敏感質(zhì)量塊的連通孔114與凹槽側(cè)可動(dòng)質(zhì)量塊202相對(duì)應(yīng)，下差分電容的連通孔111與平行板下差分電容203相對(duì)應(yīng)，詳見圖12。
[0055]步驟6.沉積高摻雜的多晶硅:將敏感質(zhì)量塊的連通孔114和下差分電容的連通孔111分別由高摻雜的多晶硅填充滿，實(shí)現(xiàn)上層硅和下層硅201的互連，通過化學(xué)機(jī)械拋光去除并平坦化上層硅表面的多晶硅層。再去除上層硅表面的鋁掩膜。其中，填充在敏感質(zhì)量塊的連通孔114的高摻雜的多晶硅記為敏感質(zhì)量塊連通件402，填充在下差分電容的連通孔111的高摻雜的多晶硅記為下差分電容連通件401，詳見圖13。進(jìn)一步說，通孔處的多晶硅層有個(gè)凸起，凸起的高度與鋁掩膜的厚度相等。
[0056]步驟7.進(jìn)行第四次光刻:在上層硅的表面淀積一層金屬鋁，然后在金屬鋁層的表面旋涂正膠，利用第四塊掩模板對(duì)光刻膠進(jìn)行光刻，對(duì)所述的金屬鋁層進(jìn)行刻蝕，分別形成頂部敏感質(zhì)量塊的金屬壓焊塊102、平行板上電極的金屬壓焊塊104、X軸向錨固塊的金屬壓焊塊106、Y軸向錨固塊的金屬壓焊塊108和下差分電容的金屬壓焊塊110。
[0057]步驟8.進(jìn)行第五次光刻:在完成步驟7的SOI硅基片的上層硅的表面沉積氧化層作為上層硅結(jié)構(gòu)層的掩膜板，隨后涂正膠并刻蝕氧化層，然后對(duì)上層硅刻蝕，分別形成平行板上差分電容113、可動(dòng)平行板電容上電極112。X軸向固定梳齒115、X軸向可動(dòng)梳齒116、Y軸向固定梳齒117、Y軸向可動(dòng)梳齒118、L型支撐彈簧梁119、頂部敏感質(zhì)量塊120、頂部敏感質(zhì)量塊X軸向凸塊121和頂部敏感質(zhì)量塊Y軸向連桿122、頂部敏感質(zhì)量塊錨固塊101、平行板上電極的錨固塊103、X軸向錨固塊105、Y軸向錨固塊107和下差分電容的錨固塊109。與此同時(shí)，在水平軸向檢測(cè)單元上刻蝕形成結(jié)構(gòu)釋放孔301，詳見圖14。
[0058]步驟9.結(jié)構(gòu)釋放，獲得成品:利用腐蝕液對(duì)上硅層進(jìn)行垂直刻蝕，將未被頂部敏感質(zhì)量塊120、頂部敏感質(zhì)量塊X軸向凸塊121和頂部敏感質(zhì)量塊Y軸向連桿122、頂部敏感質(zhì)量塊錨固塊101、平行板上電極的錨固塊103、X軸向錨固塊105、Y軸向錨固塊107和下差分電容的錨固塊109覆蓋保護(hù)的二氧化硅層302刻蝕掉，同時(shí)刻蝕去除由步驟8得到的、起掩膜板作用的氧化層，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)釋放，并形成下硅層201中凹槽的制作，完成本發(fā)明所述的三軸電容式MEMS加速度傳感器的制備，詳見圖15和圖1。
[0059]進(jìn)一步說，步驟10中所述的腐蝕液為氫氟酸HF酸，通過成份為HF酸的腐蝕液進(jìn)行氣相腐蝕、實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的釋放。換言之，由腐蝕液將上層硅傳感器結(jié)構(gòu)層局域下方的、材質(zhì)為二氧化硅的埋氧層去除掉，進(jìn)而將設(shè)有結(jié)構(gòu)釋放孔301的平行板上差分電容113、設(shè)有結(jié)構(gòu)釋放孔301的可動(dòng)平行板電容上電極112。X軸向固定梳齒115、X軸向可動(dòng)梳齒116、Y軸向固定梳齒117、Y軸向可動(dòng)梳齒118、L型支撐彈簧梁119下方的二氧化硅層302刻蝕掉，詳見圖5、圖7和圖15。需要指明的是，圖15是按本發(fā)明方法制備圖11所示的結(jié)構(gòu)的原理結(jié)構(gòu)圖，并不是針對(duì)圖9至圖14的一一對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0060]本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)三軸電容式MEMS加速度傳感器，采用一個(gè)加速度敏感質(zhì)量塊單元來分別檢測(cè)X、Y和Z三個(gè)軸向的加速度，各軸向加速度的檢測(cè)相互獨(dú)立，無互相干擾。
[0061]具體而言，加速度敏感質(zhì)量塊單元是由相互連接為一體的水平軸向檢測(cè)單元和平行板檢測(cè)單元兩部分構(gòu)成。其中，水平軸向檢測(cè)單元的核心結(jié)構(gòu)為凹槽側(cè)敏感質(zhì)量塊202。平行板檢測(cè)單元的核心結(jié)構(gòu)為L(zhǎng)型支撐彈簧梁119、頂部敏感質(zhì)量塊120、頂部敏感質(zhì)量塊X軸向凸塊121和頂部敏感質(zhì)量塊Y軸向連桿122。由SOI硅基片的上層硅刻蝕而成的四對(duì)X軸向梳齒差分電容敏感電極——四組X軸向固定梳齒115和X軸向可動(dòng)梳齒116，用于構(gòu)成檢測(cè)X軸向加速度值的檢測(cè)電容。而由SOI硅基片的上層硅刻蝕而成的四對(duì)Y軸向梳齒差分電容敏感電極——四組Y軸向固定梳齒117和Y軸向可動(dòng)梳齒118，用于構(gòu)成檢測(cè)Y軸向加速度值的檢測(cè)電容?？蓜?dòng)平行板電容上電極112和平行板上差分電容113，構(gòu)成檢測(cè)Z軸向加速度值的差分平行板檢測(cè)電容。
[0062]本發(fā)明的X軸向梳齒差分電容敏感電極和Y軸向梳齒差分電容敏感電極均采用定齒偏置式，當(dāng)有加速度時(shí)，X、Y向質(zhì)量塊沿著SOI硅基片頂面的左右或上下方向運(yùn)動(dòng)，梳齒間間距的發(fā)生變化則電容發(fā)生變化，以實(shí)現(xiàn)對(duì)X、Y軸向加速度的檢測(cè)。其結(jié)構(gòu)特征是定齒為單側(cè)梳齒式結(jié)構(gòu)而不是定齒均置結(jié)構(gòu)。以敏感質(zhì)量的橫、縱向?qū)ΨQ軸為界，左右、上下結(jié)構(gòu)對(duì)稱。上下相對(duì)的定齒是電連通的，且左側(cè)定齒的電極性與右側(cè)定齒的電極性相反。敏感元件的每一個(gè)動(dòng)齒與相鄰兩個(gè)定齒間的梳齒交錯(cuò)配置，結(jié)構(gòu)整體是左右、上下對(duì)稱，形成差分電容。當(dāng)存在Z軸方向的加速度時(shí)，總的電容變化量一致，中間無信號(hào)輸出。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有效解決了 Y、z軸向加速度對(duì)X軸向加速度檢測(cè)的干擾以及χ、ζ軸向加速度對(duì)Y軸向加速度檢測(cè)的干擾。本發(fā)明的Z軸向加速度的檢測(cè)是由平行板差分電容式實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)Z軸向有加速度時(shí)，平行板差分電容會(huì)產(chǎn)生上下移動(dòng)，平行板差分電容的正對(duì)間距發(fā)生改變，且一個(gè)平行板差分電容的電容增大，另一對(duì)平行板差分電容的電容減小，形成差分電容，有電學(xué)信號(hào)輸出。當(dāng)X軸、Y軸向上有加速度時(shí)，Z軸向的兩個(gè)檢測(cè)電容雖然有變化，但其完全變化一致，因此不會(huì)有信號(hào)輸出，X軸、Y軸向上的加速度對(duì)Z軸向加速度的檢測(cè)無干擾。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三軸電容式MEMS加速度傳感器，其特征在于:包括SOI硅基片、加速度敏感質(zhì)量塊單兀和玻璃基片； 所述加速度敏感質(zhì)量塊單元由水平軸向檢測(cè)單元和平行板檢測(cè)單元兩部分構(gòu)成； 在SOI硅基片的正面設(shè)有水平軸向檢測(cè)單元；所述水平軸向檢測(cè)單元為定齒偏置式電容傳感器，由水平軸向檢測(cè)單元檢測(cè)并反饋X軸向的電容信號(hào)和Y軸向的電容信號(hào)； 在SOI硅基片的背面設(shè)有凹槽；在凹槽中設(shè)有平行板檢測(cè)單元；在凹槽的底部設(shè)有連通孔，由該連通孔導(dǎo)通SOI硅基片的正面與凹槽底面；所述平行板檢測(cè)單元經(jīng)連通孔與水平軸向檢測(cè)單元固定連接； 在SOI硅基片的背面固定連接有玻璃基片；即平行板檢測(cè)單元封裝在SOI硅基片背面的凹槽中，且可沿著SOI硅基片上連通孔的方向滑動(dòng)，檢測(cè)并反饋Z軸向的電容信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種三軸電容式MEMS加速度傳感器，其特征在于: 所述SOI硅基片包括相互連接的二氧化硅層(302)和下硅層(201);其中，前述的凹槽設(shè)置在下硅層(201)的底面，且該凹槽呈工字形； 在凹槽的中部設(shè)有凹槽側(cè)敏感質(zhì)量塊(202)，在凹槽的兩端的寬頭處各設(shè)有一個(gè)平行板下差分電容(203);平行板下差分電容(203)為矩形塊，且與凹槽寬頭的形狀相匹配；所述平行板檢測(cè)單元包括:平行板上電極的錨固塊(103)、平行板上電極的金屬壓焊塊(104)、平行板上差分電容(113)、下差分電容的銷固塊(109)、下差分電容的金屬壓焊塊(110)、凹槽側(cè)敏感質(zhì)量塊(202)、平行板下差分電容(203);其中， 在二氧化硅層(302)的頂面上設(shè)有一對(duì)平行板上電極的錨固塊(103);所述兩個(gè)平行板上電極的錨固塊(103)分別位于工字型凹槽的兩側(cè)，且平行板上電極的錨固塊(103)靠近相鄰的二氧化硅層(302)的側(cè)邊；所述平行板上差分電容(113)呈為矩形塊；平行板上電極的錨固塊(103)的寬邊分別與相鄰的平行板上差分電容(113)相連接；在平行板上電極的錨固塊(103)的上表面設(shè)有平行板上電極的金屬壓焊塊(104);即平行板差分電容體(113)固定連接在上硅層的表面。
3.如權(quán)利要求2所述的一種三軸電容式MEMS加速度傳感器，其特征在于:所述連通孔包括下差分電容的連通孔(111)、敏感質(zhì)量塊的連通孔(114 )和敏感質(zhì)量塊矩形通孔(403 );其中，在凹槽兩端寬頭的末端分別開有一個(gè)下差分電容的連通孔(111);所述下差分電容的連通孔(111)內(nèi)分別配有一個(gè)下差分電容連通件(401);在二氧化硅層(302)的頂面設(shè)有四個(gè)下差分電容的銷固塊(109);在下差分電容的銷固塊(109)的頂面分別設(shè)有下差分電容的金屬壓焊塊(110);在下差分電容的錨固塊(109)側(cè)壁上分別設(shè)有一根延伸臂；所述延伸臂分別延伸至相鄰下差分電容的連通孔(111)的上方；通過下差分電容連通件(401)將下差分電容的錨固塊(109)的延伸臂與位于下差分電容的連通孔(111)另一側(cè)的平行板下差分電容(203)固定連接；在凹槽桿身開有兩個(gè)敏感質(zhì)量塊的連通孔(114);所述敏感質(zhì)量塊的連通孔(114)位于平行板上差分電容(113)的兩側(cè)，且平行板上差分電容(113)靠近同側(cè)的凹槽寬頭；所述敏感質(zhì)量塊的連通孔(114)內(nèi)分別配有一個(gè)敏感質(zhì)量塊連通件(402)；在位于兩個(gè)敏感質(zhì)量塊的連通孔(114)之間的凹槽底部還設(shè)有一個(gè)敏感質(zhì)量塊矩形通孔(403)。
4.如權(quán)利要求3所述的一種三軸電容式MEMS加速度傳感器，其特征在于:在二氧化硅層(302)的頂面上設(shè)有