向錨固塊的金屬壓焊塊106、Y軸向錨固塊107、Y軸向錨固塊的金屬壓焊塊108、下差分電容的錨固塊109、下差分電容的金屬壓焊塊110、下差分電容的連通孔111、可動(dòng)平行板電容上電極112、平行板上差分電容113、敏感質(zhì)量塊的連通孔114、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、頂部敏感質(zhì)量塊Y軸向連桿122、下硅層201、凹槽側(cè)敏感質(zhì)量塊202、平行板下差分電容203、結(jié)構(gòu)釋放孔301、二氧化硅層302、玻璃片400、下差分電容連通件401、敏感質(zhì)量塊連通件402、敏感質(zhì)量塊矩形通孔403。
[0035]具體的實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)細(xì)節(jié)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
[0036]—種三軸電容式MEMS加速度傳感器，包括SOI硅基片、加速度敏感質(zhì)量塊單元和玻璃基片。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。參見(jiàn)圖1，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，通過(guò)水平軸向檢測(cè)單元檢測(cè)并反饋X軸向的電容信號(hào)以及Y軸向的電容信號(hào)。參見(jiàn)圖2，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，參見(jiàn)圖
2。在凹槽的底部設(shè)有與SOI硅基片正面相通的連通孔，所述連通孔與SOI硅基片的正面相互垂直。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。SOI硅基片的背面與玻璃基片固定連接。平行板檢測(cè)單元封在SOI硅基片背面的凹槽中，參見(jiàn)圖15，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)。
[0037]進(jìn)一步說(shuō)，參見(jiàn)圖2和圖15，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，且凹槽呈工字形。
[0038]參見(jiàn)圖2，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。
[0039]參見(jiàn)圖1、圖2和圖15，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、下差分電容的錨固塊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，
參見(jiàn)圖5，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。
[0040]參見(jiàn)圖7，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)下差分電容的錨固塊109。在下差分電容的錨固塊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(guò)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。
[0041]參見(jiàn)圖1，在二氧化硅層302的頂面上設(shè)有兩個(gè)水平軸向檢測(cè)單元。所述水平軸向檢測(cè)單元分別位于平行板上差分電容113的兩側(cè)，且相互對(duì)稱。其中，
每個(gè)水平軸向檢測(cè)單元均含有:頂部敏感質(zhì)量塊錨固塊101、頂部敏感質(zhì)量塊的金屬壓焊塊102、X軸向錨固塊105、X軸向錨固塊的金屬壓焊塊106、Y軸向錨固塊107、Υ軸向錨固塊的金屬壓焊塊108、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，如圖1和圖7所示。
[0042]其中，參見(jiàn)圖7，可動(dòng)平行板電容上電極112為矩形塊?？蓜?dòng)平行板電容上電極112的寬度方向的側(cè)壁分別與一個(gè)頂部敏感質(zhì)量塊X軸向凸塊121的一端相連接。所述頂部敏感質(zhì)量塊X軸向凸塊121呈T型。在頂部敏感質(zhì)量塊X軸向凸塊121的另一端的端面上設(shè)有一組Y軸向可動(dòng)梳齒118。在靠近Y軸向可動(dòng)梳齒118的二氧化硅層302的頂面上固定連接有Y軸向錨固塊107。在朝向Y軸向可動(dòng)梳齒118—側(cè)的Y軸向錨固塊107側(cè)壁上設(shè)有一組Y軸向固定梳齒117。所述Y軸向固定梳齒117與Y軸向可動(dòng)梳齒118相互交叉。在Y軸向錨固塊107的頂部設(shè)有Y軸向錨固塊的金屬壓焊塊108。
[0043]參見(jiàn)圖3和圖5，所述頂部敏感質(zhì)量塊120為矩形塊。在頂部敏感質(zhì)量塊120的一條長(zhǎng)度方向的側(cè)壁上設(shè)有兩根頂部敏感質(zhì)量塊X軸向凸塊121，所述頂部敏感質(zhì)量塊X軸向凸塊121分別與相鄰的頂部敏感質(zhì)量塊X軸向凸塊121相連接。在頂部敏感質(zhì)量塊120的另一條長(zhǎng)度方向的側(cè)壁上設(shè)有X軸向可動(dòng)梳齒116。在靠近X軸向可動(dòng)梳齒116的二氧化硅層302的頂面上固定連接有X軸向錨固塊105。在朝向X軸向可動(dòng)梳齒116—側(cè)的X軸向錨固塊105側(cè)壁上設(shè)有X軸向固定梳齒115。所述X軸向固定梳齒115與X軸向可動(dòng)梳齒116相互齒合。在X軸向錨固塊105的頂部設(shè)有X軸向錨固塊的金屬壓焊塊106。
[0044]參見(jiàn)圖1和圖3，優(yōu)選的方案是，在頂部敏感質(zhì)量塊120的側(cè)壁上設(shè)有兩組X軸向可動(dòng)梳齒116。兩組X軸向可動(dòng)梳齒116分別位于頂部敏感質(zhì)量塊120的兩端，在二氧化硅層302的頂面上設(shè)有兩個(gè)X軸向錨固塊105，每個(gè)X軸向錨固塊105均與一組X軸向可動(dòng)梳齒116相鄰。在朝向X軸向可動(dòng)梳齒116 —側(cè)的X軸向錨固塊105側(cè)壁上均設(shè)有一組X軸向固定梳齒115。所述X軸向固定梳齒115與X軸向可動(dòng)梳齒116相互齒合。此外，在每個(gè)X軸向錨固塊105的頂部均設(shè)有X軸向錨固塊的金屬壓焊塊106。
[0045]參見(jiàn)圖1、圖6和圖7，在頂部敏感質(zhì)量塊120的兩條寬度方向的側(cè)壁上各設(shè)有一根頂部敏感質(zhì)量塊錨固塊101，所述頂部敏感質(zhì)量塊錨固塊101的底部與二氧化硅層302相連接，頂部敏感質(zhì)量塊錨固塊101的頂部設(shè)有頂部敏感質(zhì)量塊的金屬壓焊塊102。
[0046]參見(jiàn)圖1和圖7，可動(dòng)平行板電容上電極112的底面與相鄰的敏感質(zhì)量塊連通件402的端部相連，敏感質(zhì)量塊連通件402的另一端與凹槽側(cè)敏感質(zhì)量塊202相連。即兩個(gè)水平軸向檢測(cè)單元均與凹槽側(cè)敏感質(zhì)量塊202相連接。
[0047]參見(jiàn)圖11，玻璃基片為一塊玻璃片400。所述玻璃片400與下硅層201的底面形狀相同，且與平行板下差分電容203的外側(cè)端面、下硅層201的底面固定連接。將凹槽側(cè)敏感質(zhì)量塊202的Z向移動(dòng)距離限制在凹槽底部至玻璃片400之間。
[0048]進(jìn)一步說(shuō)，參見(jiàn)圖1、圖7和圖15，在水平軸向檢測(cè)單元上設(shè)有結(jié)構(gòu)釋放孔301。
[0049]進(jìn)一步說(shuō)，參見(jiàn)圖1，所述結(jié)構(gòu)釋放孔301為貫穿的矩形或圓形小孔。結(jié)構(gòu)釋放孔301均布于可動(dòng)平行板電容上電極112、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的表面，在提高水平軸向檢測(cè)單元的機(jī)械強(qiáng)度與韌性的同時(shí)，一方面降低水平軸向檢測(cè)單元的自重，另一方面提高對(duì)電容變化量的敏感性。
[0050]一種三軸電容式MEMS加速度傳感器的制備方法，具體按如下步驟進(jìn)行:
步驟1.備片:準(zhǔn)備一塊雙面拋光SOI硅基片，所述SOI硅基片由依次連接的上硅層、二氧化硅層302和下硅層201組成，如圖8所示。
[0051]步驟2.進(jìn)行第一次光刻:在SOI硅基片的下層硅201的背面沉積一層鋁作為第一次深硅刻蝕的掩膜板，隨后旋涂正膠，利用第一塊掩模板對(duì)本步驟所旋涂的光刻膠層進(jìn)行光刻，刻蝕本步驟所沉積的鋁層，露出光刻區(qū)域的下層硅201。隨后，刻蝕下層硅201，在下層硅201的背面形成淺槽。所述淺槽區(qū)域?yàn)榇涛g成為凹槽側(cè)可動(dòng)質(zhì)量塊202的下硅層201區(qū)域，詳見(jiàn)圖9。
[0052]步驟3.進(jìn)行第二次光刻:第二次在SOI硅基片的下層硅201的背面再沉積一次鋁層作為第二次深硅刻蝕的掩膜板、隨后再次旋涂正膠，利用第二塊掩模板對(duì)本步驟所旋涂的光刻膠層進(jìn)行光刻，刻蝕本步驟所沉積的鋁層，然后對(duì)淺槽四周的下層硅201進(jìn)行深硅刻蝕，形成背面深槽，所述背面深槽內(nèi)刻蝕形成凹槽側(cè)可動(dòng)質(zhì)量塊202和兩個(gè)平行板下差分電容203結(jié)構(gòu)。本步驟中的凹槽側(cè)可動(dòng)質(zhì)量塊202和平行板下差分電容203的內(nèi)側(cè)端面均與二氧化硅層302相連接，去除本步驟中在下層硅201背面沉積的、作為掩膜板的鋁層。詳見(jiàn)圖10。
[0053]步驟4.硅-玻鍵合:利用鍵合技術(shù)，將下層硅201的底