三层硅基加速度计及其制造方法与流程

本发明涉及传感器领域，更具体地，涉及一种三层硅基加速度计及其制造方法。

背景技术：

1、硅加速度计为采用mems加工工艺制作的可将输入加速度成比例的转化为输出（通常为电参数）的传感器。其中电容式mems加速度计的基础结构是质量块与固定电极组成电容，当加速度使质量块产生位移时，电容的极板面积或者间距改变，通过测量电容实现对加速度的测量。电容式mems加速度计已经广泛应用于仪器测量、无线通信、能源环境、生物医学、军事国防、航空航天、汽车电子以及消费电子等多个领域。

2、基于不同的应用场景与需求，硅加速度计具有不同的结构与工艺流程，但多数存在全温性能差、加工流程复杂等问题，严重影响硅加速度计的产品性能与加工周期。

技术实现思路

1、为了解决以上问题，本发明提供了一种三层硅基加速度计及其制造方法。

2、根据本发明的一方面，提供了一种三层硅基加速度计的制造方法，包括第一步骤、第二步骤、第三步骤和第四步骤，第一步骤包括：在第一衬底的固支层的表面形成二氧化硅键合层；将二氧化硅键合层进行图案化处理；将二氧化硅键合层形成的图案进行刻蚀处理，形成第一键合锚点，第二步骤包括：基于第一键合锚点，将第二衬底的功能层与第一衬底的二氧化硅键合层进行键合，形成双层结构；将功能层进行减薄处理；将经过减薄处理的功能层进行图案化和刻蚀处理，获得双层加速度计梳齿结构，第三步骤包括：通过对第三衬底的表面进行刻蚀形成第二键合锚点；在表面形成第一绝缘层，并对第一绝缘层进行图案化处理；在进行图案化处理的第一绝缘层表面形成第一金属层，并对第一金属层进行图案化处理；在进行图案化处理的第一金属层表面形成第二绝缘层，并对第二绝缘层进行图案化处理；在进行图案化处理的第二绝缘层表面形成第二金属层，并对第二金属层进行图案化处理，得到表面图案化的电极层，第四步骤包括：基于第二键合锚点，将通过第二步骤获得的双层加速度计梳齿结构与通过第三步骤获得的表面图案化的电极层进行键合，得到三层结构；在三层结构表面形成第三金属层，并对第三金属层进行图案化处理，获得三层硅基加速度计，其中，第一衬底、第二衬底和第三衬底为硅片，固支层与功能层为硅层。

3、进一步地，第一步骤进一步包括：在将功能层进行减薄处理之后，对功能层进行表面处理形成金属键合层。

4、进一步地，在第一步骤中，通过热氧化或pecvd工艺，在固支层的表面形成二氧化硅键合层。

5、进一步地，在第一步骤中，通过干法刻蚀或湿法刻蚀工艺，将二氧化硅键合层形成的图案进行刻蚀处理。

6、进一步地，在第一步骤中，减薄处理包括cmp。

7、根据本发明的另一方面，提供了一种三层硅基加速度计的制造方法，包括第一步骤、第二步骤、第三步骤、第四步骤和第五步骤，第一步骤包括：在第一衬底的固支层的表面形成二氧化硅键合层；将二氧化硅键合层进行图案化处理；将二氧化硅键合层形成的图案进行刻蚀处理，形成第一键合锚点，第二步骤包括：将第二衬底的功能层进行刻蚀处理，获得加速度计梳齿结构，第三步骤包括：基于第一键合锚点，将第二衬底的功能层与第一衬底的二氧化硅键合层进行键合，形成双层结构；将第二衬底的底层硅与二氧化硅埋氧层去除，获得双层加速度计梳齿结构，第四步骤包括：通过对第三衬底的表面进行刻蚀形成第二键合锚点；在表面形成第一绝缘层，并对第一绝缘层进行图案化处理；在进行图案化处理的第一绝缘层表面形成第一金属层，并对第一金属层进行图案化处理；在进行图案化处理的第一金属层表面形成第二绝缘层，并对第二绝缘层进行图案化处理；在进行图案化处理的第二绝缘层表面形成第二金属层，并对第二金属层进行图案化处理，得到表面图案化的电极层，第五步骤包括：基于第二键合锚点，将通过第三步骤获得的双层加速度计梳齿结构与通过第四步骤获得的表面图案化的电极层进行键合，得到三层结构；在三层结构表面形成第三金属层，并对第三金属层进行图案化处理，获得三层硅基加速度计，其中，第一衬底和第三衬底为硅片，第二衬底为soi片，固支层与功能层为硅层。

8、进一步地，在第一步骤中，通过热氧化或pecvd工艺，在固支层的表面形成二氧化硅键合层。

9、进一步地，在第一步骤中，通过干法刻蚀或湿法刻蚀工艺，将二氧化硅键合层形成的图案进行刻蚀处理。

10、进一步地，在第一步骤中，减薄处理包括cmp。

11、根据本发明的另一方面，提供了一种根据以上三层硅基加速度计的制造方法制造的三层硅基加速度计。

12、本发明通过采用三层全硅基方案，通过硅硅键合、磨抛、空腔深硅刻蚀等关键工艺，提高了加速度计的全温性能、密封性与抗冲击性能。

技术特征：

1.一种三层硅基加速度计的制造方法，其特征在于，包括第一步骤、第二步骤、第三步骤和第四步骤，

2.根据权利要求1所述的三层硅基加速度计的制造方法，其特征在于，所述第一步骤进一步包括：在将所述功能层进行减薄处理之后，对所述功能层进行表面处理形成金属键合层。

3.根据权利要求1所述的三层硅基加速度计的制造方法，其特征在于，在所述第一步骤中，通过热氧化或pecvd工艺，在所述固支层的表面形成所述二氧化硅键合层。

4.根据权利要求1所述的三层硅基加速度计的制造方法，其特征在于，在所述第一步骤中，通过干法刻蚀或湿法刻蚀工艺，将所述二氧化硅键合层形成的图案进行刻蚀处理。

5.根据权利要求1所述的三层硅基加速度计的制造方法，其特征在于，在所述第一步骤中，所述减薄处理包括cmp。

6.一种三层硅基加速度计的制造方法，其特征在于，包括第一步骤、第二步骤、第三步骤、第四步骤和第五步骤，

7.根据权利要求6所述的三层硅基加速度计的制造方法，其特征在于，在所述第一步骤中，通过热氧化或pecvd工艺，在所述固支层的表面形成所述二氧化硅键合层。

8.根据权利要求6所述的三层硅基加速度计的制造方法，其特征在于，在所述第一步骤中，通过干法刻蚀或湿法刻蚀工艺，将所述二氧化硅键合层形成的图案进行刻蚀处理。

9.根据权利要求6所述的三层硅基加速度计的制造方法，其特征在于，在所述第一步骤中，所述减薄处理包括cmp。

10.一种三层硅基加速度计，其特征在于，所述三层硅基加速度计是根据权利要求1至9中任一项所述的三层硅基加速度计的制造方法而制造的。

技术总结
本发明提供了一种三层硅基加速度计的制造方法，包括第一至第四步骤，第一步骤包括：在第一衬底的固支层的表面形成二氧化硅键合层，并进行图案化、刻蚀处理，形成第一键合锚点，第二步骤包括：基于第一键合锚点，将第二衬底的功能层与第一衬底的二氧化硅键合层进行键合，形成双层结构，并进行减薄、图案化和刻蚀处理，获得双层加速度计梳齿结构，第三步骤包括：通过对第三衬底的表面进行刻蚀形成第二键合锚点，在第三衬底的表面进行图案化和金属沉积处理，得到表面图案化的电极层，第四步骤包括：基于第二键合锚点，将双层加速度计梳齿结构与表面图案化的电极层进行键合，得到三层结构，其中，第一至第三衬底为硅片，固支层与功能层为硅层。

技术研发人员：孙圣,原毅,欧毅,郭超庆,朱阳阳,胡双媛,王昊,裴志强,朱京
受保护的技术使用者：北京晨晶电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/4/7