一种mems电涡流加速度计及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微电子机械系统的微惯性测量领域，具体涉及一种MEMS电涡流加速度计及制备方法。
【背景技术】
[0002]MEMS是利用微细加工技术发展起来的，能把微传感器、微执行器和电子线路、微能源等组合在一起；它既可以利用传感器监测接收外部的作用力、光、声音、温度等信号，又能够根据电路信号的指令控制执行元件实现一系列的机械驱动；是一种综合了获取信息、处理信号和执行指令为一体的集成系统。
[0003]根据敏感原理，加速度计可分为压阻式、压电式、电容式加速度计等。其中，压阻式加速度计的结构和检测电路简单，器件成本低、工艺简单，动态响应特性好，但是压敏电阻温度系数较大，导致压阻式加速度计存在较大的温度漂移，而且工艺过程中的残余应力会对压敏电阻产生影响，从而降低了器件的性能；而压电式加速度计有较高的灵敏度和宽的带宽，但压电材料极化产生的是直流电荷，所以压电测量在低频时变得很困难，从而使其低频特性不好；此外，电容式加速度计具有温度系数小、稳定性好、灵敏度高、可以通过静电回复力工作在力平衡模式等优点，但其处理电路复杂、电容量小、容易受寄生电容的影响。
[0004]根据材料的不同，加速度计可分为硅基加速度计和非硅基加速度计；硅基加速度计加工工艺成熟，比如硅-玻璃键合工艺得到了广泛的应用，但是由于硅玻璃热膨胀系数不匹配，在温度变化后器件会产生较大的内应力；非硅基加速度计采用的材料种类比较多，工艺比较特殊，制作难度较大。
[0005]目前，常规加速度计一般采用体加工工艺进行生产，体加工工艺是通过腐蚀的方法对基底进行加工，形成三维立体微结构的方法；利用该加工方法可以加工出深宽比较高的器件，但键合、刻蚀等工艺会破坏材料的晶格，引入较大的内应力，影响加速度计的温度漂移特性和工作稳定性。
【发明内容】
[0006]本发明旨在提供一种体积较小、结构简单、灵敏度高、稳定性好、制备工艺简单的MEMS电涡流加速度计及其制备方法。
[0007]为此，本发明所采用的技术方案为:一种MEMS电涡流加速度计，包括金属基底、金属结构、电极和电感线圈；所述金属结构包括质量块和矩形的支撑框架，所述支撑框架设置于金属基底上，所述质量块位于支撑框架内，所述质量块的左、右两侧各设置一个弹性梁与支撑框架连接，两个所述弹性梁相对于质量块的第一中心线对称设置，并偏离质量块的第二中心线；所述金属基底上从下往上依次设置有第一、二氮化硅薄膜，所述电极包括两个第一电极和两个第二电极，两个所述第一电极对称设置在弹性梁的前、后两侧的第一氮化硅薄膜上，并穿过第二氮化硅薄膜向上延伸，两个所述第二电极相对于弹性梁对称设置，并位于两个第一电极之间的第二氮化硅薄膜上；两个所述电感线圈设置于质量块下方，位于弹性梁一侧的第一、二电极与其中一个电感线圈连接，位于弹性梁另一侧的第一、二电极与另一个电感线圈连接。
[0008]进一步地，两个所述电感线圈关于两个弹性梁的连线对称设置；对称性好，提高抗干扰性，输出稳定。
[0009]更近一步地，两个所述弹性梁的连线与相连接的支撑框架对应边的中心线重合。
[0010]在上述方案的基础上，所述金属结构与金属基底是同一种金属材料；热膨胀系数一致，MEMS电涡流加速度计结构不会因为外界温度变化而产生内应力，调高了器件的稳定性。
[0011]同时，本方案还提供一种电涡流加速度计的制备方法，包括:
[0012]取金属基底；
[0013]在金属基底的上表面用PECVD工艺制作第一氮化硅薄膜，并在第一氮化硅薄膜上并排制作两个间隔的第一电极，每个第一电极引出一根第一引线；
[0014]在第一氮化硅薄膜上，再次用PECVD工艺制作第二氮化硅薄膜；
[0015]刻蚀第二氮化硅薄膜，露出第一电极和第一引线的端头；
[0016]在两个第一电极之间的第二氮化硅薄膜上，制作两个第二电极，两个电感线圈也位于第二氮化硅薄膜上，所述电感线圈一端与第二电极通过第二引线相连，所述电感线圈的另一端与第一引线端头相连；
[0017]在第一、二氮化硅掩膜上刻蚀出矩形槽；
[0018]使用微电铸的方法，在矩形槽内沉积支撑框架的底座，并向上延伸超过第二电极顶部；
[0019]在金属基底的上表面铺设和填充二氧化硅作为牺牲层，所述牺牲层与底座顶部齐平，且牺牲层的顶部是平滑的；
[0020]在牺牲层与底座顶部沉积一层金属种子层薄膜；
[0021]在金属种子层薄膜上做较厚的光刻胶并做光刻，光刻后空余的结构即为所述MEMS电涡流加速度计的金属结构的框架，用微电铸的方法，填充光刻后的空余结构形成金属层；
[0022]去除光刻胶，去除露出的金属种子层薄膜，随后用HF缓冲溶液去除牺牲层；
[0023]所述金属层和金属种子层薄膜为同一种金属。
[0024]本发明的有益效果是:整体体积较小、结构简单、对称性和线性好、灵敏度高、频带宽、受寄生参数影响小；其次，基底和结构部分采用金属材料制作，能避免常规硅-玻璃材料热膨胀系数不匹配而引入的热应力，降低了器件漂移，提高稳定性；此外，结构制作采用微电铸表面加工工艺，工艺引入应力较小，避免了硅结构制作中常用的等离子刻蚀、高温热氧化、掺杂等加工工艺引起的硅晶格破坏以及残余应力，提高了器件稳定性，且可以采用常规工艺设备实现大批量制造，工艺过程简单，成本较低。
【附图说明】
[0025]图1是本发明立体图。
[0026]图2是本发明俯视图。
[0027]图3是图2中A-A剖视图。
[0028]图4是图3中B-B剖视图。
[0029]图5a?图5η是本发明的制备工艺图。
【具体实施方式】
[0030]下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明:
[0031]如图1?4所示，一种MEMS电涡流加速度计，主要由金属基底4、金属结构、电极和电感线圈6组成。
[0032]金属结构包括质量块I和矩形的支撑框架3，支撑框架3设置于金属基底4上，质量块I位于支撑框架3内，质量块I的左、右两侧各设置一个弹性梁2与支撑框架3连接，两个弹性梁2相对于质量块I的第一中心线a对称设置，并偏离质量块I的第二中心线b ；最好是，两个弹性梁2的连线与相连接的支撑框架3对应边的中心线重合。
[0033]在金属基底4上从下往上依次设置有第一氮化硅薄膜8和第二氮化硅薄膜81，电极包括两个第一电极5和两个第二电极51，两个第一电极5对称设置在弹性梁2的前、后两侧的第一氮化硅薄膜上8，并穿过