本發(fā)明涉及微電子機械系統(tǒng)，具體是一種基于可調(diào)fabry-perot諧振腔的moems加速度敏感單元及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、fabry-perot諧振腔由兩面平行的透鏡以及透鏡之間的空腔構(gòu)成，基于多光束干涉的原理，入射光在進入諧振腔后經(jīng)過多次反射、透射，最終只有特定波長的入射光可以干涉相長而透射出諧振腔，并且形成尖銳的透射峰。當入射光正入射，并且空腔中是真空或者空氣時，透射峰波長與腔長的關(guān)系可以由公式表示，其中m是干涉級次，λm是對應(yīng)的干涉級次處的透射峰波長，d是fabry-perot諧振腔的腔長。將fabry-perot諧振腔的兩面鏡制造為其中一面鏡固定，另外一面鏡可移動，形成可動fabry-perot諧振腔。使用準直的特定波長的激光入射時，改變fabry-perot諧振腔腔長的大小，在滿足公式的腔長處出現(xiàn)最大透射光強，并且透射光強會隨著fabry-perot諧振腔的腔長偏離λm而急劇減小或增大。

2、基于可動fabry-perot諧振腔的加速度敏感單元實現(xiàn)方法是采用moems(微光機電系統(tǒng))技術(shù)，將質(zhì)量塊制造在可動鏡上，制造可動fabry-perot諧振腔時將初始腔長設(shè)置在滿足公式的大小附近，當質(zhì)量塊受到加速度作用時可以帶動可動鏡產(chǎn)生位移，造成可動fabry-perot諧振腔的腔長變化，此時腔長變化將造成出射光強的急劇變化，使用光電探測器對出射光的強度進行檢測，對光強數(shù)據(jù)進行處理后即可獲得加速度信息。與當前廣泛使用的電容式加速度敏感單元、壓電式加速度敏感單元以及壓阻式加速度敏感單元相比具有靈敏度高，響應(yīng)速度快的優(yōu)點。

3、在采用moems技術(shù)進行可動fabry-perot諧振腔制造的過程中難以避免的存在工藝誤差，例如犧牲層厚度沉積偏離設(shè)計厚度、彈性梁刻蝕的不一致導(dǎo)致應(yīng)力不一致等，這些都會造成可動fabry-perot諧振腔的初始腔長大小偏離原本設(shè)計的腔長大小，以及造成可動鏡和固定鏡之間的不平行。同時在使用過程中的溫度變化也會使可動fabry-perot諧振腔腔長發(fā)生變化。上述工藝誤差、溫度變化都會導(dǎo)致加速度敏感單元的透射光強偏離原本的設(shè)定范圍，造成靈敏度降低或者測量誤差增大。

4、可以在固定鏡、可動鏡內(nèi)部設(shè)置導(dǎo)電層，通過電極連接固鏡、可動鏡中的導(dǎo)電層并加上電壓，此時可動fabry-perot諧振腔成為平行板電容器，改變所加電壓的大小會改變可動鏡和固定鏡之間靜電吸引力的大小，從而改變可動fabry-perot諧振腔的腔長，同時固定鏡、可動鏡之間存在的靜電吸引力也可以平衡各彈性梁之間的應(yīng)力差異，減少結(jié)構(gòu)變形。因此可以通過在固定鏡、可動鏡內(nèi)部設(shè)置導(dǎo)電層的方式使可動fabry-perot諧振腔成為可調(diào)fabry-perot諧振腔。基于可調(diào)fabry-perot諧振腔的加速度敏感單元可以解決上述工藝誤差、溫度變化造成的靈敏度降低和測量誤差增大的問題，同時還為加速度敏感單元的閉環(huán)控制提供了基礎(chǔ)。

5、當前基于可調(diào)fabry-perot諧振腔的moems加速度敏感單元的制造主要是基于體硅工藝進行的，體硅工藝需要使用專用設(shè)備，與廣泛使用的cmos工藝不兼容，工藝適用性較差，同時采用體硅工藝制造的基于可調(diào)fabry-perot諧振腔的moems加速度敏感單元也存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決體硅工藝需要使用專用設(shè)備，與廣泛使用的cmos工藝不兼容，工藝適用性較差，同時采用體硅工藝制造的基于可調(diào)fabry-perot諧振腔的moems加速度敏感單元也存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高的問題，本技術(shù)提供了一種基于可調(diào)fabry-perot諧振腔的moems加速度敏感單元及其制備方法。

2、本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案是：

3、基于可調(diào)fabry-perot諧振腔的moems加速度敏感單元制備方法，包括：

4、步驟1、在襯底上表面交替沉積多層氮化硅和多晶硅，形成下布拉格層，且最上層膜層為多晶硅；

5、步驟2、對下布拉格層中的最上一層多晶硅進行離子注入和擴散，增大該層多晶硅的導(dǎo)電性，形成下導(dǎo)電層；

6、步驟3、在下布拉格層上表面沉積一層犧牲層；

7、步驟4、在犧牲層上表面沉積一層多晶硅；

8、步驟5、對多晶硅進行離子注入和擴散，增大該層多晶硅的導(dǎo)電性，形成上導(dǎo)電層；

9、步驟6、使用光刻工藝定義圖案，再使用刻蝕工藝對上導(dǎo)電層進行圖形化，形成絕緣槽；

10、步驟7、在上導(dǎo)電層上表面交替沉積多層氮化硅和多晶硅，并且與上導(dǎo)電層接觸的膜層是氮化硅，沉積的多層氮化硅、多晶硅與上導(dǎo)電層一起構(gòu)成上布拉格層；

11、步驟8、在上布拉格層上表面沉積一層氮化硅用于形成質(zhì)量塊；

12、步驟9、使用光刻工藝定義圖案，再使用刻蝕工藝對最上層的氮化硅進行圖形化，形成質(zhì)量塊，并露出未被質(zhì)量塊遮蓋部分的上布拉格層；

13、步驟10、使用光刻工藝定義圖案，再使用刻蝕工藝對未被質(zhì)量塊遮蓋部分的上布拉格層中除上導(dǎo)電層之外的膜層進行圖形化，形成上電極孔；

14、步驟11、使用光刻工藝定義圖案，再使用刻蝕工藝對未被質(zhì)量塊遮蓋部分的上布拉格層以及犧牲層進行圖形化，形成下電極孔，且下電極孔通過絕緣槽；

15、步驟12、沉積一層金屬，對上電極孔和下電極孔進行填充；

16、步驟13、使用光刻工藝定義上電極、下電極圖案，再使用刻蝕工藝或濕法腐蝕工藝對金屬進行圖形化，形成上電極和下電極；

17、步驟14、使用光刻工藝定義圖案，再使用刻蝕工藝對上布拉格層進行圖形化，去除上布拉格層的中間部位和邊緣部位之間的一部分，形成彈性梁和可動鏡；

18、步驟15、使用濕法腐蝕工藝或氣態(tài)氟化氫腐蝕工藝去除犧牲層，對整體結(jié)構(gòu)進行釋放，形成空腔。

19、進一步地，空腔厚度的確定步驟為：

20、確定質(zhì)量塊厚度及空腔厚度的初始范圍；

21、在初始范圍內(nèi)以預(yù)設(shè)間隔對質(zhì)量塊厚度和空腔厚度進行取值形成空腔厚度和質(zhì)量塊厚度組合；

22、計算所有空腔厚度和質(zhì)量塊厚度組合在預(yù)設(shè)波長的入射光下的透射率；

23、根據(jù)設(shè)計要求確定質(zhì)量塊的具體厚度；

24、根據(jù)質(zhì)量塊的具體厚度及透射率要求確定空腔的具體厚度，空腔厚度即為犧牲層厚度。

25、進一步地，上布拉格層、下布拉格層中各膜層的厚度由公式確定，公式中h是各膜層的厚度，λ是入射光波長，n是各膜層的折射率。

26、進一步地，襯底為硅晶圓、氮化鎵晶圓、砷化鎵晶圓或碳化硅晶圓。

27、進一步地，犧牲層的材料為磷酸鹽玻璃、硼磷硅酸鹽玻璃或氧化硅。

28、進一步地，步驟12中沉積的金屬為鋁、金、銀或銅。

29、基于可調(diào)fabry-perot諧振腔的moems加速度敏感單元，采用基于可調(diào)fabry-perot諧振腔的moems加速度敏感單元制備方法制備，包括：

30、襯底；

31、固定鏡，位于襯底的上表面，內(nèi)部設(shè)置有下導(dǎo)電層；

32、犧牲層，位于固定鏡的上表面，其中間部位被去除形成空腔，邊緣部位保留用于支撐上部結(jié)構(gòu)；

33、支撐框架，位于犧牲層的上表面，內(nèi)部設(shè)置有上導(dǎo)電層；

34、彈性梁，位于空腔上方，連接可動鏡和支撐框架，內(nèi)部設(shè)置有上導(dǎo)電層；

35、可動鏡，通過彈性梁與支撐框架連接，位于空腔的上方，內(nèi)部設(shè)置有上導(dǎo)電層；

36、質(zhì)量塊，位于可動鏡的上表面；

37、上電極，與支撐框架中的上導(dǎo)電層接觸；

38、下電極，與固定鏡中的下導(dǎo)電層接觸。

39、進一步地，彈性梁的形狀為一字形、l形或u形。

40、本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有的有益效果是：

41、本發(fā)明提供的制備方法基于表面犧牲層工藝進行，與廣泛使用的cmos工藝兼容，工藝適用性更強，具有成本低，工藝簡單、制備周期短的優(yōu)勢?；诒景l(fā)明方法制造的基于可調(diào)fabry-perot諧振腔的moems加速度敏感單元具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的優(yōu)點。