[發(fā)明專利]一種具有低橫向效應(yīng)的加速度傳感器芯片及其制作方法

在審

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• 申請日: 2014-09-17
• 公開（公告）號: CN104237560A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田邊;韓佰鋒;趙玉龍;蔣莊德;馬婧曌
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01P15/12
• 分類號: G01P15/12
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微加速度傳感器芯片技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有低橫向效應(yīng)的加速度傳感器芯片及其制作方法。

背景技術(shù)

早期的硅微加速度計發(fā)明于1979年，在那之后MEMS加速度傳感器在體加工和表面加工微機械技術(shù)優(yōu)勢即低能耗、微型化、低成本的刺激下，在許多商用領(lǐng)域取得了很大的成功。轉(zhuǎn)導(dǎo)機構(gòu)的多樣性允許MEMS加速度傳感器在許多應(yīng)用領(lǐng)域里替代常規(guī)傳感器。在這些傳感器中，壓阻式加速度傳感器在監(jiān)測振動中具有重要地位，這種傳感器在很多不同傳感器配置中都取得了成就，例如懸臂梁—質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)、思量結(jié)構(gòu)、雙質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)。另外最近有兩項基于這種結(jié)構(gòu)特性提升的研究成果，例如將應(yīng)力集中區(qū)和懸臂梁質(zhì)量塊相結(jié)合結(jié)構(gòu)，在四梁結(jié)構(gòu)中的監(jiān)測質(zhì)量塊頂端電鍍金屬層結(jié)構(gòu)。雖然這些提議很有效，但這些附加的操作會導(dǎo)致高成本、低可靠性以及加工中的錯誤。

傳統(tǒng)的壓阻式微加速度傳感器一般為懸臂梁結(jié)構(gòu)或者雙端固支梁結(jié)構(gòu)，懸臂梁結(jié)構(gòu)靈敏度高，但固有頻率低、橫向靈敏度大；雙端固支梁結(jié)構(gòu)固有頻率高、橫向靈敏度小，但靈敏度低，同時加工出來的器件體積大、性價比不高。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種具有低橫向效應(yīng)的加速度傳感器芯片及其制作方法，該芯片在滿足了高靈敏度與低諧振頻率要求的同時，還兼具了低量程和高橫向效應(yīng)抵抗能力的特點。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種具有低橫向效應(yīng)的加速度傳感器芯片，包括硅質(zhì)基底1，硅質(zhì)基底1的背面與硼玻璃5鍵合，硅質(zhì)基底1的中心空腔內(nèi)配置有懸空質(zhì)量塊4，其特征在于：兩根相同補充梁3分別與懸空質(zhì)量塊4的一組相對邊相連，兩根相同敏感梁2則分別與懸空質(zhì)量塊的另一組相對邊相連，補充梁3與敏感梁2共同支撐懸空質(zhì)量塊4，使其保持懸空狀態(tài)，硼玻璃5與懸空質(zhì)量塊4下底面預(yù)留有工作間隙；

兩根敏感梁2上均勻布置了兩根壓敏電阻6，四根壓敏電阻6通過芯片上的金屬引線7相互連接組成半開環(huán)惠斯通電橋，電橋的輸出端與芯片中的焊盤8相連，四根壓敏電阻6按照敏感梁2上的正/負(fù)應(yīng)力分布規(guī)律布置，且位于硅晶體相同的晶向上，每一根壓敏電阻6均由2-4折的單一壓阻條組成。

所述的補充梁3的長度大于敏感梁2，補充梁3的寬度小于敏感梁2，而補充梁3與敏感梁2的厚度相同。

所述的補充梁3、敏感梁2以及懸空質(zhì)量塊4與硅基底1存在著5-10μm的間隙。

所述的金屬引線7采用Ti-Pt-Au多層金屬引線。

一種具有低橫向效應(yīng)的加速度傳感器芯片的制作方法，包括以下步驟：

a)使用體積濃度為49％的HF酸溶液，清洗硅片，硅片為n型，(100)晶面；

b)清洗后脫水烘干，雙面涂覆光刻膠，在背面加懸空質(zhì)量塊4減薄掩膜板進行光刻，采用ICP刻蝕，減薄質(zhì)量塊區(qū)域的硅，刻蝕深度為2-10μm；

c)清除光刻膠，在900-1200℃環(huán)境下進行高溫氧化，在硅片上形成SiO2層，再次涂覆光刻膠，用p型壓敏電阻版，正面光刻壓敏電阻圖形，對硅片頂部的器件層注入硼離子，獲得p型壓敏電阻6；

d)利用p+歐姆接觸板，正面光刻形成硼離子重?fù)诫s區(qū)，進行硼離子重?fù)诫s，獲得低阻的p+歐姆接觸區(qū)；

e)在傳感器正面加傳感器引線孔膜板，正面光刻引線孔圖形，刻蝕出引線孔，保證壓敏電阻6的歐姆連接；

f)加金屬引線7、焊盤8掩膜板，正面刻蝕出金屬引線7與焊盤8的形狀，依次濺射Ti、Pt、Au金屬層，形成傳感器芯片的金屬引線7與焊盤8；

g)利用等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)在硅片正反兩面沉積一層氮化硅，正面氮化硅作為保護層，防止后續(xù)工藝破壞前面工藝所得的壓敏電阻6、金屬引線7和焊盤8，反面氮化硅作為硅濕法腐蝕遮蔽層，在硅背面加背腔腐蝕板，對硅片背面進行光刻得到懸空質(zhì)量塊及其凸角補償結(jié)構(gòu)的形狀，利用TMAH溶液進行各項異性濕法刻蝕，初步形成由敏感梁2，補充梁3和懸空質(zhì)量塊4組成的可動結(jié)構(gòu)；

h)背面光刻去除之前工藝步驟中留下的氮化硅和二氧化硅層，通過陽極鍵合技術(shù)在硅質(zhì)基底1的背面粘結(jié)硼玻璃5；

i)正面圖覆光刻膠，利用正面貫穿掩膜板，在硅片正面進行ICP刻蝕，形成傳感器芯片可動部件與硅質(zhì)基底1間的間隙，間隙貫穿整個芯片以釋放芯片中的可動結(jié)構(gòu)；

j)正面光刻，去除芯片中焊盤8上覆蓋的殘余遮蔽層，暴露芯片焊盤，最后經(jīng)過劃片將所設(shè)計的具有雙梁-補充梁結(jié)構(gòu)加速度傳感器芯片從硅片上玻璃得到加速度傳感器芯片。