[發(fā)明專利]一種納米級(jí)壓阻式加速度傳感器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911192786.0
• 申請(qǐng)日: 2019-11-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110887977B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李以貴;王佩英;張成功;金敏慧;邱霽玄
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01P15/12
• 分類號(hào): G01P15/12;B82Y40/00;B82Y15/00
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠(yuǎn)

1.一種納米級(jí)壓阻式加速度傳感器的制備方法，所述納米級(jí)壓阻式加速度傳感器包括矩形外框(1)、設(shè)于所述矩形外框(1)中心的質(zhì)量塊(3)、與所述矩形外框(1)的邊部平行的敏感梁(4)、與所述矩形外框(1)的邊部垂直的內(nèi)支撐梁(5)、和設(shè)于所述敏感梁(4)上的壓敏電阻元件(2)，所述壓敏電阻元件(2)包括壓敏電阻(7)和金屬引線(8)，其特征在于，

該納米級(jí)壓阻式加速度傳感器中所述敏感梁(4)的兩端與所述矩形外框(1)連接，所述內(nèi)支撐梁(5)的兩端分別與所述質(zhì)量塊(3)和敏感梁(4)連接，所述敏感梁(4)和質(zhì)量塊(3)之間、敏感梁(4)和矩形外框(1)之間形成鏤空結(jié)構(gòu)(6)；所述敏感梁(4)包括與X方向平行的兩個(gè)第一敏感梁(4-1)和與Y方向平行的兩個(gè)第二敏感梁(4-2)；其中，X方向和Y方向相互垂直并且與所述矩形外框(1)所在的平面平行，Z方向與矩形外框(1)所在的平面垂直；

所述第一敏感梁(4-1)的兩端分別設(shè)有兩個(gè)并排放置壓敏電阻(7)，其中與所述質(zhì)量塊(3)邊部距離相等的四個(gè)壓敏構(gòu)成惠斯通全橋電路用于測(cè)量X方向加速度，另外四個(gè)壓敏電阻(7)構(gòu)成惠斯通半橋電路用于測(cè)量Z方向加速度；

所述第二敏感梁(4-2)的兩端分別設(shè)有一個(gè)壓敏電阻(7)，位于第二敏感梁(4-2)上的四個(gè)壓敏電阻(7)構(gòu)成惠斯通全橋電路測(cè)量Y方向加速度；

該制備方法包括以下步驟：

步驟S1：提供5層SOI硅片(9)；

步驟S2：對(duì)所述SOI硅片(9)進(jìn)行雙邊熱氧化，使SOI硅片(9)的正面和背面均生成熱氧二氧化硅層(10)；

步驟S3：在步驟S2得到的SOI硅片(9)上旋涂光刻膠(11)，用電子束在光刻膠(11)上畫(huà)出壓敏電阻圖形(12)；

步驟S4：在步驟S3得到的SOI硅片(9)的二氧化硅層上刻蝕除去壓敏電阻圖形(12)對(duì)應(yīng)區(qū)域的二氧化硅，暴露出硅層，在暴露的硅層表面進(jìn)行硼離子摻雜，摻雜完成后在暴露的硅層表面形成二氧化硅保護(hù)層(13)，并除去表面光刻膠(11)；

步驟S5：在步驟S4得到的SOI硅片(9)表面旋涂光刻膠，顯影后用反離子刻蝕工藝刻蝕二氧化硅保護(hù)層(13)暴露出壓敏電阻的連接部(14)；

步驟S6：在步驟S5得到的SOI硅片(9)上真空沉積金屬層，并且金屬層與壓敏電阻的連接部(14)接觸，光刻出金屬引線(8)的形狀，作為電極；

步驟S7：對(duì)步驟S6得到的SOI硅片(9)燒結(jié)處理使壓敏電阻(7)的Si和鋁之間形成歐姆連接；

步驟S8：在步驟S7得到的SOI硅片(9)進(jìn)行刻蝕釋放出質(zhì)量塊(3)、敏感梁(4)、內(nèi)支撐梁(5)和矩形外框(1)，得到所述納米級(jí)壓阻式加速度傳感器；

所述步驟S3具體為：

將步驟S2得到的SOI硅片(9)清洗、烘干處理，旋涂光刻膠，一次烘烤后采用電子束進(jìn)行曝光，曝光后進(jìn)行二次烘烤，曝光完成后使用顯影液浸泡SOI硅片(9)，顯影完成后清洗SOI硅片(9)，進(jìn)行三次烘烤；

一次烘烤的條件為100℃～110℃預(yù)烤50～70秒，二次烘烤的條件為95℃～100℃烘烤50～60秒，三次烘烤的條件為130℃～150℃烘烤3～7分鐘；清洗SOI硅片(9)時(shí)采用去離子水沖洗SOI硅片(9)2～4分鐘；

所述步驟S5中，反離子刻蝕工藝中刻蝕氣體為SF6，刻蝕氣體的流量為20ml/min～50ml/min，壓強(qiáng)為0.03～0.1托，刻蝕電壓為90V～110V，刻蝕時(shí)間為20～40秒；

所述步驟S6具體為：

采用真空蒸發(fā)工藝將金屬氣相沉積在SOI硅片(9)的表面形成金屬層；

將OFPR800 20cp旋涂在SOI硅片(9)設(shè)有壓敏電阻(7)一側(cè)的表面上，第一次在900rpm～1100rpm的轉(zhuǎn)速下旋涂3～7秒，第二次在3500rpm～4500rpm的轉(zhuǎn)速下旋涂20～40秒；旋涂完成后在100℃～120℃預(yù)烤80～100秒；采用UV曝光1～2秒，用顯影液NMD3浸泡顯像1～3分鐘，最后用去離子水沖洗后烘干處理，光刻膠上形成金屬引線(8)圖案；

采用金屬蝕刻劑對(duì)表面具有金屬引線(8)圖案的SOI硅片(9)進(jìn)行刻蝕，用水沖洗后將光刻膠剝離，加工出金屬引線(8)；

所述步驟S7中燒結(jié)處理的條件為在N₂氣氛中400℃～500℃下燒結(jié)8-12分鐘，形成Al-Si合金。