[发明专利]一种含有硅通孔压阻式加速度传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及压阻式加速度传感器，具体涉及一种含有硅通孔压阻式加速度传感器及其制造方法，属于微机械电子技术领域。

背景技术

加速度传感器作为测量物体运动状态的一种重要的传感器，被广泛应用于医疗、体育、制造业、军事、航空航天等领域。硅微型加速度传感器的种类日益繁多，各种应用于不同场合下的硅微型加速度计层出不穷，对硅微型加速度计的研究也越来越受到人们的重视。加速度传感器主要分为压阻式、电容式、应变式、液浮摆式、挠性摆式、振弦式、压电式等类型。其中压阻式加速度传感器是最早开发的硅微型加速度传感器，也是当前使用较多的一种产品，压阻式加速度传感器具有体积小，频率范围宽，测量加速度的范围也宽，直接输出电压信号，不需要复杂的电路接口，大批量生产时价格低廉，可重复生产性好，可直接测量连续的加速度和稳态加速度的优点。

典型的压阻式加速度传感器，如国家知识产权局2008年2月6日公开的名称为压阻式高g值加速度计，专利申请号为200710139293.1的发明专利所示，其弹性元件一般采用硅梁外加质量块，质量块由悬臂梁支撑，并在悬臂梁上制作电阻，连接成测量电桥，在惯性力作用下质量块上下运动，悬臂梁上电阻的阻值随应力的作用发生变化，引起测量电桥输出电压变化，以此实现对加速度的测量。弹性元件的结构形式及尺寸决定传感器的灵敏度、频响、量程等。当质量块较大时，能够在较小的加速度作用下，使得悬臂梁上的应力较大，提高传感器的输出灵敏度。在大加速度下，较大的质量块可能会使悬臂梁上的应力超过屈服应力，变形过大，致使悬臂梁断裂，由此，在传感器几何尺寸一定的情况下，需要通过对传感器的静态特性、动态特性以及测量范围的分析，来实现传感器结构的优化设计。

当压阻式加速度传感器采用硅梁外加质量块工作方式时，由于质量块质心与梁的中性面位于不同平面，抗冲击能力较差，尤其当结构承受横向加速度时，结构会因受到较大的扭矩发生扭转，造成结构损坏；与此同时，敏感元件工作时，敏感质量块相对衬底作纵向往复运动，由于距离改变引起挤压作用，造成气体的横向流动，因而产生的气体阻尼会显著影响着振动系统的动态性能，使加速度计处于阻尼振荡、自由振荡等状态，当阻尼较大时还会产生较大的噪声，降低传感器的品质因数。尤其对于微机械结构，由于空气阻尼存在比率减缩效应，即随着机械尺寸的减小，结构谐振频率和阻尼比等将按比率增大，因此空气阻尼对微机械结构的运动具有重要的影响。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，在加速度传感器中设计硅通孔，提供了一种改进的压阻式加速度传感器。

和现有技术相同，本发明公开的电容式压力传感器也包括：

质量块，

硅基边框，

多个弹性梁，

压敏电阻，和

半导体底板；

所述质量块由弹性梁支撑，并在悬臂梁上制作电阻，连接成测量电桥；

所述硅集边框与半导体底板通过键合等方式形成机械连接，

和现有技术不同之处在于，所述质量块含有多个不与质量块梯形斜面部分相接且对称分布的填充通孔与非填充通孔，所述填充通孔排列成环形且由金属与高分子聚合物分别填充，所述非填充通孔位于填充通孔环形内并与填充通孔下部分水平相接，所述填充与非填充通孔上部分均与质量块靠近半导体基板的底面垂直相接，下部分均与质量块远离半导体基板的顶面垂直相接。

优选的，所述硅基边框含有位于边框对角处的硅通孔，且该通孔经由金属导线与压敏电阻相连。

优选的，所述弹性梁一端与质量块顶部边缘连接，另一端与硅基边框内缘连接，且弹性梁的厚度小于质量块的厚度。

优选的，所述压敏电阻位于弹性梁端部。

优选的，所述硅基边框固定在半导体底板上。

本发明还公开了一种一种含有硅通孔压阻式加速度传感器的制造方法，其包括下列步骤：

a)通过下列步骤制造膜片：

1)硅片双面氧化；

2)光刻，压敏电阻制作；

3)去除氧化层；

4)双面LPCVD氧化层、钝化层；

5)光刻，去除质量块底部周围的氧化层与钝化层，用腐蚀液腐蚀出质量块；

6)去除硅基边框与质量块底部的氧化层和钝化层，用腐蚀液减薄质量块；

7)采用DRIE工艺从减薄的质量块底部刻蚀须要填充的硅通孔，首先刻蚀出垂直侧壁，形成通孔的上部分，继续刻蚀，当刻蚀穿通硅层接触到氧化层时，刻蚀离子由于氧化层的反射而产生footing效应，形成带斜率的侧壁，从而制作出通孔的下部分；