[发明专利]一种高g值、高灵敏度MEMS加速度传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高g值、高灵敏度MEMS加速度传感器，属于一种MEMS加速度传感器，包括衬底、器件层和盖板，所述衬底和所述盖板分别从所述器件层的两侧键合所述器件层，所述器件层包括外框、质量块和四个支撑梁，所述质量块和四个所述支撑梁位于所述外框的内部；本发明通过采用4个T型结构支撑梁连接质量块的设计方案，创新性的设计了x、y、z三个轴向的止挡结构，传感器采用了盖板‑器件层‑衬底的三明治封装结构，易于实现批量晶圆级封装；通过支撑梁采用双E型结构设计，极大提高了器件输出灵敏度；优化了器件层与盖板、衬底之间的压膜阻尼，提升了传感器整体动态性能，延长了器件工作寿命。

技术领域

本发明属于一种MEMS加速度传感器，尤其涉及一种高g值、高灵敏度MEMS加速度传感器及其制备方法。

背景技术

基于MEMS工艺技术的高g值加速度传感器广泛应用于汽车行业、军事和航天航空领域中的加速度信号测量、振动测量、爆炸、冲击等苛刻环境，这就要求加速度传感器有优异的抗冲击性能、较高的频率响应范围，在芯片层面，就要实现有效的过载保护和近临界阻尼设计。

对于采用悬臂梁结构的加速度传感器，其一阶固有频率低、频响范围窄，且横向灵敏度较大，采用四边多梁结构设计的加速度传感器虽然横向灵敏度最低，另外，现有多数压阻式加速度传感器冲击响应曲线存在毛刺干扰现象，究其原因是支撑梁固有频率振动干扰所致，少数传感器存在易损现象，究其原因是传感器阻尼过低导致振动幅度过大，造成器件层断裂损坏所致。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种高g值、高灵敏度MEMS加速度传感器及其制备方法。

一方面，为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种高g值、高灵敏度MEMS加速度传感器，其包括衬底、器件层和盖板，所述衬底和所述盖板分别从所述器件层的两侧键合所述器件层，所述器件层包括外框、质量块和四个支撑梁，所述质量块和四个所述支撑梁位于所述外框的内部，四个所述支撑梁分别固定连接于所述质量块的四个侧面上，所述支撑梁上设置有多个电阻模块，所述盖板的底面上和所述质量块的底面上皆设置有Z轴止挡，所述外框内设置有xy轴限位柱，所述xy轴限位柱穿过所述质量块，且所述xy轴限位柱的两端分别抵住所述衬底和所述盖板，所述盖板上开设有4个焊盘。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述外框的内拐角处设置有限位件，两个相邻所述支撑梁之间形成锚点，所述锚点卡接于所述限位件上。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述支撑梁为T型结构。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述支撑梁与所述质量块的连接处呈U型。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述支撑梁的侧面呈E型。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述电阻模块为压敏电阻。

另一方面，为了实现上述目的，本发明采用了如下步骤：一种高g值、高灵敏度MEMS加速度传感器的制备方法，其包括以下步骤：

1)器件层背面刻蚀：器件层选用300μm厚度SOI圆片，采用RIE干法刻蚀Z轴止挡，刻蚀深度2-3μm，制作Z轴止挡间隙；

2)xy轴限位柱刻蚀和阻尼间隙刻蚀：器件层的背面采用热氧化工艺制备厚度200nm的SiO2热氧层，喷涂光刻胶，湿法腐蚀刻蚀器件层与衬底的阻尼间隙，刻蚀深度为5μm；

3)间隙刻蚀：采用RIE干法刻蚀xy轴限位柱间隙，同时采用RIE干法刻蚀质量块与支撑梁之间的间隙；

4)硅-硅键合：衬底与器件层硅-硅键合；