[发明专利]水平姿态敏感芯片及其制造方法、水平姿态传感器

说明书

技术领域

本发明涉及载体的水平姿态测量技术领域，尤其涉及一种水平姿态敏感芯片及其制造方法和微机械气体摆式水平姿态传感器。

背景技术

常用的水平姿态传感器有固体摆式、液体摆式。这两种摆式水平姿态传感器都不同程度地存在结构复杂、抗冲击性能较差和响应时间长等缺点。本申请人向中国专利局提交的专利申请号93216480.3发明中提出了一种采用“气体摆”代替“固体摆”或“液体摆”的一维气体摆式水平姿态传感器。这种水平姿态敏感元件一般采用单腔双丝结构，在密闭腔体内有两个热敏丝，通以恒定电流。热敏丝既作为热源加热腔体内的气体，同时，热敏丝又作为检测元件，两热敏丝构成信号检测电桥的两臂。当一维气体摆式水平姿态敏感元件处于水平状态时，两热敏丝所产生的热气流均竖直向上，二者处在同一等温线上，两热敏丝的阻值相等，电桥平衡，检测电路输出电压为零。当敏感腔体相对水平面倾斜一角度时，两热敏丝分别处在不同的等温线上，热敏元件阻值发生不同变化，两热敏丝的阻值不等，电桥失去平衡，输出与倾斜角成比例的电压。

但是一维结构水平姿态敏感元件，只能敏感一个方向上的水平姿态。如果需要测量二维水平姿态，则需要利用两个传感器垂直安装，体积比一维的大很多；同时由于垂直安装的难度大，往往两轴的交叉耦合较大。此外，热敏丝同时起检测温度和加热作用，为了保证热敏丝有足够高的灵敏度和腔体温度，通常流过热敏丝的电流较大，热敏丝的温度高，热敏丝的检测性能下降，使传感器的稳定性变差。

为了提高性能，降低成本，缩小体积，中国电子科技集团公司第十 三研究所发表了“微机械热对流加速度传感器可靠性研究”(微电子技术，2003，第7/8期，317～320页)，文中列出丝的阻值在300Ω～1000Ω之间。

河北半导体所报道的“微机械热对流加速度计”所采用的工艺(半导体学报，2001年，第22卷，第4期，465～468页)是在(100)Si上热生长一层SiO₂，再淀积一层多晶硅，然后光刻，并对多晶硅进行硼扩散形成电阻条，最后淀积一层氮化硅(SiN_x)，构成多晶硅热敏电阻和热电阻。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种测量准确度高的气体摆式水平姿态敏感芯片。

本发明提供的气体摆式水平姿态敏感芯片，包括：半导体衬底；形成于所述半导体衬底的表面上的两组悬梁热敏丝，每组热敏丝包括两条相互平行的热敏丝，两组热敏丝之间相互垂直；在所述热敏丝的两端形成的电极。

进一步，本发明的水平姿态敏感芯片还包括：形成于所述半导体衬底的表面上的悬梁加热丝，所述加热丝设置在同组热敏丝的对称位置；在所述加热丝的两端形成的电极。

根据本发明的一个实施例，两组热敏丝构成长方形，两组热敏丝共用一条加热丝，加热丝位于长方形的对角线上。

根据本发明的一个实施例，每组热敏丝具有一条加热丝，加热丝位于同组的两条热敏丝的中间位置。

根据本发明的一个实施例，半导体衬底为硅衬底，所述热敏丝和加热丝主要由Pt组成。热敏丝和加热丝的宽度为40～60μm，长度为1200～1600μm，丝间距为500～1000μm。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种微机械气体摆式水平姿态传感器。

本发明提供的微机械气体摆式水平姿态传感器，包括外壳、底座、 角速度陀螺、信号处理电路、包括上述水平姿态敏感芯片的敏感元件。该敏感芯片和角速度陀螺固定在底座上。该敏感芯片输出倾角信号到所述信号处理电路，该角速度陀螺输出角速度信号到所述信号处理电路，所述信号处理电路对所述倾角信号和所述角速度信号进行处理，输出水平姿态电压信号。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种半导体芯片制造方法。

本发明提供的半导体芯片的制造方法，包括步骤：在半导体衬底的表面上形成掩层；在所述掩层上形成热敏丝和加热丝；在所述热敏丝和加热丝的端部形成电极；通过干法和湿法相结合刻蚀所述热敏丝和加热丝所在区域的所述半导体衬底形成悬梁。

进一步，上述掩层上形成热敏丝和加热丝的步骤包括：通过光刻在所述掩层上形成第一图案；通过溅射或者蒸发在所述第一图案上形成由金属或者合金组成的热敏丝和加热丝。

在所述热敏丝和加热丝的端部形成电极的步骤包括：通过光刻在所述半导体表面形成第二图案；通过蒸发在所述第二图案上形成电极，所述电极位于所述热敏丝和加热丝的端部。