[发明专利]压阻式单片集成三轴加速度传感器及制造方法

权利要求书

1.压阻式单片集成三轴加速度传感器，其特征在于它是由一块芯片集成，芯片划分为固支框区(K)、电路区(N)和传感区(M)；

传感区(M)由第一质量块(M1)、第二质量块(M2)、第一中间梁(M3)、第二中间梁(M4)、第一至第四L型敏感梁(M5)至(M8)和第一至第十二压敏电阻组成；

第一质量块(M1)和第二质量块(M2)沿传感区(M)的纵向中轴线对称设置，第一质量块(M1)与第二质量块(M2)之间的两个侧面通过两个第一中间梁(M3)和第二中间梁(M4)连接，第一质量块(M1)与第二质量块(M2)之间的两个侧面相对的两个侧面上分别设置有两个L型敏感梁，即为第一至第四L型敏感梁(M5)至(M8)的一端分别连接在第一质量块(M1)与第二质量块(M2)的侧表面上，第一至第四L型敏感梁相对于传感区(M)的横向中轴线和纵向中轴线对称设置，

第一L型敏感梁(M5)的另一端上设置并排有第一压敏电阻(A)和第二压敏电阻(A’)；第二L型敏感梁(M6)的另一端上设置并排有第三压敏电阻(B)和第四压敏电阻(B’)；第三L型敏感梁(M7)的另一端上设置并排有第五压敏电阻(C)和第六压敏电阻(C’)；第四L型敏感梁(M8)的另一端上设置并排有第七压敏电阻(D)和第八压敏电阻(D’)；

第一中间梁(M3)上设置有第九压敏电阻(a)和第十压敏电阻(b)，第十压敏电阻(b)垂直于第九压敏电阻(a)形成T字形，T字形的横边位于第一中间梁(M3)的外边缘；第二中间梁(M4)上设置有第十一压敏电阻(c)和第十二压敏电阻(d)，第十二压敏电阻(d)垂直于第十一压敏电阻(c)形成T字形，T字形的横边位于第二中间梁(M4)的外边缘；

第一质量块(M1)、第二质量块(M2)、第一中间梁(M3)、第二中间梁(M4)和第一至第四L型敏感梁(M5)至(M8)的上表面位于同一水平面，第一中间梁(M3)、第二中间梁(M4)和第一至第四L型敏感梁(M5)至(M8)的厚度为20～40微米，第一中间梁(M3)、第二中间梁(M4)和第一至第四L型敏感梁(M5)至(M8)厚度小于第一质量块(M1)和第二质量块(M2)的厚度，厚度差值为370～380微米；第一质量块(M1)和第二质量块(M2)的厚度小于固支框区K和电路区(N)的厚度，厚度差值为10～20微米。

2.根据权利要求1所述的压阻式单片集成三轴加速度传感器，其特征在于第一质量块(M1)和第二质量块(M2)之间的两个空隙处分别设置有两个纵向限位块。

3.根据权利要求1或2所述的压阻式单片集成三轴加速度传感器，其特征在于第一L型敏感梁(M5)和第二L型敏感梁(M6)之间的空隙处与第三L型敏感梁(M7)和第四L型敏感梁(M8)之间的空隙处分别设置有两个横向限位块。

4.压阻式单片集成三轴加速度传感器的制造方法，其特征在于它制造的步骤如下：

步骤一：对N型单晶硅片(1)进行清洗和一次氧化，在N型单晶硅片(1)的上下表面分别生成上层二氧化硅层(2)和下层二氧化硅层(3)；并划分出固支框区(K)、电路区(N)和传感区(M)；

步骤二：根据电路图在电路区(N)内对上层二氧化硅层(2)进行光刻形成阱区的注入孔；

步骤三：通过大束流注入机对阱区的注入孔内N型单晶硅片(1)注入剂量为4e14～6e14、注入能量为80kev的硼，形成阱区(4)；

步骤四：去除N型单晶硅片(1)上表面上的所有上层二氧化硅层(2)，对去除了上层二氧化硅层(2)的表面依次生长薄二氧化硅层(5)和氮化硅层(6)；

步骤五：根据电路图在电路区N设定有源区，并通过光刻得到P管场区与N管场区；

步骤六：将N管场区以外的区域用光刻胶(7)覆盖，并对N管场区进行光刻，光刻得到N管场区的注入孔；

步骤七：漂去P管场区与N管场区上的薄二氧化硅层(5)和氮化硅层(6)，再在P管场区与N管场区四周生长场氧(8)，并且在P管场区与N管场区内生长栅氧(9)；

步骤八：将P管场区以外的区域用光刻胶(7)覆盖，并对P管场区进行光刻，光刻得到P管场区的注入孔，并在P管场区和N管场区生长多晶硅(10)；

步骤九：通过光刻在P管场区和N管场区形成多晶硅栅和多晶硅电阻；

步骤十：根据传感区(M)的压敏电阻的位置设定压敏电阻区域(11)；将压敏电阻区域(11)和P管场区以外的区域用光刻胶(7)覆盖，光刻得到P+的注入孔，再通过大束流注入机对P+的注入孔内N型单晶硅片(1)注入剂量为4e14～6e14、注入能量为80kev的硼，形成加速度传感器的压敏电阻，以及PMOS管的源、漏区和P+的保护环；

步骤十一：将N管场区以外的区域用光刻胶(7)覆盖，光刻得到N+的注入孔，再通过大束流注入机对N+的注入孔内N型单晶硅片(1)注入剂量为4e14～6e14、注入能量为80kev的磷，形成NMOS管的源、漏区和N+的保护环；

步骤十二：在电路区N和传感区(M)的上表面都生长磷硅玻璃(12)；

步骤十三：根据电路图第一次铝引线部分设定第一次铝引线区域(13)；将第一次铝引线区域(13)以外的区域用光刻胶(7)覆盖，光刻去除未覆盖光刻胶(7)的磷硅玻璃(12)，使需要第一次蒸发铝的部位裸露在外部；

步骤十四：在第一次蒸发铝的部位的上表面蒸发厚度为1.2μm的铝；并加以刻蚀形成第一铝引线(14)；

步骤十五：去除上表面上所有的磷硅玻璃(12)，并对去除了磷硅玻璃(12)的表面进行低温二氧化硅(15)的生长；

步骤十六：根据电路图第二次铝引线部分设定第二次铝引线区域(16)；将第二次铝引线区域(16)以外的区域用光刻胶(7)覆盖，光刻去除未覆盖光刻胶(7)的低温二氧化硅(15)，使需要第二次蒸发铝的部位裸露在外部；

步骤十七：在第二次蒸发铝的部位的上表面也蒸发厚度为1.2μm的铝；并加以刻蚀形成第二铝引线(17)；

步骤十八：再在步骤十七完成后的上表面淀积钝化层(18)，并光刻压焊点(19)；

步骤十九：取完成步骤一至步骤十八工艺的N型单晶硅片(1)，在其上下表面均涂覆光刻胶(7)，上表面为满涂覆，下表面涂覆传感区(M)以外的区域；并将传感区(M)的下表面划分第一质量块(M1)区域、第二质量块(M2)区域、第一中间梁(M3)区域、第二中间梁(M4)区域和第一至第四L型敏感梁(M5)至(M8)的区域；

步骤二十：腐蚀裸露在外部的下层二氧化硅层(3)；

步骤二十一：在整个下表面蒸铝(20)，并通过光刻铝，露出下层二氧化硅层(3)的区域、第一质量块(M1)区域和第二质量块(M2)区域以外要刻蚀掉的N型单晶硅片(1)部分；

步骤二十二：采用感应耦合等离子的方法对要刻蚀掉的N型单晶硅片(1)部分垂直刻蚀，刻蚀去除为10～30微米；

步骤二十三：去除下表面上的铝，保留下层二氧化硅层(3)；

步骤二十四：采用感应耦合等离子的方法对覆盖有下层二氧化硅层(3)以外的部分进行垂直刻蚀，刻蚀去除为10～30微米；

步骤二十五：根据第一中间梁(M3)区域、第二中间梁(M4)区域和第一至第四L型敏感梁(M5)至(M8)区域的形状和位置去除光刻胶(7)；使刻透部分裸露出来，并湿法去掉要刻透部分的钝化层，露出要刻透部分的N型单晶硅片(1)；

步骤二十六：采用感应耦合等离子的方法对露出要刻透部分的N型单晶硅片1进行垂直刻蚀，并刻透，使结构完全释放；

步骤二十七：去掉表面上的光刻胶；并使用玻璃(21)对其进行静电封接；

步骤二十八：最后进行划片、封装、压焊、电路调试和性能测试，最终完成。