[发明专利]压阻式单片集成三轴加速度传感器及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压阻式加速度传感器领域。

背景技术

常见的微加速度计产品以单轴为主，而微惯性系统以及其他一些应用场合往往需要双轴或者三轴的加速度计来检测加速度矢量，为满足多轴检测的需要，目前通常使用三个单轴加速度计组合使用，因而会导致矢量测量精度低、可靠性差、质心不重合、体积大的缺点。已有一些文献报道开发的多轴微加速度计器件，使用压电原理设计的三轴加速度计，存在精度低、稳定性差的弱点；使用电容原理设计的三轴加速度计存在信号处理困难，与COMS工艺兼容性差的缺点。

发明内容

本发明为了解决目前使用多种原理所设计出的三轴加速度计在测量时都存在的矢量测量精度低、可靠性差、质心不重合、体积大的缺点，而提出了一种压阻式单片集成三轴加速度传感器及制造方法。

本发明的压阻式单片集成三轴加速度传感器是由一块芯片集成，芯片划分为固支框区、电路区和传感区；传感区由第一质量块、第二质量块、第一中间梁、第二中间梁、第一至第四L型敏感梁和第一至第十二压敏电阻组成；第一质量块和第二质量块沿传感区的纵向中轴线对称设置，第一质量块与第二质量块之间的两个侧面通过两个第一中间梁和第二中间梁连接，第一质量块与第二质量块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型敏感梁的一端分别连接在第一质量块与第二质量块的侧表面上，第一至第四L型敏感梁至相对于传感区M的横向中轴线和纵向中轴线对称设置，第一L型敏感梁的另一端上设置并排有第一压敏电阻和第二压敏电阻；第二L型敏感梁的另一端上设置并排有第三压敏电阻和第四压敏电阻；第三L型敏感梁的另一端上设置并排有第五压敏电阻和第六压敏电阻；第四L型敏感梁的另一端上设置并排有第七压敏电阻和第八压敏电阻；第一中间梁上设置有第九压敏电阻和第十压敏电阻，第十压敏电阻垂直于第九压敏电阻形成T字形，T字形的横边位于第一中间梁的外边缘；第二中间梁上设置有第十一压敏电阻和第十二压敏电阻，第十二压敏电阻垂直于第十一压敏电阻形成T字形，T字形的横边位于第二中间梁的外边缘；第一质量块、第二质量块、第一中间梁、第二中间梁和第一至第四L型敏感梁的上表面位于同一水平面，第一中间梁、第二中间梁和第一至第四L型敏感梁的厚度为20～40微米，第一中间梁、第二中间梁和第一至第四L型敏感梁厚度小于第一质量块和第二质量块的厚度，厚度差值为370～380微米；第一质量块和第二质量块的厚度小于固支框区和电路区的厚度，厚度差值为10～20微米。

本发明的压阻式单片集成三轴加速度传感器制造的步骤如下：

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

步骤二：根据电路图在电路区内对上层二氧化硅层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型单晶硅片注入剂量为4e14～6e14、注入能量为80kev的硼，形成阱区；

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

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和氮化硅层，再在P管场区与N管场区四周生长场氧，并且在P管场区与N管场区内生长栅氧；

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；

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；将压敏电阻区域和P管场区以外的区域用光刻胶覆盖，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；