[发明专利]一种具有低横向效应的加速度传感器芯片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微加速度传感器芯片技术领域，特别涉及一种具有低横向效应的加速度传感器芯片及其制作方法。

背景技术

早期的硅微加速度计发明于1979年，在那之后MEMS加速度传感器在体加工和表面加工微机械技术优势即低能耗、微型化、低成本的刺激下，在许多商用领域取得了很大的成功。转导机构的多样性允许MEMS加速度传感器在许多应用领域里替代常规传感器。在这些传感器中，压阻式加速度传感器在监测振动中具有重要地位，这种传感器在很多不同传感器配置中都取得了成就，例如悬臂梁—质量块结构、思量结构、双质量块结构。另外最近有两项基于这种结构特性提升的研究成果，例如将应力集中区和悬臂梁质量块相结合结构，在四梁结构中的监测质量块顶端电镀金属层结构。虽然这些提议很有效，但这些附加的操作会导致高成本、低可靠性以及加工中的错误。

传统的压阻式微加速度传感器一般为悬臂梁结构或者双端固支梁结构，悬臂梁结构灵敏度高，但固有频率低、横向灵敏度大；双端固支梁结构固有频率高、横向灵敏度小，但灵敏度低，同时加工出来的器件体积大、性价比不高。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有低横向效应的加速度传感器芯片及其制作方法，该芯片在满足了高灵敏度与低谐振频率要求的同时，还兼具了低量程和高横向效应抵抗能力的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种具有低横向效应的加速度传感器芯片，包括硅质基底1，硅质基底1的背面与硼玻璃5键合，硅质基底1的中心空腔内配置有悬空质量块4，其特征在于：两根相同补充梁3分别与悬空质量块4的一组相对边相连，两根相同敏感梁2则分别与悬空质量块的另一组相对边相连，补充梁3与敏感梁2共同支撑悬空质量块4，使其保持悬空状态，硼玻璃5与悬空质量块4下底面预留有工作间隙；

两根敏感梁2上均匀布置了两根压敏电阻6，四根压敏电阻6通过芯片上的金属引线7相互连接组成半开环惠斯通电桥，电桥的输出端与芯片中的焊盘8相连，四根压敏电阻6按照敏感梁2上的正/负应力分布规律布置，且位于硅晶体相同的晶向上，每一根压敏电阻6均由2-4折的单一压阻条组成。

所述的补充梁3的长度大于敏感梁2，补充梁3的宽度小于敏感梁2，而补充梁3与敏感梁2的厚度相同。

所述的补充梁3、敏感梁2以及悬空质量块4与硅基底1存在着5-10μm的间隙。

所述的金属引线7采用Ti-Pt-Au多层金属引线。

一种具有低横向效应的加速度传感器芯片的制作方法，包括以下步骤：

a)使用体积浓度为49％的HF酸溶液，清洗硅片，硅片为n型，(100)晶面；

b)清洗后脱水烘干，双面涂覆光刻胶，在背面加悬空质量块4减薄掩膜板进行光刻，采用ICP刻蚀，减薄质量块区域的硅，刻蚀深度为2-10μm；

c)清除光刻胶，在900-1200℃环境下进行高温氧化，在硅片上形成SiO2层，再次涂覆光刻胶，用p型压敏电阻版，正面光刻压敏电阻图形，对硅片顶部的器件层注入硼离子，获得p型压敏电阻6；

d)利用p+欧姆接触板，正面光刻形成硼离子重掺杂区，进行硼离子重掺杂，获得低阻的p+欧姆接触区；

e)在传感器正面加传感器引线孔膜板，正面光刻引线孔图形，刻蚀出引线孔，保证压敏电阻6的欧姆连接；

f)加金属引线7、焊盘8掩膜板，正面刻蚀出金属引线7与焊盘8的形状，依次溅射Ti、Pt、Au金属层，形成传感器芯片的金属引线7与焊盘8；

g)利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)在硅片正反两面沉积一层氮化硅，正面氮化硅作为保护层，防止后续工艺破坏前面工艺所得的压敏电阻6、金属引线7和焊盘8，反面氮化硅作为硅湿法腐蚀遮蔽层，在硅背面加背腔腐蚀板，对硅片背面进行光刻得到悬空质量块及其凸角补偿结构的形状，利用TMAH溶液进行各项异性湿法刻蚀，初步形成由敏感梁2，补充梁3和悬空质量块4组成的可动结构；

h)背面光刻去除之前工艺步骤中留下的氮化硅和二氧化硅层，通过阳极键合技术在硅质基底1的背面粘结硼玻璃5；

i)正面图覆光刻胶，利用正面贯穿掩膜板，在硅片正面进行ICP刻蚀，形成传感器芯片可动部件与硅质基底1间的间隙，间隙贯穿整个芯片以释放芯片中的可动结构；

j)正面光刻，去除芯片中焊盘8上覆盖的残余遮蔽层，暴露芯片焊盘，最后经过划片将所设计的具有双梁-补充梁结构加速度传感器芯片从硅片上玻璃得到加速度传感器芯片。