[实用新型]压阻式高固有频率MEMS加速度敏感芯片有效
申请号: | 201420695745.X | 申请日: | 2014-11-19 |
公开(公告)号: | CN204241503U | 公开(公告)日: | 2015-04-01 |
发明(设计)人: | 揣荣岩;代全;王健;张晓民;衣畅 | 申请(专利权)人: | 沈阳工业大学 |
主分类号: | G01P15/12 | 分类号: | G01P15/12;B81B3/00;B81C1/00 |
代理公司: | 沈阳智龙专利事务所(普通合伙) 21115 | 代理人: | 宋铁军;周楠 |
地址: | 110870 辽宁省沈*** | 国省代码: | 辽宁;21 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 压阻式高 固有频率 mems 加速度 敏感 芯片 | ||
技术领域
本实用新型主要涉及一种压阻式高固有频率MEMS加速度敏感芯片及其制造方法,该芯片对Z轴方向加速度灵敏,对X轴和Y轴方向不敏感,属于微机电系统(MEMS)领域。
背景技术
MEMS技术近年来的迅猛发展,使得压阻式加速度传感器有着巨大的潜力和广阔的研究平台。压阻式加速度传感器凭借着其价格低廉、测量精准以及易于集成化批量生产等优点,在微加速度传感器领域中占据着重要地位,在航天、交通、石化、汽车等领域有着广泛的应用。
目前的主流压阻式加速度传感器工艺分为两种:体硅微机械工艺和表面微机械工艺。体硅微机械工艺所使用的工艺手段通常是使用各种腐蚀液对硅片进行腐蚀,比如将硅片整体放入到腐蚀液中或者将腐蚀液喷淋在硅片上,这种工艺手段通常是对硅片进行立体式的腐蚀作用,对结构的释放过程大都基于整个硅片的厚度。还有一种体硅微机械工艺技术是通过深反应离子刻蚀工艺技术来实现结构的立体式设计,这种方法工艺成熟,操作简单。表面微机械工艺中通常使用的工艺手段则是在硅片表面对硅片进行多次的淀积和刻蚀成形,并结合牺牲层技术,形成所需的结构。
体硅MEMS工艺制作的加速度传感器通常为悬臂梁式,是利用碱性溶液对单晶硅腐蚀的各向异性的特点来形成质量块以及悬臂梁结构,其特点是操作简单、工艺成熟以及设备简单等,还可以将深反应离子刻蚀技术加入到体硅加工过程中,从而使结构的释放过程更简单。表面微机械工艺制作的加速度传感器通常是通过薄膜技术以及牺牲层技术来形成质量块以及敏感梁结构,其特点是易于集成化和小型化。
当前压阻式MEMS加速度传感器普遍存在以下问题:
(1)传感器的灵敏度与固有频率相互制约,即结构灵敏度的提高,必然伴随着弹性结构劲度系数的降低,从而导致了结构固有频率的降低。
(2)大多数压阻式加速度传感器的应变电阻由单晶硅材料制作,温度系数较大,一般采用pn结隔离不适合在高温下工作。
本结构芯片中应变电阻采用多晶硅纳米薄膜电阻,多晶硅纳米薄膜是指膜厚接近以或小于100纳米的多晶硅膜,在实验中发现它有极佳的压阻特性和良好的温度特性。
本实用新型是基于以上现状产生的。
发明内容
发明目的:
本实用新型是一种压阻式高固有频率MEMS加速度敏感芯片及其制造方法,目的是在保证传感器灵敏度的前提下,提高传感器的固有频率和过载能力,改善传感器的温度特性,拓宽传感器工作温度范围。
技术方案:
一种压阻式高固有频率MEMS加速度敏感芯片,该芯片主要包括硅基框架、主梁、微梁和质量块,其特征在于:质量块通过主梁和微梁与硅基框架相连;质量块一端设置有微梁,微梁上设有应变电阻,质量块另一端设置有对称的两个主梁,主梁一端与质量块相连,另一端与硅基框架相连,应变电阻通过金属导线连接成惠斯通电桥。
主梁的劲度系数远大于微梁的劲度系数(通常大几十到上千倍)。
应变电阻为多晶硅纳米膜电阻。
优点及效果:
本实用新型有如下优点及有益效果:
本实用新型所述的这种压阻式高固有频率MEMS加速度敏感芯片及其制造方法,在保证传感器灵敏度的前提下,提高了传感器的固有频率和过载能力,改善了传感器的温度特性,拓宽传感器工作温度范围。
附图说明:
图1是本实用新型芯片俯视示意图以及微梁上电阻的分布示意图;
图2是本实用新型芯片纵向剖面示意图(切面经过微梁上的应变电阻);
图3是本实用新型芯片形成质量块厚度工艺的纵向剖面示意图;
图4是本实用新型芯片形成多晶硅结构层工艺的纵向剖面示意图;
图5是本实用新型芯片形成多晶硅纳米薄膜电阻工艺的纵向剖面示意图;
图6是本实用新型芯片形成引线孔和金属导线工艺的纵向剖面示意图;
图7是本实用新型芯片形成钝化层和正面图形工艺的纵向剖面示意图;
图8是本实用新型芯片形成钝化层和正面图形工艺的俯视示意图;
图9是本实用新型芯片的另一种结构俯视示意图;
图10是本实用新型芯片的又一种结构俯视示意图。
附图标记说明:
1. 硅基框架,2. 主梁,3. 微梁,4. 质量块,5. 应变电阻,6. 金属导线。
具体实施方式:
本实用新型设计原理如下:
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