[发明专利]高输出稳定性的压阻式三轴加速度计

说明书

技术领域

本发明涉及MEMS传感器中的压阻式加速度计领域，具体为一种高输出稳定性压阻式加速度计的结构设计及工艺实现方法。

背景技术

压阻效应是指当半导体受到应力作用时，由于应力引起能带的变化，能谷的能量移动，使其电阻率发生变化的现象。由于P型压敏电阻的压阻系数大于N型压敏电阻的压阻系数，所以基于压阻效应的MEMS传感器一般是在N型衬底上通过离子注入硼元素得到P型压敏电阻，以实现相同条件下传感器的较高灵敏度。当P型压敏电阻接入供电电压时，P型压敏电阻条与周围的N型硅衬底形成PN结正偏，会造成一定程度的露电，导致压敏电阻的输出不稳定。

本发明正是基于以上问题提出了一种高输出稳定性的压阻式八梁三轴加速度计结构及工艺实现方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，而提供一种高输出稳定性的压阻式八梁三轴加速度计的结构与工艺实现方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高输出稳定性的压阻式三轴加速度计，包括SOI基片，所述SOI基片由中部敏感质量块、八个矩形梁和回形边框组成，所述敏感质量块每边通过两个平行的矩形梁与回形边框连接；每个矩形梁上在靠近中心质量块和回形边框的一端各有一个压敏电阻，每个压敏电阻通过金属引线与位于回形边框上的焊盘电气连接。

所述SOI基片的器件层与一图形化的玻璃片键合，SOI基片的衬底层与一玻璃片键合。

每个压敏电阻的四周区域离子注入磷元素形成相互连接的N+重掺杂区域后通过金属引线与位于回形边框上的焊盘电气连接；加速度计工作时N+重掺杂区域接入不低于惠斯通电桥供电电压的电势。

本发明设计的高输出稳定性的压阻式八梁三轴加速度计，在制作过程中先在压敏电阻条四周进行离子注入形成N+重掺杂区域，加速度计工作时N+重掺杂区域接入不低于惠斯通电桥供电电压的电势，使P型压敏电阻条与N型硅衬底形成PN结反偏，防止露电，达到压敏电阻高稳定性输出的目的。为了验证本发明专利的可行性，对衬底加反偏电压和不加反偏电压进行了实验。实验时用恒流源给惠斯通电桥供电，电流大小为0.5mA。衬底有反偏电压时，反偏电压为5V，实验结果如图4可知，当衬底反偏时可以大大提高输出的稳定性。

本发明设计合理，具有结构简单、工艺可行性高以及成本低的特点，具有较好的市场应用价值。

附图说明

图1表示加速度计侧视图。

图2表示SOI基片正视图。

图3表示N+重掺杂区域及部分放大示意图。

图4表示对衬底加反偏电压和不加反偏电压进行实验结果示意图。

图中：1-SOI基片，2-玻璃片，3-焊盘，4-质量块，5-矩形梁，6-回形边框，7-压敏电阻条，8-P+重掺杂区域，9-N+重掺杂区域，10-金属引线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

一种高输出稳定性的压阻式三轴加速度计，如图1所示，包括SOI基片，SOI基片1的器件层与一图形化的玻璃片2键合，SOI基片1的衬底层与一玻璃片2键合，达到了调节加速度计阻尼比和抗过载的目的。

如图2所示，SOI基片包括中心质量块4、八个矩形梁5和回形边框6，其中，中心质量块4四边的器件层通过两个矩形梁5与回形边框6一体连接，即质量块4右边通过右上梁和右下梁与回形边框连接、其上边通过上左梁和上右梁与回形边框连接、其左边通过左上梁和左下梁与回形边框连接、其下边通过下左梁和下右梁与回形边框连接，中心质量块4通过八个矩形梁5悬挂在回形边框6上。每个矩形梁5上在靠近中心质量块4和回形边框6的一端各有一个压敏电阻7，每个压敏电阻7通过金属引线10与位于回形边框6上的焊盘3电气连接。

如图3所示，本发明通过在压敏电阻7四周区域离子注入磷元素形成相互连接N+重掺杂区域9，即在每个压敏电阻7四周形成N+重掺杂区域后相互连接起来。加速度计工作时N+重掺杂区域9接入不低于惠斯通电桥供电电压的电势，使压敏电阻7形成PN结反偏，阻止电流的泄露，从而实现了压阻式加速度计的高输出稳定性。

具体工艺实现包括以下步骤：

1）、备片：选择4寸SOI片（作为基片）和4英寸玻璃片（作为盖板），SOI片器件层的厚度15μm，晶向<100>，电阻率为3-5 Ohm.cm，埋氧层的厚度为500nm，衬底层的厚度为380μm，玻璃片的厚度为300μm。

2）、对SOI片进行热氧，厚度为500nm；