[发明专利]一种单轴高冲击加速度传感器及其制造方法

说明书

本发明涉及传感器技术领域，具体是一种单轴高冲击加速度传感器及其制造方法，所述单轴高冲击加速度传感器包括有SOI晶圆衬底、硅梁和惯性质量块，所述SOI晶圆衬底设置有方形槽，所述SOI晶圆衬底上设置有惠斯通电桥，所述惠斯通电桥的桥臂上设置有制作在硅梁上的应变电阻，本发明体积小、灵敏度高、可以承受高载荷，SOI晶圆衬底中间带有氧化层，拓宽单轴高冲击加速度传感器使用的温度范围；解决传统制备工艺PN结因高温而导致器件失效问题，一种单轴高冲击加速度传感器及其制造方法，采用反应离子刻蚀机对压阻区进行光刻，解决现有离子注入方式会产生侧向效应拓宽压阻区面积的问题，采用SOI衬底能够提高单轴高冲击加速度传感器使用寿命。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体是一种单轴高冲击加速度传感器及其制造方法。

背景技术

随着武器智能化程度提高，精确打击武器越来越受到各个国家的重视，高冲击传感器可以使这些武器具有自动识别目标类型的功能，从而在武器爆炸引信中起到至关重要的作用。国外对此研究开展的比较早，已推出各种量程、类型的高冲击加速度传感器。但是高量程的高冲击传感器对我国实施禁运和技术封锁，现有高冲击加速度传感器的类型包括有压阻式、压电式和热对流式，其中压电式加速度传感器的零漂严重，热对流式加速度传感器的温漂现象明显，测量均误差较大，使用压阻式加速度传感器线性度、灵敏度好、量程高，使用较为宽泛，但受温度影响较明显，但是压阻式加速度传感器在温度较高的时候，高温条件下PN结会发生电击穿失效，导致传感器失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单轴高冲击加速度传感器及其制造方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明的技术方案是：一种单轴高冲击加速度传感器，所述单轴高冲击加速度传感器包括有SOI晶圆衬底、硅梁和惯性质量块，所述SOI晶圆衬底设置有用于容纳惯性质量块的方形槽，所述硅梁设置在方形槽的内侧一边，所述SOI晶圆衬底上设置有惠斯通电桥，所述惠斯通电桥的桥臂上设置有制作在硅梁上的应变电阻。

进一步的，所述SOI晶圆衬底包括有氧化层和贴合在氧化层两侧的硅层。

进一步的，所述SOI晶圆衬底的两侧均贴合有玻璃层，SOI晶圆衬底上浇筑有导电树脂，所述玻璃层设置有凹槽，所述凹槽和方形槽封闭形成用于容纳惯性质量块的空腔。

进一步的，进一步的，所述SOI晶圆衬底的侧边设置有若干个用于连接惠斯通电桥的引脚，所述SOI晶圆衬底表面氧化形成SiO2薄膜保护层。

进一步的，一种单轴高冲击加速度传感器的制造方法，包括有以下步骤：

1)首选SOI晶圆衬底，采用RCA清洗工艺，完成清洗备用；

2)将步骤1清洗过后的SOI晶圆衬底放入氧化炉热氧化在衬底表面形成50～500nm厚的SiO₂薄膜保护层；

3)光刻，用反应离子刻蚀机去除SOI晶圆衬底表面的SIO₂以及顶层硅，刻蚀至SOI晶圆中间氧化层，形成若干个用于容纳惠斯通电桥桥臂的压阻区；

4)光刻，用反应离子刻蚀机去除压阻区两端表面的SIO2层；

5)用电子束蒸发机在步骤4加工后的SOI晶圆衬底表面沉积1～10μm厚的金属Al，光刻，用离子束刻蚀机将Al层图形化，以使得所有压阻区连接成惠斯通电桥；

6)将步骤5加工后的半成品放入高温退火炉中400℃～800℃高温退火0.5～3h，形成欧姆接触；

7)用等离子体增强化学的气相沉积法在步骤6样品表面生长0.1μm～1μm厚的Si3N4，光刻，用RIE去除Si3N4膜层中的部分区域，形成若干个与所有引脚一一电性连接的引线区；

8)将步骤7加工后的半成品光刻，ICP刻蚀出方形槽，释放出惯性质量块；