兼有测量压强、温度变化功能的微型硅加速度计及其加工方法
专利汇可以提供兼有测量压强、温度变化功能的微型硅加速度计及其加工方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 为兼有测量压强、 温度 功能的微型 硅 加速 度计 。其既可以测量系统的压强、 环境温度 的变化，还可以测量加速度，本发明还提供了加工方法。其包括单片晶向的硅单晶衬底(1)，在硅衬底(1)的两面 覆盖 有复合膜绝缘层(2)，硅单晶衬底(1) 正面 的二个 悬臂梁 区设置四个热扩散 电阻 (3)，组成惠斯顿电桥，其特征在于：与二个悬臂梁相连接的 质量 区是硅体质量 块 (4)，而在质量块(4)的正表面设置 二 氧 化硅 /PSG/ 多晶硅 / 二氧化硅 /多晶硅的多层结构，其中顶部的多晶硅制作成四个纵向压阻效应的 力 敏电阻(5)，中间多晶硅 薄膜 为压力 传感器 的弹性膜(6)，而PSG以及多晶硅弹性膜下面的磷硅玻璃层形成一个空腔11， 铝 内线连接四个纵向压阻效应的力敏电阻(5)，组成测量压力变化的惠斯顿电桥；而在加速度计的边框上设置 硼 磷区，组成一个n－p－n 三极管 的EB结(7)。，下面是兼有测量压强、温度变化功能的微型硅加速度计及其加工方法专利的具体信息内容。
1、兼有测量压强、温度变化功能的微型硅加速度计，其包括单片晶向的 硅单晶衬底(1)，在硅衬底(1)的两面覆盖有复合膜绝缘层(2)，硅单晶衬 底(1)正面的二个悬臂梁区设置四个热扩散电阻(3)，组成惠斯顿电桥，其特 征在于：与二个悬臂梁相连接的质量区是硅体质量块(4)，而在质量块(4)的 正表面设置二氧化硅/PSG/多晶硅/二氧化硅/多晶硅的多层结构，其中顶部的 多晶硅制作成四个纵向压阻效应的力敏电阻(5)，中间多晶硅薄膜为压力传感 器的弹性膜(6)，而PSG以及多晶硅弹性膜下面的磷硅玻璃层形成一个空腔 11，铝内线连接四个纵向压阻效应的力敏电阻(5)，组成测量压力变化的惠斯 顿电桥；而在加速度计的边框上设置硼磷区，组成一个n-p-n三极管的EB 结(7)。
2、根据权利要求1所述兼有测量压强、温度变化功能的微型硅加速度计， 其特征在于：复合膜绝缘层(2)由二氧化硅和氮化硅组成。
3、根据权利要求1所述兼有测量压强、温度变化功能的微型硅加速度计， 其特征在于：微型硅加速度计的热扩散电阻(3)的材质为热扩散制成单晶硅 电阻。
4、根据权利要求1所述兼有测量压强、温度变化功能的微型硅加速度计， 其特征在于：所述压力传感器的力敏电阻(5)和铝内线的材质为多晶硅。
5、根据权利要求1所述兼有测量压强、温度变化功能的微型硅加速度计， 其特征在于：加速度计的悬臂梁的力敏电阻材质为单晶硅。
6、根据权利要求1所述兼有测量压强、温度变化功能的微型硅加速度计， 其特征在于：压力传感器的弹性膜(6)的材质为多晶硅。
7、兼有测量压强、温度变化功能的微型硅加速度计的加工方法，其特征 在于：其包括以下步骤，
取一片厚度为0.3毫米-1毫米双面抛光晶向的单晶硅作衬底(1)，在衬 底两面先形成双面光刻对准记号，然后继续氧化并在衬底背面氧化出方形开 口(8)，用TMAH腐蚀液腐蚀方形开口(8)中硅表面，深度为5微米-10微米；
在硅衬底的两面覆盖有二氧化硅和氮化硅组成的复合膜绝缘层(2)；
采用氧化、光刻、热扩散平面工艺，在硅片正面的二个悬臂梁区形成四 个热扩散P型电阻(3)和温敏元件n-p-n三极管的EB结(7)；
在质量块区的正表面，形成二氧化硅/PSG/多晶硅/二氧化硅/多晶硅的多 层结构，其中顶部的多晶硅用以制作四个纵向压阻效应的力敏电阻(5)，采 用离子束机注入硼原子，能量100Kev，剂量1.6×1015，使其成为P型电阻层；
在1100度的高温氧化炉内用氮气作保护气体，对硅片进行退火处理0.5 小时，然后通过通干氧-湿氧-干氧时间的调节，使多晶硅表面方块电阻达到 80欧姆-100欧姆左右；
光刻电阻端头形成欧姆电极的引线孔区，然后在引线孔区内进行浓硼扩 散，形成欧姆接触区；
光刻正表面质量块区和悬臂梁区周围的出透区；
背面光刻方形开口(8)和质量块(4)；
套刻电阻端头形成欧姆电极的引线孔区；
采用通过牺牲层技术，掏空多晶硅弹性膜下面的磷硅玻璃层，形成一个 空腔(11)；
正面蒸镀铝膜反刻形成铝内引线，同时封住腐蚀口；
对衬底背面方形开口(8)进行体微机械加工湿法腐蚀，当腐蚀到离表面 50um时，经处理后用DRIE干法刻蚀技术刻蚀在硅片正面质量块区和悬臂梁 区周围的出透区，与背面相通，最后形成本发明。
(一)技术领域
本发明涉及兼有测量压强、温度变化功能的微型硅加速度计，本发明还涉 及微型硅加速度计的加工方法。
(二)背景技术
通常加速度计是一种独立的器件，用以测量加速度。而压力传感器和温敏 元件有做在一起的器件，这样的器件既可以测量系统的压强，又可以测量环境 温度的变化，业内的学者在八五国家重点科技攻关中，申请了微型硅加速度计 项目，完成了国家规定的验收指标，并完成样管几百只。其中二梁、四梁、五 梁各有样管一百多只。并于1988年8月6日申请实用新型专利“双岛-五梁结 构单块硅加速度传感器”，于1990年10月19日授权，专利号：90215390.0， 证书号：第61778号。并在九五国家重点科技攻关中实现了工程化。是国内最 早实现硅微型加速度传感器的单位。但至今为止尚未发现这三种器件一体化的 相关文章和产品，随着信息技术的发展，越来越需要传感器的微型化和多功能 化以及智能化，以适应通讯技术的发展。
(三)发明内容
针对上述问题，本发明提供了兼有测量压强、环境温度功能的微型硅加速 度计，其具有微型化、多功能化以及智能化的优点，既可以测量系统的压强、 环境温度的变化，还可以测量加速度，适应现代通讯技术的发展，为此本发明 还提供了微型硅加速度计的加工方法。
其技术方案是这样的：
兼有测量压强、温度变化功能的微型硅加速度计，其包括单片晶向的硅单 晶衬底1，在硅衬底1的两面覆盖有复合膜绝缘层2，硅单晶衬底1正面的二个 悬臂梁区设置四个热扩散电阻3，组成惠斯顿电桥，其特征在于：与二个悬臂梁 9相连接的质量区是硅体质量块4，而在质量块4的正表面设置二氧化硅/PSG/ 多晶硅/二氧化硅/多晶硅的多层结构，其中顶部的多晶硅制作成四个纵向压阻 效应的力敏电阻5，中间多晶硅薄膜为压力传感器的弹性膜6，而PSG以及多晶 硅弹性膜下面的磷硅玻璃层形成一个空腔11，铝内线连接四个纵向压阻效应的 力敏电阻5，组成测量压力变化的惠斯顿电桥；而在加速度计的边框上设置硼磷 区，组成一个n-p-n三极管的EB结7。
其进一步特征在于：复合膜绝缘层2由二氧化硅和氮化硅组成；微型硅加速 度计的热扩散电阻3的材质为热扩散制成单晶硅电阻；所述压力传感器的力敏 电阻5和内引线的材质为多晶硅；加速度计的悬臂梁的力敏电阻材质为单晶硅； 压力传感器的弹性膜6的材质为多晶硅。
兼有测量压强、环境温度变化功能的微型硅加速度计的加工方法，其特征 在于：其包括以下步骤，
取一片厚度为0.3微米-1毫米双面抛光晶向的单晶硅作衬底1，在衬底两 面先形成双面光刻对准记号，然后继续氧化并在衬底背面氧化出方形开口8，用 TMAH腐蚀液腐蚀方形开口8中硅表面，深度为5微米-10微米；
在硅衬底的两面覆盖有二氧化硅和氮化硅组成的复合膜绝缘层2；
采用氧化、光刻、热扩散平面工艺，在硅片正面的二个悬臂梁区形成四个 热扩散P型电阻3和温敏元件n-p-n三极管的EB结7；
在质量块区的正表面，形成二氧化硅/PSG/多晶硅/二氧化硅/多晶硅的多层 结构，其中顶部的多晶硅用以制作四个纵向压阻效应的力敏电阻5，采用离子束 机注入硼原子，能量100Kev，剂量1.6×1015，使其成为P型电阻层；
在1100度的高温氧化炉内用氮气作保护气体，对硅片进行退火处理0.5小 时，然后通过通干氧-湿氧-干氧时间的调节，使多晶硅表面方块电阻达到80欧 姆-100欧姆左右；
光刻电阻端头形成欧姆电极的引线孔区，然后在引线孔区内进行浓硼扩散， 形成欧姆接触区；
光刻正表面质量块区和悬臂梁区周围的穿透区10；
背面光刻方形开口8和质量块4；
套刻电阻端头形成欧姆电极的引线孔区；
采用通过牺牲层技术，掏空多晶硅弹性膜下面的磷硅玻璃层，形成一个空 腔11；
正面蒸镀铝膜反刻形成铝内引线，同时封住腐蚀口；
对衬底背面方形开口8进行体微机械加工湿法腐蚀，当腐蚀到离表面50um 时，经处理后用DRIE干法刻蚀技术刻蚀在硅片正面质量块区和悬臂梁区周围的 出透区，与背面相通，最后形成本发明。
通过上述工艺制作的本发明，质量块作加速度运动时，与质量块相连接的 二个悬臂梁区上的四个力敏电阻受到横向和纵向的压阻效应，使二个电阻变大， 二个电阻变小，造成桥路的不平衡。根据牛顿第二定律：f＝ma(其中f为悬臂梁 区受到质量块运动时的压应力或涨应力；m是质量块的质量大小；a是质量块作 加速运动时的加速度量值)，从而在惠斯顿电桥的输出端产生一个与加速度成正 比的电信号；而在质量块的正表面形成二氧化硅/PSG/多晶硅/二氧化硅/多晶硅 的多层结构，其中顶部的多晶硅用以制作四个纵向压阻效应的力敏电阻，中间 多晶硅薄膜是作为压力传感器的弹性膜，通过铝内线连接四个纵向压阻效应的 多晶硅力敏电阻，组成另一个测量压力变化的惠斯顿电桥；而由于EB结是随温 度变化的热敏元件，当环境温度升高摄氏1度时，EB结的正向压降就会降低2 毫伏，从而得到与环境温度相关的电信号输出，三种不同物理量(加速度G、压 强P、温度T)可以同时测量，实现了微型硅加速度计向微型化和多功能化以及 智能化方向发展。
(四)附图说明
图1为本发明俯视的结构示意图；
图2为本发明主视的结构示意图；
图3为本发明的加工流程框图。
(五)具体实施方式
见图1、图2、图3，本发明包括单片晶向的硅单晶衬底1，在硅衬底1的 两面覆盖有复合膜绝缘层2，复合膜绝缘层2由二氧化硅和氮化硅组成；硅单晶 衬底1正面的二个悬臂梁区设置四个热扩散电阻3，组成惠斯顿电桥，与二个悬 臂梁相连接的质量区是硅体质量块4，而在质量块4的正表面设置二氧化硅/PSG/ 多晶硅/二氧化硅/多晶硅的多层结构，其中顶部的多晶硅制作成四个纵向压阻 效应的力敏电阻5，中间多晶硅薄膜为压力传感器的弹性膜6，而PSG以及多晶 硅弹性膜下面的磷硅玻璃层形成一个空腔11，铝内线连接四个纵向压阻效应的 力敏电阻5，组成测量压力变化的惠斯顿电桥；而在加速度计的边框上设置硼磷 区，组成一个n-p-n三极管的EB结7。微型硅加速度计的热扩散电阻3的材质 为热扩散制成单晶硅电阻；压力传感器的力敏电阻5和内引线的材质为多晶硅； 加速度计的悬臂梁的力敏电阻材质为单晶硅；压力传感器的弹性膜6的材质为 多晶硅。
兼有测量压强、环境温度变化功能的微型硅加速度计的加工方法，其包括 以下步骤，
取一片厚度为0.3毫米-1毫米双面抛光晶向的单晶硅作衬底1，采用常规 的氧化光刻工艺，在衬底两面先形成双面光刻对准记号，然后继续氧化并在衬 底背面氧化出方形开口8，用TMAH腐蚀液腐蚀方形开口8中硅表面，深度为5 微米-10微米；
在硅衬底的两面覆盖有二氧化硅和氮化硅组成的复合膜绝缘层2；
采用氧化、光刻、热扩散平面工艺，在硅片正面的二个悬臂梁区形成四个 热扩散P型电阻3和温敏元件n-p-n三极管的EB结7；
在质量块区的正表面，形成二氧化硅/PSG/多晶硅/二氧化硅/多晶硅的多层 结构，其中顶部的多晶硅用以制作四个纵向压阻效应的力敏电阻5，采用离子束 机注入硼原子，能量100Kev，剂量1.6×1015，使其成为P型电阻层；
在1100度的高温氧化炉内用氮气作保护气体，对硅片进行退火处理0.5小 时，然后通过通干氧-湿氧-干氧时间的调节，使多晶硅表面方块电阻达到80欧 姆-100欧姆左右；
光刻电阻端头形成欧姆电极的引线孔区，然后在引线孔区内进行浓硼扩散， 形成欧姆接触区；
光刻正表面质量块区和悬臂梁区周围的穿透区10；
背面光刻方形开口8和质量块4；
套刻电阻端头形成欧姆电极的引线孔区；
采用通过牺牲层技术，掏空多晶硅弹性膜下面的磷硅玻璃层，形成一个空 腔11；
正面蒸镀铝膜反刻形成铝内引线，同时封住腐蚀口；
对衬底背面方形开口8进行体微机械加工湿法腐蚀，当腐蚀到离表面50um 时，经处理后用DRIE干法刻蚀技术刻蚀在硅片正面质量块区和悬臂梁区周围的 出透区，与背面相通。最后形成本发明。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种三维石英微机械结构表面电极的加工方法 | 2020-05-12 | 950 |
| 用于加工用于控制流体流的部件的方法以及按该方法加工的部件 | 2020-05-18 | 344 |
| 一种微机械万向开关的制造方法 | 2020-05-17 | 938 |
| 一种基于表面微机械加工的绝对压力传感器芯片及制作方法 | 2020-05-13 | 506 |
| 微机械陀螺仪组合的测试工装和交叉耦合的快速调整方法 | 2020-05-19 | 573 |
| 一种增强型偏转电容式表面微机械加工残余应力测试结构 | 2020-05-13 | 161 |
| 一种增强型偏转电容式表面微机械加工残余应力测试结构 | 2020-05-13 | 567 |
| 微型电磁式能量采集器及制备方法 | 2020-05-15 | 473 |
| 制造微加工电容式超声传感器的表面微机械工艺 | 2020-05-14 | 111 |
| 带有无机绝缘的微机械的继电器 | 2020-05-18 | 812 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
