专利汇可以提供一种硅微加速度传感器及制作方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 硅 微 加速 度 传感器 及制作方法,更确切地说涉及一种单片集成直拉直压微梁结构压阻加速度传感器及制作方法。其特征在于:二个直拉直压微梁对称地位于弯曲主 悬臂梁 的两边,使得微梁只有X方向的直拉直压 变形 ,微梁的自由端与 质量 块 相连; 硼 扩散的微梁本身作为压阻敏感 电阻 ;硅 框架 、悬臂梁、可动质量块、微梁以及过保护机构构成的传感器为单片硅形成的整体式结构;悬臂梁、微梁和过载保护结构的制作是同时完成;其中直拉微梁在SOI材料的上层硅上制作,弯曲悬臂梁的质量块等在下层硅衬底上制作,并有中间的 氧 化层形成电阻与结构间的电绝缘。本发明适合各种量程(1~1.6×105g),具有高灵度、高带宽的特点。,下面是一种硅微加速度传感器及制作方法专利的具体信息内容。
1.一种硅微加速度传感器,包括硅框架、悬臂梁、微梁、可动质量块,其 特征在于:
(1)所述的微梁为二个直拉直压微梁,所述的悬臂梁为弯曲主悬臂梁;
(2)所述的二个直拉直压微梁对称地位于所述的弯曲主悬臂梁的两边, 微梁位于质量块边缘使得微梁只有轴向方向的直拉直压变形,即只有X轴方 向的变形处;
(3)微梁的自由端与质量块相连;
(4)硼扩散的微梁本身作为压阻敏感电阻;
(5)硅框架、悬臂梁、可动质量块、微梁以及过保护机构构成的传感器 为单片硅形成的整体式结构。
2.按权利要求1所述的硅微加速度传感器,其特征在于所选的可动质 量块、直拉直压微梁、主悬臂梁三者的结构尺寸与加速度计量程、灵敏度、 频率特性直接相关。
3.按权利要求2所述的硅微加速度传感器,其特征在于可动质量块是 由连接主悬臂梁的矩形部分和连接微梁的长条形两部分组成,即由悬臂梁自 由端以远的质量块和悬臂梁自由端以近的质量块组成。
4.按权利要求2所述的硅微加速度传感器的,其特征在于量程小于10g 小量程,悬臂梁长度为2-3毫米,厚度几百微米,宽度数十微米;微梁长度 50-100微米,宽度3-7毫米,厚度2-5微米。
5、按权利要求2或3所述的硅微加速度传感器,其特征在于量程为1g, 灵敏度为242mv/g,振动频率为339赫兹的振动传感器,悬臂梁长度为3.2 毫米,宽度为60微米,矩形质量块长度为4.8毫米,宽度为4.8毫米,长条型 质量块长度为3.04毫米,宽度为0.64毫米,微梁宽度为3微米,厚度为2微 米,长度为50微米;微梁距悬臂梁轴心243微米;过载保护间隙为3微米, 质量块与悬臂梁间隙为80微米,可动质量块和硅框架间隙为80微米。
6、按权利要求2或3所述的硅微加速度传感器,其特征在于量程为25g 惠斯通半桥输出电压灵敏度为9.0mv/g,自由振动频率为 1673赫兹的传感器,悬臂梁长度为1.7毫米,厚度为530微米,宽度为60 微米;质量块尺寸e1=2.55毫米,d1=2.55毫米,e2=1.615毫米,d2=0.34毫米; 微梁宽6微米,厚4微米,长100微米;微梁位置为距离悬臂梁轴心234微 米处;过载保护间隙为3.2微米,质量块2与悬臂梁间隙为80微米,可动质 量块和硅框架间隙为80微米,其中器件厚度530微米由三部分组成,SOI 硅片基体525微米,中间氧化层1微米,氧化层上硅4微米,单个器件体积 小于11立方毫米,质量小于26毫克。
7、按权利要求2或3所述的硅微加速度传感器,其特征在于以设计量 程1.6×105g,灵敏度为1.5×10-3mv/g,自由振动频率为3.3×105赫兹的传 感器,悬臂梁长度为200微米,厚度为576微米,宽度为60微米;质量块 尺寸e1=300毫米,d1=300毫米,e2=190毫米,d2=40毫米;微梁宽7微米, 厚50微米,长100微米;微梁位置为距离悬臂梁轴心176微米处;过载保 护间隙G11.5微米,质量块2与悬臂梁间隙G2120微米,可动质量块和硅 框架间隙G380微米;其中器件厚度576微米由三部分组成,SOI硅片基体 525微米,中间氧化层1微米,氧化层上硅50微米。
8、一种制作权利要求1所述的硅微加速度传感器的方法,其特征在于 采用SOI单片一体集成的方法,包括(100)SOI硅片的微机械加工技术, 质量块、悬臂梁、微梁和过载保护结构的制作是同时完成;其中直拉微梁在 SOI材料的上层硅上制作,弯曲悬梁和质量块在下层硅衬底上制作,并有中 间的氧化层形成电阻与结构间的电绝缘;用深反应离子刻蚀加工SOI硅片正 面过载保护机构、质量块、悬臂梁和微梁,然后用深反应离子刻蚀从背面刻 透释放出结构;实现SOI硅片的单片集成制作。
9、一种制作权利要求7所述的硅微加速度传感器的方法,其特征在于 具体步骤是:
(1)将(100)SOI硅片上层硅减薄至微梁设计的厚度;
(2)淡硼扩散形成具有压阻效应的敏感电阻,硼扩散浓度1018~1019/cm3, 其方块电阻在100~250欧姆范围内;
(3)使电阻区的两端与外面的金属引线形成欧姆接触的浓硼扩散,其浓 度大于1020/cm3,接触的方块电阻在10欧姆内;
(4)在欧姆接触区刻蚀出引线孔;
(5)在硅片上表面淀积薄膜铝并刻成引线和焊盘;
对深刻蚀图形进行光刻,利用光刻胶作为掩膜层,采用正面深反应离子 刻蚀工艺在SOI硅片的正面加工出单元的正面图形;刻蚀在硅层下的氧化硅 层上自动停止;该步工艺同时精确地形成悬臂梁和质量块的特殊结构和微梁 结构以及过载保护结构;
(6)用光刻胶作为掩膜层,采用正面DRIE工艺在SOI硅片的正面加工 出单元的正面图形;刻蚀在上层硅下面的中间氧化硅层处自动停止;该步工 艺同时精确地形成悬臂梁和质量块的特殊结构、微梁结构和过载保护结构;
(7)用光刻胶保护正面图形,用厚光刻胶作为掩膜层,采用背面DRIE 工艺刻透SOI硅片的下层衬底硅,加工出质量块和悬臂梁的背面图形;刻蚀 在SOI硅片的中间氧化硅层处自动停止,该步工艺类似于(6);
(8)湿法腐蚀掉质量块、悬臂梁、过载保护结构和框架之间的SOI硅片 中间氧化硅层,氧等离子体干法刻蚀掉正面图形保护胶,释放出结构。
本发明涉及一种硅微加速度传感器及制作方法,更确切地说涉及一种单 片集成直拉直压微梁结构的压阻式加速度传感器及制作方法。它适合于制作 各种量程(1g~1.6×105g),具有高灵敏度,高带宽特点的加速度传感器。属 于硅微机械传感器技术领域。
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