一种基于热对流原理的微机械加速度传感器   0    0

本发明涉及一种基于热对流原理的微机械加速度传感器的设计及其制作方法。本发明所涉及的热对流式微机械加速度传感器没有在硅片上开孔形成腔结构，而是通过BCB键合胶把玻璃盖板和硅片键合来形成密闭空腔，并且在所述的第一基底上制作了一层聚酰亚胺膜来防止热量散失，保证热气团更好地发挥作用和降低功耗，另外聚酰亚胺膜也可以防止铂电极漏电，这种设计使工艺过程变得简单而且制作出来的传感器结构更稳定，可靠性高，性能也更好。

1.基于热对流原理的微机械加速度传感器，其特征在于：
包括第一基板及其上表面的聚酰亚胺膜、参考区氧化铝薄膜；
制作在膜上的铂电阻、制作在膜上与铂电阻相连接用以接入接出信号的金互连线；
制作在整个芯片上的最外层氮化硅保护层；
与第一基板的硅片键合在一起的玻璃盖板；
所述的铂电阻一共四部分，包括：
一个加热电阻；
两个完全相同的传感电阻，对称放置于加热电阻的两边，形成差分放大；
一个参考电阻；
所有铂电阻均为“S”形布置；
其中具有隔热绝缘特性的聚酰亚胺膜来防止热量散失使热气团更好地发挥作用和降低功耗；用BCB键合胶来对玻璃盖板与硅片进行键合，从而形成一个密闭的空腔；
所述参考电阻制作于参考区的氧化铝薄膜之上，且参考电阻的阻值与加热电阻的阻值成一定的比例关系，通过与外接电路的配合来实现对器件工作温度的控制和调节；
加热电阻对密闭空腔中的空气进行加热后，在没有加速度的情况下，密闭腔中的空气进行自然对流，温度场保持恒定，对称放置在加热电阻两边的传感电阻感知到的温度场是相同的，相应的电阻值也相等，再通过外接电路，两边输出的电压值相同，外接检测电路的差分放大器输出为0；
当对传感器施加某一敏感方向的加速度时，温度场的平衡被打破，温度场的改变将使两边传感电阻的电阻值大小发生改变，这样，通过外接检测电路就可测量出一个差分信号，进而测出加速度；
该微机械加速度传感器采用以下方式制作：
步骤1、选用单抛的低阻硅片作为第一基板，在低阻硅片的抛光面形成聚酰亚胺膜，并亚胺化；
步骤2、结合第一掩膜版，用光刻胶作为掩膜，使用离子刻蚀RIE刻蚀聚酰亚胺膜，并利用剥离工艺做出参考区；
步骤3、结合第一掩膜版，用光刻胶作为掩膜，曝光、显影后使用光学镀膜机做氧化铝，采用温度100摄氏度，并利用剥离工艺将不需要的氧化铝去除，形成氧化铝参考区；
步骤4、结合第二掩膜版，用光刻胶做掩膜，使用磁控溅射机溅射铂，溅射铂之前先溅射一层铬或钛来增加铂和基底的粘附性，然后用剥离工艺将不需要的铬铂或钛去除，形成铂电阻；
步骤5、用磁控溅射机在整个表面溅射一层20～500纳米的铬或钛，再在铬或钛上溅射一层20～500纳米的金，然后结合第三掩膜版，用光刻胶作为掩膜，曝光、显影成后放入电镀液中通电，进行金的电镀，到达需要的厚度之后取出，去胶，然后用IBE刻蚀机在已做好结构的一面整片刻蚀掉40～1000纳米厚度的金属层，形成金互连线；
步骤6、用PECVD在已做好结构的第一基板上沉积氮化硅，形成氮化硅薄膜，即保护层；
步骤7、结合第三掩膜版，用光刻胶作为掩膜，曝光、显影后使用RIE离子刻蚀进行氮化硅的刻蚀，去胶后在金互连线端点处形成引线区，涂覆光敏性的BCB键合胶，然后结合第五掩膜版，曝光、显影后形成图形化了的BCB键合胶，得到键合区；
步骤8、将玻璃盖板与硅片通过BCB键合胶11键合在一起形成密闭空腔，并进行BCB胶的固化。

2.根据权利要求1所述的微机械加速度传感器，其特征在于：所述的聚酰亚胺薄膜厚度为2～200微米。

3.根据权利要求1所述的微机械加速度传感器，其特征在于：所述的参考区是在聚酰亚胺薄膜上刻蚀形成的一个长方体凹槽，凹槽的长度30～3000微米、宽度20～2000微米、深度
2～200微米，所述的氧化铝薄膜填满参考区且上表面平整并与其它平面形成同一平面。

4.根据权利要求1所述的微机械加速度传感器，其特征在于：所述加热电阻，长度20～
6000微米，宽度1～100微米，厚度0.1～10微米；两个传感电阻长、宽、厚度和形状均相同，均为长度20～6000微米，宽度1～100微米，厚度0.1～10微米；一个参考电阻，长度20～20000微米，宽度1～100微米，厚度0.1～10微米。

5.根据权利要求1所述的微机械加速度传感器，其特征在于：所述的金互连线主体部分宽度100～2000微米，厚度1～10微米。

6.根据权利要求1所述的微机械加速度传感器，其特征在于：所述的氮化硅保护层厚度
0.3～3微米，在金互连线的端点处有边长为100～2000微米的正方形开孔，作为键合区，用以封装时接引线。