本發(fā)明涉及半導(dǎo)體芯片制造，具體涉及一種硅基mems三軸加速度傳感器及制作方法。

背景技術(shù)：

1、mems加速度計(jì)是一種利用微納技術(shù)制造的微型加速度傳感器，能夠測量物體在敏感方向的加速度，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。mems加速度計(jì)可分為電容式、壓阻式和諧振式，mems電容式加速度計(jì)按照檢測方式可分為梳齒電容式和平板電容式，一般平板電容式多用于測量z軸的扭擺式結(jié)構(gòu)，mems電容式加速度計(jì)檢測原理主要基于電容效應(yīng)。其核心部分包括一個(gè)可移動(dòng)感應(yīng)質(zhì)量塊和兩個(gè)對(duì)稱的固定電極，他們之間保持微小的間距，當(dāng)感應(yīng)質(zhì)量塊受到力的作用而產(chǎn)生位移，這個(gè)位移量會(huì)改變質(zhì)量塊與固定電極之間的距離，進(jìn)而引起電容值的變化，可以準(zhǔn)確的推導(dǎo)物體的加速度。

2、現(xiàn)有的三軸加速度計(jì)一般由三個(gè)軸向的加速度計(jì)組成，每個(gè)軸向的加速度計(jì)結(jié)構(gòu)獨(dú)立，質(zhì)量塊上分別分布錨點(diǎn)，錨點(diǎn)會(huì)給器件帶來較大的應(yīng)力，此外在進(jìn)行工藝加工時(shí)，三個(gè)軸向的器件排布走線進(jìn)行電學(xué)連接也比較復(fù)雜。一般來講，三只加速度計(jì)會(huì)采用并列排布的方式，使得芯片面積較大。z軸加速度計(jì)大多通過扭擺式實(shí)現(xiàn)，扭擺式加速度計(jì)一般通過直接測量電容的變化來反應(yīng)加速度，靈敏度較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決以上現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種硅基mems三軸加速度傳感器，該器件包括：第一敏感單元、第二敏感單元、第三敏感單元、器件層、錨點(diǎn)、下蓋板以及上蓋板；第一敏感單元、第二敏感單元、第三敏感單元均設(shè)置在器件層，第二軸敏感單元和第三軸敏感單元鑲嵌入第一敏感單元，且三個(gè)敏感單元共用同一個(gè)錨點(diǎn)；所述第一敏感單元用于檢測z軸加速度，所述第二敏感單元用于檢測x軸加速度，所述第三敏感單元用于檢測y軸加速度；采用上蓋板和下蓋板將對(duì)器件層進(jìn)行封裝。

2、一種硅基mems三軸加速度傳感器制作方法，該方法包括：

3、步驟1、獲取玻璃圓片，將玻璃圓片腐蝕出錨點(diǎn)結(jié)構(gòu)和空腔；

4、步驟2、將硅片與玻璃圓片進(jìn)行陽極鍵合；

5、步驟3、在硅片上進(jìn)行drie，刻蝕出器件層敏感結(jié)構(gòu)；

6、步驟4、在器件層錨點(diǎn)沉積金屬；

7、步驟5、取另一張玻璃圓片，進(jìn)行空腔腐蝕；

8、步驟6、在玻璃圓片表面進(jìn)行金屬沉積；

9、步驟7、在玻璃圓片上腐蝕出通孔；

10、步驟8、將玻璃圓片與敏感結(jié)構(gòu)進(jìn)行陽極鍵合，得到加速度傳感器。

11、本發(fā)明的有益效果：

12、(1)本發(fā)明采用三個(gè)傳感單元共用一個(gè)錨點(diǎn)，有效減小器件的應(yīng)力；

13、(2)本發(fā)明直接通過器件層導(dǎo)電，在錨點(diǎn)區(qū)域設(shè)置pad點(diǎn)進(jìn)行外部電學(xué)連接，有效減小電學(xué)走線復(fù)雜程度；

14、(3)本發(fā)明三個(gè)敏感單元均采用差分的方式進(jìn)行加速度測量，可以有效減小測量誤差，保持較好的線性度和靈敏度。

15、(4)本發(fā)明在第二敏感單元和第三敏感單元鑲嵌在第一敏感單元中，有效縮減空間，減小芯片面積。

16、(5)本發(fā)明在通過陽極鍵合的方式實(shí)現(xiàn)工藝加工，加工工藝難度較低，由于溫度低于300℃時(shí)，硅圓片與pyrex7740的熱膨脹系數(shù)基本一致，因此該方式可以有效減小由于材料帶來的應(yīng)力問題。

技術(shù)特征：

1.一種硅基mems三軸加速度傳感器，其特征在于，包括：第一敏感單元、第二敏感單元、第三敏感單元、器件層、錨點(diǎn)、下蓋板以及上蓋板；第一敏感單元、第二敏感單元、第三敏感單元均設(shè)置在器件層，第二軸敏感單元和第三軸敏感單元鑲嵌入第一敏感單元，且三個(gè)敏感單元共用同一個(gè)錨點(diǎn)；所述第一敏感單元用于檢測z軸加速度，所述第二敏感單元用于檢測x軸加速度，所述第三敏感單元用于檢測y軸加速度；采用上蓋板和下蓋板將對(duì)器件層進(jìn)行封裝。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅基mems三軸加速度傳感器，其特征在于，第一敏感單元采用扭擺式加速度計(jì)，包括：第一軸質(zhì)量框、第一軸扭擺梁以及第一軸檢測電極；當(dāng)?shù)谝幻舾袉卧艿絲方向的加速度時(shí)，第一軸扭擺梁帶動(dòng)質(zhì)量框進(jìn)行扭擺，此時(shí)第一軸質(zhì)量框與上方檢測電容的間隙發(fā)生變化，電容值隨加速度發(fā)生改變，檢測到z軸的加速度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅基mems三軸加速度傳感器，其特征在于，第二敏感單元包括第二軸質(zhì)量框、第二軸彈簧梁以及第二軸梳齒檢測電容；當(dāng)傳感器受到x軸加速度時(shí)，第二軸彈簧梁帶動(dòng)第二軸質(zhì)量框向x軸發(fā)生運(yùn)動(dòng)，此時(shí)第二軸梳齒電容之間的間距發(fā)生變化，檢測到x軸的加速度。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種硅基mems三軸加速度傳感器，其特征在于，第二軸梳齒檢測電容分別由第二敏感單元檢測電極動(dòng)梳齒和第二敏感單元檢測電極定梳齒組成，第二敏感單元檢測電極動(dòng)梳齒和第二敏感單元檢測電極定梳齒相互對(duì)應(yīng)，形成第二軸梳齒檢測電容。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種硅基mems三軸加速度傳感器，其特征在于，第二敏感單元檢測電極動(dòng)梳齒和第二敏感單元檢測電極定梳齒均分為上下兩部分，結(jié)構(gòu)排布呈中心對(duì)稱，上下兩部分電容梳齒在受到加速度時(shí)進(jìn)行差分。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅基mems三軸加速度傳感器，其特征在于，第三敏感單元采用梳齒電容式加速度計(jì)，包括第三軸質(zhì)量框、第三軸彈簧梁以及第三軸梳齒檢測電容；當(dāng)傳感器受到y(tǒng)軸加速度時(shí)，第三軸彈簧梁帶動(dòng)第三軸質(zhì)量框向y軸發(fā)生運(yùn)動(dòng)，此時(shí)第三軸梳齒電容之間的間距發(fā)生變化，檢測y軸的加速度。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種硅基mems三軸加速度傳感器，其特征在于，第三軸梳齒檢測電容采用梳齒結(jié)構(gòu)，且分為四部分；右側(cè)上下兩部分電容梳齒和左側(cè)上下兩部分電容輸出在受到加速度時(shí)分別進(jìn)行差分。

8.一種硅基mems三軸加速度傳感器制作方法，該方法用于制作權(quán)利要求1所述的硅基mems三軸加速度傳感器，其特征在于，包括：

9.一種硅基mems三軸加速度傳感器制作方法，其特征在于，硅片厚度為10～30μm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體芯片制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種硅基MEMS三軸加速度傳感器及制作方法，包括：第一敏感單元、第二敏感單元、第三敏感單元、器件層、錨點(diǎn)、下蓋板以及上蓋板；第一敏感單元、第二敏感單元、第三敏感單元均設(shè)置在器件層，第二軸敏感單元和第三軸敏感單元鑲嵌入第一敏感單元，且三個(gè)敏感單元共用同一個(gè)錨點(diǎn)；所述第一敏感單元用于檢測Z軸加速度，所述第二敏感單元用于檢測X軸加速度，所述第三敏感單元用于檢測Y軸加速度；采用上蓋板和下蓋板將對(duì)器件層進(jìn)行封裝；本發(fā)明采用三個(gè)傳感單元共用一個(gè)錨點(diǎn)，有效減小器件的應(yīng)力，有效減小電學(xué)走線復(fù)雜程度。

技術(shù)研發(fā)人員：賈蔓谷,魏貴玲,李寶林,李尚志,蘭芬芬,張祖?zhèn)?br/>受保護(hù)的技術(shù)使用者：中電科芯片技術(shù)（集團(tuán)）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9