一种高过载扭摆式硅微加速度计及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高过载扭摆式硅微加速度计及其制备方法，本发明专利技术的高过载扭摆式硅微加速度计包括SOI电极结构层和硅敏感结构，SOI电极结构层上设有三个静电电容区域及对应的引线盘，硅敏感结构包括质量块及其中部刻蚀形成的键合块和支撑梁，质量块两侧质量不同且与三个静电电容区域相对间隙布置形成平面电容结构，键合块通过支撑梁与质量块相连，键合块与SOI电极结构层之间通过键合锚点键合连接使得键合块与SOI电极结构层两者的键合平面悬空布置。本发明专利技术能极大程度减小晶圆级键合应力，提高硅微加速度计抗过载能力，保障了产品的使用寿命和长期可靠性，能提高硅敏感结构与电极层之间键合平整度，改善电容间隙一致性，加工精度更高。精度更高。精度更高。

【技术实现步骤摘要】
一种高过载扭摆式硅微加速度计及其制备方法


[0001]本专利技术涉及硅微传感器技术，具体涉及一种高过载扭摆式硅微加速度计及其制备方法。

技术介绍

[0002]MEMS硅微加速度计主要利用微机械表面加工工艺技术制作而成，其具有体积小、成本低、可大批量加工等优势；在惯性导航、战术导弹、航空航天等军用领域，轨道交通、无人机、风力发电等工业领域，生物医疗、汽车电子等商业领域等方面都有着广阔的应用前景空间。随着MEMS硅微加速度计市场化，对硅微加速度计产品可靠性要求越来越高，比如抗过载能力、大量程要求。但是，目前国产成熟量产MEMS硅微加速度计普遍抗过载能力不足10000g，很难满足制导炸药和轨道交通振动加速度传感要求。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种高过载扭摆式硅微加速度计及其制备方法，本专利技术能极大程度减小晶圆级键合应力，提高硅微加速度计抗过载能力，保障了产品的使用寿命和长期可靠性，能提高硅敏感结构与电极层之间键合平整度，改善电容间隙一致性，加工精度更高
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]本专利技术提供一种高过载扭摆式硅微加速度计，包括SO I电极结构层和硅敏感结构，所述SO I电极结构层上设有三个静电电容区域及其对应的引线盘，所述硅敏感结构包括质量块以及质量块的中部刻蚀形成的键合块和支撑梁，所述质量块两侧质量不同且与三个静电电容区域相对间隙布置形成平面电容结构，所述键合块通过支撑梁与质量块相连，所述键合块与SO I电极结构层之间通过键合锚点键合连接使得键合块与SO I电极结构层两者的键合平面悬空布置。
[0006]可选地，所述质量块的中部设有两个采用刻蚀工艺形成的、贯穿的开口槽，两个开口槽的开口互相相对布置使得开口槽的内部区域和开口相对的中间连接部分形成键合块，且两个开口槽两侧的开口边缘之间分别形成一根支撑梁，且两侧的支撑梁对称布置。
[0007]可选地，所述两侧的支撑梁相对三个静电电容区域的中心轴线对称布置，且两根支撑梁的轴线与三个静电电容区域的中心轴线垂直。
[0008]可选地，所述SO I电极结构层的中部设有凸出布置的多个第一键合锚点，所述键合块的中部设有凸出布置的多个第二键合锚点，所述第一键合锚点和第二键合锚点一一对应且键合连接使得键合块与SO I电极结构层两者的键合平面悬空布置，且所述硅敏感结构的中心与SO I电极结构层上多个第一键合锚点的中心点对齐。
[0009]可选地，所述第一键合锚点设于三个静电电容区域之中位于中间的静电电容区域的表面上，且第一键合锚点的高度高于三个静电电容区域。
[0010]可选地，所述SO I电极结构层的三个静电电容区域对应的引线盘中，位于中间的
静电电容区域对应的引线盘作为接地电极，位于两端的静电电容区域对应的引线盘作为检测电极。
[0011]可选地，所述第一键合锚点和第二键合锚点的数量均为四个，且四个第二键合锚点关于质量块的中心轴对称分布，四个第一键合锚点关于SO I电极结构层上三个静电电容区域的中心轴线对称分布。
[0012]可选地，所述SO I电极结构层的中部设有凸出布置的多个第一键合锚点，所述键合块分别与多个第一键合锚点键合连接使得键合块与SO I电极结构层两者的键合平面悬空布置。
[0013]可选地，所述键合块的中部设有凸出布置的多个第二键合锚点，所述键合块通过第二键合锚点分别与SO I电极结构层键合连接使得键合块与SO I电极结构层两者的键合平面悬空布置。
[0014]本专利技术还提供一种前述的高过载扭摆式硅微加速度计的制备方法，包括：
[0015]a)准备加工用的第一张SO I硅晶圆和第二张SO I晶圆；
[0016]b)在第一张SO I硅晶圆上,通过深硅刻蚀工艺加工SO I电极结构层和硅敏感结构之间平面电容结构的电容间隙；
[0017]c)在第一张SO I晶圆上，继续通过光刻工艺和深硅刻蚀工艺加工SO I电极结构层的三个静电电容区域；
[0018]d)在第一张SO I晶圆上，继续通过光刻工艺和深硅刻蚀工艺在三个静电电容区域中位于中间的静电电容区域上刻蚀出第一键合锚点；
[0019]e)在第一张SO I晶圆上，外延生产一层二氧化硅层；
[0020]f)在第一张SO I晶圆上，通过光刻工艺和湿法刻蚀工艺将第一张SO I晶圆上的SO I电极结构层表面二氧化硅层去除；
[0021]g)通过键合方式将已加工好SO I电极结构层结构的第一张SO I晶圆与第二张SO I晶圆键合到一起；
[0022]h)通过减抛方法将第二张SO I晶圆背面的硅层去除；
[0023]i)在键合后的第二张SO I晶圆上，通过光刻工艺将质量块上一侧的凹槽对应区域二氧化硅氧化层降低指定的深度；
[0024]j)在键合后的第二张SO I晶圆上，通过光刻工艺和湿法刻蚀工艺将硅敏感结构的图形加工出来；
[0025]k)在键合后的第二张SO I晶圆上，通过深硅刻蚀工艺将硅敏感结构的图形刻蚀指定深度；
[0026]l)在键合后的第二张SO I晶圆上，通过湿法刻蚀工艺将质量块上凹槽对应区域二氧化硅全部去除；
[0027]m)在键合后的第二张SO I晶圆上，继续采用深硅刻蚀工艺，将支撑梁和硅敏感结构的外框全部刻穿形成开口槽，将质量块上的凹槽刻蚀到指定深度使得质量块两侧质量大小不同；
[0028]n)在键合后的第二张SO I晶圆上，继续采用深硅刻蚀工艺将表面的二氧化硅层去除。
[0029]和现有技术相比，本专利技术主要具有下述优点：
[0030]1、本专利技术硅敏感结构包括质量块以及质量块的中部刻蚀形成的键合块和支撑梁，且键合块与SO I电极结构层之间通过键合锚点键合连接使得键合块与SO I电极结构层两者的键合平面悬空布置，通过上述巧妙设计键合锚点布局，由于键合连接具有低应力的优点，避免了键合锚点与支撑梁处直接键合应力生成，极大程度减小晶圆级键合应力；且由于各个将键合平面悬空处理，在高过载情况下键合平面向下变形起到缓冲的作用，从而可以提高敏感结构的抗冲击能力，可有效提高硅微加速度计抗过载能力，有效保障了产品的使用寿命和长期可靠性。
[0031]2、本专利技术硅敏感结构包括质量块以及质量块的中部刻蚀形成的键合块和支撑梁，且键合块与SOI电极结构层之间通过键合锚点键合连接使得键合块与SOI电极结构层两者的键合平面悬空布置，通过上述巧妙设计键合锚点布局，较大程度上提高了硅敏感结构与SOI电极结构层之间键合平整度，从而改善电容间隙一致性，加工精度更高。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高过载扭摆式硅微加速度计，其特征在于，包括SOI电极结构层(1)和硅敏感结构(2)，所述SOI电极结构层(1)上设有三个静电电容区域(11)及其对应的引线盘(12)，所述硅敏感结构(2)包括质量块(21)以及质量块(21)的中部刻蚀形成的键合块(22)和支撑梁(23)，所述质量块(21)两侧质量不同且与三个静电电容区域(11)相对间隙布置形成平面电容结构，所述键合块(22)通过支撑梁(23)与质量块(21)相连，所述键合块(22)与SOI电极结构层(1)之间通过键合锚点键合连接使得键合块(22)与SOI电极结构层(1)两者的键合平面悬空布置。2.根据权利要求1所述的高过载扭摆式硅微加速度计，其特征在于，所述质量块(21)的中部设有两个采用刻蚀工艺形成的、贯穿的开口槽(24)，两个开口槽(24)的开口互相相对布置使得开口槽(24)的内部区域和开口相对的中间连接部分形成键合块(22)，且两个开口槽(24)两侧的开口边缘之间分别形成一根支撑梁(23)，且两侧的支撑梁(23)对称布置。3.根据权利要求2所述的高过载扭摆式硅微加速度计，其特征在于，所述两侧的支撑梁(23)相对三个静电电容区域(11)的中心轴线对称布置，且两根支撑梁(23)的轴线与三个静电电容区域(11)的中心轴线垂直。4.根据权利要求1所述的高过载扭摆式硅微加速度计，其特征在于，所述SOI电极结构层(1)的中部设有凸出布置的多个第一键合锚点(13)，所述键合块(22)的中部设有凸出布置的多个第二键合锚点(221)，所述第一键合锚点(13)和第二键合锚点(221)一一对应且键合连接使得键合块(22)与SOI电极结构层(1)两者的键合平面悬空布置，且所述硅敏感结构(2)的中心与SOI电极结构层(1)上多个第一键合锚点(13)的中心点对齐。5.根据权利要求4所述的高过载扭摆式硅微加速度计，其特征在于，所述第一键合锚点(13)设于三个静电电容区域(11)之中位于中间的静电电容区域(11)的表面上，且第一键合锚点(13)的高度高于三个静电电容区域(11)。6.根据权利要求4所述的高过载扭摆式硅微加速度计，其特征在于，所述SOI电极结构层(1)的三个静电电容区域(11)对应的引线盘(12)中，位于中间的静电电容区域(11)对应的引线盘(12)作为接地电极，位于两端的静电电容区域(11)对应的引线盘(12)作为检测电极。7.根据权利要求6所述的高过载扭摆式硅微加速度计，其特征在于，所述第一键合锚点(13)和第二键合锚点(221)的数量均为四个，且四个第二键合锚点(221)关于质量块(21)的中心轴对称分布，四个第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：虢晓双，王北镇，严铖，朱建强，熊亮，周军雷，杨靖，张新凯，黎傲雪，
申请(专利权)人：湖南天羿领航科技有限公司，
类型：发明
国别省市：