RU2114489C1 - Емкостной акселерометр и способ его изготовления - Google Patents
Емкостной акселерометр и способ его изготовления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2114489C1 RU2114489C1 RU94019260/25A RU94019260A RU2114489C1 RU 2114489 C1 RU2114489 C1 RU 2114489C1 RU 94019260/25 A RU94019260/25 A RU 94019260/25A RU 94019260 A RU94019260 A RU 94019260A RU 2114489 C1 RU2114489 C1 RU 2114489C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frame
- board
- film
- silicon
- fixed board
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
Использование: в измерительной технике, при разработке и изготовлении малогабаритного полупроводникового емкостного акселерометра. Сущность изобретения: в емкостном акселерометре, содержащем выполненные из кремния и соединенные между собой через пленку диэлектрика неподвижную плату и рамку, с закрепленной на ней на гибких перемычках подвижной платой, установленной с зазором относительно неподвижной. Неподвижная плата по периферии в областях, противостоящих рамке, углублена, кроме участков в виде выступов, расположенных равномерно по периметру рамки, причем выступы покрыты пленкой диэлектрика, а суммарная площадь вершин выступов, соприкасающихся с рамкой составляет не более 0,1 площади подвижной платы. В способе изготовления емкостного акселерометра, включающем формирование травлением из кремния неподвижной платы и подвижной, закрепленной на гибких перемычках на рамке, и соединение неподвижной платы с рамкой через слой ди- электрика, при формировании неподвижной платы проводят окисление пластины кремния на глубину 0,5 - 1,5 мкм, напыляют слой алюминия толщиной 2,0 - 3,0 мкм, фотолитографией формируют из пленки алюминия участки, равномерно расположенные по периметру платы, напыляют пленку меди толщиной 1,0 мкм с адгезионным подслоем ванадия, наносят фоторезист, формируют в нем окна, соответствующие участкам алюминия на периферии, и окно в центре, соответствующее размеру подвижной платы, электрохимическим способом увеличивают толщину меди в 10 раз, удаляют фоторезист, стравливают напылен- ные пленки меди и ванадия, стравливают пленку двуокиси кремния. Травят кремний в растворе щелочи на глубину 0,3 - 0,5 исходной толщины пластины, формируя выступы, удаляют медь и ванадий в концентрированной азотной кислоте, разделяют пластину на отдельные платы, совмещают неподвижную плату и рамку с подвижной платой, помещая рамку на выступы, воздействуют давлением 1,5 - 2,0 кг/см2 и проводят термообработку при температуре 600oС в течение 60 мин. Техническим результатом изобретения является улучшение метрологических характеристик акселерометра и упрощение технологии его изготовления. 2 с.п.ф-лы. 8 ил.
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при разработке и изготовлении малогабаритных полупроводниковых емкостных акселерометров.
Известен микромеханический емкостной акселерометр, состоящий из стеклянной подложки с напыленной пленкой алюминия, в качестве неподвижной обкладки конденсатора и кремниевой рамки с инерционной массой, в виде платы в качестве подвижной обкладки конденсатора ("A micromechanical capacitive accelerometer urith a turo - point inertial - mass suspension", "Sens. and Actuators", 83, 4, N 2, 190-198).
Недостатками данного акселерометра являются низкие метрологические характеристики, обусловленные использованием кремния и стекла, как материалов, имеющих различные температурные коэффициенты линейного расширения (ТЛКР).
Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности является акселерометр и способ его изготовления, базирующиеся на применении обеих конденсаторных обкладок из кремния и предусматривающие соединения обкладок по их полными периферийным областям через вставки из щелочесодержащего стекла (патент Франции N 2564593, МКИ 4; G 01 P 15/125, H 01 C 13/00, дата подачи заявки 19.03.85; приоритет США, 18.03.84, N 06/611765, опубликован в Официальном бюллетене промышленной собственности (BOPI), N 47, 22.11.1985).
Конструкция прототипа аналогична прибору аналогу. Общими признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются:
для устройства - выполненные из кремния и соединенные между собой через пленку диэлектрика неподвижная плата и рамка с закрепленной на ней на гибких перемычках подвижной платой, наличие зазора между платами;
для способа - формирование травлением из кремния неподвижной платы и подвижной платы, закрепленной на гибких перемычках на рамке, и соединение неподвижной платы с рамкой через пленку диэлектрика.
для устройства - выполненные из кремния и соединенные между собой через пленку диэлектрика неподвижная плата и рамка с закрепленной на ней на гибких перемычках подвижной платой, наличие зазора между платами;
для способа - формирование травлением из кремния неподвижной платы и подвижной платы, закрепленной на гибких перемычках на рамке, и соединение неподвижной платы с рамкой через пленку диэлектрика.
Недостатками известного устройства и способа являются, во-первых, пониженные метрологические характеристики, обусловленные наличием в областях соединения платы и рамки вставок из стекла, имеющих отличный от кремния ТКЛР; и, во-вторых, сложность технологии формирования на плате вставок из стекла, включающей вытравливание углублений под стекло, локальное нанесение стекла в углубления и механическую обработку стекла до плоскости платы.
В предлагаемом техническом решении достигается улучшение метрологических характеристик и упрощение технологии изготовления акселерометра.
Согласно изобретению в емкостном акселерометре, содержащем выполненные из кремния и соединенные между собой через пленку диэлектрика неподвижную плату и рамку с закрепленной на ней на гибких перемычках второй подвижной платой, установленной с зазором относительно неподвижной, неподвижная плата по периферии в областях, противостоящих рамке, углублена, кроме участков в виде выступов, расположенных равномерно по периметру рамки, причем выступы покрыты пленой диэлектрика, а суммарная площадь вершин выступов, соприкасающихся с рамкой, составляет не более 0,1 площади подвижной платы.
Согласно изобретению в способе изготовления емкостного акселерометра, включающем формирование травлением из кремния неподвижной платы и подвижной платы, закрепленной на гибких перемычках на рамке, и соединение неподвижной платы с рамкой через пленку диэлектрика в виде двуокиси кремния, при формировании неподвижной платы проводят окисление пластины кремния до толщины пленки двуокиси кремния 0,5 - 1,5 мкм, напыляют пленку алюминия толщиной 2,0 - 3,0 мкм, фотолитографией формируют из пленки алюминия участки, равномерно расположенные по периметру платы, напыляют пленку меди толщиной 1,0 мкм с адгезионным подслоем пленки ванадия, наносят фоторезист, формируют в нем окна, соответствующие участкам алюминия на периферии, и окно в центре, соответствующее размеру подвижной платы, электрохимическим способом увеличивают толщину меди в 10 раз, удаляют фоторезист, стравливают напыленные пленки меди и ванадия, стравливают пленку двуокиси кремния, травят кремний в растворе щелочи на глубину 0,3 - 0,5 исходной толщины пластины, формируя выступы, удаляют пленки меди и ванадия в концентрированной азотной кислоте, разделяют пластину для соединения неподвижной платы с рамкой, совмещают неподвижную плату и рамку с подвижной платой, помещая рамку на выступы, воздействуют давлением 1,5 - 2,0 кг/см2 и проводят термообработку при температуре 600oC в течение 60 мин.
На фиг. 1 изображена подвижная плата 5, закрепленная на рамке 3 с помощью гибких перемычек 4.
На фиг. 2 изображена неподвижная плата 1, углубленная по периферии 7 в областях, противостоящих рамке 3, кроме участков в виде выступов 8.
На фиг. 3 изображены платы, соединенные между собой через пленку двуокиси кремния, находящуюся на вершинах выступов 2. Между подвижной и неподвижной платами оставлен зазор 6. Углубленная периферийная часть неподвижной платы, противостоящая рамке, обеспечивает резкое снижение паразитной емкости, образующейся между рамкой и периферией неподвижной платы, так при суммарной площади вершин выступов, соприкасающихся с рамкой, менее 0,1 площади подвижной платы, паразитная емкость снижается практически в 10 раз.
На фиг. 4 изображена исходная кремниевая пластина 9 со сформированной на ней пленкой двуокиси кремния 10 толщиной 0,5 - 1,5 мкм. Минимальная толщина пленки двуокиси кремния выбрана в обеспечении сохранения сопротивления изоляции в процессе диффузионной сварки плат через пленку алюминия, так как глубина взаимодействия алюминия с двуокисью кремния не превышает 0,5 мкм при сварке. При толщине пленки двуокиси кремния более 5 мкм возникают дополнительные механические напряжения в структуре.
На фиг. 5 изображена пластина после напыления пленки алюминия толщиной 2,0 - 3,0 мкм и формирования из нее участков, соответствующих местам расположения выступов 11. Меньшая толщина пленки алюминия не обеспечивает образования прочного эвтектического сплава при сварке, а большая толщина пленки алюминия нецелесообразна.
На фиг. 6 изображена пластина после проведения операций напыления пленки меди с подслоем ванадия, формирования участков наращенной меди над выступами 12 и центральной частью неподвижной платы 13 и травления напыленной пленки меди и двуокиси кремния.
На фиг. 7 изображена пластина после стравливания в участках пластины, не защищенных медью, пленки двуокиси кремния и кремния на глубину 0,3 - 0,5 от исходной толщины пластины и удаления участков меди и подслоя ванадия. После данных операций сформированы выступы 14, покрытые пленками двуокиси кремния 10 и алюминия 1. На данной фигуре показаны линии разделения 15, по которым пластина делится на отдельные платы.
На фиг. 8 изображены платы, соединенные по областям соприкосновения выступов и рамки 16. При соединении прикладывается прижимное усилие в диапазоне 1,5 - 2,0 кг/см2, с одной стороны достаточное для образования эвтектического сварного шва состава алюминий - кремний, а с другой стороны, исключающее механическое разрушение плат.
Изобретение поясняется примером. Емкостной акселерометр состоит из двух плат-обкладок, выполненных из пластины кремния с начальной толщиной 400 мкм. Подвижная плата закреплена на рамке с помощью кремниевых перемычек толщиной 20,0 мкм. Для получения рабочего емкостного зазора противолежащая неподвижной плате поверхность подвижной углублена по отношению к рамке на 10 мкм. Неподвижная плата выполнена из кремния той же марки. Внешний размер неподвижной платы и рамки, удерживающей подвижную плату, 12х12 мм, размер подвижной платы и противостоящей ей неуглубленной центральной части неподвижной платы 5х5 мм, площадь рамки - 95 мм2. Периферийная часть неподвижной платы вне центральной части утоплена на 150 мкм, кроме выступов в количестве 6 шт. , имеющих площадь вершины 1 мм2. Вершина выступов покрыты пленкой двуокиси кремния толщиной 1,0 мкм.
В процессе изготовления акселерометра при формировании неподвижной платы проводят окисление исходной кремниевой пластины при температуре 1150oC в среде увлажненного кислорода в течение 180 мин. Наносят магнетронным распылением пленку алюминия толщиной 2,5 мкм, методом фотолитографии формируют из пленки алюминия участки, соответствующие вершинам выступов, термическим напылением наносят пленку ванадия толщиной 0,1 мкм и пленку меди толщиной 1,0 мкм, фотолитографией из фоторезиста марки ФП-383 создают окна над участками пленки алюминия, электрохимическим осаждением доращивают медь до 10,0 мкм, удаляют фоторезист, стравливают напыленные пленки меди и ванадия вне участков выступов, стравливают там же пленку двуокиси кремния, проводят травление кремния в 30% водном растворе KOH при 96oC на глубину 150 мкм и удаляют медь в концентрированной холодной азотной кислоте. Разделяют пластину резкой алмазными дисками. Подвижную плату формируют из кремниевой пластины путем последовательного травления в водном растворе KOH при защите пленками двуокиси кремния. Совмещают платы с помощью центрирующего приспособления, подают давление 2,0 кг/см2 и выдерживают при 600oC в течение 60 мин.
Принцип работы акселерометра заключается в следующем. Подвижная плата, закрепленная на гибких перемычках, являясь инерционной массой, перемещается под действием ускорения, изменяя при этом величину зазора между платами и, соответственно, емкость. В виду того, что за счет углублений на периферийной части неподвижной платы, паразитная емкость мала, то улучшаются основные метрологические характеристики акселерометра: точность и чувствительность. Отсутствие в областях соединения вставок из стекла, имеющего отличный от кремния ТКЛР, и соединение в локальных участках обеспечивают снижение механических напряжений в структуре, что в свою очередь повышает стабильность измерений.
Claims (2)
1. Емкостной акселерометр, содержащий выполненные из кремния и соединенные между собой через пленку диэлектрика неподвижную плату и рамку, с закрепленной на ней на гибких перемычках подвижной платой, установленной с зазором относительно неподвижной, отличающийся тем, что неподвижная плата по периферии в областях, противостоящих рамке, углублена, кроме участков в виде выступов, расположенных равномерно по периметру рамки, причем выступы покрыты пленкой диэлектрика, а суммарная площадь вершин выступов, соприкасающихся с рамкой, составляет не более 0,1 площади подвижной платы.
2. Способ изготовления емкостного акселерометра, включающий формирование травлением из кремния неподвижной платы и подвижной, закрепленной на гибких перемычках на рамке, и соединение неподвижной платы с рамкой через пленку диэлектрика в виде двуокиси кремния, отличающийся тем, что при формировании неподвижной платы проводят окисление пластины кремния до толщины пленки двуокиси кремния 0,5 - 1,5 мкм, напыляют пленку алюминия толщиной 2,0 - 3,0 мкм, фотолитографией формируют из пленки алюминия участки, равномерно расположенные по периметру платы, напыляют пленку меди толщиной 1,0 мкм с адгезионным подслоем пленки ванадия, наносят фоторезист, формируют в нем окна, соответствующие участкам алюминия на периферии, и окно в центре, соответствующее размеру подвижной платы, электрохимическим методом увеличивают толщину меди в 10 раз, удаляют фоторезист, стравливают напыленные пленки меди и ванадия, стравливают пленку двуокиси кремния, травят кремний в растворе щелочи на глубину 0,3 - 0,5 исходной толщины пластины, формируя выступы, удаляют пленки меди и ванадия в концентрированной азотной кислоте, разделяют пластину на отдельные платы, для соединения неподвижной платы с рамкой совмещают неподвижную плату и рамку с подвижной платой, помещая рамку на выступы, воздействуют давлением 1,5 - 2,0 кг/см2 и проводят термообработку при 600oC в течение 60 мин.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94019260/25A RU2114489C1 (ru) | 1994-05-18 | 1994-05-18 | Емкостной акселерометр и способ его изготовления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94019260/25A RU2114489C1 (ru) | 1994-05-18 | 1994-05-18 | Емкостной акселерометр и способ его изготовления |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94019260A RU94019260A (ru) | 1996-06-27 |
RU2114489C1 true RU2114489C1 (ru) | 1998-06-27 |
Family
ID=20156382
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94019260/25A RU2114489C1 (ru) | 1994-05-18 | 1994-05-18 | Емкостной акселерометр и способ его изготовления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2114489C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2644029C2 (ru) * | 2016-06-10 | 2018-02-07 | Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное государственное казенное учреждение "Войсковая часть 35533" | Способ изготовления чувствительного элемента микросистемы контроля параметров движения |
RU2753840C1 (ru) * | 2020-08-05 | 2021-08-24 | Обществом с ограниченной ответственностью "Маппер" | Способ снижения температурных напряжений при обработке полупроводниковых пластин с развитой по высоте топографией и полупроводниковая пластина с предохранительной структурой для этого способа (варианты) |
-
1994
- 1994-05-18 RU RU94019260/25A patent/RU2114489C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2644029C2 (ru) * | 2016-06-10 | 2018-02-07 | Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное государственное казенное учреждение "Войсковая часть 35533" | Способ изготовления чувствительного элемента микросистемы контроля параметров движения |
RU2753840C1 (ru) * | 2020-08-05 | 2021-08-24 | Обществом с ограниченной ответственностью "Маппер" | Способ снижения температурных напряжений при обработке полупроводниковых пластин с развитой по высоте топографией и полупроводниковая пластина с предохранительной структурой для этого способа (варианты) |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU94019260A (ru) | 1996-06-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101004574B1 (ko) | 반도체 센서 장치 및 그 제조 방법 | |
US6263735B1 (en) | Acceleration sensor | |
JP4919984B2 (ja) | 電子デバイスパッケージとその形成方法 | |
KR20080038053A (ko) | 기능 소자 | |
CN1384042A (zh) | 制作悬式微结构的方法 | |
US5895853A (en) | Semiconductor acceleration sensor | |
KR20060042155A (ko) | 반도체장치의 개편화 방법 | |
JP2000183364A (ja) | センサおよび製造方法 | |
US5411919A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
TW201205689A (en) | Method of etching and singulating a cap wafer | |
RU2114489C1 (ru) | Емкостной акселерометр и способ его изготовления | |
US3868719A (en) | Thin ribbon-like glass backed transducers | |
JP3325133B2 (ja) | 容量型加速度センサの製造方法 | |
KR20060112644A (ko) | 3축 가속도계 | |
US6504685B1 (en) | Microelectricalmechanical device immobilization and sealing | |
GB2304903A (en) | An electromechanical sensor device and a method of manufacturing it | |
JPH05326702A (ja) | シリコンとガラスの接合部材の製造方法 | |
CA2384889A1 (en) | Temporary bridge for micro machined structures | |
TWI784580B (zh) | 壓電式微機電加速規及其製造方法 | |
JP3094757B2 (ja) | 加速度検出素子の製造方法 | |
JPH10209162A (ja) | 半田バンプ接続電子部品およびその製造方法 | |
JP2003090845A (ja) | 半導体加速度センサ | |
JPS6187863A (ja) | スパツタコ−テイング法 | |
RU2077024C1 (ru) | Преобразователь деформации и способ его изготовления | |
CN113916255A (zh) | 用于辐照试验的mems惯性器件精确定位结构制作方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040519 |