压阻式Z轴加速度感测器制造技术

本发明专利技术公开一种压阻式Z轴加速度感测器，其包括：一基板；多个支撑梁，设置于该基板上；多个悬臂梁，其中该些悬臂梁分别包括一压电材；以及一质量块，其中，该些悬臂梁分别通过该些支撑梁将该质量块悬浮于该基板上，且该感测器利用该压电材侦测该质量块的位移。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及动态感测装置(motion sensors),且特别是涉及一种Z轴加速度感测器(Z-axis accelerometer)。
技术介绍
加速度感测器(accelerometer)已广泛地应用于如惯性导航系统、汽车安全与飞弹控制等相关应用，而Z轴加速度感测器则可用于控制侧向安全气囊、运载工具控制与多轴感测系统。通常，Z轴加速度感测器可采用块状微机械加工技术而制成。依据操作原理的不同，目前已发展出了如压阻式(piezoresistive type)、压电式(piezoelectric type)、电容式(capacitive type)、热感应式(thermal type)与穿隧电流式(tunneling current type)等多种不同类型的Z轴加速度感测器。本专利技术的目的在于提供一种压阻式Z轴加速度感测器，可提升其的可靠度。为达上述目的，依据一实施例，本专利技术提供了一种压阻式Z轴加速度感测器，包
技术实现思路
括一基板；多个支撑梁，设置于该基板上；多个悬臂梁，其中该些悬臂梁分别包括一压电材；以及一质量块，其中，该些悬臂梁分别通过该些支撑梁将该质量块悬浮于该基板上，且该感测器利用该压电材侦测该质量块的位移。为了让本专利技术的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图示，作详细说明如下附图说明图1为一示意图，显示了依据本专利技术的一实施例的一种压阻式Z轴加速度感测器的上视情形；图2图3图4的立体情形；图5为一示意图，显示了依据本专利技术的另一实施例的一种压阻式Z轴加速度感测器的上视情形；图6为一示意图，显示了沿图5内线段6-6的立体情形；图7为一示意图，显示了图6内压阻式Z轴加速度感测器于感受到外界加速度时的立体情形；图8为一示 意图，显示了依据本专利技术的又一实施例的一种压阻式Z轴加速度感测器的上视情形；为一示意图，显示了沿图1内线段2-2的剖面情形；为一示意图，显示了沿图1内线段3-3的立体情形；为一示意图，显示了图3内压阻式Z轴加速度感测器于感受到外界加速度时图9为一示意图，显示了沿图8内线段9-9的立体情形；图10为一示意图，显示了图9内压阻式Z轴加速度感测器于感受到外界加速度时 的立体情形；图11为一示意图，显示了依据本专利技术的另一实施例的一种压阻式Z轴加速度感测 器的上视情形；图12为一示意图，显示了沿图11内线段12-12的立体情形；图13为一示意图，显示了依据本专利技术的另一实施例的一种压阻式Z轴加速度感测 器的上视情形；以及图14为一示意图，显示了沿图13内线段14-14的立体情形。主要元件符号说明100 基板；102 支撑框；104 质量块；106、106a、106b、106c、106d 悬臂梁；108、108a、108b、108c、108d 支撑梁；110、110a、110b、110c、llOd 压电材料层；112 空室；114 保护层；120 绝缘层；122 导电层；124 介电层。具体实施例方式请参照图1，其显示了依据本专利技术一实施例的一种压阻式Z轴加速度感测器的示 意上视情形。本实施例的压阻式Z轴加速度感测器作为比较例之用，用于解说本案专利技术人 于其所知悉的一种压阻式Z轴加速度感测器的操作过程中所观察到的可靠度问题。如图1所示，从平行于一半导体基板100的X-Y平面而上视观之，本实施例的压阻 式z轴加速度感测器包括了一基板100以及设置于基板100 —部上的一支撑框(support frame) 102，而支撑框102在基板100上则定义出了位于支撑框102内部的一空室112。基 板100为包括如半导体与绝缘物等材料的基板。在本实施例中，基板100例如为一块状硅 基板，而支撑框102绘示为一长方形支撑框，但并非以上述长方形支撑框而加以限制，支撑 框102也可具有其他形态的多边形轮廓。如图1所示，另外于空室112中则设置了悬浮于基板100之上且为可动的质量块 (proof mass) 104,其中质量块104连结于一悬臂梁(cantilever beam) 106的一侧且为之 支撑，而此悬臂梁106未连结有质量块104的另一侧则埋设于支撑框102内并位于支撑框 102内的一支撑梁(anchor) 108之上。再者，本实施例的压阻式Z轴加速度感测器包括了 一压电材料层110 (在此绘示为 虚线)以做为压电电阻之用，其埋设于悬臂梁106内并延伸至支撑框102的一部内。另外，经过适当的设置，在基板100上的其他部(未显示)上将另外设置有三个压电电阻(未显示)，此些压电电阻电性连结于如图1所示的压阻式Z轴加速度感测器内的压电材料层110,进而组成一惠斯登电桥(wheatstone bridge,未显示)。请参照图2，显示了沿图1内线段2-2的剖面情形。基于简化附图的目的，在图2中仅部分显示了位于半导体基板100上的悬臂梁106、压电材料层110与支撑框102等构件。在一实施例中，支撑框102包括了依序堆叠于基板100 —部上的绝缘层120、数个导电层122、数个介电层124与位于最上方的保护层114，而此些导电层122与此些介电层124交错地设置于绝缘层120与保护层114之间，其中导电层124可为包括如铜、铝等金属材质的金属层，而介电层122可为包括如二氧化娃、氮化娃等介电材质的金属层间介电层(intermetal dielectric layer, IMD)。在另一实施例中，悬臂梁106则包括了依序堆叠设置的数个介电层124以及埋设于悬臂梁106内的一介电层124内如多晶硅材质的压电材料层110，而位于悬臂梁106内介电层124可与支撑框102内的数个介电层124同时形成，但是位于悬臂梁106内介电层124的数量则少于位于支撑框102内的介电层124的数量。在又一实施例中，可于空室112下方的基板100内选择性地形成一凹口(未显示)，且此凹口可部分延伸至支撑框102的下方内，用于提升压阻式Z轴加速度感测器的感测度。请参照图3，显示了沿图1内线段3-3的示意立体情形。基于简化附图的目的，在图3中仅部分显示了保护层114、悬臂梁106、支撑梁108、质量块104与半导体基板100等主要构件，其中质量块104由一个或数个导电层122与介电层124相堆叠而组成，而保护层114所覆盖的范围大体为支撑框102的所在区域。在此，质量块104处于未感受到外界应力的静止状态，故其与悬臂梁106与位于悬臂梁106内的压电材料层110等构件皆大体平行于半导体基板100的X-Y平面。质量块104内导电层122介电层124的数量可依据实际制作工艺需求而进行调整，而两导电层122之间则为一介电层124所隔离。请参照图4，显示了图3内压阻式Z轴加速度感测器于感受到外界加速度时的示意立体情形。在感受到外界加速度时，质量块104将于垂直于X-Y轴平面的Z轴方向上产生惯性位移，进而带动了悬臂梁106产生形变并从而使得悬臂梁106上的应力分布产生改变，并使得埋设于悬臂梁106内的压电材料层110的电阻值产生变化，从而使得了电性连结于压电材料层110的惠斯登电桥(未显不)两端的电压产生变化，通过一仪表放大器(instrument amplifier,未显示)分析来自上述惠斯登电桥所输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压阻式Z轴加速度感测器，包括：基板；多个支撑梁，设置于该基板上；多个悬臂梁，其中该些悬臂梁分别包括一压电材；以及质量块，其中，该些悬臂梁分别通过该些支撑梁将该质量块悬浮于该基板上，且该感测器利用该压电材侦测该质量块的位移。

【技术特征摘要】
2011.10.12 TW 1001368861.一种压阻式Z轴加速度感测器，包括 基板； 多个支撑梁，设置于该基板上； 多个悬臂梁，其中该些悬臂梁分别包括一压电材；以及 质量块，其中，该些悬臂梁分别通过该些支撑梁将该质量块悬浮于该基板上，且该感测器利用该压电材侦测该质量块的位移。2.如权利要求1所述的压阻式Z轴加速度感测器，该些支撑梁与该些悬臂梁包括一组对称结构的支撑梁及一组对称结构的悬臂梁。3.如权利要求1所述的压阻式Z轴加速度感测器，该些支撑梁与该些悬臂梁包括两组对称结构的支撑梁及两组对称结构的悬臂梁。4.如权利要求1所述的压阻式Z轴加速度感测器，该些支撑梁与该些悬臂梁包括一组非对称结构的支撑梁及一组非对称结构的悬臂梁。5.如权利要求1所述的压阻式Z轴加速度感测器，还包括支撑框，形成于该基板之上并环绕该些悬臂梁、该些压电材与该质量块，而该些支撑梁则整合于该支撑...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志伟，张介斌，陈家豪，赵传珍，庄英宗，王是琦，王永和，
申请(专利权)人：立积电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：