MEMS惯性传感器优势解析:THELMA制程和低成本封装方法|火狐体育

激光雕刻机 | 2021-04-25

火狐体育_意法半导体公司销售一系列惯性传感器,诱人的价格是对卓越产品性能的回应,这使得意法半导体扩大了其在消费电子产品MEMS传感器市场的份额。在微机电系统技术特性方面,公司构建了两全其美:更小的尺寸、更低的价格、更高的性能、更多的通用性(技术推广)和高度创新的设计方法(创意设计推广),使得最终的微机电系统器件更适合消费电子市场的市场需求[1]。这一战略已经取得了巨大的成功,意法半导体很快成为世界上第二大微机电系统器件制造商。

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目前意法半导体中的MEMS产品与世界知名的消费类电子产品相匹配,如任天堂的Wii游戏机、苹果的iPhone、iTouch播放器等产品。比如任天堂的Wii游戏机(图1a)的遥控魔棒,用于意法半导体的惯性传感器检测玩家的动作,比如打网球、高尔夫或者其他游戏,让玩家需要沉浸在游戏中,参与屏幕上人物的运动。这个功能在装备先进的电脑游戏中取得了很大的进步,从纯粹的被动活动到刺激的主动游戏参与者。

苹果的iPhone在一定程度上利用意法半导体的MEMS传感器检测手持通讯设备相对于用户视野的方向,然后适当调整屏幕的指示方向(垂直或水平),为用户获得更好的灵活性和功能性(图1b)。(a)(b)图1:这两张图中的产品利用意法半导体的惯性传感器技术,在消费类电子产品中为客户获得全新的功能(来源:iSuppli营销公司)。

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意法半导体的MEMS惯性传感器是基于意法半导体的微执行器和厚外延层工艺(THELMA),如图2 [3]右图所示。THELMA是一种非集成的MEMS生产工艺,比多晶硅表面微加工工艺简单,但具有独特的优势,允许搭建硬结构,对于电容式惯性传感器来说极其简单。

虽然THELMA工艺用于构建电容式惯性传感器,但该技术非常灵活,也可用于生产加速度计、陀螺仪和其他微机电系统器件。该过程的第一步是分解晶片上2.5m厚的热二氧化硅薄层(图2a)。

第二步是通过LPCVD沉积多晶硅层(多晶硅层1)。布局在该多晶硅层上完成,然后被转移以形成掩埋的电连接结构,该结构被用作将电势和电容信号传输到外部的传感器(图2b)。根据器件设计,该多晶硅层也可以用作制造厚多晶硅微加工器件的结构层。然后,通过PECVD沉积1.6m薄的二氧化硅层。

PEVCD的水解层和2.5m薄的热二氧化硅含有4.1m薄的填充水解层,在THELMA工艺中用作强牺牲层。然后,在通过等离子体化学气相沉积沉积的氧化物层上进行布局和转移印刷,该氧化物层用于薄多晶硅器件的锚定区域,并且几天后制造锚定组件(图2c)。

接下来,通过外延沉积来沉积多晶硅薄层(图2d)。该层厚度可根据器件设计适当调整,厚度范围为15m至50m。通过沉积、布局和转移印刷工艺,制造与传感器连接的金属导电层(图2e)。

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然后,使用深反应离子转移方法(DRIE)在薄多晶硅层上构图和转移,仍然到达底部的水解层(图2f)。允许DRIE方法在薄多晶硅层上制造具有大交错比的结构。最后,使用氢氟酸蒸汽去除强牺牲层并释放多晶硅结构层(图2f)。

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