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MEMS惯性传感器优势解析:THELMA制程和低成本封装方法
2022-07-27 23:17
本文摘要:意法半导体公司发售一系列惯性传感器,极具诱惑力的价格因应卓越的产品性能,让意法半导体很快不断扩大了在消费电子MEMS传感器市场的份额。公司在MEMS技术特性上构建了两全其美:更加小尺寸、更加较低价格、更加高性能、更加多功能(技术推展)与极具创新力的设计方法(设计推展的创意),使最后的MEMS器件更加合适消费电子市场的市场需求[1]。 这个战略早已获得巨大成功,意法半导体因此而很快兴起,沦为世界仅次于的MEMS器件制造商。

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意法半导体公司发售一系列惯性传感器,极具诱惑力的价格因应卓越的产品性能,让意法半导体很快不断扩大了在消费电子MEMS传感器市场的份额。公司在MEMS技术特性上构建了两全其美:更加小尺寸、更加较低价格、更加高性能、更加多功能(技术推展)与极具创新力的设计方法(设计推展的创意),使最后的MEMS器件更加合适消费电子市场的市场需求[1]。  这个战略早已获得巨大成功,意法半导体因此而很快兴起,沦为世界仅次于的MEMS器件制造商。目前意法半导体的MEMS产品被世界著名的消费电子产品搭配,如任天堂的Wii游戏机、苹果的iPhone手机和iTouch播放器以及其它产品[2]。

例如,任天堂的Wii游戏机的遥控器魔棒(图1a)用于意法半导体的惯性传感器检测玩家的动作,如打网球、高尔夫球或其它游戏,使玩家需要沉浸于在游戏之中并参予屏幕上的人物运动。这个功能促成先进设备的计算机游戏获得极大进步,从纯粹的被动活动转化成为令人兴奋的主动的游戏参与者。

某种程度地,苹果的iPhone使用意法半导体的MEMS传感器检测手执通信设备相对于用户视野的方向,然后适当地调整屏幕的表明方向(纵向或横向),从而为用户获取更好的用于灵活性和功能(图1b)。    (a)(b)  图1:这两张图片中的产品使用意法半导体的惯性传感器技术,在消费电子产品中为客户获取全新的功能  (来源:iSuppli市调公司)。  意法半导体的MEMS惯性传感器基于意法半导体的微致动器和加快收的厚外延层制程(THELMA),如图2[3]右图。THELMA是一个非集成化的MEMS生产程,比多晶硅表面微加工制程额简单,但是享有独有的优点,获准构建坚硬的结构,这对电容式惯性传感器极为简单。

虽然THELMA制程用作构建电容式惯性传感器,但是这项技术非常灵活,还可以用作生产加快计、陀螺仪和其它的MEMS器件。  这个制程的第一个步骤是在晶圆上分解一层2.5m薄的热二氧化硅(图2a)。第二步是用LPCVD沉积一个多晶硅层(多晶硅层1)。

在这个多晶硅层上做到版图然后转印,做成埋式电连接结构,用作传感器向外部传送电位和电容信号(图2b)。根据器件的设计,这个多晶硅层还可用作生产厚多晶硅微加工器件的结构层。

然后,用PECVD沉积一层1.6m薄的二氧化硅层。这个PEVCD水解层与2.5m薄的热二氧化硅包含一个4.1m薄的填充水解层,用于THELMA制程中的壮烈牺牲层。然后,在PECVD沉积氧化物层上做到版图和转印,用于薄多晶硅器件的锚定区,几天后做成锚定组件(图2c)。

下一步,用外延沉积法沉积一层薄多晶硅(图2d)。这个层的厚度可以根据器件设计做到适当的调整,厚度范围是15m到50m。

通过沉积、版图和转印工艺,制作一个相连传感器的金属导电层(图2e)。随后,用深反应离子转印方法(DRIE)在薄多晶硅层上做到图和转印,仍然到底部的水解层(图2f)。DRIE方法获准在薄多晶硅层上制作交错比相当大的结构。最后用氢氟酸蒸汽除去壮烈牺牲层,获释多晶硅结构层(图2f)。


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