[发明专利]一种硅微谐振式压力传感器芯体及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅微谐振式压力传感器芯体及其制作方法，属于传感器领域。

背景技术

硅微谐振式压力传感器常采用的工作方式有静电激励/压阻检测、电热激励/压阻检测、电磁激励/电磁检测、静电激励/电容检测。相对于其它工作方式，静电激励/压阻检测具有建立速度快、检测方式抗干扰能力强、激励发热量小、功耗低、易于小型化的优点。但现有的硅微谐振式传感器制作方法中，有些较难采用这种工作方式，有些即使能够使用，也存在自身的缺点。

例如GE公司的Greenwood等人利用浓硼自停止技术的各向异性腐蚀制作了谐振式传感器，由于硅表面硼浓度过高，已超出了压阻效应的有效范围，因此器件不适用于压阻检测。而且浓硼扩散引入很高的内应力，对器件的长期稳定性会有影响；日本槽河株式会社的IKEDA等人提出了利用外延生长和牺牲层技术制作内置于真空腔中的谐振梁技术，这种技术同样需要浓硼掺杂，因此谐振梁上无法制作压敏电阻，并且由于牺牲层厚度的限制，谐振子的谐振范围受到一定的限制；斯伦贝格美国航空分公司制作了静电激励/压阻检测方式的谐振式压力传感器，但需要使用硅硅键合和硅片减薄技术。这种技术对硅片平整度要求极高，并且原始硅片厚度的不均匀性和减薄工艺本身的不均匀性会降低器件性能的一致性。中科院电子所提出了一种基于氮化硅的谐振式压力传感器，但是其谐振子结构采用10μm的氮化硅梁，残余应力较大。

发明内容

本发明目的是为了避免使用硅-硅直接键合、硅片减薄等复杂技术，避免谐振子制作过程中引入较大的残余应力问题。提供了一种硅微谐振式压力传感器芯体及其制作方法。

本发明所述一种硅微谐振式压力传感器芯体，采用静电激励/压阻检测为工作方式，它包括下层基片和上层基片，下层基片和上层基片键合为一个整体；

下层基片上设置有谐振梁、压力敏感膜片、下层激励电极、压敏电阻和下层引线焊盘；谐振梁的上表面设置有下层激励电极和压敏电阻，下层激励电极和压敏电阻的引线均通过下层引线焊盘引出；压力敏感膜片设置在谐振梁所在谐振腔的底部；

上层基片上设置有振动槽和上层激励电极；上层基片的下表面设置有振动槽，在振动槽的槽底表面覆有上层激励电极；

下层引线焊盘暴露接触外界；

上层基片下表面的凹槽与谐振梁所在谐振腔形成密闭空间，下层激励电极与上层激励电极的位置相对设置；

下层基片选用SOI硅片；上层基片选用玻璃片。

制作所述一种硅微谐振式压力传感器芯体的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、制作下层基片，具体过程为：

步骤一一、选用SOI硅片作为待处理下层基片，SOI硅片设置有中间氧化层，该中间氧化层将SOI硅片分成上下两部分，

对待处理下层基片进行热氧化处理，在待处理下层基片的上下面表面形成二氧化硅层，获取热氧化下层基片；

步骤一二、通过光刻腐蚀工艺对二氧化硅图形化，然后在上面制作压敏电阻及其浓硼引线、下层激励电极及其浓硼引线；压敏电阻和下层激励电极并列设置；

步骤一三、重新在下层基片的上表面生长一层二氧化硅层；

步骤一四、在压敏电阻和下层激励电极所在区域制作谐振梁，

通过光刻腐蚀工艺对二氧化硅图形化，然后用ICP刻蚀硅至中间氧化层。刻蚀区域间隔的宽度为谐振梁的宽度，在谐振梁两侧对称形成两个深槽；

步骤一五、利用LPCVD沉积氮化硅或二氧化硅作为钝化层对两个深槽的表面和上层基片的上下表面进行覆盖；

步骤一六、利用RIE工艺刻蚀掉深槽底部的钝化层，

步骤一七、利用ICP工艺继续对深槽底部刻蚀一定深度；

步骤一八、利用TMAH溶液对下层基片进行腐蚀，直到谐振梁底部的硅全部被腐掉，释放出谐振梁，两个深槽连通后形成谐振腔；

步骤一九、去掉下层基片上表面的钝化层和二氧化硅层，然后，在下层基片上表面的边缘制作金属膜，对所述金属膜光刻腐蚀后形成下层引线焊盘，用于连接步骤一二中的浓硼引线；

步骤一十、下层基片下表面腐蚀出一个深槽，位置在谐振腔下方，该深槽与谐振腔之间薄片硅作为压力敏感膜片；

步骤二、制作上层基片，具体过程为：

步骤二一、采用玻璃片作为待处理上层基片；

步骤二二、在所述待处理上层基片的下表面制作一个潜槽作为振动槽，并在振动槽的槽底表面制作上层激励电极；

步骤三、将步骤一制作的下层基片和步骤二制作的上层基片进行键合，实现密封；

下层激励电极与上层激励电极的位置相对设置；