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专利号: 2018106419178
申请人: 中国计量大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种梁-岛-膜一体化谐振式压力传感器结构,其特征在于:具有谐振梁(9)、感压膜片(8)和位于感压膜片(8)上的两个硅岛(13),所述谐振梁(9)悬置于两个硅岛(13)之间,该谐振梁上形成有激励电阻(3)和压敏电阻(4);

所述感压膜片(8)、硅岛(13)和谐振梁(9)由一块(100)面硅片经各向异性腐蚀液腐蚀后形成;硅片在各向异性腐蚀液中腐蚀形成感压膜片(8)和硅岛(13)的同时,从(111)面腐蚀谐振梁下方的硅释放沿<110>晶向的谐振梁(9),获得一体化的梁岛膜结构;

所述硅片的电阻率小于0.1Ω.cm,掺杂浓度小于自停止腐蚀浓度;

所述谐振梁(9)由硅层、二氧化硅薄膜(2)、低压化学气相沉积法淀积的Si3N4薄膜(5)和等离子增强化学气相沉积法淀积的SixNy薄膜(7)中的任意2~4种组成;

所述传感器结构的制造方法如下:

硅片为(100)面、电阻率小于0.1Ω.cm,掺杂浓度小于自停止腐蚀浓度的低阻硅片(1);

硅片经热氧化法生长二氧化硅薄膜(2);

经低压化学气相沉积法淀积多晶硅薄膜,硅片正面扩散或离子注入工艺掺杂,光刻并刻蚀多晶硅薄膜形成激励电阻(3)和压敏电阻(4);

通过低压化学气相沉积淀积Si3N4薄膜(5);

硅片正面光刻并刻蚀接触孔中的Si3N4薄膜(5),剥离工艺制作引线(6)和焊盘,合金化;

采用等离子增强化学气相沉积法淀积在硅片正面淀积SixNy薄膜(7);

硅片正面光刻感压膜片(8)的掩膜图形,保留所述硅岛(13)和谐振梁(9)上的掩膜,刻蚀SixNy薄膜(7)、Si3N4薄膜(5)和二氧化硅薄膜(2);

硅片背面光刻感压膜片(8)的掩膜图形,刻蚀背面的Si3N4薄膜(5)和二氧化硅薄膜(2),形成背腐蚀窗口;

在各向异性腐蚀液中双面腐蚀硅片形成感压膜片(8)的同时,从(111)面腐蚀硅释放谐振梁(9)。

2.根据权利要求1所述的传感器结构,其特征在于:腐蚀结束后去除焊盘上的SixNy薄膜(7)或者去除正面所有的SixNy薄膜(7)。

3.一种梁-岛-膜一体化谐振式压力传感器结构,其特征在于:具有谐振梁(9)、感压膜片(8)和位于感压膜片(8)上的两个硅岛(13),所述谐振梁(9)悬置于两个硅岛(13)之间,该谐振梁上形成有激励电阻(3)和压敏电阻(4);

所述感压膜片(8)、硅岛(13)和谐振梁(9)由一块(100)面硅片经各向异性腐蚀液腐蚀后形成;硅片在各向异性腐蚀液中腐蚀形成感压膜片(8)和硅岛(13)的同时,从(111)面腐蚀谐振梁下方的硅释放沿<110>晶向的谐振梁(9),获得一体化的梁岛膜结构;

所述硅片的电阻率小于0.1Ω.cm,掺杂浓度小于自停止腐蚀浓度;

所述谐振梁(9)由硅层、二氧化硅薄膜(2)、低压化学气相沉积法淀积的Si3N4薄膜(5)和等离子增强化学气相沉积法淀积的SixNy薄膜(7)中的任意2~4种组成;

所述传感器结构的制造方法如下:

硅片为SOI硅片(10),其器件层(103)为轻掺杂单晶硅;衬底层(101)单晶硅的电阻率小于0.1Ω.cm,掺杂浓度小于各向异性腐蚀液中的自停止腐蚀浓度;

硅片经热氧化法生长二氧化硅薄膜(2);

硅片正面光刻激励电阻(3)和压敏电阻(4)的掩膜图形,腐蚀掩膜图形区中的二氧化硅薄膜(2),扩散或离子注入工艺掺杂,形成激励电阻(3)和压敏电阻(4);

通过低压化学气相沉积淀积Si3N4薄膜(5);

硅片正面光刻并刻蚀接触孔中的Si3N4薄膜(5),剥离工艺制作引线(6)和焊盘,合金化;

采用等离子增强化学气相沉积法在硅片正面淀积SixNy薄膜(7);

硅片正面光刻感压膜片(8)的图形,保留所述硅岛(13)和谐振梁(9)上的掩膜,依次刻蚀SixNy薄膜(7)、Si3N4薄膜(5)、器件层(103)单晶硅和二氧化硅埋层(102);

硅片背面光刻感压膜片(8)的掩膜图形,刻蚀背面的Si3N4薄膜(5)和二氧化硅薄膜(2);

在各向异性腐蚀液中双面腐蚀硅片形成感压膜片(8)的同时,从(111)面腐蚀硅释放谐振梁(9)。

4.根据权利要求3所述的传感器结构,其特征在于:腐蚀结束后去除焊盘上的SixNy薄膜(7)或者去除正面所有的SixNy薄膜(7)。

5.根据权利要求1或3所述的梁-岛-膜一体化谐振式压力传感器结构,其特征在于:所述硅片掺杂浓度小于自停止腐蚀浓度的70%。

6.根据权利要求5所述的梁-岛-膜一体化谐振式压力传感器结构,其特征在于:所述的各向异性腐蚀液为氢氧化钾或四甲基氢氧化铵基腐蚀液。

7.根据权利要求1或3所述的梁-岛-膜一体化谐振式压力传感器结构,其特征在于:所述的压敏电阻(4)为多晶硅电阻、单晶硅电阻或金属应变电阻。

8.根据权利要求1或3所述的梁-岛-膜一体化谐振式压力传感器结构,其特征在于:所述硅岛(13)的高度至少达到50微米。