[發(fā)明專利]一種微機(jī)械傳感器及其制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210170049.2
• 申請日: 2012-05-29
• 公開（公告）號(hào): CN102674240A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐德輝;熊斌;姚邵康;徐銘;吳國強(qiáng);王躍林
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): B81C1/00
• 分類號(hào): B81C1/00;B81C3/00;B81B3/00
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別是涉及一種微機(jī)械傳感器及其制作方法。?

背景技術(shù)

和傳統(tǒng)傳感器相比，采用微機(jī)械電子系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)制作的微型傳感器具有更小的面積，更高的集成度。并且由于采用微機(jī)械加工工藝制作，基于MEMS技術(shù)的微型傳感器也非常適合規(guī)模制造，具有極高的性價(jià)比。隨著微機(jī)械加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，MEMS傳感器的性價(jià)比在不斷提高，MEMS傳感器的應(yīng)用范圍也在不斷增加。其中硅基MEMS傳感器由于借助了成熟的微電子工藝，其制作成本得到進(jìn)一步降低，并易于實(shí)現(xiàn)傳感器和電路的集成，其發(fā)展也最為迅速。硅基MEMS傳感器已實(shí)現(xiàn)在消費(fèi)電子、工業(yè)電子、醫(yī)療等各傳感領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。?

硅腐蝕技術(shù)是硅基MEMS傳感器的關(guān)鍵工藝技術(shù)。目前，常用的硅腐蝕技術(shù)可分為濕法硅腐蝕和干法硅腐蝕兩大類。濕法硅腐蝕技術(shù)具有工藝成本低、工藝容易控制等優(yōu)點(diǎn)；而干法硅腐蝕技術(shù)則具有無晶向選擇性，工藝時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。由于受腐蝕晶向選擇性的限制，采用濕法硅腐蝕技術(shù)制作的MEMS傳感器一般具有較大的器件尺寸，器件尺寸無法進(jìn)行進(jìn)一步的減小，不利于提高傳感器的集成度。此外，大的器件尺寸則降低了圓片上器件密度，從而不利于器件制作成本的進(jìn)一步降低。由于不受晶向選擇性的限制，采用干法硅腐蝕技術(shù)制作的MEMS傳感器一般具有較小的器件尺寸，能夠提高圓片上器件密度，采用干法硅腐蝕技術(shù)所刻蝕的硅襯底截面結(jié)構(gòu)如圖1所示。然而，干法硅腐蝕技術(shù)需要應(yīng)用到等離子場進(jìn)行硅刻蝕，其工藝成本較高，這就抵消了其高器件密度的優(yōu)點(diǎn)，也不利于器件制作成本的降低。?

此外，由于現(xiàn)有硅基MEMS傳感器結(jié)構(gòu)制作受加工方法的限制，其器件性能無法得到有效提高。比如，采用濕法硅腐蝕技術(shù)制作的MEMS傳感器結(jié)構(gòu)，其懸浮質(zhì)量塊一般是倒梯形結(jié)構(gòu)，懸浮質(zhì)量塊和敏感薄膜接觸的長度要大于質(zhì)量塊底部的長度，這就減小了懸浮質(zhì)量塊的重量，降低了傳感器的靈敏度。?

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種微機(jī)械傳感器及其制作方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中微機(jī)械傳感器制作成本高或集成度低、質(zhì)量塊重量較小導(dǎo)致傳感器靈敏?度較低的問題。?

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種微機(jī)械傳感器的制作方法，至少包括以下步驟：1）提供第一硅襯底，制作光刻圖形并采用濕法各向異性硅腐蝕技術(shù)從所述第一硅襯底上表面開始刻蝕，以在所述第一硅襯底中形成間隔且橫截面為倒置梯形結(jié)構(gòu)的兩深腔結(jié)構(gòu)以及所述兩深腔結(jié)構(gòu)之間的橫截面為正置梯形結(jié)構(gòu)的硅塊結(jié)構(gòu)；2）提供表面結(jié)合有敏感膜第二襯底，并將所述敏感膜與所述第一硅襯底的上表面進(jìn)行鍵合；或提供表面結(jié)合有敏感膜且敏感膜表面結(jié)合有氧化層的第二襯底，并將所述氧化層與所述第一硅襯底的上表面進(jìn)行鍵合；3）減薄所述第二襯底以露出所述敏感膜；4）于所述敏感膜上制備敏感結(jié)構(gòu)及金屬引線；刻蝕所述第一硅襯底的下表面直至露出所述深腔結(jié)構(gòu)及硅塊結(jié)構(gòu)，并繼續(xù)刻蝕所述硅塊結(jié)構(gòu)至一預(yù)設(shè)深度。?

在本發(fā)明的微機(jī)械傳感器的制作方法中，所述敏感膜與硅塊結(jié)構(gòu)通過鍵合的方式進(jìn)行粘結(jié)。?

在本發(fā)明的微機(jī)械傳感器的制作方法中，所述正置梯形結(jié)構(gòu)為上底位于下底上方的梯形結(jié)構(gòu)，所述倒置梯形結(jié)構(gòu)為上底位于下底下方的梯形結(jié)構(gòu)。?

優(yōu)選地，所述正置梯形結(jié)構(gòu)為正置的等腰梯形結(jié)構(gòu)。?

作為本發(fā)明的微機(jī)械傳感器的制作方法的一個(gè)優(yōu)選方案，所述步驟4）包括以下步驟：4-1）首先于所述敏感膜上制備敏感結(jié)構(gòu)及金屬引線；4-2）然后刻蝕所述第一硅襯底的下表面直至露出所述深腔結(jié)構(gòu)及硅塊結(jié)構(gòu)，并繼續(xù)刻蝕所述硅塊結(jié)構(gòu)至一預(yù)設(shè)深度。?

作為本發(fā)明的微機(jī)械傳感器的制作方法的一個(gè)優(yōu)選方案，所述步驟4）還包括：4-3）提供一支撐片，并將所述支撐片與所述第一硅襯底的下表面進(jìn)行真空鍵合。?

作為本發(fā)明的微機(jī)械傳感器的制作方法的一個(gè)優(yōu)選方案，所述步驟4）還包括提供一支撐片，并將所述支撐片與所述第一硅襯底的下表面進(jìn)行真空鍵合的步驟，具體地，所述步驟4）包括以下步驟：4-1）首先刻蝕所述第一硅襯底的下表面直至露出所述深腔結(jié)構(gòu)及硅塊結(jié)構(gòu)，并繼續(xù)刻蝕所述硅塊結(jié)構(gòu)至一預(yù)設(shè)深度；4-2）然后提供一支撐片，并將所述支撐片與所述第一硅襯底的下表面進(jìn)行真空鍵合；4-3）最后于所述敏感膜上制備敏感結(jié)構(gòu)及金屬引線。?

作為本發(fā)明的微機(jī)械傳感器的制作方法的一個(gè)優(yōu)選方案，所述制作方法還包括將覆蓋于所述深腔結(jié)構(gòu)的敏感膜刻蝕成連接所述硅塊結(jié)構(gòu)及第一硅襯底的微梁結(jié)構(gòu)的步驟。?

作為本發(fā)明的微機(jī)械傳感器的制作方法的一個(gè)優(yōu)選方案，所述步驟3）還包括對所述敏感膜進(jìn)行拋光的步驟。?