[發(fā)明專利]一種靜電激勵/壓阻檢測硅微諧振式壓力傳感器及其制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310595163.4
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103557970A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金建東;王明偉;吳亞林;李玉玲;齊虹;田雷;王永剛;劉智輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團公司第四十九研究所
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務(wù)所 23109
• 代理人: 張宏威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種靜電激勵/壓阻檢測硅微諧振式壓力傳感器及其制作方法，屬于傳感器領(lǐng)域。

背景技術(shù)

采用諧振工作原理的壓力傳感器可以實現(xiàn)高精度的壓力檢測，而硅微加工技術(shù)的發(fā)展，為微諧振式壓力傳感器提供了更多的實現(xiàn)技術(shù)。美國GE公司[J.C.Greenwood,D.W.Satehell.Miniature?silicon?resonant?Pressure?sensor.IEE?Proceedings?D.Control?Theory?and?Applications.1988,Vol.135,PP:369-372.]、日本橫河株式會社式[Ikeda?K,et?al.Sensors?and?Actruators,1990,21A:145-150]的諧振式壓力傳感器已經(jīng)商用化，分別采用靜電激勵/電容檢測、電磁激勵/電磁檢測為工作方式。國內(nèi)的中科院電子學(xué)研究所[01124285.X，以SiNx為梁的新型微結(jié)構(gòu)諧振梁壓力傳感器制作方法]等單位采用電磁激勵/電磁檢測為工作方式。北京航空航天大學(xué)[樊尚春.熱激勵諧振式硅微結(jié)構(gòu)壓力傳感器[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2004,4(5):426-429]等單位采用電熱激勵/壓阻檢測為工作方式。西北工業(yè)大學(xué)[200610104609.9硅微諧振式壓力傳感器及其制作方法]、上海大學(xué)[趙江銘,沈雪謹,張永宇,陳曉陽.單側(cè)支撐靜電硅微諧振器的實驗研究.中國機械工程,2005,16:193-195]等單位主要采用靜電激勵/電容檢測為工作方式。

相對于靜電激勵/壓阻檢測，前面提到的常用工作方式有如下缺點：（1）相對于靜電激勵，熱激勵是一種接觸的激勵方式，它會損傷諧振子的表面，在激勵過程中產(chǎn)生的熱量會引起的諧振子的頻偏，從而會降低傳感器的穩(wěn)定性和測量精度。熱激勵需要完成電能—熱能—機械能的轉(zhuǎn)化，從而會使器件工作時產(chǎn)生較大功耗。另外，熱激勵建立速度較慢，會降低器件的響應(yīng)速度；（2）相對于壓阻檢測，電容檢測容易受到環(huán)境干擾，是一種抗干擾能力較弱的檢測方式；（3）電磁激勵/電磁檢測需要外置磁場，這會使器件難以小型化。

靜電激勵/壓阻檢測由于相應(yīng)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，實現(xiàn)起來難度較大，研究較少。斯倫貝格美國航空分公司實現(xiàn)了這種工作方式的諧振壓力傳感器，但并沒有實現(xiàn)芯片級的真空封裝[Kurt?Petersen,Farzad?Pourahmadi,Joe?Brown.Resonant?beam?pressure?sensor?fabricated?With?silicon?fusion?bonding.Teeh?Digest,6th?int?Conf?solid-State?Sensors?and?Actuators?Tranducer’91,Sanancisco,CA,USA,1991,pp:664-667]。器件制作過程中采用了硅硅直接鍵合和硅片減薄等較為復(fù)雜的技術(shù)，為器件實現(xiàn)增加了難度。

現(xiàn)有硅微諧振式壓力傳感器采用的制作技術(shù)主要有：硅硅直接鍵合技術(shù)、濃硼自停止腐蝕技術(shù)、犧牲層技術(shù)、對SOI硅片的各向異性腐蝕技術(shù)。這些技術(shù)有如下缺點：

（1）硅硅直接鍵合技術(shù)對硅片平整度要求極高，并且是高溫工藝，需要在1000度以上的高溫進行。如果使用硅硅直接鍵合技術(shù)，往往需要對硅片進行刻蝕或機械減薄。由于原始硅片的厚度不可能處處相同，因此減薄后制作的諧振梁厚度也很難處處均勻；

（2）濃硼自停止腐蝕技術(shù)制作的諧振子厚度由硼摻雜的深度決定，因此諧振子不容易做厚。另外，摻雜會使諧振子存在較大應(yīng)力，影響器件的長期穩(wěn)定性；

（3）犧牲層技術(shù)制作的諧振器，諧振子多由沉積的多晶硅或氮化硅制作。由于沉積較厚的薄膜很費時間，并且應(yīng)力不易控制，因此諧振子不易做厚。并且多晶硅的壓阻系數(shù)小于單晶硅，因此不利于進行壓阻檢測。另外，諧振子懸空高度往往由充當(dāng)犧牲層的二氧化硅層厚度決定，因此懸空不可能太高，這會使諧振子振動時產(chǎn)生較大阻尼，降低器件的Q值；

（4）對SOI硅片進行各向異性腐蝕制作的諧振器，諧振子厚度不可能大于SOI材料上層硅厚度。因此，諧振器振動頻率的調(diào)整受到限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有硅微諧振式壓力傳感器制作技術(shù)存在的問題，提供了一種靜電激勵/壓阻檢測硅微諧振式壓力傳感器及其制作方法。

本發(fā)明所述一種靜電激勵/壓阻檢測硅微諧振式壓力傳感器，它包括下層硅片和上層硅片，下層硅片和上層硅片通過BCB膠鍵合為一個整體；