[發(fā)明專利]一種微電子氣壓傳感器及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611222748.1
• 申請(qǐng)日: 2016-12-27
• 公開（公告）號(hào): CN106586942A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 齊本勝;蔡春華;朱念芳;華迪;談俊燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)常州校區(qū)
• 主分類號(hào): B81B3/00
• 分類號(hào): B81B3/00;B81C1/00;G01L9/12
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司32224
• 代理人: 劉艷艷,董建林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微電子氣壓傳感器及其制備方法，尤其是一種基于MEMS微加工技術(shù)的氣壓傳感器及其制備方法，屬于微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

常規(guī)的氣壓傳感器的感應(yīng)原理主要包括兩種電容感應(yīng)和壓阻感應(yīng)兩種。電容感應(yīng)的原理是壓力作用下，電容的一個(gè)可動(dòng)電極發(fā)生位移，電容間距變化，電容值變化。壓阻感應(yīng)的原理是壓力作用下，由于膜變形產(chǎn)生的應(yīng)力導(dǎo)致膜上電阻發(fā)生變化。這兩種氣壓傳感器的主要缺陷是：（1）對(duì)于電容式氣壓傳感器，主要問(wèn)題是電極引出，并且由于存在一個(gè)可動(dòng)電極，導(dǎo)致封裝較困難，可靠性較差；（2）對(duì)于壓阻式氣壓傳感器，這類氣壓傳感器對(duì)于設(shè)計(jì)的要求很高，對(duì)于壓阻的大小，形狀以及放置的位置都有嚴(yán)格的要求。此外，工藝要求也很高，因?yàn)楸仨毐ＷC形成惠斯通電橋的四個(gè)電阻阻值完全相等。

發(fā)明內(nèi)容

目的：為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微電子氣壓傳感器及其制備方法，器件結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，低成本，加工工藝簡(jiǎn)單，且與CMOS IC工藝具有較好的兼容性。基本方法就是采用MEMS技術(shù)，通過(guò)單晶硅外延封腔工藝在硅片內(nèi)形成空腔，并在空腔上形成敏感電容從而實(shí)現(xiàn)氣壓傳感器的功能。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種微電子氣壓傳感器，其特征在于：包括單晶硅密封腔體和基于介電伸縮效應(yīng)的電容式氣壓傳感器；

以單晶硅作為襯底，通過(guò)單晶硅外延封腔工藝形成密封腔體結(jié)構(gòu)；通過(guò)濺射，光刻，腐蝕工藝，在密封腔上表面的依次生長(zhǎng)電容器下電極、介電材料、上電極；在單晶硅襯底上設(shè)置有金屬焊盤和引線用來(lái)分別引出電容器的上電極、下電極；

根據(jù)介電伸縮效應(yīng)原理，電容介電材料的介電常數(shù)值隨所受壓力的變化而變化，并且呈現(xiàn)明顯的單調(diào)性，從而通過(guò)檢測(cè)電容器敏感電容值，可以實(shí)現(xiàn)壓力或者氣壓等數(shù)據(jù)檢測(cè)。

所述的微電子氣壓傳感器，其特征在于：所述單晶硅襯底上表面依次生長(zhǎng)有氧化硅和氮化硅，并光刻、腐蝕形成接觸孔。

所述的微電子氣壓傳感器，其特征在于：所述電容器下電極、上電極、引線及焊盤的材質(zhì)均為金屬。

作為優(yōu)選方案，所述的微電子氣壓傳感器，其特征在于：所述電容器下電極、上電極、引線及焊盤的材質(zhì)均為Al。

作為優(yōu)選方案，所述的微電子氣壓傳感器，其特征在于：所述電容介電材料為氧化硅。

作為優(yōu)選方案，所述的微電子氣壓傳感器，其特征在于：?jiǎn)尉Ч枰r底中的密封腔體高度為4-6μm。更優(yōu)選為5μm左右。

本發(fā)明還提供上述的微電子氣壓傳感器的制備方法，包括以下步驟：

步驟1）、采用N型單晶硅作為襯底，通過(guò)各向異性反應(yīng)離子刻蝕工藝在單晶硅襯底上刻蝕淺槽；

步驟2）、在對(duì)單晶硅襯底淺槽側(cè)壁進(jìn)行保護(hù)的同時(shí)，對(duì)單晶硅襯底進(jìn)行各向同性腐蝕，為接下來(lái)的外延單晶硅封腔工藝做準(zhǔn)備；

步驟3）、外延生長(zhǎng)單晶硅，在單晶硅襯底內(nèi)部形成密封腔體；

步驟4）、在單晶硅襯底上表面依次生長(zhǎng)氧化硅和氮化硅，并光刻、腐蝕形成接觸孔；

步驟5）、在氮化硅表面濺射第一層金屬，光刻、腐蝕形成焊盤、電互連線以及電容器下電極；

步驟6）、在氮化硅和第一層金屬上濺射電容介電材料，光刻、腐蝕形成電容介電層結(jié)構(gòu)；

步驟7）、光刻、腐蝕電容介質(zhì)材料，露出電容器下極板的引線及焊盤。

有益效果：本發(fā)明提供的微電子氣壓傳感器，由于外延單晶硅工藝成熟，其所形成的硅微結(jié)構(gòu)機(jī)械性能良好，尤其利用外延單晶硅所形成的腔體結(jié)構(gòu)密封性能十分優(yōu)異。由此形成的電容式氣壓傳感器電容值主要由薄膜體厚度決定，并受環(huán)境溫度及壓力影響。基于介電伸縮效應(yīng)原理，電容介電材料介電常數(shù)值隨所受壓力的變化而變化，并且呈現(xiàn)明顯的單調(diào)性，該特性可以實(shí)現(xiàn)壓力或者氣壓等數(shù)據(jù)檢測(cè)。結(jié)合MEMS微加工技術(shù)，該電容式氣壓傳感器體積小，功耗低，響應(yīng)時(shí)間短。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明制作的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)的主視圖；

圖3是本發(fā)明結(jié)構(gòu)的俯視圖；

圖中：襯底1、氧化硅2、氮化硅3、電容器下電極4、電容介電材料5、電容器上電極6、密封腔體7、焊盤8。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明做具體說(shuō)明：

實(shí)施例1：

如圖1至圖3所示，本發(fā)明提供的微電子氣壓傳感器通過(guò)以下步驟制備：

（a）采用N型（100）單晶硅作為襯底1，通過(guò)各向異性反應(yīng)離子刻蝕RIE 工藝在單晶硅襯底1上刻蝕1-10μm淺槽；