[發明專利]一種電容式微電子氣壓傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201710016949.4
• 申請日: 2017-01-11
• 公開（公告）號: CN106744651A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 蔡春華;朱念芳;齊本勝;談俊燕;華迪;曹元;王海濱
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81C1/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司32224
• 代理人: 劉艷艷,董建林

技術領域

本發明涉及一種電容式微電子氣壓傳感器及其制備方法，尤其是一種基于MEMS微加工技術的電容式微電子氣壓傳感器及其制備方法，屬于微電子機械系統技術領域。

背景技術

常規氣壓傳感器的敏感原理主要包括電阻感應和電容感應兩種。電阻感應的原理是被測氣體的壓力變化時，薄膜形變帶動頂針，導致膜上電阻的阻值發生變化。電容感應的原理是被測氣體的壓力變化時，電容的可動電極產生一定的位移，電容的間距產生變化，導致電容的值產生變化。這兩種氣壓傳感器的主要缺陷是：（1）對于電阻式氣壓傳感器來說，首先保證電阻的阻值大小、形狀以及擺放的位置均符合要求，其次保證形成惠斯通電橋的四個電阻阻值完全相等，所以對此類氣壓傳感器的制作工藝有極高的要求；（2）對于常規電容式氣壓傳感器來說，由于存在一個可動電極，引出電極比較困難，且傳感器后期封裝也比較困難，密封工藝要求高，導致此類氣壓傳感器的可靠性比較差。

發明內容

目的：為解決現有技術的不足，提供一種電容式微電子氣壓傳感器及其制備方法，器件加工工藝簡單，具有結構穩定，低成本等特點，且與CMOS IC工藝有較好的兼容性。基本方法：采用MEMS微加工技術，通過單晶硅外延密封腔體工藝在硅片內形成空腔，并且在密封空腔上形成空腔敏感電容從而實現氣壓傳感器的功能。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種電容式微電子氣壓傳感器，其特征在于：包括單晶硅密封腔體和基于上下兩電極間距離變化量的電容式氣壓傳感器；

以單晶硅作為襯底，通過單晶硅外延封腔工藝形成密封腔體結構；通過濺射，光刻，腐蝕工藝，在密封腔上表面的依次生長電容器下電極、犧牲層、上電極；最后在對電容器上電極、電容器下電極進行保護的同時，對犧牲層進行各向同性的腐蝕，去除犧牲層；在單晶硅襯底上設置有金屬焊盤和引線用來分別引出電容器的上電極、下電極。

作為優選方案，所述單晶硅襯底上表面依次生長有氧化硅和氮化硅，并光刻、腐蝕形成接觸孔。

作為優選方案，所述電容器下電極、上電極、引線及焊盤的材質均為金屬。

作為優選方案，所述電容器下電極、上電極、引線及焊盤的材質均為Al。

作為優選方案，所述犧牲層的材質為磷硅玻璃。

作為優選方案，所述的電容式微電子氣壓傳感器，其特征在于：單晶硅襯底中的密封腔體高度為4-6μm。

本發明還提供所述的電容式微電子氣壓傳感器的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

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

步驟2）、在對單晶硅襯底淺槽側壁進行保護的同時，對單晶硅襯底進行各向同性腐蝕，為接下來的外延單晶硅封腔工藝做準備；

步驟3）、外延生長單晶硅，在單晶硅襯底內部形成密封腔體；

步驟4）、在單晶硅襯底上表面依次生長氧化硅和氮化硅，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犧牲層材料，光刻、腐蝕形成犧牲層；

步驟7）、在氮化硅和犧牲層上濺射第二層金屬，光刻、腐蝕形成焊盤、電互連線以及電容器上電極，并在電容器上電極上開設有多個方格通孔，作為腐蝕電容器上下電極間犧牲層的窗口；

步驟8）、在對電容器上電極、電容器下電極進行保護的同時，對犧牲層進行各向同性的腐蝕，露出電容器下極板的引線及焊盤。

有益效果：本發明提供的電容式微電子氣壓傳感器，建立在單晶硅的密封腔體結構基礎上，器件結構簡單，且該密封腔體結構是通過單晶硅外延生長工藝形成的。相對于通過鍵合或者表面犧牲層工藝形成的密封腔體結構，建立在單晶硅外延密封腔體工藝上的氣壓傳感器結構具有制造工藝簡單，結構穩定性高，器件機械性能良好等特點。并且利用正面濺射和刻蝕工藝就可以完成對電容式氣壓傳感器器件的加工，加工工藝及步驟簡單可靠。整個加工過程不會影響硅片正面已有的CMOS電路，例如溫度傳感器可以采用CMOS 加工工藝進行加工，從而進一步的實現芯片的單片智能化，同時減小了芯片的尺寸，降低了芯片的成本。

附圖說明

圖1是本發明制作的流程示意圖；

圖2是本發明結構的主視圖；

圖3是本發明結構的俯視圖；

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