CN102336388B - 压敏传感器的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压敏传感器的制备方法，为在定锚通孔氧化硅刻蚀之后，增加一步刻蚀硅衬底形成定锚底座孔的步骤，并且采用硅衬底各向同性刻蚀工艺，在后续工艺流程中形成具有定锚底座的定锚，承载压敏传感器主体。并且定锚底座深入到硅衬底中且比较宽大，从而增加压敏传感器主体结构的稳定性。

Description

压敏传感器的制备方法
技术领域
本发明涉及一种压敏传感器的制备方法。
背景技术
压敏传感器是将压力转换为电信号的一种器件。一般可用体微机械加工或表面微机械加工两种方法来制造薄膜，然后在薄膜中嵌入压阻器就可以测量压力所引起的应力，同时，电容用来测量薄膜的挠度。
采用表面微机械加工技术制作带真空腔结构的压敏传感器方法，在晶圆的表面刻蚀出一个空腔(cavity)作为传感薄膜的伸缩空间。在空腔形成之后向空腔填充牺牲层，其中的牺牲层淀积工艺会保持因空腔刻蚀形成的图形间的高低差(Step-height)。经CMP平坦化之后在空腔的周围的牺牲层刻蚀一圈环绕空腔的通孔(定锚通孔的形成参见图2和图3，其中4为光刻胶，3为牺牲层)，为用来填充固定传感薄膜的定锚通孔。之后进行定锚通孔填充和传感薄膜淀积，然后刻蚀出传感薄膜形状，再通过湿法刻蚀的方法把所有牺牲层刻蚀干净。最后淀积一层保护层把压敏传感器件密封。
采用上述制备方法所制备出的压敏传感器主体结构如图1所示，其中3为硅衬底，2为定锚通孔，1为传感薄膜。这种结构非常不稳定，在外力的作用下，如后续工艺流程中的水洗等，都将会破坏压敏传感器结构。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种压敏传感器的制备方法，其能提供更稳定的支撑。
为解决上述技术问题，本发明的压敏传感器的制备方法，在硅衬底上的第一牺牲层中刻蚀形成定锚通孔之后，包括如下步骤：
1)采用各向同性的刻蚀工艺，刻蚀所述定锚通孔下的硅衬底至硅平面下预定深度，形成定锚底座孔，而后去除光刻胶；
2)CMP工艺研磨去除所述硅衬底上的第一牺牲层；
3)在所述硅衬底上淀积传感薄膜，所述传感薄膜填充硅衬底中的所述定锚底座孔；
4)CMP工艺研磨所述传感薄膜至所述硅衬底平面；
5)在硅衬底上淀积第二牺牲层；
6)采用光刻工艺在所述第二牺牲层上定义出定锚通孔的位置，而后刻蚀所述第二牺牲层至所述硅衬底中的传感薄膜中，形成定锚通孔，之后去除光刻胶；
7)在所述第二牺牲层上再次淀积传感薄膜，所述传感薄膜填充所述定锚通孔形成定锚，最终形成由定锚底座和定锚构成的传感薄膜支撑柱；
8)紧接着进行高温退火处理，之后进行传感薄膜图形化等常规的工艺。
本发明的压敏传感器的制备方法，在定锚通孔氧化膜刻蚀完成之后，额外增加一步定锚底座孔的刻蚀，在硅衬底上刻蚀形成定锚底座孔，并且采用各向同性的刻蚀工艺。在后续工艺流程中形成定锚时，作为承载压敏传感器主体的定锚可以深入到硅衬底中并且底座比较宽大，从而增加压敏传感器主体结构的稳定性。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为现有的压敏传感器结构示意图；
图2为现有的制备压敏传感器方法中通孔光刻示意图；
图3为现有的制备压敏传感器方法中刻蚀氧化膜形成通孔后的示意图；
图4为采用本发明的方法制备的压敏传感器结构示意图；
图5为本发明的压敏传感器制备流程示意图；
图6至图16为与本发明的制备方法中的步骤相应的压敏传感器结构示意图。
具体实施方式
本发明的压敏传感器的制备方法，包括如下步骤(参见图5)：
1)在硅衬底3上刻蚀形成空腔，而后淀积第一牺牲层51，接着采用光刻工艺在第一牺牲层上定义出定锚通孔的位置(见图6，4为光刻胶)，紧接着刻蚀第一牺牲层形成定锚通孔(见图7)。上述工艺流程与原有工艺相同。而后采用各向同性的刻蚀工艺，刻蚀定锚通孔下的硅衬底至硅平面下预定深度(可为0.05～2μm)，形成定锚底座孔221(见图8)，而后去除光刻胶(见图9)；
2)CMP工艺研磨去除硅衬底3上的第一牺牲层51(见图10)；
3)在硅衬底3上淀积传感薄膜1，传感薄膜填充硅衬底中的定锚底座孔，形成定锚底座22(见图11)；
4)CMP工艺研磨传感薄膜至硅衬底平面(见图12)；
5)在硅衬底上淀积第二牺牲层52(见图13)；
6)采用光刻工艺在第二牺牲层52上定义出定锚通孔的位置，而后刻蚀第二牺牲层至硅衬底中的传感薄膜，形成定锚通孔211(见图14)，之后去除光刻胶(见图15)；
7)在第二牺牲层52上再次淀积传感薄膜1，传感薄膜填充定锚通孔211形成定锚21，最终形成由定锚底座22和定锚21构成的传感薄膜支撑柱；
8)紧接着进行高温退火处理，之后进行传感薄膜图形化，第一层牺牲层和第二牺牲层去除(见图4)，以及淀积保护层将压敏传感器件密封等常规的工艺。该步退火处理的温度可设定为700-1200℃。
上述步骤一中刻蚀硅衬底形成定锚底座孔的刻蚀过程可在多晶硅的刻蚀机台上完成。定锚通孔硅基底刻蚀主要采用各向同性刻蚀工艺，主要目的为使形成的定锚底座孔深入硅基底并且更加宽大稳定。刻蚀可采用等离子体刻蚀工艺，一个具体的刻蚀条件为：刻蚀气体SF6流量为10sccm～200sccm；刻蚀气体O2的流量为10sccm～150sccm；刻蚀设备的上部电极源功率设置为500～2000w；下部电极偏置功率设置为0w；刻蚀腔体内的压力设置为10～100mt(毫托)。第一牺牲层和第二牺牲层为氧化硅或氮化硅。

Claims (5)

1.一种压敏传感器的制备方法，其特征在于，在硅衬底上的第一牺牲层中刻蚀形成定锚通孔之后，包括如下步骤：
1)采用各向同性的刻蚀工艺，刻蚀所述定锚通孔下的硅衬底至硅平面下预定深度，形成定锚底座孔，而后去除光刻胶；
2)CMP工艺研磨去除所述硅衬底上的第一牺牲层；
3)在所述硅衬底上淀积传感薄膜，所述传感薄膜填充硅衬底中的所述定锚底座孔，形成定锚底座；
4)CMP工艺研磨所述传感薄膜至所述硅衬底平面；
5)在硅衬底上淀积第二牺牲层；
6)采用光刻工艺在所述第二牺牲层上定义出定锚通孔的位置，而后刻蚀所述第二牺牲层至所述硅衬底中的传感薄膜中，形成定锚通孔，之后去除光刻胶；
7)在所述第二牺牲层上再次淀积传感薄膜，所述传感薄膜填充所述定锚通孔形成定锚，最终形成由定锚底座和定锚构成的传感薄膜支撑柱；
8)紧接着进行高温退火处理，之后进行传感薄膜图形化的常规的工艺。
2.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤一中刻蚀至所述硅衬底平面下的深度为0.05～2μm。
3.按照权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤一的刻蚀在多晶硅的刻蚀机台上完成。
4.按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤一的刻蚀采用等离子体刻蚀工艺，刻蚀工艺参数为：刻蚀气体SF6流量为10sccm～200sccm；刻蚀气体O2的流量为10sccm～150sccm；刻蚀设备的上部电极源功率设置为500～2000w；下部电极偏置功率设置为0w；刻蚀腔体内的压力设置为10～100mt。
5.按照权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述第一牺牲层和第二牺牲层为氧化硅或氮化硅。
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