CN107673306A - 一种mems压力传感器的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种MEMS压力传感器的制备方法，采用两片SOI硅片，利用干法刻蚀第一SOI硅片顶层硅至埋氧层制备岛状结构，将第二SOI硅片的顶层硅和制备好岛状结构的第一SOI硅片顶层硅通过硅硅键合于一起，在带有岛状结构的第一SOI硅衬底处打开适合的窗口，经KOH溶液腐蚀至埋氧层，气态HF去除埋氧层，形成岛状结构活动间隙及过载结构，将制备好的结构和双抛硅片通过硅硅键合于一起，减薄第二SOI硅片的衬底，并去除第二SOI硅片的埋氧层，形成敏感薄膜，再制作压敏电阻及电极引线，最后完成整个MEMS压力传感器的制备；本方法可以精确控制岛状结构厚度，第一SOI硅片顶层硅的厚度即为岛状结构层厚度；同时实现抗过载结构，适合批量生产。

Description

一种MEMS压力传感器的制备方法

技术领域

本发明涉及微机械电子技术领域，具体是一种MEMS压力传感器的制备方法。

背景技术

MEMS 硅压力传感器是目前工业生产中最为重要的一类传感器，广泛应用于汽车工业、航天工业、军事、医疗卫生等领域。压阻式压力传感器是目前最为广泛的一类压力传感器，利用硅的良好的机械性能和电学性能，通过扩散或者离子注入的方法将力敏电阻注入到敏感薄膜中实现了感压元件和转换电路的集成。衡量压力传感器最重要的两个参数是灵敏度和线性度。对于传统C型硅杯结构，提高压力传感器灵敏度必须减薄敏感薄膜，使其压敏电阻区域应力增大，从而提高灵敏度，在减薄敏感薄膜厚度的同时，芯片受压时会导致敏感薄膜形变增大，从而导致传感器非线性增大。

为了解决这一问题，岛膜结构在相同的膜厚下可以获得比平膜结构更高的灵敏度。岛膜结构的芯片受压时，应力会高度集中于岛与边缘之间的沟槽区域，从而使灵敏度获得显著提高，而且它还可实现过压保护和非线性内补偿。此外，为了保证压力测试的频率响应输出，避免环境因素对测试的干扰，硅岛高度受到了严格控制，一般小于100μm，岛膜结构大多采用各项异性体硅湿法腐蚀工艺制备岛膜结构，此工艺腐蚀后腔体侧壁与底部会形成大于90°的夹角，不利于缩小芯片面积，降低了硅片利用率，这也是岛膜结构压力传感器发展受到制约的一个重要原因。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MEMS压力传感器的制备方法，该方法可以精确控制岛状结构厚度，同时实现抗过载结构，提高MEMS压力传感器片内，片间整体性能的一致性，重复性，适合批量生产。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种MEMS压力传感器的制备方法，包括以下步骤：

S1、取第一SOI硅片，利用干法刻蚀，将第一SOI硅片的顶层硅刻蚀至埋氧层，形成岛状结构；

S2、取第二SOI硅片，第二SOI硅片的顶层硅与第一SOI硅片进行硅硅键合；

S3、在第一SOI硅片的衬底氧化层进行光刻，打开KOH腐蚀窗口，利用KOH腐蚀溶液通过KOH腐蚀窗口对第一SOI硅片的衬底硅进行湿法腐蚀，腐蚀至第一SOI硅片的埋氧层，形成由下至上渐缩的空腔，空腔顶面对应于岛状结构下方，且空腔顶面小于岛状结构；

S4、利用气态HF腐蚀，将空腔暴露出的埋氧层腐蚀干净，形成岛状结构活动间隙以及抗过载结构；

S5、取一片双抛硅片，与第一SOI硅片的衬底进行硅硅键合；

S6、对第二SOI硅片进行湿法腐蚀，去除衬底硅、衬底氧化层与埋氧层，其顶层硅形成敏感薄膜；

S7、在敏感薄膜上制作压敏电阻及电极引线，最后完成MEMS压力传感器的制备。

本发明的有益效果是：采用两片SOI硅片，本方法既可以精确控制敏感薄膜的厚度，又可以精确控制岛状结构厚度，第一SOI硅片顶层硅的厚度即为岛状结构层厚度；同时，在第一SOI硅片的衬底硅制作与岛状结构相对应的空腔，形成岛状结构活动间隙以及抗过载结构，能够提高MEMS压力传感器片内，片间整体性能的一致性，重复性，适合批量生产。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明步骤S1的示意图；

图2与图3是本发明步骤S2的示意图；

图4是本发明步骤S3的示意图；

图5是本发明步骤S4的示意图；

图6是本发明步骤S5的示意图；

图7是本发明步骤S6的示意图；

图8是本发明步骤S7的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种MEMS压力传感器的制备方法，包括以下步骤：

S1、如图1所示，取第一SOI硅片1，利用干法刻蚀，将第一SOI硅片1的顶层硅1a刻蚀至埋氧层1b，形成岛状结构3；

S2、结合图2与图3所示，取第二SOI硅片2，第二SOI硅片2的顶层硅2a与第一SOI硅片的顶层硅1a进行硅硅键合；

S3、结合图4所示，在第一SOI硅片1的衬底氧化层1d进行光刻，打开KOH腐蚀窗口，利用KOH腐蚀溶液通过KOH腐蚀窗口对第一SOI硅片1的衬底硅1c进行湿法腐蚀，腐蚀至第一SOI硅片1的埋氧层1b，形成由下至上渐缩的空腔4，空腔4顶面对应于岛状结构3下方，且空腔4顶面小于岛状结构3；

S4、结合图5所示，利用气态HF腐蚀，将空腔暴露出的埋氧层1b腐蚀干净，形成岛状结构活动间隙5以及抗过载结构6；

S5、结合图6所示，取一片双抛硅片7，与第一SOI硅片1的衬底氧化层1d进行硅硅键合；

S6、结合图7所示，对第二SOI硅片2进行湿法腐蚀，去除衬底硅2c、衬底氧化层2d与埋氧层2b，其顶层硅2a形成敏感薄膜；

S7、结合图8所示，在敏感薄膜上制作压敏电阻8及电极引线9，最后完成MEMS压力传感器的制备。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (1)

1.一种MEMS压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、取第一SOI硅片，利用干法刻蚀，将第一SOI硅片的顶层硅刻蚀至埋氧层，形成岛状结构；

S2、取第二SOI硅片，第二SOI硅片的顶层硅与第一SOI硅片进行硅硅键合；

S3、在第一SOI硅片的衬底氧化层进行光刻，打开KOH腐蚀窗口，利用KOH腐蚀溶液通过KOH腐蚀窗口进行湿法腐蚀，腐蚀至第一SOI硅片的埋氧层，形成由下至上渐缩的空腔，空腔顶面对应于岛状结构下方，且空腔顶面小于岛状结构；

S4、利用气态HF腐蚀，将空腔暴露出的埋氧层腐蚀干净，形成岛状结构活动间隙以及抗过载结构；

S5、取一片双抛硅片，与第一SOI硅片的衬底进行硅硅键合；

S6、对第二SOI硅片进行湿法腐蚀，去除衬底硅、衬底氧化层与埋氧层，其顶层硅形成敏感薄膜；

S7、在敏感薄膜上制作压敏电阻及电极引线，最后完成MEMS压力传感器的制备。