CN107934910B - 一种压阻式mems传感器制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种压阻式MEMS传感器制作方法，包括以下步骤：取P型单晶硅作为衬底，对衬底顶面各向异性腐蚀形成MEMS传感器所需的空腔；取第一SOI硅片，将第一SOI硅片的顶层硅与衬底顶面硅硅键合；去除第一SOI硅片的衬底硅与埋氧层；双面热氧化，形成上、下介质隔离层；在第一SOI硅片的顶层硅制作传感器敏感结构的主梁；取第二SOI硅片，将第二SOI硅片的顶层硅与上介质隔离层硅硅键合；去除第二SOI硅片的衬底硅与埋氧层；在第二SOI硅片的顶层硅制作传感器的压敏电阻区，形成压阻式MEMS传感器的敏感结构；本发明采用两片SOI硅片分别制作敏感结构的主梁与敏感梁，通过介质隔离层实现压敏电阻与衬底的介质隔离，避免了传统PN结隔离的缺陷，提高了传感器的耐高温性能。

Description

一种压阻式MEMS传感器制作方法
技术领域
本发明涉及硅微机械传感器技术领域，具体是一种压阻式MEMS传感器制作方法。
背景技术
高g值MEMS加速度传感器常被用于苛刻的撞击、侵彻、冲击场合的加速度测试，在经历碰撞、侵彻等应用过程中，加速度传感器会受到各种高频信号的影响，为真实再现碰撞、侵彻等过程中的加速度信号细节，尽可能减小信号失真，对高g值MEMS加速度传感器的指标要求也越来越高，往往具有以下几点：1、高灵敏度；2、高共振频率，即实现高带宽；3、高可靠性：耐高压、高温、潮湿等恶劣工作环境；4、体积小、重量轻、功耗低。
高g值MEMS加速度传感器的共振频率和灵敏度是决定传感器性能的关键指标，然而，传感器结构的共振频率与灵敏度是一对相互矛盾的指标，通常共振频率越高、灵敏度越低。
现阶段，高g值MEMS加速度传感器的敏感结构设计中，通常采用三边固支板和直拉直压梁结构作为高g值MEMS加速度传感器的检测结构，可以同时获得高灵敏度和高共振频率，是性能较高的敏感结构设计。
目前，通常是在N型硅基底上制作上述敏感结构，在敏感结构上进行压敏电阻区域分布，然后在压敏电阻区域进行硼离子注入形成压敏电阻。在这种制备方法中，压敏电阻与硅衬底之间是通过PN结进行隔离的，当工作温度偏高时，PN结的漏电流会显著增加，漏电流增加过大后会破坏反偏PN结的隔离作用，因此采用PN结隔离的高g值加速度计的温度系数相对较大，工作温度范围窄，在高温恶劣环境中，加速度计可靠性不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压阻式MEMS传感器制作方法，能够解决传统PN结隔离式的高g值MEMS加速度传感器在高温下可靠性差的问题，极大地提高传感器的耐高温能力；并且三轴敏感结构可以在同一硅片上形成，提高效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种压阻式MEMS传感器制作方法，包括以下步骤：
S1、取P型单晶硅作为衬底，采用湿法腐蚀对衬底顶面进行各向异性腐蚀，形成MEMS传感器所需的空腔；
S2、取第一SOI硅片，将第一SOI硅片的顶层硅与衬底顶面硅硅键合；
S3、去除第一SOI硅片的衬底硅与埋氧层；
S4、双面热氧化，使第一SOI硅片的顶层硅顶面形成上介质隔离层、衬底底面形成下介质隔离层；
S5、采用光刻与ICP深硅刻蚀工艺，在第一SOI硅片的顶层硅制作MEMS传感器敏感结构的主梁；
S6、取第二SOI硅片，将第二SOI硅片的顶层硅与上介质隔离层硅硅键合；
S7、去除第二SOI硅片的衬底硅与埋氧层；
S8、第二SOI硅片的顶层硅作为MEMS传感器敏感结构的敏感梁，采用光刻与ICP深硅刻蚀工艺，在第二SOI硅片的顶层硅制作MEMS传感器的压敏电阻区，形成压阻式MEMS传感器的敏感结构。
本发明的有益效果是：采用两片SOI硅片，分别制作MEMS传感器敏感结构的主梁与敏感梁，主梁与敏感梁之间通过介质隔离层相隔离，实现压敏电阻与衬底的介质隔离，从而避免了传统PN结隔离的缺陷，提高了传感器的耐高温性能；另外，采用SOI硅片，使主梁与敏感梁的尺寸能够精确控制，有利于对敏感结构几何参数的优化。
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是本发明步骤S2的示意图；
图3是本发明步骤S3的示意图；
图4是本发明步骤S4的示意图；
图5是本发明步骤S5的示意图；
图6是本发明步骤S6的示意图；
图7是本发明步骤S7的示意图；
图8是本发明步骤S8的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种压阻式MEMS传感器制作方法，包括以下步骤：
S1、如图1所示，取P型单晶硅作为衬底1，采用湿法腐蚀对衬底1顶面进行各向异性腐蚀，形成MEMS传感器所需的空腔2；
S2、结合图2所示，取第一SOI硅片3，将第一SOI硅片3的顶层硅3a与衬底1顶面硅硅键合；
S3、结合图3所示，采用湿法腐蚀或ICP刻蚀等工艺，去除第一SOI硅片3的衬底硅3b与埋氧层3c；
S4、结合图4所示，采用双面热氧化，制作SiO2层，使第一SOI硅片3的顶层硅3a顶面形成上介质隔离层4、衬底1底面形成下介质隔离层5；
S5、结合图5所示，采用光刻与ICP深硅刻蚀工艺，在第一SOI硅片的顶层硅制作MEMS传感器敏感结构的主梁6；
S6、结合图6所示，取第二SOI硅片7，将第二SOI硅片7的顶层硅7a与上介质隔离层4硅硅键合；
S7、结合图7所示，采用湿法腐蚀或ICP刻蚀等工艺，去除第二SOI硅片7的衬底硅7b与埋氧层7c；
S8、结合图8所示，第二SOI硅片的顶层硅作为MEMS传感器敏感结构的敏感梁，采用光刻与ICP深硅刻蚀工艺，在第二SOI硅片的顶层硅7a制作MEMS传感器的压敏电阻区8，形成压阻式MEMS传感器的敏感结构。
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)

1.一种压阻式MEMS传感器制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、取P型单晶硅作为衬底，采用湿法腐蚀对衬底顶面进行各向异性腐蚀，形成MEMS传感器所需的空腔；
S2、取第一SOI硅片，将第一SOI硅片的顶层硅与衬底顶面硅硅键合；
S3、去除第一SOI硅片的衬底硅与埋氧层；
S4、双面热氧化，使第一SOI硅片的顶层硅顶面形成上介质隔离层、衬底底面形成下介质隔离层；
S5、采用光刻与ICP深硅刻蚀工艺，在第一SOI硅片的顶层硅制作MEMS传感器敏感结构的主梁；
S6、取第二SOI硅片，将第二SOI硅片的顶层硅与上介质隔离层硅硅键合；
S7、去除第二SOI硅片的衬底硅与埋氧层；
S8、采用光刻与ICP深硅刻蚀工艺，在第二SOI硅片的顶层硅制作MEMS传感器的压敏电阻区，形成压阻式MEMS传感器的敏感结构。
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