CN110031133A - 一种谐振式压力传感器及制作工艺 - Google Patents
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Abstract
一种谐振式压力传感器，包括硅晶圆，薄膜部分，谐振部分，谐振部分固定点，背孔，盖帽，吸气剂层，支撑硅层，埋层氧化层，顶层硅薄膜，多晶硅薄膜和氧化层薄膜交替淀积膜；SOI晶圆是由顶层硅薄膜、埋层氧化层和支撑硅层组成；以硅晶圆或是SOI晶圆作为衬底，形成谐振式压力传感器的薄膜部分，或者在SOI晶圆衬底上由顶层硅薄膜和多晶硅薄膜和氧化层薄膜交替淀积膜，形成谐振式压力传感器的薄膜部分。一种谐振式压力传感器的制作工艺，谐振部分是通过淀积外延/多晶硅层实现的，衬底通过刻蚀工艺形成流体进入到薄膜的通道‑谐振式压力传感器的背孔。本发明的优点：整体结构紧凑，精度高，制作工艺简单，容易控制，产品适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及传感器领域，特别涉及了一种谐振式压力传感器及制作工艺。
背景技术
传统压力传感器体积大，精度低，适用范围窄，用户体验差。
发明内容
本发明的目的是为了提升精度，减小体积，提升用户体验，特提供了一种谐振式压力传感器及制作工艺。
本发明提供了一种谐振式压力传感器，其特征在于：所述的谐振式压力传感器,包括硅晶圆1，薄膜部分2，谐振部分3，谐振部分固定点4，背孔5，盖帽6，吸气剂层7，支撑硅层8，埋层氧化层9，顶层硅薄膜10，多晶硅薄膜和氧化层薄膜交替淀积膜11；
其中：SOI晶圆12是由顶层硅薄膜10、埋层氧化层9和支撑硅层8组成；以硅晶圆1或是SOI晶圆12作为衬底，在硅晶圆1衬底经过多次交替淀积氧化层或者多晶硅层，形成谐振式压力传感器的薄膜部分2，或者在SOI晶圆12衬底上由顶层硅薄膜10或是由SOI 晶圆上的顶层硅薄膜10和多晶硅薄膜和氧化层薄膜交替淀积膜11，形成谐振式压力传感器的薄膜部分2；
SOI晶圆12位于底部，上部为通过谐振部分固定点4连接的谐振部分3，谐振部分3的外部为壳体，壳体上部为盖帽6。
一种谐振式压力传感器的制作工艺，所述的谐振部分3是通过淀积外延/多晶硅层实现的，衬底通过刻蚀工艺形成流体进入到薄膜的通道-谐振式压力传感器的背孔5。
在另一衬底上完成盖帽的工艺的制程，形成传感器盖帽6，在盖帽内通过物理气相沉积和剥离工艺沉积形成由一种或几种金属的合金或其金属氧化物组成的吸气剂，最后通过键合工艺实现盖帽与传感器部分结合在一起。
谐振式压力传感器背孔5是由湿法腐蚀工艺或是深反应离子刻蚀工艺实现；盖帽部分6由湿法/等离子刻蚀工艺在另一片晶圆上实现，并通过晶圆键合工艺来将盖帽和传感器其它部分结合在一起。
吸气剂7是通过物理气相沉积和剥离工艺沉积到盖帽内部的，是由一种或几种金属的合金或其金属氧化物组成，主要作用是保持盖帽中真空环境。
谐振式压力传感器主要工艺流程：
衬底部分：硅晶圆1/SOI晶圆12
薄膜部分：通过化学气相沉积或是等离子增强化学气相沉积方式，在衬底上交替沉积多晶硅和氧化层结构，如图2。多晶硅可以作为谐振部分的下电极使用，也可以作为电学连接层使用。
谐振部分3：在薄膜层上，利用外延工艺生长多晶硅层作为谐振部分主体结构，并在谐振主体上利用等离子刻蚀工艺刻蚀出释放孔，在利用气态氢氟酸释放工艺，刻蚀掉牺牲层，最终形成谐振部分和薄膜部分。
背孔部分是利用深反应离子刻蚀或是湿法腐蚀工艺5。
盖帽部分6是由硅晶圆经过等离子刻蚀或实发刻蚀形成，通过硅硅键合，共晶键合等方式将盖帽晶圆6和谐振晶圆键合1或12在一起。并根据不同盖帽键合方式，利用物理气相沉积的方式沉积金属进行键合。在键合之前，在盖帽晶圆内部通过物理气相沉积的方式生长吸气剂7，吸气剂的成分是一种或几种金属的合金或其氧化物。
涉及到的谐振是压力传感器可以是单独存在的传感器，也可以与 6轴惯性测量单元或9Dof传感器集成成为一颗芯片，因为谐振压力传感器工艺流程与惯性测量单元，9Dof传感器工艺流程相同，两种器件可以同时用同一种工艺制备，所以可以把两种器件制备成一颗芯片，形成7Dof器件或10Dof器件。
本发明的优点：
本发明所述的谐振式压力传感器及制作工艺，整体结构紧凑，精度高，制作工艺简单，容易控制，产品适用范围广。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为硅衬底谐振压力传感器结构示意图；
图2为SOI晶圆作为衬底材料的谐振式压力传感器结构示意图；
图3为SOI晶圆顶层硅作为薄膜的谐振式压力传感器结构示意图。
具体实施方式
实施例1
本发明提供了一种谐振式压力传感器，其特征在于：所述的谐振式压力传感器,包括硅晶圆1，薄膜部分2，谐振部分3，谐振部分固定点4，背孔5，盖帽6，吸气剂层7，支撑硅层8，埋层氧化层9，顶层硅薄膜10，多晶硅薄膜和氧化层薄膜交替淀积膜11；
其中：SOI晶圆12是由顶层硅薄膜10、埋层氧化层9和支撑硅层8组成；以硅晶圆1或是SOI晶圆12作为衬底，在硅晶圆1衬底经过多次交替淀积氧化层或者多晶硅层，形成谐振式压力传感器的薄膜部分2，或者在SOI晶圆12衬底上由顶层硅薄膜10或是由SOI 晶圆上的顶层硅薄膜10和多晶硅薄膜和氧化层薄膜交替淀积膜11，形成谐振式压力传感器的薄膜部分2；
SOI晶圆12位于底部，上部为通过谐振部分固定点4连接的谐振部分3，谐振部分3的外部为壳体，壳体上部为盖帽6。
一种谐振式压力传感器的制作工艺，所述的谐振部分3是通过淀积外延/多晶硅层实现的，衬底通过刻蚀工艺形成流体进入到薄膜的通道-谐振式压力传感器的背孔5。
在另一衬底上完成盖帽的工艺的制程，形成传感器盖帽6，在盖帽内通过物理气相沉积和剥离工艺沉积形成由一种或几种金属的合金或其金属氧化物组成的吸气剂，最后通过键合工艺实现盖帽与传感器部分结合在一起。
谐振式压力传感器背孔5是由湿法腐蚀工艺或是深反应离子刻蚀工艺实现；盖帽部分6由湿法/等离子刻蚀工艺在另一片晶圆上实现，并通过晶圆键合工艺来将盖帽和传感器其它部分结合在一起。
吸气剂7是通过物理气相沉积和剥离工艺沉积到盖帽内部的，是由一种或几种金属的合金或其金属氧化物组成，主要作用是保持盖帽中真空环境。
谐振式压力传感器主要工艺流程：
衬底部分：硅晶圆1/SOI晶圆12
薄膜部分：通过化学气相沉积或是等离子增强化学气相沉积方式，在衬底上交替沉积多晶硅和氧化层结构，如图2。多晶硅可以作为谐振部分的下电极使用，也可以作为电学连接层使用。
谐振部分3：在薄膜层上，利用外延工艺生长多晶硅层作为谐振部分主体结构，并在谐振主体上利用等离子刻蚀工艺刻蚀出释放孔，在利用气态氢氟酸释放工艺，刻蚀掉牺牲层，最终形成谐振部分和薄膜部分。
背孔部分是利用深反应离子刻蚀或是湿法腐蚀工艺5。
盖帽部分6是由硅晶圆经过等离子刻蚀或实发刻蚀形成，通过硅硅键合，共晶键合等方式将盖帽晶圆6和谐振晶圆键合1或12在一起。并根据不同盖帽键合方式，利用物理气相沉积的方式沉积金属进行键合。在键合之前，在盖帽晶圆内部通过物理气相沉积的方式生长吸气剂7，吸气剂的成分是一种或几种金属的合金或其氧化物。
涉及到的谐振是压力传感器可以是单独存在的传感器，也可以与 6轴惯性测量单元或9Dof传感器集成成为一颗芯片，因为谐振压力传感器工艺流程与惯性测量单元，9Dof传感器工艺流程相同，两种器件可以同时用同一种工艺制备，所以可以把两种器件制备成一颗芯片，形成7Dof器件或10Dof器件。
Claims (5)
1.一种谐振式压力传感器，其特征在于：所述的谐振式压力传感器,包括硅晶圆(1)，薄膜部分(2)，谐振部分(3)，谐振部分固定点(4)，背孔(5)，盖帽(6)，吸气剂层(7)，支撑硅层(8)，埋层氧化层(9)，顶层硅薄膜(10)，多晶硅薄膜和氧化层薄膜交替淀积膜(11)；
其中：SOI晶圆(12)是由顶层硅薄膜(10)、埋层氧化层(9)和支撑硅层(8)组成；以硅晶圆(1)或是SOI晶圆(12)作为衬底，在硅晶圆(1)衬底经过多次交替淀积氧化层或者多晶硅层，形成谐振式压力传感器的薄膜部分(2)，或者在SOI晶圆(12)衬底上由顶层硅薄膜(10)或是由SOI晶圆上的顶层硅薄膜(10)和多晶硅薄膜和氧化层薄膜交替淀积膜(11)，形成谐振式压力传感器的薄膜部分(2)；SOI晶圆(12)位于底部，上部为通过谐振部分固定点(4)连接的谐振部分(3)，谐振部分(3)的外部为壳体，壳体上部为盖帽(6)。
2.一种如权利要求1所述的谐振式压力传感器的制作工艺，其特征在于：所述的谐振部分(3)是通过淀积外延/多晶硅层实现的，衬底通过刻蚀工艺形成流体进入到薄膜的通道-谐振式压力传感器的背孔(5)。
3.按照权利要求2所述的谐振式压力传感器的制作工艺，其特征在于：在另一衬底上完成盖帽的工艺的制程，形成传感器盖帽(6)，在盖帽内通过物理气相沉积和剥离工艺沉积形成由一种或几种金属的合金或其金属氧化物组成的吸气剂，最后通过键合工艺实现盖帽与传感器部分结合在一起。
4.按照权利要求2所述的谐振式压力传感器的制作工艺，其特征在于：谐振式压力传感器背孔(5)是由湿法腐蚀工艺或是深反应离子刻蚀工艺实现；盖帽部分(6)由湿法/等离子刻蚀工艺在另一片晶圆上实现，并通过晶圆键合工艺来将盖帽和传感器其它壳体部分结合在一起。
5.按照权利要求2所述的谐振式压力传感器的制作工艺，其特征在于：吸气剂(7)是通过物理气相沉积和剥离工艺沉积到盖帽内部的，是由一种或几种金属的合金或其金属氧化物组成，主要作用是保持盖帽中真空环境。
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040182165A1 (en) * | 2003-02-17 | 2004-09-23 | Anelva Corporation | Capacitive pressure sensor and its manufacturing method |
| CN102954852A (zh) * | 2011-08-25 | 2013-03-06 | 横河电机株式会社 | 谐振式压力传感器及制造其的方法 |
| CN103115703A (zh) * | 2013-01-21 | 2013-05-22 | 西北工业大学 | 基于硅通孔技术的微型电容式壁面剪应力传感器及其制作方法 |
| CN103557967A (zh) * | 2013-11-22 | 2014-02-05 | 中国电子科技集团公司第四十九研究所 | 一种硅微谐振式压力传感器芯体及制作方法 |
| CN107800396A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-03-13 | 中电科技德清华莹电子有限公司 | 一种采用压电单晶箔的固贴型薄膜体声波谐振器及制备方法 |
| CN107963607A (zh) * | 2017-10-30 | 2018-04-27 | 罕王微电子（辽宁）有限公司 | 一种全覆盖吸气剂晶圆级电子元件及其封装方法 |
| CN108190829A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-22 | 中国科学院半导体研究所 | 基于离子注入石墨烯谐振式mems压力传感器的制备方法 |
| CN108254106A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-07-06 | 中国科学院半导体研究所 | 一种硅硅玻璃硅四层结构谐振式mems压力传感器制备方法 |
| CN108507709A (zh) * | 2018-03-14 | 2018-09-07 | 合肥工业大学 | 一种谐振式压力传感器的制备方法 |
| CN208902313U (zh) * | 2018-11-12 | 2019-05-24 | 罕王微电子（辽宁）有限公司 | 一种谐振式压力传感器 |
-
2018
- 2018-11-12 CN CN201811339734.7A patent/CN110031133A/zh active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040182165A1 (en) * | 2003-02-17 | 2004-09-23 | Anelva Corporation | Capacitive pressure sensor and its manufacturing method |
| CN102954852A (zh) * | 2011-08-25 | 2013-03-06 | 横河电机株式会社 | 谐振式压力传感器及制造其的方法 |
| CN103115703A (zh) * | 2013-01-21 | 2013-05-22 | 西北工业大学 | 基于硅通孔技术的微型电容式壁面剪应力传感器及其制作方法 |
| CN103557967A (zh) * | 2013-11-22 | 2014-02-05 | 中国电子科技集团公司第四十九研究所 | 一种硅微谐振式压力传感器芯体及制作方法 |
| CN107963607A (zh) * | 2017-10-30 | 2018-04-27 | 罕王微电子（辽宁）有限公司 | 一种全覆盖吸气剂晶圆级电子元件及其封装方法 |
| CN107800396A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-03-13 | 中电科技德清华莹电子有限公司 | 一种采用压电单晶箔的固贴型薄膜体声波谐振器及制备方法 |
| CN108190829A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-22 | 中国科学院半导体研究所 | 基于离子注入石墨烯谐振式mems压力传感器的制备方法 |
| CN108254106A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-07-06 | 中国科学院半导体研究所 | 一种硅硅玻璃硅四层结构谐振式mems压力传感器制备方法 |
| CN108507709A (zh) * | 2018-03-14 | 2018-09-07 | 合肥工业大学 | 一种谐振式压力传感器的制备方法 |
| CN208902313U (zh) * | 2018-11-12 | 2019-05-24 | 罕王微电子（辽宁）有限公司 | 一种谐振式压力传感器 |
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