CN113790834A - 一种梁膜结构的硅压力传感器芯片制作方法 - Google Patents

一种梁膜结构的硅压力传感器芯片制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种梁膜结构的硅压力传感器芯片制作方法，它包括以下步骤：a）第一硅片和第二硅片的键合，b）第一硅片的减薄，c）压阻的制作，d）压阻桥的制作，e)梁结构的制作，f）背腔的制作。本发明操作简单、实用，制作流程清晰，能可以精确控制硅梁和硅膜的厚度，提高了压力传感器芯片性能的一致性。

Description

一种梁膜结构的硅压力传感器芯片制作方法
技术领域：
本发明涉及硅压力传感器芯片制造领域，具体地说就是一种梁膜结构的硅压力传感器芯片制作方法。
背景技术：
MEMS硅压力传感器是目前生活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当前使用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。
梁膜结构的硅压阻式压力传感器具有应力集中效果好、线性度高、尺寸小的优点，是小量程压力传感器芯片常采用的一种结构。
通常形成梁膜结构的方法是先在一双抛硅片正面刻蚀硅或腐蚀硅形成梁结构，然后在背面刻蚀硅或腐蚀硅空腔得到硅膜。这种方法的问题是正面刻蚀或腐蚀均会存在一定的深度误差，实际工艺制作中很难得到精确厚度的梁膜厚度。
发明内容：
本发明就是为了克服现有技术中的不足提供一种梁膜结构的硅压力传感器芯片制作方法。
本申请提供以下技术方案：
一种梁膜结构的硅压力传感器芯片制作方法，它包括以下步骤：a）第一硅片和第二硅片的键合，选取两个SOI硅片作为第一、二硅片，所述的第一、二硅片结构相同均包括顶层硅、埋氧层和底层硅,在所述第一硅片的顶层硅上制备有氧化层，而后将第二硅片键合到氧化层上；
b）第一硅片的减薄，依次采用机械减薄、湿法腐蚀硅、湿法腐蚀氧化层等工艺手段去除第一硅片的埋氧层和底层硅；
c）压阻的制作，在第一硅片的顶层硅上先通过光刻工艺制备出压阻注入掩膜，然后依次采用离子注入工艺、光刻胶去除工艺、高温氧化退火工艺得到压阻，同时在压阻表面覆盖压阻氧化层；
d）压阻桥的制作，在压阻上方依次采用光刻、腐蚀氧化层等工艺在压阻氧化层上打开接触孔，然后依次采用溅射铝、光刻、腐蚀铝的工艺制备得到压阻桥的连接引线，连接引线通过接触孔与压阻的电信号引出，实现压力传感器芯片的电学连接；
e) 梁结构的制作，依次采用利用光刻、刻蚀氧化层、刻蚀硅工艺在将压阻两侧制作出凹陷，而后在压阻下方形成凸出氧化层的梁结构；
f）背腔的制作，在第二硅片的底面上依次通过光刻、干法刻蚀硅或TMAH湿法腐蚀硅工艺制作背部腔体。
在上述技术方案的基础上，还可以有以下进一步的技术方案：
在所述f）步骤中，若采用干法刻蚀硅，形成的背部腔体的截面为矩形，若采用TMAH湿法腐蚀硅，形成的背部腔体的截面为梯形，背部腔体的顶部位于第二硅片的埋氧层。
在所述e) 步骤中所述凹陷底部为氧化层，所述梁结构的厚度与第一硅片的顶层硅的厚度一致。
发明优点：
本发明操作简单、实用，制作流程清晰，能可以精确控制硅梁和硅膜的厚度，提高了压力传感器芯片性能的一致性。
附图说明：
图1是本发明中第一硅片的结构示意图；
图2是步骤a）完成后的结构示意图；
图3是步骤b) 完成后的结构示意图；
图4是步骤c) 完成后的结构示意图；
图5是步骤d) 完成后的结构示意图；
图6是步骤e) 完成后的结构示意图；
图7是步骤f) 完成后的结构示意图；
图8是图6的俯视图；
图9是图8中的A向放大图。
具体实施方式：
如图1-9所示，一种梁膜结构的硅压力传感器芯片制作方法，它包括以下步骤：a）第一硅片和第二硅片的键合，选取两个SOI硅片作为第一硅片1和第二硅片2，所述的第一、二硅片结构相同均包括顶层硅a、埋氧层b和底层硅c。在所述第一硅片的顶层硅a上通过进行一次热氧化工艺制备氧化层3，并将氧化层3与第二硅片2的顶层硅a作为键合面，进行硅-二氧化硅键合，即将第二硅片2键合到第一硅片的氧化层3上。
b）第一硅片的减薄，依次采用机械减薄、湿法腐蚀硅、湿法腐蚀氧化层等工艺手段去除第一硅片1的埋氧层b和底层硅c。
c）压阻的制作，在第一硅片的顶层硅a上先通过光刻工艺制备出一组压阻注入掩膜15，然后依次采用离子注入工艺、光刻胶去除工艺、高温氧化退火工艺在每个掩膜15的位置上制备出压阻8，同时在压阻表面以及第一硅片的顶层硅a上覆盖有压阻氧化层9。所述压阻的方块电阻在10-300 Ω/□（欧姆每方块）。
d）压阻桥的制作，在压阻8上方依次采用光刻、腐蚀氧化层等工艺在压阻氧化层9上打开接触孔10，然后依次采用溅射铝、光刻、腐蚀铝的工艺制备得到压阻桥的连接引线11，连接引线11通过接触孔10将压阻8的电信号引出，实现压力传感器芯片的电学连接。
e) 梁结构的制作，依次采用利用光刻、刻蚀氧化层、刻蚀硅工艺在将压阻8两侧制备出凹陷14，所述凹陷14刻蚀到氧化层3停止，从而在压阻8下方形成出凸出氧化层3的梁结构12。所述梁结构12的厚度与第一硅片的顶层硅a的厚度一致。
f）背腔的制作，在第二硅片2的底层硅c的底面上依次通过光刻、干法刻蚀硅或TMAH湿法腐蚀硅工艺制作背部腔体13。若采用干法刻蚀硅，形成的背部腔体13的截面为矩形，若采用TMAH湿法腐蚀硅，形成的背部腔体13的截面为梯形，背部腔体13的顶部位于第二硅片的埋氧层b。这样所形成的膜结构厚度可精确控制为第二硅片2的顶层硅a。

Claims (3)

1.一种梁膜结构的硅压力传感器芯片制作方法，它包括以下步骤：a）第一硅片和第二硅片的键合，选取两个SOI硅片作为第一、二硅片（1、2），所述的第一、二硅片结构相同均包括顶层硅（a）、埋氧层（b）和底层硅（c）,在所述第一硅片的顶层硅（a）上制备有氧化层（3），而后将第二硅片（2）键合到氧化层（3）上；
b）第一硅片的减薄，依次采用机械减薄、湿法腐蚀硅、湿法腐蚀氧化层等工艺手段去除第一硅片（1）的埋氧层（b）和底层硅（c）；
c）压阻的制作，在第一硅片的顶层硅（a）上先通过光刻工艺制备出压阻注入掩膜，然后依次采用离子注入工艺、光刻胶去除工艺、高温氧化退火工艺得到压阻（8），同时在压阻表面覆盖压阻氧化层（9）；
d）压阻桥的制作，在压阻（8）上方依次采用光刻、腐蚀氧化层等工艺在压阻氧化层（9）上打开接触孔（10），然后依次采用溅射铝、光刻、腐蚀铝的工艺制备得到压阻桥的连接引线（11），连接引线（11）通过接触孔（10）与压阻（8）的电信号引出，实现压力传感器芯片的电学连接；
e) 梁结构的制作，依次采用利用光刻、刻蚀氧化层、刻蚀硅工艺在将压阻（8）两侧制作出凹陷（14），而后在压阻（8）下方形成凸出氧化层（3）的梁结构；
f）背腔的制作，在第二硅片的底面上依次通过光刻、干法刻蚀硅或TMAH湿法腐蚀硅工艺制作背部腔体（13）。
2.根据权利要求1中所述的一种梁膜结构的硅压力传感器芯片制作方法，其特征在于：在所述f）步骤中，若采用干法刻蚀硅，形成的背部腔体（13）的截面为矩形，若采用TMAH湿法腐蚀硅，形成的背部腔体（13）的截面为梯形，背部腔体（13）的顶部位于第二硅片的埋氧层（b）。
3.根据权利要求1中所述的一种梁膜结构的硅压力传感器芯片制作方法，其特征在于：在所述e) 步骤中所述凹陷底部为氧化层（3），所述梁结构（12）的厚度与第一硅片的顶层硅（a）的厚度一致。
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