CN113790835A - 一种岛膜结构的硅压力传感器芯片制造方法 - Google Patents
一种岛膜结构的硅压力传感器芯片制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113790835A CN113790835A CN202111110194.7A CN202111110194A CN113790835A CN 113790835 A CN113790835 A CN 113790835A CN 202111110194 A CN202111110194 A CN 202111110194A CN 113790835 A CN113790835 A CN 113790835A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon
- manufacturing
- island
- wafer
- pressure sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 92
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 92
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 92
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 42
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 30
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 24
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 19
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 7
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 6
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 6
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- SBEQWOXEGHQIMW-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si].[Si] SBEQWOXEGHQIMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
本发明提供一种岛膜结构的硅压力传感器芯片制造方法，其特征在于：它包括以下步骤1)选取第一硅片(1)；2）背腔和硅岛制作；3）衬底片制作；4）晶圆级键合；5）底层硅和埋氧层去除；6)压阻制作；7）接触孔制作；8）引线制作。本发明具有操作方便、步骤清晰，可以使得硅岛膜结构一次成型，硅岛的高度可以精确控制，并且兼容湿法腐蚀工艺。
Description
技术领域：
本发明涉及硅压力传感器芯片制造领域，具体地说就是一种岛膜结构的硅压力传感器芯片制造方法。
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。
评测压力传感器的最重要的两个性能参数是灵敏度和线性度。传统的平膜结构压力传感器，通常采用减薄敏感薄膜厚度来提高其感压能力，在减薄敏感薄膜的同时，薄膜表面的压力应力变换引起的非线性也会严重增大，因此，这种平膜结构不适合于低量程压力传感器，一般适用范围为中高量程。
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。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100 um，由于衬底厚度一般大于100 um，因此形成硅岛一般采用两次腐蚀/刻蚀的方法。由于两次腐蚀/刻蚀涉及到两次光刻图形化，其光刻套准偏差会导致硅岛位置不处于腐蚀/刻蚀腔的中心，对器件对称性造成不利影响。此外，在第一次腐蚀/刻蚀形成深腔后，第二次光刻图形化会由于深腔的存在，造成光刻胶覆盖困难，使后续工艺较难实现。
经检索，中国专利CN104864988A采用双掩膜刻蚀方式，避免了两次光刻的套准误差，并且解决了因一次刻蚀后形成大台阶而影响后续光刻工艺的光刻胶覆盖不上的问题。但双掩膜刻蚀的难点在于掩膜刻蚀选择比的不稳定会导致硅岛高度的变化，而且双掩膜方案不适用于硅的湿法腐蚀工艺。
发明内容：
本发明就是为克服现有技术中的不足，提供一种岛膜结构的硅压力传感器芯片制造方法。
本申请提供以下技术方案：
一种岛膜结构的硅压力传感器芯片制造方法，其特征在于：它包括以下步骤1)选取一块第一硅片，所述第一硅片包含顶层硅、埋氧层和底层硅；
2）背腔和硅岛制作，在第一硅片的顶层硅表面通过光刻制作出刻蚀或腐蚀掩膜，然后通过深硅刻蚀工艺或TMAH腐蚀硅工艺制备背腔结构，在背腔结构内形成有硅岛结构；
3）衬底片制作：可选取一片双抛硅片作为衬底片，在衬底片上依次通过光刻、刻蚀工艺制备出凹槽；
4）晶圆级键合：将第一硅片的顶层硅的表面与衬底片键合；
5）底层硅和埋氧层去除：依次通过机械减薄硅、湿法腐蚀硅、湿法腐蚀去除第一硅片的埋氧层和底层硅；
6) 压阻制作：通过光刻工艺在顶层硅上制备出注入掩膜，然后依次通过离子注入、去除光刻胶、高温氧化退火工艺制备出压阻并在其上设置一层氧化层（9）；
7）接触孔制作，在压阻上方的氧化层表面依次通过光刻、腐蚀氧化层工艺打开接触孔；
8）引线制作：在氧化层上依次通过溅射铝、光刻、腐蚀铝的工艺制备得到连接引线，引线通过接触孔将压阻的电信号引出，实现压力传感器芯片的电学连接。
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：
所述步骤6）中形成的压阻的方块电阻一般在10-300 Ω/□。
所述步骤4）所述第一硅片的顶层硅的表面与衬底片上设有凹槽的槽壁顶端进行硅硅键合。
发明优点：
本发明具有操作方便、步骤清晰，可以使得硅岛膜结构一次成型，硅岛的高度可以精确控制，并且兼容湿法腐蚀工艺。
附图说明：
图1是步骤1)完成后的结构示意图；
图2是步骤2)完成后的结构示意图；
图3是步骤3)完成后的结构示意图；
图4是步骤4)完成后的结构示意图；
图5是步骤5)完成后的结构示意图；
图6是步骤6)完成后的结构示意图；
图7是步骤7) 完成后的结构示意图；
图8是步骤8) 完成后的结构示意图；
图9是步骤2)完成后背腔结构和硅岛结构俯视结构示意图。
具体实施方式：
如图1-9所示，一种岛膜结构的硅压力传感器芯片制造方法，其特征在于：它包括以下步骤1)选取一块SOI硅片作为第一硅片1，所述第一硅片包含从上向下依次分布的顶层硅a、埋氧层b和底层硅c。
2）背腔和硅岛制作，在第一硅片的顶层硅a表面通过涂覆光刻胶，而后通过光刻制作出刻蚀或腐蚀的掩膜（图中未显示），而后然后通过深硅刻蚀工艺或TMAH腐蚀硅工艺在顶层硅a上制备一个方形的环形状凹陷，从而形成背腔结构4。背腔结构4内侧剩余的顶层硅a部分则为形成柱状的有硅岛结构5。所述的背腔结构4的截面为正梯形，而硅岛结构5为倒梯形。
3）衬底片制作：可选取一块双抛硅片作为衬底片6，在衬底片6上设有凹槽6a。
4）晶圆级键合：所述凹槽6a槽壁与两个背腔结构4外侧的顶层硅a表面行硅硅键合，从而将第一硅片1与衬底片6键合在一起。这时硅岛结构5的下端面与凹槽6a的槽底间隔有一定距离。
5）底层硅和埋氧层去除：依次通过机械减薄硅、湿法腐蚀硅、湿法腐蚀去除第一硅片1的埋氧层b和底层硅c。
6) 压阻制作：通过光刻工艺在顶层硅a上表面制备一层掩膜（图中未显示），然后依次通过离子注入工艺、高温退火工艺将压阻8注入到掩膜内侧，而后再在掩膜上设置一层氧化层9。所述压阻8的方块电阻为在10-300 Ω/□（欧姆每方块）。
7）接触孔制作，在压阻8上方的氧化层9表面依次通过光刻、腐蚀氧化层工艺打开接触孔10，以便漏出压阻8。
8）引线制作：在氧化层9上依次通过溅射铝、光刻、腐蚀铝的工艺制备得到连接引线11，引线11通过接触孔10上方并与压阻8连接以便将压阻8的电信号引出，实现压力传感器芯片的电学连接。
上述所有工艺均在常规半导体/MEMS工艺线进行。经上述工艺流程，实现了岛膜结构的压力传感器芯片制造。
Claims (3)
1.一种岛膜结构的硅压力传感器芯片制造方法，其特征在于：它包括以下步骤1)选取一块第一硅片(1)，所述第一硅片包含顶层硅（a）、埋氧层（b）和底层硅（c）；
2）背腔和硅岛制作，在第一硅片的顶层硅（a）表面通过光刻制作出刻蚀或腐蚀掩膜，然后通过深硅刻蚀工艺或TMAH腐蚀硅工艺制备背腔结构（4），在背腔结构（4）内形成有硅岛结构（5）；
3）衬底片制作：可选取一片双抛硅片作为衬底片（6），在衬底片（6）上依次通过光刻、刻蚀工艺制备出凹槽（6a）；
4）晶圆级键合：将第一硅片的顶层硅（a）的表面与衬底片（6）键合；
5）底层硅和埋氧层去除：依次通过机械减薄硅、湿法腐蚀硅、湿法腐蚀去除第一硅片(1)的埋氧层（b）和底层硅（c）；
6) 压阻制作：通过光刻工艺在顶层硅（a）上制备出注入掩膜，然后依次通过离子注入、去除光刻胶、高温氧化退火工艺制备出压阻（8）并在其上设置一层氧化层（9）；
7）接触孔制作，在压阻（8）上方的氧化层（9）表面依次通过光刻、腐蚀氧化层工艺打开接触孔（10）；
8）引线制作：在氧化层（9）上依次通过溅射铝、光刻、腐蚀铝的工艺制备得到连接引线（11），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。
2.根据权利要求1中所述的一种岛膜结构的硅压力传感器芯片制造方法，其特征在于：所述步骤6）中形成的压阻（8）的方块电阻一般在10-300 Ω/□。
3.根据权利要求1中所述一种岛膜结构的硅压力传感器芯片制造方法，其特征在于：所述步骤4）所述第一硅片的顶层硅（a）的表面与衬底片（6）上设有凹槽（6a）的槽壁顶端进行硅硅键合。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111110194.7A CN113790835B (zh) | 2021-09-23 | 2021-09-23 | 一种岛膜结构的硅压力传感器芯片制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111110194.7A CN113790835B (zh) | 2021-09-23 | 2021-09-23 | 一种岛膜结构的硅压力传感器芯片制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113790835A true CN113790835A (zh) | 2021-12-14 |
| CN113790835B CN113790835B (zh) | 2024-01-30 |
Family
ID=79184175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111110194.7A Active CN113790835B (zh) | 2021-09-23 | 2021-09-23 | 一种岛膜结构的硅压力传感器芯片制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113790835B (zh) |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003315188A (ja) * | 2002-04-25 | 2003-11-06 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体圧力センサ |
| CN101266176A (zh) * | 2008-04-18 | 2008-09-17 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 硅硅键合的绝缘体上硅的高温压力传感器芯片及制作方法 |
| CN102589762A (zh) * | 2012-03-08 | 2012-07-18 | 西安交通大学 | 一种梁膜单岛结构微压高过载传感器芯片 |
| CN103278270A (zh) * | 2013-06-05 | 2013-09-04 | 厦门大学 | 岛膜自封装结构的硅-玻璃微压力传感器芯片及制造方法 |
| WO2015049598A1 (en) * | 2013-10-02 | 2015-04-09 | Elektrotechnický Ústav Sav | Mems pressure sensor with a high electron mobility transistor and a production method thereof |
| CN105181187A (zh) * | 2015-09-09 | 2015-12-23 | 沈阳仪表科学研究院有限公司 | 硅基压力传感器及其制造方法 |
| WO2017215254A1 (zh) * | 2016-06-14 | 2017-12-21 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种双空腔压力计芯片及其制造工艺 |
| CN107673306A (zh) * | 2017-08-12 | 2018-02-09 | 北方电子研究院安徽有限公司 | 一种mems压力传感器的制备方法 |
| 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 |
| US20180278228A1 (en) * | 2017-03-24 | 2018-09-27 | Crystal Waves LABs Limited | Method for fabricating rf resonators and filters |
| WO2020057218A1 (zh) * | 2018-09-17 | 2020-03-26 | 胡耿 | 微小极间距电容式力敏传感器及其制造方法 |
| CN112265956A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-01-26 | 华东光电集成器件研究所 | 一种不同真空度封装的mems圆片级真空封装方法 |
| CN112284607A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-01-29 | 西安交通大学 | 一种十字岛耐高温耐腐蚀压力传感器芯片及制备方法 |
-
2021
- 2021-09-23 CN CN202111110194.7A patent/CN113790835B/zh active Active
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003315188A (ja) * | 2002-04-25 | 2003-11-06 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体圧力センサ |
| CN101266176A (zh) * | 2008-04-18 | 2008-09-17 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 硅硅键合的绝缘体上硅的高温压力传感器芯片及制作方法 |
| CN102589762A (zh) * | 2012-03-08 | 2012-07-18 | 西安交通大学 | 一种梁膜单岛结构微压高过载传感器芯片 |
| CN103278270A (zh) * | 2013-06-05 | 2013-09-04 | 厦门大学 | 岛膜自封装结构的硅-玻璃微压力传感器芯片及制造方法 |
| WO2015049598A1 (en) * | 2013-10-02 | 2015-04-09 | Elektrotechnický Ústav Sav | Mems pressure sensor with a high electron mobility transistor and a production method thereof |
| CN105181187A (zh) * | 2015-09-09 | 2015-12-23 | 沈阳仪表科学研究院有限公司 | 硅基压力传感器及其制造方法 |
| WO2017215254A1 (zh) * | 2016-06-14 | 2017-12-21 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种双空腔压力计芯片及其制造工艺 |
| US20180278228A1 (en) * | 2017-03-24 | 2018-09-27 | Crystal Waves LABs Limited | Method for fabricating rf resonators and filters |
| CN107673306A (zh) * | 2017-08-12 | 2018-02-09 | 北方电子研究院安徽有限公司 | 一种mems压力传感器的制备方法 |
| 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 |
| WO2020057218A1 (zh) * | 2018-09-17 | 2020-03-26 | 胡耿 | 微小极间距电容式力敏传感器及其制造方法 |
| CN112265956A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-01-26 | 华东光电集成器件研究所 | 一种不同真空度封装的mems圆片级真空封装方法 |
| CN112284607A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-01-29 | 西安交通大学 | 一种十字岛耐高温耐腐蚀压力传感器芯片及制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113790835B (zh) | 2024-01-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4298807B2 (ja) | 集積圧電抵抗圧力センサ及びその製造方法 | |
| JP3444639B2 (ja) | 一体型圧力変換器の製造方法および装置 | |
| CN103604538A (zh) | 基于soi技术的mems压力传感器芯片及其制造方法 | |
| KR100462569B1 (ko) | 반도체 압력 센서 및 그 제조방법 | |
| CN114235233B (zh) | 一种mems压力传感器及其制备方法 | |
| US6518084B1 (en) | Method of producing a micromechanical structure for a micro-electromechanical element | |
| WO2021023251A1 (zh) | Mems结构、mems结构的制作方法及胎压传感器 | |
| CN112357877B (zh) | 一种mems soi压力传感器及其制备方法 | |
| CN111591952A (zh) | 一种mems压阻式压力传感器及其制备方法 | |
| CN112284607B (zh) | 一种十字岛耐高温耐腐蚀压力传感器芯片及制备方法 | |
| CN114314498B (zh) | Mems薄膜真空计及其制备方法 | |
| CN103196596B (zh) | 基于牺牲层技术的纳米膜压力传感器及其制造方法 | |
| EP0890998A1 (en) | Manufacturing method and integrated piezoresistive pressure sensor having a diaphragm of polycristalline semiconductor material | |
| CN113790835B (zh) | 一种岛膜结构的硅压力传感器芯片制造方法 | |
| CN216559443U (zh) | 一种mems基底及mems压力传感器 | |
| KR20080098990A (ko) | 압력센서 제조방법 및 그 구조 | |
| CN114671399A (zh) | 电容式压力传感器及其制备方法 | |
| JP3105680B2 (ja) | 半導体差圧センサ及びそれを用いた差圧伝送器 | |
| JPH04299871A (ja) | 半導体圧力センサおよびその製造方法 | |
| JP3328707B2 (ja) | 静電容量型半導体加速度センサ及び半導体圧力センサ | |
| CN114235232B (zh) | 一种mems压力传感器及其制备方法 | |
| JPS6276783A (ja) | 半導体圧力センサ及びその製造方法 | |
| CN113790834B (zh) | 一种梁膜结构的硅压力传感器芯片制作方法 | |
| CN107421662B (zh) | 一种mems电容式压力传感器的敏感结构 | |
| CN113776721B (zh) | 传感器集成芯片及其制造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |