CN209559360U - 一种温度传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种温度传感器，所述传感器采用硅微桥双层膜结构，且制作在SOI器件上，下层为SOI器件的顶层硅，所述顶层硅上通过离子注入工艺形成压敏电阻；上层为通过溅射工艺形成的金属铝层；所述硅微桥下方悬空，且不与所述SOI器件的衬底硅相连接。该传感器结构相对稳定，且灵敏度高，硅微桥为可动结构，发生热膨胀时，压敏电阻值发生变化，通过电路的连接可以检测出电阻值的变化，基于电阻值的变化与温度变化呈现的数值关系，从而实现温度的测量。
Description
技术领域
本实用新型属于电子电路领域，特别涉及一种温度传感器。
背景技术
随着微纳加工技术的不断发展，科学工作者们利用这些技术创造了各种各样的结构，实现对各种参数的测量。现有的传感器采用的悬臂梁结构为单端固支结构，由于制作工艺的过程，导致悬臂梁结构因为较大的残余应力而发生形变，即，这种单端固支结构是不稳定的，如果此残余应力较大，会导致悬臂梁在制作过程的断裂。
实用新型内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种温度传感器。本实用新型的传感器的结构稳定，且灵敏度高。
本实用新型的目的在于提供一种温度传感器，所述传感器采用硅微桥双层膜结构，且制作在所述SOI器件上，
下层为SOI器件的顶层硅，所述顶层硅上通过离子注入工艺形成压敏电阻；
上层为通过溅射工艺形成的金属铝层；
所述硅微桥下方悬空，且不与所述SOI器件的衬底硅相连接。
进一步，所述金属铝层与顶层硅的两端均固定。
进一步，所述压敏电阻在所述硅微桥上的宽度范围为10～20μm。
进一步，所述硅微桥为可动结构，且所述硅微桥的长度为500μm，宽度为50μm，金属铝层厚度为1.5μm，顶层硅厚度为8μm。
进一步，所述传感器还包括三个定值电阻，其中，
所述三个定值电阻位于所述SOI器件上，且下方不悬空。
进一步，所述三个定值电阻与所述压敏电阻通过电引线连接构成惠斯通桥。
本实用新型的温度传感器就是利用标准的MEMS微纳加工工艺制作，采用悬空的硅微桥式结构，且所述桥式结构相对稳定，在使用该传感器时通用性强、灵敏度高能够用于各种测温电路，且提高了温度测量的准确性。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本实用新型实施例中的一种硅微桥双层膜结构示意图；
图2示出了本实用新型实施例中的一种采用硅微桥压阻式传感器的电路结构示意图；
图3a示出了本实用新型实施例中的一种SOI器件结构示意图；
图3b示出了本实用新型实施例中的一种采用离子注入工艺形成压敏电阻示意图；
图3c示出了本实用新型实施例中的一种在压敏电阻上形成接触孔示意图；
图3d示出了本实用新型实施例中的一种形成PECVD绝缘层示意图；
图3e示出了本实用新型实施例中的一种采用溅射工艺形成Al层示意图；
图3f示出了本实用新型实施例中的一种形成钝化层结构示意图；
图3g示出了本实用新型实施例中的一种采用各向异性刻蚀工艺进行刻蚀示意图；
图3h示出了本实用新型实施例中的一种采用同向异性刻蚀工艺进行刻蚀示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型实施例中介绍了一种硅微桥压阻式MEMS(微机电系统)温度传感器，为了实现悬空的硅微桥式结构，所述温度传感器制作在SOI(Silicon-On-Insulator，即绝缘衬底上的硅)器件上，其整体结构为硅微桥双层膜结构，下层为SOI器件的顶层硅1，所述顶层硅上通过离子注入工艺形成压敏电阻；上层为通过溅射工艺形成的金属铝层2；所述硅微桥下方悬空，且不与所述SOI器件的衬底硅相连接。所述温度传感器的原理是基于双层膜的热膨胀系数的差异，当温度变化时，铝的热膨胀大于下层硅的热膨胀，导致微桥发生弯曲，因此，所述硅微桥为可动结构。
进一步具体的，所述压敏电阻在所述硅微桥上的宽度范围为10～20μm，且所述硅微桥的长度为500μm，宽度为50μm，金属铝层厚度为1.5μm，顶层硅厚度为8μm。
所述温度传感器能够用于电路中执行温度测量，具体的，所述温度传感器还包括三个定值电阻，其中，所述三个定值电阻位于SOI器件层上，且下方不悬空。且所述三个定值电阻与所述压敏电阻通过电引线连接构成惠斯通桥。如图2所示，所述温度传感器中的压敏电阻3与电路中的定值电阻R1、R2、R3通过电引线连接构成惠斯通桥，其中，所述硅微桥发生热膨胀时产生弯曲，所述压敏电阻3值发生变化，进一步通过电路的连接检测出压敏电阻3值的变化，所述压敏电阻3值的变化与温度变化呈现一定的数值关系，从而可以实现温度的测量。其中，所述定值电阻R1、R2、 R3根据测量电路的实际需求进行选择。
如图3a-3h所示，本实用新型实施例中介绍了一种温度传感器的制作方法，所述制作方法具体步骤包括，
如图3a所示，首先进行备片并进行标准清洗，选择SOI器件，其中，所述SOI器件由上到下依次包括顶层硅1、埋层SiO24(二氧化硅)以及衬底硅5。本实用新型实施例中选择P型(100)单抛SOI器件。
进一步，执行第一次光刻工艺：首先，采用第一掩膜版在SOI器件上对准标记块；然后，采用浓H2SO4(硫酸)+H2O2(双氧水)执行去胶、标准清洗工艺，最后，采用PECVD(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学的气相沉积法)工艺淀积SiO2，以防止沟道效应，其中，所述淀积的SiO2厚度为20nm。
进一步，如图3b所示，执行第二次光刻工艺形压敏电阻3：首先，采用第二掩膜版，且使得所述第二掩膜版对准第一掩膜版；然后，采用离子注入工艺将P-离子注入所述SOI器件的顶层硅中形成压敏电阻3；然后，采用浓H2SO4+H2O2执行去胶、标准清洗工艺；然后，采用湿法刻蚀工艺利用BHF(在稀释的HF溶剂中进行的SiO2湿法腐蚀法)对所述SiO2进行刻蚀，以去除保护层，其中，所述保护层为所述第一次光刻工艺中为了防止沟道效应在顶层硅上形成的氧化层；然后，采用退火工艺将所述压敏电阻3在具有N2(氮气)与1000℃温度的环境下退火30min；最后，再次采用PECVD工艺淀积SiO2，以防止沟道效应，其中，所述淀积的SiO2厚度为20nm。
进一步，如图3c所示，执行第三次光刻工艺形成欧姆接触区，即初步的接触孔：采用第三掩膜版，且使得所述第三掩膜版对准第一掩膜版；然后，采用离子注入工艺将P+离子注入所述SOI器件的压敏电阻3中形成欧姆接触掺杂区域6，其中，所述P+离子的能量与剂量均高于第二次光刻工艺中的P-离子注入；然后，采用浓H2SO4+H2O2执行去胶、标准清洗工艺；然后，采用干法刻蚀工艺利用BHF对所述SiO2进行刻蚀，以去除保护层；然后，采用退火工艺将所述欧姆接触掺杂区域6在具有N2与950℃温度的环境下退火30min；最后，如图3d所示，采用PECVD工艺淀积SiO2，以形成介质层，即，PECVD绝缘层7，其中，所述淀积的SiO2厚度为200nm。
进一步，执行第四次光刻工艺形成接触孔：首先，仍采用第三掩膜版，且使得所述第三掩膜版对准第一掩膜版；然后，采用湿法刻蚀工艺利用BHF 对所述SiO2进行刻蚀，形成接触孔；然后，采用浓H2SO4+H2O2执行去胶、标准清洗工艺；然后，如图3e所示，溅射Al层(铝层)2，以形成1μm的电引线。
进一步，执行第五次光刻工艺形成电引线：首先，采用第四掩膜版，且使得所述第四掩膜版对准第一掩膜版；然后，采用湿法刻蚀工艺利用 H3PO4对上述Al层2进行刻蚀形成电引线；然后，利用发烟硝酸执行去胶工艺；然后，采用合金工艺将电引线置于90％N2，10％H2(氢气)，450℃的环境下30min再次形成欧姆接触区；最后，如图3f所示，采用PECVD 工艺淀积SiO2，以形成钝化层8，其中，所述淀积的SiO2厚度为200nm。
进一步，执行第六次光刻工艺形成欧姆接触孔：首先，采用第五掩膜版，且使得所述第五掩膜版对准第一掩膜版；然后，采用RIE(Reactive Ion Etching，反应离子刻蚀)工艺刻蚀SiO2，以在欧姆接触孔上形成刻蚀介质层；然后，执行去胶工艺。
进一步,执行第七次光刻工艺形成硅微桥：首先，采用第六掩膜版，且使得所述第六掩膜版对准第一掩膜版；然后，如图3g所示，采用各向异性刻蚀工艺刻蚀SOI器件的顶层硅层与埋层SiO2，其中，采用RIE工艺刻蚀 SiO2，以刻蚀钝化层、BOX层；采用DRIE(DeepReactive Ion Etching，深反应离子刻蚀)工艺在刻蚀Si；且所述刻蚀的Si的厚度为40μm；然后，如图3h所示,采用各向同性刻蚀工艺刻蚀衬底Si(硅)，其中，在执行刻蚀的过程中还包括对刻蚀的衬底Si进行一定时间的保护，刻蚀的衬底Si的厚度为50μm；最后，采用去胶工艺利用离子体执行去胶，形成硅微桥。各向异性刻蚀过程中，所述Si是顶层硅，BOX层指的是SOI的埋氧层，即埋层 SiO2。
本实施例中，所述欧姆接触区、欧姆接触掺杂区、接触孔、欧姆接触孔均为所述接触孔在不同工艺阶段的不同叫法。
本实施例中，每次离子注入前，都会先采用PECVD工艺在离子注入区域形成一层氧化层，且在离子注入结束后，需要将此保护层氧化硅去除，目的是有效地保护单晶硅的晶格。
尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种温度传感器，所述传感器采用硅微桥双层膜结构，且制作在SOI器件上，其特征在于，
下层为SOI器件的顶层硅，所述顶层硅上通过离子注入工艺形成压敏电阻；
上层为通过溅射工艺形成的金属铝层；
所述硅微桥下方悬空，且不与所述SOI器件的衬底硅相连接。
2.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述金属铝层与顶层硅的两端均固定。
3.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述压敏电阻在所述硅微桥上的宽度范围为10～20μm。
4.根据权利要求3所述的温度传感器，其特征在于，所述硅微桥为可动结构，且所述硅微桥的长度为500μm，宽度为50μm，金属铝层厚度为1.5μm，顶层硅厚度为8μm。
5.根据权利要求1-4任一所述的温度传感器，其特征在于，所述传感器还包括三个定值电阻，其中，
所述三个定值电阻位于所述SOI器件上，且下方不悬空。
6.根据权利要求5所述的温度传感器，其特征在于，所述三个定值电阻与所述压敏电阻通过电引线连接构成惠斯通桥。
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| CN109399554B (zh) * | 2018-11-27 | 2024-02-09 | 广东电网有限责任公司惠州供电局 | 一种硅微桥压阻式mems温度传感器及其制作方法 |
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