本發(fā)明涉及mems，特別涉及一種基于懸臂梁-中心雙質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的soi高溫mems壓阻式壓力傳感器的制備方法。

背景技術(shù)：

1、微機(jī)電系統(tǒng)（mems）壓力傳感器在現(xiàn)代工業(yè)、航空航天、汽車制造等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，然而傳統(tǒng)mems壓阻式壓力傳感器在高溫環(huán)境下存在靈敏度下降、零點(diǎn)漂移和長(zhǎng)期穩(wěn)定性差的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于懸臂梁-中心雙質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的soi高溫mems壓阻式壓力傳感器的制備方法，以解決傳統(tǒng)mems壓阻式壓力傳感器在高溫環(huán)境下存在靈敏度下降、零點(diǎn)漂移和長(zhǎng)期穩(wěn)定性差的問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于懸臂梁-中心雙質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的soi高溫mems壓阻式壓力傳感器的制備方法，包括：

3、第一步：提供n<100>、頂層硅厚度1.5μm~100μm、中間氧化層厚度0.2μm~1.2μm、襯底硅厚度350μm~420μm、雙拋soi襯底材料片，在爐管內(nèi)通過熱氧化工藝，在soi襯底材料片正面與背面分別生長(zhǎng)二氧化硅層；

4、第二步：進(jìn)行n型隔離阻擋結(jié)構(gòu)光刻工藝，帶膠注入，去除光刻膠；

5、第三步：進(jìn)行p型壓敏電阻條結(jié)構(gòu)光刻工藝，帶膠注入，去除光刻膠；

6、第四步：進(jìn)行p型互聯(lián)結(jié)構(gòu)光刻工藝，帶膠注入，去除光刻膠；

7、第五步：在爐管內(nèi)通過低壓化學(xué)氣相沉積工藝，在器件正面與背面依次淀積二氧化硅層與氮化硅層，進(jìn)行退火工藝；進(jìn)行接觸孔結(jié)構(gòu)光刻，干法刻蝕正面的二氧化硅層與氮化硅層，去除光刻膠；

8、第六步：進(jìn)行光刻膠涂膠工藝，高溫金屬材料層蒸發(fā)工藝鍍膜，剝離光刻膠，形成金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)；或者，高溫金屬材料層濺射工藝，光刻膠光刻工藝，金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)刻蝕工藝，去除光刻膠；

9、第七步：通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝在器件正面淀積鈍化保護(hù)層，進(jìn)行鈍化保護(hù)層光刻工藝，鈍化保護(hù)層結(jié)構(gòu)干法刻蝕工藝，去除光刻膠；進(jìn)行合金工藝；

10、第八步：進(jìn)行正面懸臂梁-中心雙質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)光刻工藝，介質(zhì)層干法刻蝕工藝；soi頂層硅koh濕法腐蝕，腐蝕溫度為70℃~80℃，濕法腐蝕后頂層硅留膜厚度取決于mems壓力傳感器產(chǎn)品的壓力量程需求；去除光刻膠；

11、第九步：正面涂保護(hù)膠；背面介質(zhì)層光刻工藝，背面介質(zhì)層干法刻蝕工藝，去除光刻膠；背腔深槽結(jié)構(gòu)光刻工藝，背腔深槽結(jié)構(gòu)第一次干法刻蝕，刻蝕出背面中心質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)高度差，高度差5μm~200μm，干法刻蝕工藝采用si?to?sio2高選擇比150:1~220:1的深反應(yīng)離子刻蝕，刻蝕氣體選用氣體六氟化硫；去除光刻膠；

12、第十步：背腔深槽結(jié)構(gòu)第二次干法刻蝕，干法刻蝕工藝采用si?to?sio2高選擇比150:1~220:1的深反應(yīng)離子刻蝕，刻蝕氣體選用氣體六氟化硫；soi中間氧化層濕法刻蝕工藝，boe腐蝕速率100nm/min~1000nm/min，檢查背腔腔體腐蝕面出現(xiàn)脫水狀態(tài)，表明二氧化硅層被去除干凈；去除光刻膠；去除正面保護(hù)膠；完成基于懸臂梁-中心雙質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的soi高溫mems壓阻式壓力傳感器的制備。

13、在一種實(shí)施方式中，所述第二步中，注入離子種類為磷，注入能量為80~100kev，注入劑量為4e15~9e15，注入角度為7°~10°；所述第三步中，注入離子種類為硼，注入能量為25~80kev，注入劑量為1.0e14~9e14，注入角度為7°~10°；所述第四步中，注入離子種類為硼，注入能量為25~80kev，注入劑量為4e15~9e15，注入角度為7°~10°。

14、在一種實(shí)施方式中，所述第五步中，新淀積的二氧化硅層厚度為0.2μm~0.5μm，氮化硅層的厚度為0.1μm~0.2μm；退火溫度為950℃~1200℃，退火時(shí)間為30min~150min；接觸孔尺寸為5μm~20μm。

15、在一種實(shí)施方式中，所述高溫金屬材料層的厚度為1μm~2μm，高溫金屬材料選擇鉑、鈦/鉑/金多層結(jié)構(gòu)或鎳鉻合金鋁/銅合金。

16、在一種實(shí)施方式中，所述第七步中，所述鈍化保護(hù)層材料為單層氮化硅層或者二氧化硅與氮化硅疊層，其中二氧化硅與氮化硅疊層為在完成第六步工藝的襯底材料片正面依次淀積的二氧化硅層與氮化硅層，所述鈍化保護(hù)層的整體厚度為0.2μm~1.2μm；合金溫度為400℃~500℃，合金時(shí)間為30min~200min。

17、本發(fā)明提供的一種基于懸臂梁-中心雙質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的soi高溫mems壓阻式壓力傳感器的制備方法，具有以下有益效果：

18、（1）本發(fā)明在傳統(tǒng)的mems壓阻式壓力傳感器的膜片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，巧妙結(jié)合懸臂梁-中心雙質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)，在懸臂梁的正反面分別設(shè)計(jì)了對(duì)稱的中心質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的膜片結(jié)構(gòu)相比，懸臂梁-中心雙質(zhì)量塊對(duì)稱式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠平衡正反兩面的受力和更好地控制形變區(qū)域，優(yōu)化應(yīng)力分布，避免了在高溫下大面積膜片的應(yīng)力集中問題，使得懸臂梁在壓力作用下的形變更加均勻，有效降低由于非對(duì)稱應(yīng)力導(dǎo)致的非線性誤差，有效提升了傳感器在高溫環(huán)境下的可靠性和使用壽命。與傳統(tǒng)的膜片結(jié)構(gòu)和懸臂梁-中心單質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)相比，這種懸臂梁-中心雙質(zhì)量塊創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以在相同壓力下產(chǎn)生更大的梁端形變，提高傳感器的靈敏度和信號(hào)強(qiáng)度；該結(jié)構(gòu)通過對(duì)稱設(shè)計(jì)平衡了溫度引起的應(yīng)力變化，減小了溫度變化對(duì)傳感器性能的影響，大大降低了溫度漂移，提升了其在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性，使得傳感器在高溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械和電學(xué)性能；中心雙質(zhì)量塊的引入不僅增加了結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，還改善了傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，使其在動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量中具有更好的表現(xiàn)。此外，可以通過改變正面懸臂梁與正面中心質(zhì)量塊的腐蝕深度來(lái)調(diào)節(jié)傳感器的壓力量程，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品種類壓力量程，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的調(diào)整更為靈活，產(chǎn)品種類覆蓋面更加寬廣，支持更快的產(chǎn)品迭代升級(jí)，從而能夠快速響應(yīng)市場(chǎng)需求。

19、（2）本發(fā)明采用的soi襯底材料片具有優(yōu)異的高溫性能，能夠在高溫條件下保持穩(wěn)定的機(jī)械和電學(xué)特性。本發(fā)明在soi襯底材料片的頂層單晶硅上制備懸臂梁結(jié)構(gòu)和壓敏電阻元件，soi襯底材料片進(jìn)一步增強(qiáng)了傳感器的電絕緣性能和熱隔離性能，減少了溫度對(duì)壓力傳感器電性能的影響，特別是在高溫環(huán)境下，其零點(diǎn)漂移顯著降低，確保了壓力傳感器的穩(wěn)定工作。

20、（3）本發(fā)明通過高精度雙面光刻套刻工藝技術(shù)、n型隔離阻擋結(jié)構(gòu)工藝技術(shù)、p型壓敏電阻條結(jié)構(gòu)工藝技術(shù)、高溫金屬材料層互聯(lián)結(jié)構(gòu)工藝技術(shù)、正面懸臂梁-中心雙質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)腐蝕技術(shù)、背腔深槽結(jié)構(gòu)干法刻蝕工藝技術(shù)等實(shí)現(xiàn)了一種基于懸臂梁-中心雙質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的soi高溫mems壓阻式壓力傳感器及其制備方法。創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了懸臂梁-中心雙質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)加工工藝方法，該工藝加工方法可以通過靈活調(diào)整背島厚度，改善產(chǎn)品線性度與改變產(chǎn)品靈敏度；該工藝加工方法可以靈活調(diào)整正面soi襯底材料片的頂層單晶硅腐蝕深度，實(shí)現(xiàn)單套光刻版圖結(jié)構(gòu)完成多種壓力量程芯片的工藝加工模式，加快了研發(fā)周期，降低了研發(fā)成本。

技術(shù)特征：

1.一種基于懸臂梁-中心雙質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的soi高溫mems壓阻式壓力傳感器的制備方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的基于懸臂梁-中心雙質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的soi高溫mems壓阻式壓力傳感器的制備方法，其特征在于，所述第二步中，注入離子種類為磷，注入能量為80~100kev，注入劑量為4e15~9e15，注入角度為7°~10°；所述第三步中，注入離子種類為硼，注入能量為25~80kev，注入劑量為1.0e14~9e14，注入角度為7°~10°；所述第四步中，注入離子種類為硼，注入能量為25~80kev，注入劑量為4e15~9e15，注入角度為7°~10°。

3.如權(quán)利要求1所述的基于懸臂梁-中心雙質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的soi高溫mems壓阻式壓力傳感器的制備方法，其特征在于，所述第五步中，新淀積的二氧化硅層厚度為0.2μm~0.5μm，氮化硅層的厚度為0.1μm~0.2μm；退火溫度為950℃~1200℃，退火時(shí)間為30min~150min；接觸孔尺寸為5μm~20μm。

4.如權(quán)利要求1所述的基于懸臂梁-中心雙質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的soi高溫mems壓阻式壓力傳感器的制備方法，其特征在于，所述高溫金屬材料層的厚度為1μm~2μm，高溫金屬材料選擇鉑、鈦/鉑/金多層結(jié)構(gòu)或鎳鉻合金鋁/銅合金。

5.如權(quán)利要求1所述的基于懸臂梁-中心雙質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的soi高溫mems壓阻式壓力傳感器的制備方法，其特征在于，所述第七步中，所述鈍化保護(hù)層材料為單層氮化硅層或者二氧化硅與氮化硅疊層，其中二氧化硅與氮化硅疊層為在完成第六步工藝的襯底材料片正面依次淀積的二氧化硅層與氮化硅層，所述鈍化保護(hù)層的整體厚度為0.2μm~1.2μm；合金溫度為400℃~500℃，合金時(shí)間為30min~200min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種基于懸臂梁?中心雙質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的SOI高溫MEMS壓阻式壓力傳感器的制備方法，屬于MEMS領(lǐng)域。本發(fā)明在傳統(tǒng)的MEMS壓阻式壓力傳感器的膜片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，巧妙結(jié)合懸臂梁?中心雙質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)，在懸臂梁的正反面分別設(shè)計(jì)了對(duì)稱的中心質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)。這種懸臂梁?中心雙質(zhì)量塊創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以在相同壓力下產(chǎn)生更大的梁端形變，提高傳感器的靈敏度和信號(hào)強(qiáng)度；通過對(duì)稱設(shè)計(jì)平衡了溫度引起的應(yīng)力變化，減小溫度變化對(duì)傳感器性能的影響，大大降低溫度漂移，提升其在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性，使得傳感器在高溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械和電學(xué)性能；中心雙質(zhì)量塊的引入不僅增加了結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，還改善傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，使其在動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量中具有更好的表現(xiàn)。

技術(shù)研發(fā)人員：楊杰,王濤,崔禎,王梓陽(yáng),張春陽(yáng),張輝,張可可,孫建潔,吳建偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：無(wú)錫中微晶園電子有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/28