一種力/磁多功能傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種力/磁多功能傳感器，該傳感器包括用來(lái)檢測(cè)外加磁場(chǎng)的第一懸臂梁1，和用來(lái)檢測(cè)外加力的第二懸臂梁2，并由第一薄膜晶體管TFT1溝道等效電阻R1、第二薄膜晶體管TFT2溝道等效電阻R2、第三薄膜晶體管TFT3溝道等效電阻R3和第四薄膜晶體管TFT4溝道等效電阻R4構(gòu)成第一惠斯通電橋，實(shí)現(xiàn)了磁場(chǎng)的檢測(cè)；第五薄膜晶體管TFT1′溝道等效電阻R1′、第六薄膜晶體管TFT2′溝道等效電阻R2′、第七薄膜晶體管TFT3′溝道等效電阻R3′和第八薄膜晶體管TFT4′溝道等效電阻R4′構(gòu)成第二惠斯通電橋，實(shí)現(xiàn)了力的檢測(cè)；本實(shí)用新型提供的力/磁多功能傳感器體積小，成本低，準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好。
【專利說(shuō)明】
一種力/磁多功能傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種力/磁多功能集成傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，傳感器技術(shù)倍受重視，但是單一物理量傳感器已不能滿足工業(yè)生產(chǎn)、航空航天等領(lǐng)域，為了能夠準(zhǔn)確的對(duì)環(huán)境多個(gè)物理量變化同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，在一個(gè)芯片上集成多種功能的敏感元件可同時(shí)測(cè)量多個(gè)物理量，此種力/磁多功能傳感器具有體積小、重量輕以及集成一體化等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]專利號(hào)為CN201420085249.2實(shí)用新型涉及的是一種溫度、濕度、氣壓集成傳感器，包括一電路板，在電路板上設(shè)有溫度傳感器、濕度傳感器、信號(hào)處理電路，溫度傳感器、濕度傳感器及壓力傳感器的輸出端均與信號(hào)處理電路的輸入端相連接，信號(hào)處理電路與電路板構(gòu)成一體式信號(hào)處理電路板，壓力傳感器采用的是真空壓阻式壓力傳感器，濕度傳感器采用的是鉑電阻溫度傳感器，濕度傳感器采用的是濕敏電容傳感器，真空壓阻式壓力傳感器、鉑電阻溫度傳感器、濕敏電容傳感器集成在一體式信號(hào)處理電路板上。該實(shí)用新型減少了外界對(duì)傳感器信號(hào)的影響，提高了穩(wěn)定性，降低了生產(chǎn)成本，可廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)，氣象測(cè)量、智能建筑、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、管道等眾多行業(yè)。
[0004]專利號(hào)為CN201310117126.2的發(fā)明公開(kāi)一種與CMOS工藝兼容的MEMS溫度濕度集成傳感器及其制造方法。該發(fā)明提供一種溫度濕度集成傳感器，其包括基材、形成于基材上的絕緣層、形成于絕緣層上的下電極、形成于下電極上的中間濕度感知層以及形成于中間濕度感知層上的上電極，其中下電極采用由N型多晶硅/鋁或者N型多晶硅/P型多晶硅形成的熱電偶來(lái)測(cè)量溫度。該發(fā)明的溫濕度集成傳感器，下電極采用Al和多晶硅形成熱電偶，這是CMOS兼容工藝，可以與CMOS同時(shí)流通，制造方便。
[0005]專利號(hào)為CN201210498929.2的發(fā)明專利公開(kāi)了一種無(wú)源無(wú)線溫、濕度集成傳感器，采用懸臂梁電容式溫度傳感器和叉指電容式濕度傳感器，包括從下至上依次連接的半導(dǎo)體襯底、下介質(zhì)層、下金屬層、中間介質(zhì)層、中間金屬層、上介質(zhì)層，以及位于上介質(zhì)層上表面的上金屬互連線和濕敏材料。該發(fā)明的懸臂電容式溫度傳感器-電感回路與叉指電容濕度傳感器-電感回路分頻工作，同時(shí)無(wú)線測(cè)量溫度、濕度，可以應(yīng)用于密閉環(huán)境或惡劣條件下溫度、濕度兩種參數(shù)的測(cè)量與采集。該本發(fā)明傳感器采用CMOS MEMS工藝制備，具有較好的性能和較低的成本。
[0006]專利號(hào)為CN201210451111.5的發(fā)明專利公開(kāi)了一種溫度壓力集成傳感器，包括溫度傳感器、綁定電路板、溫度傳感器安裝槽、感壓元件、壓力座、壓力進(jìn)入口和導(dǎo)線，其特征在于:壓力進(jìn)入口位于壓力座的下端，綁定電路板位于壓力座的上端，綁定電路板緊貼于壓力座的頂面，溫度傳感器安裝在溫度傳感器安裝槽中且緊貼壓力座，被測(cè)介質(zhì)的熱量通過(guò)壓力座傳導(dǎo)至溫度傳感器，溫度傳感器通過(guò)導(dǎo)線與綁定電路板相連接進(jìn)行信號(hào)傳輸。該發(fā)明將溫度傳感器緊貼的安裝在壓力傳感器的不銹鋼座上方或側(cè)方，通過(guò)測(cè)量作為介質(zhì)熱傳導(dǎo)載體的不銹鋼的溫度來(lái)獲得介質(zhì)的溫度。該結(jié)構(gòu)安裝方便，使用方便，為石油、化工、食品、制冷空調(diào)行業(yè)提供了一種新型的溫度壓力集成傳感器。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明人進(jìn)行了銳意研究，設(shè)計(jì)出一種可以同時(shí)檢測(cè)力和磁場(chǎng)多功能傳感器，從而完成了本實(shí)用新型。
[0008]具體來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型的目的在于提供以下方面:
[0009](I) 一種力/磁多功能傳感器，該傳感器包括:
[0010]用來(lái)檢測(cè)外加磁場(chǎng)的第一懸臂梁I，和[0011 ]用來(lái)檢測(cè)外加力的第二懸臂梁2，其中，
[0012]所述第一懸臂梁I為硅懸臂梁，包括(優(yōu)選根部制作)四個(gè)薄膜晶體管，為第一薄膜晶體管TFT1、第二薄膜晶體管TFT2、第三薄膜晶體管TFT3和第四薄膜晶體管TFT4，其頂端為自由端，優(yōu)選制作為磁性材料3;和/或
[0013]所述第二懸臂梁2為硅懸臂梁，包括(優(yōu)選根部制作)四個(gè)薄膜晶體管，第五薄膜晶體管TFlT、第六薄膜晶體管TFT2,、第七薄膜晶體管TFT3,和第八薄膜晶體管TFTf，其頂端為自由端，優(yōu)選制作集成化硅質(zhì)量塊，更優(yōu)選無(wú)磁性材料4。
[0014](2)根據(jù)上述I所述的多功能傳感器，其中，
[0015]所述第一薄膜晶體管TFTl溝道等效電阻R1、第二薄膜晶體管TFT2溝道等效電阻R2、第三薄膜晶體管TFT3溝道等效電阻R3和第四薄膜晶體管TFT4溝道等效電阻R4，優(yōu)選所述等效電阻R1、等效電阻R2、等效電阻R3和等效電阻R4構(gòu)成第一惠斯通電橋;和/或
[0016]所述第五薄膜晶體管TFlT溝道等效電阻R/、第六薄膜晶體管TFT2'溝道等效電阻R/、第七薄膜晶體管TFT3,溝道等效電阻R/和第八薄膜晶體管TFTf溝道等效電阻R/，優(yōu)選所述溝道等效電阻R/、等效電阻、溝道等效電阻和溝道等效電阻構(gòu)成第二惠斯通電橋。
[0017](3)根據(jù)上述2所述的多功能傳感器，其中，
[0018]所述等效電阻R1與所述等效電阻此串連，形成第一輸出電壓VciutlJP/或
[0019]所述等效電阻R3與所述等效電阻R4串連，形成第二輸出電壓Vciut2JPz^
[0020]所述等效電阻R/與所述等效電阻R/串連，形成第三輸出電壓Vciut/;和/或
[0021]所述等效電阻R/與所述等效電阻R/串連，形成第四輸出電壓Vciut/。
[0022](4)根據(jù)上述3所述的多功能傳感器，其中，有外加磁場(chǎng)作用時(shí)，因磁力作用，所述第一懸臂梁發(fā)生彎曲，所述第一惠斯通電橋橋路阻值發(fā)生變化，所述第一輸出電壓Vciutl和所述第二輸出電壓V?t2構(gòu)成差分輸出，實(shí)現(xiàn)外加磁場(chǎng)測(cè)量。
[0023](5)根據(jù)上述4所述的多功能傳感器，其中，有外加力作用到第二懸臂梁頂端時(shí)，因磁力作用，所述第二懸臂梁發(fā)生彎曲，所述第二惠斯通電橋橋路阻值發(fā)生變化，所述第三輸出電壓Vout/和所述第四輸出電壓構(gòu)成差分輸出，實(shí)現(xiàn)外加力測(cè)量。
[0024](6)根據(jù)上述I至5之一所述的多功能傳感器，其中，第一懸臂梁I包括二氧化硅底層5、單晶硅6、二氧化硅頂層7和13、納米硅薄膜8、薄膜晶體管源端9、柵氧化層10、薄膜晶體管柵端11、薄膜晶體管漏端12和磁性材料3。
[0025](7)根據(jù)上述I至5之一所述的多功能傳感器，其中，第二懸臂梁2包括二氧化硅底層5、單晶硅6、二氧化硅頂層7和13、納米硅薄膜8、薄膜晶體管源端9、柵氧化層10、薄膜晶體管柵端11、薄膜晶體管漏端12和硅質(zhì)量塊4。
[0026](8)根據(jù)上述I至7之一所述的多功能傳感器，其中，
[0027]所述第一硅懸臂梁I和所述第二硅懸臂梁2采用微電子加工系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)制作，和/或
[0028]所述薄膜晶體管采用互補(bǔ)性金屬氧化半導(dǎo)體(CMOS)工藝制作。
[0029]本實(shí)用新型所具有的有益效果包括:
[0030]1、本實(shí)用新型在同一芯片上制作兩個(gè)硅懸臂梁，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)力和磁場(chǎng)的檢測(cè)，具有集成一體化特點(diǎn)；
[0031]2、本實(shí)用新型采用懸臂梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)力/磁，提高了傳感器的力/磁靈敏度；
[0032]3、本實(shí)用新型中分別采用四個(gè)薄膜晶體管溝道等效電阻構(gòu)成兩個(gè)開(kāi)環(huán)惠斯通橋路。開(kāi)環(huán)橋路方便測(cè)試橋路單個(gè)薄膜晶體管溝道等效電阻的阻值，同時(shí)薄膜晶體管具有自調(diào)零功能，可實(shí)現(xiàn)傳感器零點(diǎn)漂移的調(diào)整，當(dāng)傳感器在無(wú)外加力或磁場(chǎng)的作用時(shí)，使得其輸出電信號(hào)等于零，提高了傳感器對(duì)外加力/磁檢測(cè)的準(zhǔn)確性；
[0033]4、該傳感器是在高阻單晶硅上制作，體積小，成本低，穩(wěn)定性好。
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型一種優(yōu)選實(shí)施方式的力/磁多功能傳感器基本結(jié)構(gòu)三維立體圖；
[0035]圖2是用于磁場(chǎng)測(cè)試的結(jié)構(gòu)，等效電路第一惠斯通電橋I示意圖；
[0036]圖3是用于力測(cè)試的結(jié)構(gòu)，等效電路第二惠斯通電橋2示意圖；
[0037]圖4是第一硅懸臂梁剖面示意圖；
[0038]圖5是第二硅懸臂梁剖面示意圖。
[0039]附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明:
[0040]1-第一懸臂梁(Beaml);
[0041]2-第二懸臂梁(Beam2);
[0042]3-第一懸臂梁磁性材料；
[0043]4-第二懸臂梁硅質(zhì)量塊；
[0044]TFTl-第一薄膜晶體管；
[0045]TFT2-第二薄膜晶體管；
[0046]TFT3-第三薄膜晶體管；
[0047]TFT4-第四薄膜晶體管；
[0048]TFTl7 -第五薄膜晶體管；
[0049]TFT27 -第六薄膜晶體管；
[0050]TFT37 -第七薄膜晶體管；
[0051 ]TFTf-第八薄膜晶體管；
[0052]G1-第一薄膜晶體管柵極；
[0053]G2-第二薄膜晶體管柵極；
[0054]G3-第三薄膜晶體管柵極；
[0055]G4-第四薄膜晶體管柵極；
[0056]Gi7 -第五薄膜晶體管柵極；
[0057]G27 -第六薄膜晶體管柵極；
[0058]G37 -第七薄膜晶體管柵極；
[0059]G47 -第八薄膜晶體管柵極；
[0060]Vciutl-第一輸出端；
[0061]Vciut2-第二輸出端；
[0062]Vciut/-第三輸出端；
[0063]VciuJ-第四輸出端；
[0064]Vss、Vdd-第一連接電源；
[0065]Vss7 ^Vdd7 _第二連接電源；
[0066]R1-第一薄膜晶體管溝道等效電阻；
[0067]R2-第二薄膜晶體管溝道等效電阻；
[0068]R3-第三薄膜晶體管溝道等效電阻；
[0069]R4-第四薄膜晶體管溝道等效電阻；
[0070]R1'-第五薄膜晶體管溝道等效電阻；
[0071 ]R2'-第六薄膜晶體管溝道等效電阻；
[0072]R3'-第七薄膜晶體管溝道等效電阻；
[0073]R4'-第八薄膜晶體管溝道等效電阻；
[0074]5-底層二氧化硅(S12);
[0075]6-單晶硅(Si);
[0076]7-頂層二氧化硅(S12);
[0077]8-納米硅薄膜；
[0078]9-薄膜晶體管源端(S);
[0079]10-柵氧化層；
[0080]11-薄膜晶體管柵端(G);
[0081]12-薄膜晶體管漏端(D);
[0082]13-頂層二氧化硅(S12);
[0083]14-頂層二氧化硅(S12);
[0084]15-單晶硅(Si);
[0085]16-底層二氧化硅(S12)。
【具體實(shí)施方式】
[0086]下面對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)用新型的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將隨著這些說(shuō)明而變得更為清楚、明確。
[0087]在這里專用的詞“示例性”意為“用作例子、實(shí)施例或說(shuō)明性”。這里作為“示例性”所說(shuō)明的任何實(shí)施例不必解釋為優(yōu)于或好于其它實(shí)施例。盡管在附圖中示出了實(shí)施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。
[0088]根據(jù)本實(shí)用新型提供的一種力/磁多功能傳感器，如圖1所示，包括用來(lái)檢測(cè)外加磁場(chǎng)的第一懸臂梁(Beaml)，和用來(lái)檢測(cè)外加力的第二懸臂梁(Beam2)。所述第一懸臂梁包括第一薄膜晶體管TFTl、第二薄膜晶體管TFT2、第三薄膜晶體管TFT3、第四薄膜晶體管TFT4和自由端，所述第二懸臂梁包括第五薄膜晶體管TFIT、第六薄膜晶體管TFT2'、第七薄膜晶體管TFT3'、第八薄膜晶體管TFTf和自由端。
[0089]在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，在所述第一懸臂梁的根部制作第一薄膜晶體管TFTl、第二薄膜晶體管TFT2、第三薄膜晶體管TFT3和第四薄膜晶體管TFT4，自由端制作磁性材料；在所述第二懸臂梁的根部制作第五薄膜晶體管TFIV、第六薄膜晶體管TFT2'、第七薄膜晶體管TFT3'和第八薄膜晶體管TFT4'，自由端制作有無(wú)磁性的集成化硅質(zhì)量塊;在同一芯片上制作兩個(gè)懸臂梁，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)力和磁場(chǎng)的檢測(cè)，集成化程度高。
[0090]在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，如圖2和圖3所示，所述第一薄膜晶體管TFTl溝道等效電阻R1、第二薄膜晶體管TFT2溝道等效電阻R2、第三薄膜晶體管TFT3溝道等效電阻R3和第四薄膜晶體管TFT4溝道等效電阻R4,所述第五薄膜晶體管TFIT溝道等效電阻R/、第六薄膜晶體管TFT2'溝道等效電阻R/、第七薄膜晶體管TFT3'溝道等效電阻R/和第八薄膜晶體管TFTf溝道等效電阻R/。所述等效電阻R1、等效電阻R2、等效電阻R3和等效電阻R4構(gòu)成第一惠斯通電橋;所述溝道等效電阻R/、等效電阻、溝道等效電阻IV和溝道等效電阻R/構(gòu)成第二惠斯通電橋。
[0091]開(kāi)環(huán)橋路方便測(cè)試橋路單個(gè)薄膜晶體管溝道等效電阻的阻值，同時(shí)薄膜晶體管具有自調(diào)零功能，可實(shí)現(xiàn)傳感器零點(diǎn)漂移的調(diào)整，當(dāng)傳感器在無(wú)外加力或磁場(chǎng)的作用時(shí)，使得其輸出電信號(hào)等于零，提高了傳感器對(duì)外加力/磁檢測(cè)的準(zhǔn)確性。
[0092]在更進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述等效電阻辦與所述等效電阻他串連，形成第一輸出電壓V。-;所述等效電阻R3與所述等效電阻R4串連，形成第二輸出電壓Vciut2;所述等效電阻R/與所述等效電阻R/串連，形成第三輸出電壓Vciut/ ;所述等效電阻R/與所述等效電阻R/串連，形成第四輸出電壓Vciut/。
[0093]有外加磁場(chǎng)作用時(shí)，因磁力作用，所述第一懸臂梁發(fā)生彎曲，所述第一惠斯通電橋橋路阻值發(fā)生變化，所述第一輸出電壓Vmjtl和所述第二輸出電壓Vmjt2構(gòu)成差分輸出，實(shí)現(xiàn)外加磁場(chǎng)測(cè)量。有外加力作用到第二懸臂梁頂端時(shí)，所述第二懸臂梁發(fā)生彎曲，所述第二惠斯通電橋橋路阻值發(fā)生變化，所述第三輸出電壓Vciut/和所述第四輸出電壓Vciut/構(gòu)成差分輸出，實(shí)現(xiàn)外加力測(cè)量。
[0094]在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，如圖4和圖5所示，所述第一懸臂梁I包括二氧化硅底層
5、單晶硅6、二氧化硅頂層7和13、納米硅薄膜8、薄膜晶體管源端9、柵氧化層10、薄膜晶體管柵端11、薄膜晶體管漏端12和磁性材料3。所述第二懸臂梁2包括二氧化硅底層5、單晶硅6、二氧化硅頂層7和13、納米硅薄膜8、薄膜晶體管源端9、柵氧化層10、薄膜晶體管柵端11、薄膜晶體管漏端12和硅質(zhì)量塊4。
[0095]在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述第一硅懸臂梁I和所述第二硅懸臂梁2采用微電子加工系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)制作，所述薄膜晶體管采用互補(bǔ)性金屬氧化半導(dǎo)體(CMOS)工藝制作。
[0096]在更進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述傳感器是在高阻單晶硅襯底上通過(guò)微電子機(jī)械加工技術(shù)(MEMS)和互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體工藝(CMOS)實(shí)現(xiàn)制作，采用靜電鍵合技術(shù)(Bonding)，在800-1000V電壓、300-400°C高溫下通過(guò)兩個(gè)界面極大的靜電力將傳感器芯片與硼硅玻璃鍵和在一起，并利用壓焊技術(shù)封裝在印刷電路板(PCB)上，最后通過(guò)高精度磁場(chǎng)校準(zhǔn)系統(tǒng)和高精度全自動(dòng)推力計(jì)完成傳感器特性標(biāo)定。該傳感器在高阻單晶硅上制作，體積小，成本低，穩(wěn)定性好。
[0097]在更進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述傳感器制作包括以下工藝步驟:
[0098]步驟一:厚度為450μπι的N型〈100〉晶向雙面拋光單晶硅片；
[0099]步驟二:用濃硫酸煮至冒白煙，冷卻后用大量去離子水沖洗，再分別采用電子清洗液I號(hào)、2號(hào)各清洗兩次，用大量去離子水沖洗，放入甩干機(jī)中甩干；
[0100]步驟三:將清洗好的單晶硅片放入高溫氧化爐中進(jìn)行一次氧化，采用熱氧化工藝生長(zhǎng)S12層，氧化爐溫度11800C，生長(zhǎng)S12層厚度650nm；
[0101]步驟四:采用光刻機(jī)進(jìn)行一次光刻，光刻工藝流程為涂膠、前烘、曝光、顯影、堅(jiān)膜、腐蝕和去膠，光刻形成薄膜晶體管有源區(qū)窗口，采用上述步驟三硅片清洗方法清洗硅片；
[0102]步驟五:采用化學(xué)氣相沉積(CVD)系統(tǒng)生長(zhǎng)納米硅薄膜，并同時(shí)進(jìn)行原位低摻雜；
[0103]步驟六:采用光刻機(jī)進(jìn)行二次光刻，光刻工藝流程為涂膠、前烘、曝光、顯影、堅(jiān)膜、腐蝕和去膠，光刻形成薄膜晶體管原位摻雜P型溝道層，采用上述步驟三硅片清洗方法清洗娃片；
[0104]步驟七:將清洗后硅片進(jìn)行二次氧化，采用熱氧化工藝生長(zhǎng)S12層，在一次光刻的有源區(qū)窗口重新生長(zhǎng)厚度50nm的Si02層，作為柵氧化層；
[0105]步驟八:采用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)系統(tǒng)生長(zhǎng)多晶硅薄膜；
[0106]步驟九:采用光刻機(jī)進(jìn)行三次光刻，光刻工藝流程為涂膠、前烘、曝光、顯影、堅(jiān)膜、腐蝕和去膠，光刻形成薄膜晶體管多晶硅柵，同時(shí)采用上述步驟三硅片清洗方法清洗硅片；
[0107]步驟十:采用離子注入機(jī)注入P離子，注入能量為40KeV，高劑量(例如劑量為為6.0X 113)注入，多晶硅柵極磷擴(kuò)散，以降低多晶硅柵極電阻率，同時(shí)通過(guò)多晶硅柵極自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)薄膜晶體管源極和漏極雜質(zhì)摻雜，900°C高溫退火60分鐘；
[0108]步驟十一:采用光刻機(jī)進(jìn)行四次光刻，光刻工藝流程為涂膠、前烘、曝光、顯影、堅(jiān)膜、腐蝕和去膠，光刻形成薄膜晶體管多晶硅柵，同時(shí)采用上述步驟三硅片清洗方法清洗硅片;采用濕法腐蝕去除厚度50nm的Si02層；
[0?09] 步驟十二:通過(guò)H2+O2合成氧化法進(jìn)行多晶娃柵極氧化，生長(zhǎng)Si02層厚度400nm，實(shí)現(xiàn)多晶硅柵極保護(hù)；
[0110]步驟十三:通過(guò)五次光刻，刻蝕薄膜晶體管源極、漏極和柵極;硅片正面磁控濺射鋁電極，鋁電極厚度0.5μπι;
[0111]步驟十四:六次光刻，反刻鋁，分別形成源極、漏極和柵極電極；
[0112]步驟十五:將硅片放入高溫真空爐中，在400°(:進(jìn)行合金化處理，時(shí)間30min，使源極和漏極等形成良好的歐姆接觸；
[0113]步驟十六:在第一懸臂梁自由端制作磁性材料；
[0114]步驟十七:七次光刻，光刻硅片背面形成硅杯窗口 ；
[0115]步驟十八:八次光刻，雙面光刻硅片正面形成懸臂梁結(jié)構(gòu)窗口；
[0116]步驟十九:采用深槽刻蝕(ICP)技術(shù)刻蝕C型硅杯，釋放懸臂梁結(jié)構(gòu)；
[0117]步驟二十:傳感器芯片初步測(cè)試；
[0118]步驟二十一:傳感器芯片封裝；
[0119]步驟二十二:傳感器總測(cè)。
[0120]其中，所述微電子機(jī)械加工系統(tǒng)(MEMS，Micro-Electro_MechanicalSystem)，是指對(duì)微米/納米材料進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工、制造、測(cè)量和控制的技術(shù)，也叫做微電子機(jī)械系統(tǒng)、微系統(tǒng)、微機(jī)械等，是在微電子技術(shù)(半導(dǎo)體制造技術(shù))基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，涉及材料、機(jī)械、電子、微電子、化學(xué)、物理學(xué)(特別是力學(xué)和光學(xué))、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、信息等多學(xué)科。融合了光刻、腐蝕、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密機(jī)械加工等技術(shù)制作的高科技電子機(jī)械器件，其中，LIGA是指光刻、電鑄和注塑;MEMS技術(shù)的特點(diǎn)可以歸納為小尺寸、多樣化，通過(guò)MEMS技術(shù)制備的器件體積小、集成化高；所述CMOS工藝是指互補(bǔ)性金屬氧化半導(dǎo)體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)，其中場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)是電壓控制的型器件，是組成CMOS數(shù)字集成電路和CMOS模擬集成電路的核心器件，所述CMOS工藝具體指互補(bǔ)金屬氧化物(PM0S管和匪OS管)共同構(gòu)成的互補(bǔ)型MOS集成電路制造工藝，它的特點(diǎn)是低功耗。
[0121]所述LPCVD(低壓化學(xué)氣相沉積法)，是在壓力降低到10Torr以下的一種CVD反應(yīng)，廣泛用于沉積摻雜或不摻雜的多晶硅、氮化硅、氧化硅、硅化物薄膜。由于低壓下分子平均自由程增加，氣態(tài)反應(yīng)劑與副產(chǎn)品的質(zhì)量傳輸速度加快，從而使形成沉積薄膜材料的反應(yīng)速度加快，同時(shí)氣體分布的不均勻性在很短時(shí)間內(nèi)可以消除，所以沉積的薄膜質(zhì)量高、均勻性好、結(jié)構(gòu)完整性好、針孔少。
[0122]所述ICP是指感應(yīng)耦合等離子體，其中，感應(yīng)耦合等離子體(ICP)刻蝕技術(shù)是微機(jī)電系統(tǒng)器件加工中的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0123]以上結(jié)合【具體實(shí)施方式】和范例性實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，不過(guò)這些說(shuō)明并不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，在不偏離本實(shí)用新型精神和范圍的情況下，可以對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案及其實(shí)施方式進(jìn)行多種等價(jià)替換、修飾或改進(jìn)，這些均落入本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種力/磁多功能傳感器，該傳感器包括: 用來(lái)檢測(cè)外加磁場(chǎng)的第一懸臂梁(I)，和 用來(lái)檢測(cè)外加力的第二懸臂梁(2)， 所述第一懸臂梁(I)為硅懸臂梁，包括四個(gè)薄膜晶體管，為第一薄膜晶體管TFT1、第二薄膜晶體管TFT2、第三薄膜晶體管TFT3和第四薄膜晶體管TFT4，其頂端為自由端，制作為磁性材料(3);和 所述第二懸臂梁(2)為硅懸臂梁，包括四個(gè)薄膜晶體管，第五薄膜晶體管TFIV、第六薄膜晶體管TFT2,、第七薄膜晶體管TFT3,和第八薄膜晶體管TFTf，其頂端為自由端，制作集成化娃質(zhì)量塊(4)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能傳感器，其特征在于， 所述第一薄膜晶體管TFTl溝道等效電阻R1、第二薄膜晶體管TFT2溝道等效電阻R2、第三薄膜晶體管TFT3溝道等效電阻R3和第四薄膜晶體管TFT4溝道等效電阻R4，所述等效電阻R1、等效電阻R2、等效電阻R3和等效電阻R4構(gòu)成第一惠斯通電橋;和 所述第五薄膜晶體管TFlT溝道等效電阻R/、第六薄膜晶體管TFT2'溝道等效電阻R/、第七薄膜晶體管TFT3'溝道等效電阻R/和第八薄膜晶體管TFT4'溝道等效電阻，所述溝道等效電阻R/、等效電阻1?/、溝道等效電阻IV和溝道等效電阻R/構(gòu)成第二惠斯通電橋。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能傳感器，其特征在于， 所述等效電阻辦與所述等效電阻R2串連，形成第一輸出電壓Vciutl; 所述等效電阻R3與所述等效電阻R4串連，形成第二輸出電壓Vciut2; 所述等效電阻R/與所述等效電阻R/串連，形成第三輸出電壓V-/ ;和 所述等效電阻R/與所述等效電阻R/串連，形成第四輸出電壓Vciut/。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多功能傳感器，其特征在于，有外加磁場(chǎng)作用時(shí)，因磁力作用，所述第一懸臂梁發(fā)生彎曲，所述第一惠斯通電橋橋路阻值發(fā)生變化，所述第一輸出電壓Voutl和所述第二輸出電壓Vmjt2構(gòu)成差分輸出，實(shí)現(xiàn)外加磁場(chǎng)測(cè)量。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多功能傳感器，其特征在于，有外加力作用到第二懸臂梁頂端時(shí)，所述第二懸臂梁發(fā)生彎曲，所述第二惠斯通電橋橋路阻值發(fā)生變化，所述第三輸出電壓Voutl7和所述第四輸出電壓構(gòu)成差分輸出，實(shí)現(xiàn)外加力測(cè)量。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的多功能傳感器，其特征在于，所述第一懸臂梁(I)包括二氧化硅底層(5)、單晶硅(6)、二氧化硅頂層(7、13)、納米硅薄膜(8)、薄膜晶體管源端(9)、柵氧化層(10)、薄膜晶體管柵端(11)、薄膜晶體管漏端(12)和磁性材料(3)。7.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的多功能傳感器，其特征在于，所述第二懸臂梁(2)包括二氧化硅底層(5)、單晶硅(6)、二氧化硅頂層(7、13)、納米硅薄膜(8)、薄膜晶體管源端(9)、柵氧化層(10)、薄膜晶體管柵端(11)、薄膜晶體管漏端(12)和硅質(zhì)量塊(4)。8.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的多功能傳感器，其特征在于， 所述第一硅懸臂梁(I)和所述第二硅懸臂梁(2)采用微電子加工系統(tǒng)技術(shù)制作，和/或 所述薄膜晶體管采用互補(bǔ)性金屬氧化半導(dǎo)體工藝制作。
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK205561900SQ201620203096
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年3月16日
【發(fā)明人】趙曉鋒, 楊向紅, 溫殿忠
【申請(qǐng)人】黑龍江大學(xué)