專利名稱：Mems傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
MEMS傳感器
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種MEMS傳感器，尤其涉及一種具有單晶硅薄膜的MEMS傳感器。背景技術(shù)：
MEMS (微電子機械系統(tǒng))技術(shù)是近年來快速發(fā)展的一項高新技術(shù)，它采用先進的 半導體制造工藝，可實現(xiàn)MEMS器件的批量制造，與對應(yīng)的傳統(tǒng)器件相比，MEMS器件在體積、 功耗、重量及價格方面有相當?shù)膬?yōu)勢。MEMS傳感器大都具有薄膜、質(zhì)量塊、懸臂梁等微結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的硅膜制備方法多 用表面犧牲層工藝，先利用各種淀積工藝，如低壓氣相淀積(LPCVD)、等離子體氣相淀積 (PECVD)及濺射、蒸發(fā)等物理氣相淀積(PVD)制作犧牲層，然后再在犧牲層上采用同樣的各 種淀積工藝制作薄膜，最后再將薄膜下方的犧牲層用腐蝕、刻蝕等方法去除，即形成可動的 微結(jié)構(gòu)。但是，這些方法適合制作多晶硅薄膜、金屬薄膜、介質(zhì)薄膜等，而不適合制作單晶硅 薄膜，而有些傳感器卻需要用到單晶硅薄膜。壓力傳感器是MEMS中最早出現(xiàn)及應(yīng)用的產(chǎn)品之一，依工作原理可分為壓阻式、電 容式及壓電式等幾種。其中，壓阻式壓力傳感器具有輸出信號大、后續(xù)處理簡單及適合大批 量生產(chǎn)等優(yōu)點。壓阻傳感器用到的壓阻一般需要制作在單晶硅感壓薄膜上，對于大規(guī)模生 產(chǎn)壓阻式壓力傳感器而言，每一個傳感器的感壓薄膜厚度的均勻性及一致性是一個關(guān)鍵指 標，目前常用的感壓薄膜加工方法是利用堿性溶液從硅片的背面進行各向異性腐蝕，從而 在硅片的背面形成背腔的同時在正面形成感壓薄膜。感壓薄膜厚度是關(guān)鍵指標，為控制感 壓薄膜的厚度可采用時間控制，但該種方法不能保證感壓薄膜厚度在片內(nèi)與片間的均勻性 及一致性；另一種方法采用濃硼重摻雜硅膜來定義感壓薄膜厚度，厚度均勻性及一致性好， 利用氫氧化鉀(KOH)等堿性腐蝕液不腐蝕重摻雜硅的特性即可得到合適厚度的感壓薄膜， 但由于在重摻雜硅膜上不能形成壓阻，只能用于電容式等其它種類的傳感器，不能作為壓 阻式傳感器的感壓薄膜；再一種目前較常采用的方法是電化學腐蝕，該方法能得到可在其 上制作壓阻的輕摻雜感壓薄膜，但該種方法需添加較為昂貴的恒電位儀，并采用特殊設(shè)計 的夾具保護正面不被腐蝕與施加電壓到硅片的正面，這樣一方面提高了設(shè)備成本，另一方 面也增加了工藝的復雜度，使得生產(chǎn)效率很低。加速度傳感器目前應(yīng)用廣泛，依據(jù)工作原理也可分為壓阻式、電容式及壓電式等 幾種，其中壓阻式加速度傳感器也需要在懸臂梁上形成壓阻來感知加速度，因此懸臂梁也 需要用單晶硅來制作，而用單晶硅制作懸臂梁目前的方法也是從硅片背面進行刻蝕來得到 合適的懸臂梁厚度，這樣只能采用時間控制，目前的刻蝕工藝無法保證片內(nèi)與片間的懸臂 梁厚度的一致性與均勻性。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種單晶硅薄膜的厚度容易控制的 MEMS傳感器。[0007]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案一種MEMS傳感器，包括單 晶硅片、覆蓋在單晶硅片上的單晶硅薄膜及形成在單晶硅薄膜上的壓阻，所述單晶硅片包 括正面、背面、自正面向下延伸的網(wǎng)狀硅膜、位于網(wǎng)狀硅膜下方且與網(wǎng)狀硅膜連通的腔體、 自背面凹設(shè)的背腔及連通腔體與背腔的深槽，所述單晶硅薄膜覆 蓋在單晶硅片的正面且與 網(wǎng)狀硅膜相接觸。作為本實用新型的進一步改進，所述MEMS傳感器包括覆蓋在單晶硅薄膜上的鈍 化層及與壓阻相連接的金屬走線及金屬壓點。作為本實用新型的進一步改進，所述金屬走線穿過鈍化層。作為本實用新型的進一步改進，所述金屬壓點突出鈍化層。作為本實用新型的進一步改進，所述深槽沿豎直方向延伸。作為本實用新型的進一步改進，所述腔體形成于單晶硅片的內(nèi)部，且所述深槽位 于腔體的一側(cè)。作為本實用新型的進一步改進，所述背腔與腔體相互偏移。作為本實用新型的進一步改進，所述MEMS傳感器為加速度傳感器，所述單晶硅片 包括與腔體連通的質(zhì)量塊以及懸臂梁，所述質(zhì)量塊以及懸臂梁均為可動結(jié)構(gòu)。作為本實用新型的進一步改進，所述壓阻位于懸臂梁上。作為本實用新型的進一步改進，所述MEMS傳感器為壓力傳感器，所述單晶硅片包 括與腔體連通的質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊為可動結(jié)構(gòu)。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型MEMS傳感器設(shè)有覆蓋在單晶硅片上且用以感受外 界壓力的單晶硅薄膜，并且該單晶硅薄膜在后續(xù)的刻蝕或腐蝕工藝中不會受到影響，進而 單晶硅薄膜及淀積薄膜厚度的一致性與均勻性均容易控制，進而可以克服從硅片背面進行 腐蝕難以控制薄膜厚度的問題。

圖1至圖7(b)是本實用新型MEMS傳感器用薄膜的制造流程圖。圖8是本實用新型MEMS傳感器用薄膜的深孔及掩膜圖形的示意圖。圖9是本實用新型MEMS傳感器用薄膜的深孔及掩膜圖形另一實施方式的示意圖。圖10至圖15是本實用新型MEMS傳感器用質(zhì)量塊的制造流程圖。圖16是圖15所示的MEMS傳感器用質(zhì)量塊的俯視圖。圖17至圖27是本實用新型MEMS傳感器用懸臂梁的制造流程圖。圖28至圖39是本實用新型MEMS傳感器的制造流程圖。圖40是圖39所示的MEMS傳感器的俯視圖。圖41至圖48是本實用新型MEMS傳感器用薄膜于另一實施方式中的制造流程圖。
具體實施方式
本實用新型MEMS傳感器包括單晶硅片、薄膜、質(zhì)量塊及懸臂梁等結(jié)構(gòu)。以下先就 MEMS傳感器的主要結(jié)構(gòu)的制作方法詳細說明。MEMS傳感器用薄膜的制造方法，包括如下工藝及步驟(1).請參圖1及圖2所示，首先采用各種淀積工藝，比如低壓化學氣相淀積(LPCVD)、等離子體化學氣相淀積(PECVD)或者熱氧化等工藝在單晶硅片101的正面形成介 質(zhì)層(在本實施方式中為氧化硅層102，當然也可以是氮化硅層)，所述氧化硅層102起掩 膜作用。(2).請參圖3所示，在單晶硅片101的正面采用光刻、干法刻蝕或者濕法腐蝕等工 藝去除氧化硅層102上的部分氧化硅，以形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的 掩膜圖形103。(3).請參圖4所示，采用深反應(yīng)離子硅刻蝕工藝在單晶硅片101的正面進行刻蝕， 由于刻蝕工藝對氧化硅與單晶硅的刻蝕選擇性，最終可得到若干深孔104。請參圖8及圖9 所示，所述深孔104可以為方形、圓形或長條形，所述深孔104的大小根據(jù)工藝及設(shè)計需要 確定。(4).然后，采用各向異性深反應(yīng)離子刻蝕工藝與各向異性硅腐蝕工藝的組合、或 者單獨使用各向異性深反應(yīng)離子刻蝕工藝、或者單獨使用各向同性深反應(yīng)離子刻蝕工藝對 單晶硅片101進行處理，使氧化硅層102下面的部分單晶硅片101被腐蝕或刻蝕掉以形成 位于單晶硅片101內(nèi)部的腔體105，氧化硅層102下面得以保留的單晶硅片101形成網(wǎng)狀 硅膜107。所述若干深孔104在單晶硅片101的內(nèi)部通過腔體105相互連通。請參圖5(a) 所示，當采用各向異性硅腐蝕工藝時，將諸如氫氧化鉀(KOH)或四甲基氫氧化銨(TMAH)等 堿性溶液注入深孔104中，對單晶硅片101進行腐蝕。由于腐蝕的各向異性，所述網(wǎng)狀硅膜 107形成面向腔體105的收縮端1071，并且所述收縮端1071沿平行于豎直面的剖面為倒三 角形。當然，在其它實施方式中，所述剖面也可以為矩形等其它形狀。當采用各向異性深 反應(yīng)離子硅刻蝕(DRIE)工藝時，將反應(yīng)離子通過深孔104射入單晶硅片101中對其進行刻 蝕，通過合適的工藝參數(shù)也可以得到網(wǎng)狀硅膜107。請參圖5(b)所示，當使用各向同性深反 應(yīng)離子刻蝕工藝時，由于刻蝕的各向同性，所述腔體105的內(nèi)壁為圓弧面。當然，上述對單 晶硅片101進行處理的步驟同樣可以采用各向異性深反應(yīng)離子硅刻蝕工藝與各向異性硅 腐蝕工藝的組合來實現(xiàn)。(5).請參圖6 (a)及圖6(b)所示，采用干法刻蝕或濕法腐蝕工藝，如用緩沖氫氟酸 (BOE)或用反應(yīng)離子刻蝕工藝去掉單晶硅片101正面的氧化硅層102，使網(wǎng)狀硅膜107暴露 出來，單晶硅片101的正面形成很多小孔108，小孔108的橫向尺寸與深槽104的橫向尺寸一致。(6).請參圖7 (a)及圖7 (b)所示，采用外延單晶硅工藝，由于有網(wǎng)狀硅膜107作為 子晶，外延出的材料將是單晶硅，并且由于淀積工藝的各向同性，會在網(wǎng)狀硅膜107上形成 完整的單晶硅薄膜106，并封閉小孔108。所述外延出的單晶硅薄膜106便于控制其厚度。 在封閉前由于小孔108較小，在外延時反應(yīng)氣體較難進入腔體105，因此對腔體105的內(nèi)部 不會外延出單晶硅。所述單晶硅薄膜106可作為壓力傳感器的感壓薄膜或其它器件的振動 薄膜。依照本方法制作出來的單晶硅薄膜106在后續(xù)的刻蝕或腐蝕工藝中不會受到影 響，進而單晶硅薄膜106厚度的一致性與均勻性容易控制；該方法可以克服從硅片背面進 行腐蝕難以控制薄膜厚度的問題；同時該方法也簡單實用，不必添置附加的儀器設(shè)備(如 昂貴的恒電位儀與保護硅片正面的夾具)。MEMS傳感器用薄膜的另一種制造方法，包括如下工藝及步驟(1).請參圖41及圖42所示，首先采用各種淀積工藝，比如低壓化學氣相淀積(LPCVD)、等離子體化學氣相淀積(PECVD)或者熱氧化等工藝在單晶硅片401的正面形成介 質(zhì)層(在本實施方式中為氧化硅層402，當然也可以是氮化硅層)，所述氧化硅層402起掩 膜作用。(2).請參圖43所示，在單晶硅片401的正面采用光刻、干法刻蝕或者濕法腐蝕等 工藝去除氧化硅層402上的部分氧化硅，以形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的掩膜圖形403。(3).請參圖44所示，采用深反應(yīng)離子硅刻蝕工藝在單晶硅片401的正面進行刻 蝕，由于刻蝕工藝對氧化硅與單晶硅的刻蝕選擇性，最終可得到若干深孔404。所述深孔 404可以為類似于圖8及圖9中的深孔104的方形、圓形或長條形，并且深孔404的大小根 據(jù)工藝及設(shè)計需要確定。(4).然后，請參圖45所示，采用各向同性深反應(yīng)離子硅刻蝕工藝，先采用鈍化步 驟，在深孔404的側(cè)壁上形成鈍化層，接著將反應(yīng)離子通過深孔404射入到單晶硅片401內(nèi) 進行各向同性刻蝕。由于刻蝕的各向同性，氧化硅層402下面的單晶硅片401被刻蝕成為 倒錐形，其余的單晶硅片401被部分刻蝕掉以在單晶硅片401的內(nèi)部形成腔體405。各深 孔404在單晶硅片401的內(nèi)部通過腔體405連通，氧化硅層402下方的得以保留的倒錐形 單晶硅片401形成網(wǎng)狀硅膜407。所述網(wǎng)狀硅膜407包括面向腔體405的收縮端4071，并 且所述收縮端4071沿平行于豎直面的剖面為倒三角形。當然，在其它實施方式中，所述剖 面也可以為矩形等其它形狀。(5).請參圖46所示，采用干法刻蝕或濕法腐蝕工藝，如用緩沖氫氟酸(BOE)或用 反應(yīng)離子刻蝕工藝去掉單晶硅片401正面的氧化硅層402，使網(wǎng)狀硅膜407暴露出來，單晶 硅片401的正面形成很多小孔408，小孔408的橫向尺寸與深槽404的橫向尺寸一致。(6).請參圖47所示，采用淀積工藝在單晶硅片401的正面淀積多晶硅或氧化硅等 淀積薄膜406，由于淀積工藝的各向同性會使深孔404與網(wǎng)狀硅膜407的表面都覆蓋上淀積 薄膜406。另外，由于小孔408尺寸較小，淀積工藝時反應(yīng)氣體不易通過深孔404而進入腔 體405，所以腔體405內(nèi)部反而不會淀積上多晶硅或氧化硅的淀積薄膜406。當?shù)矸e足夠厚 度的淀積薄膜406時，深孔404將被淀積薄膜406填充而完全封閉，進而腔體405即被完全 封閉。(J).請參圖48所示，采用刻蝕工藝對淀積薄膜406進行刻蝕，去除覆蓋在網(wǎng)狀硅 膜407上的淀積薄膜406，但是深孔404中的淀積薄膜406不會被去除，最終使網(wǎng)狀硅膜407 及填充在深孔404內(nèi)的淀積薄膜406被暴露出來。這樣由網(wǎng)狀的單晶硅薄膜407與深孔 404中的淀積薄膜406就構(gòu)成了本實用新型MEMS傳感器所需的薄膜409。所述薄膜409可 以作為壓力傳感器的感壓薄膜或其它器件的振動薄膜。而薄膜409上的裸露出來的網(wǎng)狀的 單晶硅可以用于壓阻等的制作。依照本方法制作出來的薄膜409在后續(xù)的刻蝕或腐蝕工藝中不會受到影響，進而 薄膜409厚度的一致性與均勻性容易控制；該方法可以克服從硅片背面進行腐蝕難以控制 薄膜厚度的問題；同時該方法也簡單實用，不必添置附加的儀器設(shè)備(如昂貴的恒電位儀 與保護硅片正面的夾具)。MEMS傳感器用質(zhì)量塊的制造方法包括如下工藝及步驟(1).如圖10及圖11所示，在單晶硅片201的正面采用光刻、深反應(yīng)離子硅刻蝕工 藝，得到深槽202，該深槽202起到定義質(zhì)量塊圖形以及最后完成質(zhì)量塊釋放為可動結(jié)構(gòu)的作用。 (2).如圖12所示，采用各種淀積工藝，比如低壓化學氣相淀積(LPCVD)、等離子 體化學氣相淀積(PECVD)或熱氧化等工藝在單晶硅片201的正面形成介質(zhì)層(在本實施方 式中為氧化硅層203，當然也可以是氮化硅層)，由于淀積及氧化工藝的保形性，該氧化硅 層203能填充深槽202以形成犧牲層207。(3).如圖13所示，采用干法刻蝕或濕法腐蝕工藝，如用緩沖氫氟酸(BOE)去掉單 晶硅片201表面的氧化硅層203，而深槽202中的犧牲層207則不會被腐蝕去除。再采用外 延單晶硅工藝，在單晶硅片201的表面外延出單晶硅薄膜204。(4).如圖14所示，在單晶硅薄膜204上進行光刻、刻蝕等工藝去除部分氧化硅層 203得到質(zhì)量塊205的圖形。(5).如圖14所示，在單晶硅片201的背面進行光刻、深反應(yīng)離子硅刻蝕工藝形成 背腔206，所述質(zhì)量塊205與其余單晶硅片208通過犧牲層207隔開。 (6).如圖15及圖16所示，最后，對犧牲層207進行腐蝕，如采用緩沖氫氟酸(BOE) 等腐蝕液對其進行腐蝕或用反應(yīng)離子刻蝕工藝去除掉，使其余單晶硅片208與質(zhì)量塊205 分離進而將質(zhì)量塊205釋放成為可動結(jié)構(gòu)。依照本方法制作出來的單晶硅薄膜204在后續(xù)的刻蝕或腐蝕工藝中不會受到影 響，進而單晶硅薄膜204厚度的一致性與均勻性容易控制。MEMS傳感器用懸臂梁的制造方法包括如下工藝及步驟(1).如圖17及圖18所示，在單晶硅片201的正面采用光刻、深反應(yīng)離子硅刻蝕工 藝，得到深槽202，該深槽202起到最后完成懸臂梁釋放為可動結(jié)構(gòu)的作用。(2).如圖19所示，采用各種淀積工藝，比如低壓化學氣相淀積(LPCVD)、等離子 體化學氣相淀積(PECVD)或熱氧化等工藝在單晶硅片201的正面形成介質(zhì)層(在本實施方 式中為氧化硅層203，當然也可以是氮化硅層)，由于淀積及氧化工藝的保形性，該氧化硅 層203能填充深槽202以形成犧牲層207。(3).如圖20所示，采用光刻以及干法刻蝕或濕法腐蝕工藝，如用緩沖氫氟酸 (BOE)去掉單晶硅片201表面的部分部氧化硅。(4).如圖21所示，采用深反應(yīng)離子硅刻蝕等工藝刻蝕形成窄槽209，該窄槽209 也定義了懸臂梁的圖形，該窄槽209的圖形可為兩個或若干個，兩個可定義一根梁，如為多 個則定義多根梁。(5).采用各向異性深反應(yīng)離子刻蝕工藝與各向異性硅腐蝕工藝的組合、或者單獨 使用各向異性深反應(yīng)離子刻蝕工藝、或者單獨使用各向同性深反應(yīng)離子刻蝕工藝對單晶硅 片201進行處理，使氧化硅層203下面的部分單晶硅片201被腐蝕或刻蝕掉以形成位于單 晶硅片201內(nèi)部的腔體210，氧化硅層203下面得以保留的單晶硅片201形成梁形狀的硅膜 213。各窄槽209在單晶硅片201的內(nèi)部通過腔體210連通。請參圖22所示，當采用各向 異性硅腐蝕工藝時，將諸如氫氧化鉀(KOH)或四甲基氫氧化銨(TMAH)等堿性溶液注入窄槽 209中，對單晶硅片201進行腐蝕。由于腐蝕的各向異性，所述硅膜213形成面向腔體210 的收縮端(未標號)，并且所述收縮端沿平行于豎直面的剖面為倒三角形。當然，在其它實 施方式中，所述剖面也可以為矩形等其它形狀。當采用各向異性深反應(yīng)離子硅刻蝕(DRIE) 工藝時，將反應(yīng)離子通過窄槽209射入單晶硅片201中對其進行刻蝕，通過合適的工藝參數(shù)也可以得到硅膜213。請比照圖5(b)所示，使用各向同性深反應(yīng)離子刻蝕工藝也可以得到硅膜213。當然，上述對單晶硅片201進行處理的步驟同樣可以采用各向異性深反應(yīng)離子硅 刻蝕工藝與各向異性硅腐蝕工藝的組合來實現(xiàn)。(6).如圖23所示，采用干法刻蝕或濕法腐蝕工藝，如用緩沖氫氟酸(BOE)或用反 應(yīng)離子刻蝕工藝去掉單晶硅片201表面的氧化硅層203，使梁形狀的硅膜213暴露出來。(J).如圖24所示，采用外延單晶硅工藝，由于以梁形狀的硅膜213作為子晶，外延 出的單晶硅薄膜211，并且由于外延工藝的各向同性，會在梁形狀的硅膜213上形成完整的 單晶硅薄膜211，并封閉腔體210。(8).如圖25所示，采用光刻刻蝕工藝，刻蝕掉部分外延出的單晶硅薄膜211，形成 懸臂梁214。(9).如圖26及圖27所示，采用光刻、刻蝕等工藝在單晶硅片201的背面制作出 一個背腔212，該背腔212不直接與腔體210接通，而是通過犧牲層207將背腔212與腔體 210隔開。如此設(shè)置，懸臂梁212的厚度不會受到光刻、刻蝕等工藝的影響，進而便于控制 懸臂梁212的厚度。否則，若刻蝕工藝在背腔212與腔體210接通后，還會繼續(xù)刻蝕懸臂梁 212，造成懸臂梁212的厚度無法控制。最后，再用BOE等腐蝕液對犧牲層207進行腐蝕去 除，這樣背腔212與腔體210即可間接通過去除犧牲層207后的深槽202相通，同時懸臂梁 212與周圍多晶硅分離，形成可動結(jié)構(gòu)。依照本方法制作出來的單晶硅薄膜211在后續(xù)的刻蝕或腐蝕工藝中不會受到影 響，進而單晶硅薄膜211厚度的一致性與均勻性容易控制；該方法可以克服從硅片背面進 行腐蝕難以控制懸臂梁厚度的問題；同時該方法也簡單實用，不必添置附加的儀器設(shè)備 (如昂貴的恒電位儀與保護硅片正面的夾具)。在前述制造薄膜、質(zhì)量塊及懸臂梁的基礎(chǔ)上，可以對這幾種制造方法進行組合并 增加一些制備壓阻、金屬走線的工藝，即可完成MEMS傳感器(例如壓阻式壓力傳感器與加 速度傳感器)的單獨制造或單片集成制造。以單片MEMS集成式壓阻式壓力傳感器與加速度傳感器為例，制造方法包括如下 工藝及步驟(1).如圖28及圖29所示，在單晶硅片301的正面采用光刻、深反應(yīng)離子硅刻蝕工 藝，得到深槽302，該深槽302 —方面可以使MEMS傳感器的腔體與背腔相通，可制作差壓傳 感器；另一方面結(jié)合后續(xù)步驟可以完成質(zhì)量塊與懸臂梁的釋放，使其成為可動結(jié)構(gòu)，進而得 到加速度傳感器。(2).如圖30所示，采用各種淀積工藝，比如低壓化學氣相淀積(LPCVD)、等離子 體化學氣相淀積(PECVD)或熱氧化等工藝在單晶硅片301的正面形成介質(zhì)層(在本實施方 式中為氧化硅層303，當然也可以是氮化硅層)，由于淀積及氧化工藝的保形性，該氧化硅 層303能填充深槽302形成犧牲層304。(3).如圖31所示，采用同圖10至圖16及圖17至圖27的方法，采用各向異性深 反應(yīng)離子刻蝕工藝與各向異性硅腐蝕工藝的組合、或者單獨使用各向異性深反應(yīng)離子刻蝕 工藝、或者單獨使用各向同性深反應(yīng)離子刻蝕工藝對單晶硅片301進行處理，得到腔體305 及硅膜3051，所述腔體305的一側(cè)停止在犧牲層304上。(4).如圖32所示，采用緩沖氫氟酸(BOE)或用反應(yīng)離子刻蝕工藝去掉單晶硅片301表面的部分氧化硅層303，由于犧牲層304已經(jīng)填充了深槽302，所以不會被腐蝕去除。 然后，再采用外延單晶硅工藝得到單晶硅薄膜306。(5).如圖33所示，在單晶硅薄膜306上采用光刻、注入、退火等工藝制作壓阻 307，該壓阻307應(yīng)位于腔體305上方的單晶硅膜306中。(6).如圖34所示，采用低壓化學氣相淀積(LPCVD)、等離子體化學氣相淀積 (PECVD)等方法在單晶硅薄膜306上覆蓋鈍化層308。該鈍化層308的材料可以是氧化硅 或氮化硅等。(7).如圖35所示，采用光刻、刻蝕等工藝，在鈍化層308刻蝕出通孔3081，通孔 3081用于后續(xù)通過金屬走線引出壓阻307。(8).如圖36所示，采用金屬淀積、光刻、金屬腐蝕等工藝得到金屬走線310以及金 屬壓點312，并使金屬壓點312與壓阻307連接。所述鈍化層308用于實現(xiàn)單晶硅薄膜306 與金屬走線310之間的絕緣。(9).如圖37所示，采用光刻、刻蝕等工藝，刻蝕出質(zhì)量塊以及懸臂梁的圖形309。(10).如圖38所示，采用光刻、深反應(yīng)離子硅刻蝕工藝從單晶硅片301的背面刻蝕 出背腔311，背腔311與犧牲層304相接觸，但是背腔311不直接與腔體305連通，而是通過 犧牲層304將背腔311與腔體305隔開。如此設(shè)置，單晶硅薄膜306不會受到光刻、刻蝕等 工藝的影響，進而便于控制單晶硅薄膜306的厚度。否則，刻蝕工藝在背腔311與腔體305 接通后，還會繼續(xù)刻蝕外延的單晶硅薄膜306。(11).如圖39所示，采用濕法腐蝕工藝，如用緩沖氫氟酸(BOE)去掉犧牲層304， 由于緩沖氫氟酸不腐蝕硅，因此單晶硅薄膜306不會受到刻蝕的傷害。當去掉犧牲層304 后，背腔311與腔體305便接通了，這樣質(zhì)量塊與懸臂梁都得到了釋放，成為可動結(jié)構(gòu)，同時 也形成了 MEMS傳感器的單片集成。需要說明的是，圖28至圖40所示的是壓阻式壓力傳感器與壓阻式加速度傳感器 形成于同一單晶硅片301上的實施方式，其中虛線左邊顯示的是壓阻式壓力傳感器的制造 工藝而虛線右邊顯示的是壓阻式加速度傳感器的制造工藝。當MEMS傳感器是壓阻式壓力 傳感器時，可以不需要步驟(9)，此時，當壓力作用于單晶硅薄膜306上時，單晶硅薄膜306 變形，單晶硅薄膜306上的壓阻大小發(fā)生變化，變化的信號可通過金屬走線310導出。而當 MEMS傳感器是壓阻式加速度傳感器則需要步驟(9)，此時，壓阻即位于懸臂梁上或腔體305 上方的單晶硅薄膜306上。當有加速度作用于質(zhì)量塊時，質(zhì)量塊發(fā)生位移，懸臂梁發(fā)生變 形，懸臂梁上的壓阻大小發(fā)生變化，變化的信號可通過金屬走線310導出。當然，也可以采 用與圖10至圖16同樣的工藝，在單晶硅薄膜306上制作一個與壓力傳感器的腔體305相 連通的質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊為可動結(jié)構(gòu)，這樣的好處可以增加應(yīng)力集中，使得該壓力傳感器 在同樣面積的情況下可以提高分辨率，更加適用于微壓測量。依照本方法制作出來的單晶硅薄膜306在后續(xù)的刻蝕或腐蝕工藝中不會受到影 響，進而單晶硅薄膜306厚度的一致性與均勻性容易控制；該種方法可以克服從硅片背面 進行腐蝕難以控制薄膜厚度與懸臂梁厚度的問題；同時該方法也簡單實用，不必添置附加 的儀器設(shè)備(如昂貴的恒電位儀與保護硅片正面的夾具)；該方法還能在制作單晶硅薄膜 306的同時一并形成質(zhì)量塊及懸臂梁等其它微結(jié)構(gòu)，這樣的一個應(yīng)用是能用一套工藝同時 制作多種器件，形成單片集成式傳感器，而不必分別制作。利用本實用新型的方法制作出來的MEMS傳感器，可以是單片集成式壓力傳感器與加速度傳感器，并可應(yīng)用于胎壓檢測系統(tǒng) (TPMS)等。請參圖39及圖40所示，依照以上方法制作出來的MEMS傳感器包括單晶硅片301、 覆蓋在單晶硅片301上的單晶硅薄膜306及形成在單晶硅薄膜306上的壓阻307，所述單晶 硅片301包括正面、背面、自正面向下延伸的網(wǎng)狀硅膜3051、位于網(wǎng)狀硅膜3051下方且與 網(wǎng)狀硅膜3051連通的腔體305、自背面凹設(shè)的背腔311及連通腔體305與背腔311的深槽 313，所述單晶硅薄膜306覆蓋在單晶硅片301的正面且與網(wǎng)狀硅膜3051相接觸。所述網(wǎng) 狀硅膜3051設(shè)有面向腔體305的收縮端，并且所述收縮端沿平行于豎直面的剖面為倒三角 形。所述MEMS傳感器包括覆蓋在單晶硅薄膜306上的鈍化層308及與壓阻307相連接的 金屬走線310及金屬壓點312，其中，金屬走線310穿過鈍化層308，所述金屬壓點312突出 鈍化層308。所述深槽313沿豎直方向延伸，所述腔體305形成于單晶硅片301的內(nèi)部，且 所述深槽313位于腔體305的一側(cè)(如圖39所示)。所述背腔311與腔體305相互偏移， 以防止背腔311與腔體305在刻蝕接通時，單晶硅薄膜306也被刻蝕。當MEMS傳感器是壓 阻式加速度傳感器時，所述單晶硅片301包括與腔體305連通的質(zhì)量塊以及懸臂梁，所述壓 阻307位于懸臂梁上。質(zhì)量塊以及懸臂梁為可動結(jié)構(gòu)。當然，當MEMS傳感器是壓力傳感器 時，同樣也可以在單晶硅片301上制作一個與腔體305連通的質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊為可動結(jié) 構(gòu)，這樣的好處可以增加應(yīng)力集中，使得該壓力傳感器在同樣面積的情況下可以提高分辨 率，更加適用于微壓測量。綜上所述，以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，不應(yīng)以此限制本實用新型的 范圍，即凡是依本實用新型權(quán)利要求書及實用新型說明書內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修 飾，皆應(yīng)仍屬本實用新型專利涵蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種MEMS傳感器，其特征在于包括單晶硅片、覆蓋在單晶硅片上的單晶硅薄膜及形成在單晶硅薄膜上的壓阻，所述單晶硅片包括正面、背面、自正面向下延伸的網(wǎng)狀硅膜、位于網(wǎng)狀硅膜下方且與網(wǎng)狀硅膜連通的腔體、自背面凹設(shè)的背腔及連通腔體與背腔的深槽，所述單晶硅薄膜覆蓋在單晶硅片的正面且與網(wǎng)狀硅膜相接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的MEMS傳感器，其特征在于所述MEMS傳感器包括覆蓋在單晶 硅薄膜上的鈍化層及與壓阻相連接的金屬走線及金屬壓點。
3.如權(quán)利要求2所述的MEMS傳感器，其特征在于所述金屬走線穿過鈍化層。
4.如權(quán)利要求2所述的MEMS傳感器，其特征在于所述金屬壓點突出鈍化層。
5.如權(quán)利要求1所述的MEMS傳感器，其特征在于所述深槽沿豎直方向延伸。
6.如權(quán)利要求5所述的MEMS傳感器，其特征在于所述腔體形成于單晶硅片的內(nèi)部， 且所述深槽位于腔體的一側(cè)。
7.如權(quán)利要求5所述的MEMS傳感器，其特征在于所述背腔與腔體相互偏移。
8.如權(quán)利要求1所述的MEMS傳感器，其特征在于所述MEMS傳感器為加速度傳感器， 所述單晶硅片包括與腔體連通的質(zhì)量塊以及懸臂梁，所述質(zhì)量塊以及懸臂梁均為可動結(jié) 構(gòu)。
9.如權(quán)利要求8所述的MEMS傳感器，其特征在于所述壓阻位于懸臂梁上。
10.如權(quán)利要求1所述的MEMS傳感器，其特征在于所述MEMS傳感器為壓力傳感器， 所述單晶硅片包括與腔體連通的質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊為可動結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實用新型揭示了一種MEMS傳感器，包括單晶硅片、覆蓋在單晶硅片上的單晶硅薄膜及形成在單晶硅薄膜上的壓阻，所述單晶硅片包括正面、背面、自正面向下延伸的網(wǎng)狀硅膜、位于網(wǎng)狀硅膜下方且與網(wǎng)狀硅膜連通的腔體、自背面凹設(shè)的背腔及連通腔體與背腔的深槽，所述單晶硅薄膜覆蓋在單晶硅片的正面且與網(wǎng)狀硅膜相接觸，該單晶硅薄膜不會在后續(xù)的刻蝕或腐蝕工藝中受到影響，進而使該單晶硅薄膜厚度的一致性與均勻性容易控制。
文檔編號G01P15/08GK201737690SQ20102029720
公開日2011年2月9日 申請日期2010年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月11日
發(fā)明者李剛, 胡維 申請人:蘇州敏芯微電子技術(shù)有限公司