專利名稱：一種測(cè)試加速度,壓力和溫度的集成硅芯片及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)試加速度，壓力和溫度的集成硅芯片及制作方法，更 確切地說(shuō)，提供一種用同一套微加工工藝將基于熱電堆加速度傳感器(加速 度計(jì))、壓力傳感器和溫度傳感器制作在一個(gè)芯片上，屬于硅微機(jī)械傳感器技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在航空航天、工業(yè)自動(dòng)化控制、汽車電子、航海以及消費(fèi)電子等領(lǐng)域中， 需同時(shí)測(cè)量加速度、壓力、溫度等參數(shù)。如在汽車輪胎壓力檢測(cè)系統(tǒng)中，利 用安裝在每一個(gè)輪胎里的壓力傳感器來(lái)直接測(cè)量輪胎的氣壓，并對(duì)各輪胎氣 壓進(jìn)行顯示及監(jiān)視，當(dāng)輪胎氣壓太低或有滲漏時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。同時(shí)增 加加速度傳感器，加速度傳感器檢測(cè)汽車是否正在行駛，傳感器模塊中增加 了加速度傳感器，利用其對(duì)運(yùn)動(dòng)的敏感性，實(shí)現(xiàn)汽車移動(dòng)即時(shí)開機(jī)，進(jìn)入系 統(tǒng)自檢、自動(dòng)喚醒。汽車高速行駛時(shí)按運(yùn)動(dòng)速度自動(dòng)智能確定檢測(cè)時(shí)間周期， 用軟件設(shè)定安全期、敏感期和危險(xiǎn)期，以逐漸縮短巡回檢測(cè)周期和提高預(yù)警 能力、大大地降低系統(tǒng)功耗。利用芯片上的溫度傳感器來(lái)檢測(cè)輪胎中溫度變 化，從而在溫度過(guò)高時(shí)，提供預(yù)警信號(hào)，防止爆胎等事故的發(fā)生。
傳統(tǒng)的壓阻式壓力傳感器采用擴(kuò)散或離子注入的方法，摻雜獲得4個(gè)硅 應(yīng)變電阻，在單晶硅片正面上構(gòu)成惠斯頓電橋的應(yīng)力敏感檢測(cè)模式，電阻和 襯底之間一般形成pn結(jié)隔離。為了滿足測(cè)試量程的需要，背面一般采用氫氧 化鉀腐蝕減薄，也就是常稱為體微機(jī)械加工。為制作絕對(duì)壓力傳感器，必須 先采用兩塊硅片預(yù)加工后，高溫鍵合形成真空腔，然后拋光減薄到所需要的 厚度，再在鍵合體的正面通過(guò)體微機(jī)械加工，形成所需要的圖形，以構(gòu)成檢 測(cè)電路[徐敬波，趙玉龍，蔣莊德，孫劍.一種集成三軸加速度計(jì)、壓力、溫 度的硅傳感器，儀器儀表學(xué)報(bào)，2007， 28 (8) : 1294-1297。
基于體微機(jī)械加工的絕對(duì)壓力傳感器芯片制作上有如下的缺點(diǎn)首先
通電后的電阻和硅襯底之間是pn結(jié)隔離，當(dāng)器件溫度在100。C以上時(shí)，pn結(jié)漏電流很大，使器件無(wú)法工作，因此無(wú)法滿足中高溫度環(huán)境下壓力測(cè)試的 使用。其二為獲得絕對(duì)壓力測(cè)試的真空參考腔，必須兩塊硅片預(yù)加工后， 在真空環(huán)境下高溫鍵合，并必須再拋光減薄，因此初始成本高，工序繁多。 其三體微機(jī)械加工的壓力傳感器，必須對(duì)硅片背部進(jìn)行各向異性濕法深腐 蝕，減薄后滿足低量程測(cè)試的需求，這樣浪費(fèi)了硅片上大量的面積，使得硅 片的利用面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于表面微機(jī)械加工。例如對(duì)一片厚度為450pm的標(biāo)準(zhǔn) 四英寸的硅片，為獲得100xlOO^m的壓力傳感器的敏感薄膜，對(duì)體微機(jī)械加 工而言需要占用800x800(im硅片面積；而對(duì)表面微機(jī)械而言僅僅需要 100x謂nm的區(qū)域就夠了。 [Lin LW, Yun W J. Design, optimization and fabrication of surface micromachined pressure sensors, Mechatronics, 1998， 8:505 — 519， 1998]。其四體微機(jī)械加工的壓力傳感器芯片為滿足封裝的需 要，還必須和專用的玻璃(型號(hào)Pyrex 7740)進(jìn)行靜電鍵合以增加封裝強(qiáng) 度，才能滿足實(shí)際測(cè)試需要；而表面微機(jī)械加工的壓力傳感器芯片面積可以 很小，更兼容于現(xiàn)有的微電子封裝技術(shù)，如倒裝焊接(Flip chip)等貼片封 裝，使得無(wú)論是芯片制作成本，還是后期的封裝成本都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于體微機(jī)械加 工的壓力傳感器芯片。最為重要的是體微機(jī)械加工的壓力傳感器的工藝與 現(xiàn)有的集成電路(IC)工藝不兼容，因此芯片無(wú)法與信號(hào)調(diào)節(jié)電路，微處理 器等集成在一起，而表面微機(jī)械加工的壓力傳感器芯片工藝與IC工藝相兼 容，可以將信號(hào)調(diào)節(jié)電路，微處理器等集成在一起，而且可以將其他測(cè)試功 能用同樣的工藝集成在一起，如加速度測(cè)試，溫度測(cè)試等，使得芯片多功能 化，更符合目前測(cè)試系統(tǒng)集成化，小型化和低成本化的發(fā)展要求。
硅微機(jī)械加速度計(jì)常用的有壓阻式和電容式兩種，壓阻式加速度計(jì)一般 由懸臂梁和質(zhì)量塊構(gòu)成，將力敏電阻制作在懸臂梁上，有加速度時(shí)質(zhì)量塊運(yùn) 動(dòng)，使得懸臂梁變形，從而引起電阻變化，來(lái)檢測(cè)加速度。同樣電容式加速 度計(jì)也有質(zhì)量塊，在加速度作用時(shí)，引起質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)，與電容器的另外一個(gè) 電極間距離發(fā)生變化，從而通過(guò)檢測(cè)電容的變化來(lái)獲得輸入的加速度值。二 者都通過(guò)體微機(jī)械加工，為提高靈敏度，需具有較大的質(zhì)量塊。因此不易微 型化，以及不能與IC工藝兼容。壓阻式加速度計(jì)有溫度漂移的缺點(diǎn)，而電容 式加速度計(jì)極板間存在粘附等失效問(wèn)題。采用基于熱電堆的加速度計(jì)，取消 了質(zhì)量塊，代之是熱對(duì)流的小氣團(tuán)，使得體積大為縮小，同時(shí)能抵抗50000g以上的沖擊，而且微加工工藝與IC兼容，使得可以大批量制作，成本低廉。

發(fā)明內(nèi)容
基于上面所述的基于體微機(jī)械加工的集成硅芯片制作上的缺點(diǎn)，本發(fā)明 的目的在于提供一種測(cè)試加速度，壓力和溫度的集成硅芯片及制作方法。
本發(fā)明特征在于所述的集成硅芯片上包括基于熱電堆加速度傳感器、絕
對(duì)壓力傳感器和溫度傳感器，采用LPCVD沉積的低應(yīng)力氮化硅薄膜同時(shí)作為 壓力傳感器的結(jié)構(gòu)層、熱電堆加速度傳感器和溫度傳感器的支撐層，其中所 述的熱電堆的加速度傳感器，采用熱對(duì)流式，是用多晶硅電阻作為加熱器的， 懸于密封腔的中間，通電后電阻自身發(fā)熱，在加速度為零時(shí)，在腔內(nèi)形成等 溫的對(duì)流場(chǎng)；在有加速度計(jì)時(shí)，弓l起小氣流團(tuán)自由對(duì)流，在腔體內(nèi)形成溫度 梯度場(chǎng)。兩對(duì)金屬(鋁或鈦鎢金等)和P型多晶硅和N型多晶硅組成的熱電堆 等距離對(duì)稱地放置在加熱器的兩側(cè)，由于兩側(cè)熱電堆的溫度不同，使得熱電 堆有電壓輸出，從而可以檢測(cè)兩側(cè)的溫度差。由于溫度差和加速度成正比， 因此通過(guò)檢測(cè)兩點(diǎn)的溫度差，就可以測(cè)量加速度。
所述的絕對(duì)壓力傳感器的設(shè)計(jì)由低應(yīng)力的氮化硅(LSSiN)薄膜作為壓 力傳感器芯片的核心結(jié)構(gòu)層，多晶硅薄膜淀積在LSSiN薄膜上，通過(guò)結(jié)構(gòu)和 位置的優(yōu)化設(shè)計(jì)，干法腐蝕制作形成力敏電阻條。用氫氟酸腐蝕犧牲層，后 在低壓化學(xué)汽相淀積(LPCVD)爐中密封腔，形成真空參考腔。
所述的溫度傳感器采用摻雜的多晶硅電阻自身的熱敏效應(yīng)，即受溫度變 化的影響，在一定的溫度范圍內(nèi)，電阻線性的變化值來(lái)檢測(cè)溫度變化值。
此三種傳感器集成在一個(gè)芯片上，用同一套微加工工藝在一個(gè)硅片上， 通過(guò)8次光刻工藝完成的，工藝步驟是首先構(gòu)建犧牲層，定義多晶硅力敏電阻、 熱電堆加速度傳感器的熱電偶和溫度傳感器熱敏電阻，如圖2 (a)所示，考 慮在高溫氧化和氮化后的硅片上，相繼采用低壓化學(xué)汽相淀積(LPCVD)方 法淀積低溫氧化硅(LTO)和摻磷的低溫氧化硅(PSG)，腐蝕后兩層薄膜作 為犧牲層，其中PSG的厚度遠(yuǎn)小于LTO的厚度，且在氫氟酸中腐蝕速率快， 被用作腐蝕通道，而且由于PSG厚度薄有利于薄膜封住腐蝕孔。
用LPCVD淀積低應(yīng)力的氮化硅(LS SiN)薄膜作為壓力傳感器芯片的核 心結(jié)構(gòu)層、加速度計(jì)的熱電堆和溫度傳感器熱敏電阻的支撐層，在其上用LPCVD淀積多晶硅薄膜，通過(guò)硼擴(kuò)散或硼離子注入使得多晶硅摻雜，高溫退 火使得雜質(zhì)激活后，腐蝕形成四個(gè)突出的壓力傳感器多晶硅的力敏電阻，精 確地布置在LSSiN結(jié)構(gòu)層的壓力敏感位置。同時(shí)形成加速度計(jì)的熱電偶、加 熱器和溫度傳感器熱敏電阻。
再形成絕對(duì)壓力傳感器測(cè)試的真空參考腔和金屬引線，如圖l (b)所示， 在LSSiN結(jié)構(gòu)層上用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)的方法，腐蝕出釋放犧牲層的腐 蝕孔，將硅片浸泡在濃氫氟酸溶液中，精確地控制時(shí)間，完全腐蝕掉LTO和 PSG的犧牲層，使其位置變成空腔。再用LPCVD淀積由四乙氧基硅垸
(Si(OC2H5)4)為硅源分解生成的氧化硅(TEOS)封住腐蝕孔，由于LPCVD 生長(zhǎng)TEOS時(shí)爐管中的氣壓很低，沉積時(shí)溫度為72(TC，爐管中的氣壓為 53.2Pa。這樣常溫如25'C時(shí)，密閉的腔體內(nèi)氣壓小于15Pa，接近于絕對(duì)壓力 傳感器的真空參考腔。再金屬(可以是鋁或鈦鎢金等)布線，在多晶硅力敏 電阻上用LPCVD中淀積薄的LSSiN作為絕緣層，開接觸孔后，濺射金屬層， 腐蝕后完成金屬引線。
再深腐蝕加速度計(jì)空腔，如圖2 (c)所示，通過(guò)干法或濕法深腐蝕，形 成熱電堆加速度加速度傳感器的深腔。最后BCB鍵合，形成封閉的腔，如圖 2 (d)所示預(yù)先制作蓋板硅片，腐蝕有深坑，同時(shí)腐蝕有通孔選用有機(jī)BCB 膠(5^1^cjc/M股"e)將蓋板硅片與器件硅片粘結(jié)起來(lái)，從而形成所需要的 密閉空腔。將鍵合后的雙層硅片在劃片機(jī)上分成每個(gè)單元，蓋板硅上的通孔 將器件硅片上的焊盤暴露出來(lái)，壓焊后實(shí)現(xiàn)電路的互連。
綜上所述，本發(fā)明提供的一種基于熱電堆的加速度計(jì)，壓力傳感器和溫 度傳感器集成芯片及制作方法，用同一套工藝將加速度計(jì)、絕對(duì)壓力傳感器 和溫度傳感器集成在一個(gè)微小的芯片上，可以同時(shí)檢測(cè)加速度、壓力和溫度 三個(gè)參數(shù)，而且靈敏度高，穩(wěn)定性好，精度佳。其制作方法與IC工藝兼容， 可以和信號(hào)調(diào)節(jié)電路，微處理器，以及其他測(cè)試功能集成在一起，大批量低 成本、微型化制作。


圖1為本發(fā)明提供的是一種測(cè)試加速度，壓力和溫度的集成硅芯片及制 作方法未鍵合前圖形面的掃描電鏡照片，左上角插入的是用于加速度計(jì)部分的加熱電阻和溫度差檢測(cè)的熱電堆的放大圖，右上角是壓力傳感器的放大圖。 圖2所示的是一種測(cè)試加速度，壓力和溫度的集成硅芯片及制作方法制 作工藝流程圖。
圖中1代表加速度計(jì)部分用于溫度差檢測(cè)的熱電偶；2代表加速度計(jì)部 分的加熱電阻；3代表基于熱電堆的加速度計(jì)；4代表基于熱電堆的加速度計(jì) 深腔；5代表壓力傳感器部分；6代表壓力傳感器部分的力敏電阻；7代表電 阻的打折彎角，用金屬導(dǎo)通；8代表為腐蝕犧牲層而開的腐蝕孔，后由TEOS 堵塞；9代表低應(yīng)力氮化硅薄膜；IO代表溫度傳感器的熱敏電阻；ll代表襯 底硅片；12代表高溫氧化層；13代表第一層低應(yīng)力氮化硅；14代表低溫氧 化硅；15代表?yè)搅椎牡蜏匮趸瑁?6代表第二層低應(yīng)力氮化硅；17代表壓 力傳感器的多晶硅電阻條；18代表加速度計(jì)的熱電堆；19代表加速度計(jì)的加 熱電阻；20代表壓力傳感器的真空腔；21代表TiW/Au金屬引線；22代表 四乙氧基硅烷(Si(OC2H5)4)為硅源分解生成的氧化硅(TEOS)栓；23代 表第三層低應(yīng)力氮化硅；24代表加速度計(jì)襯底硅片的深腔；25代表加速度計(jì) 蓋板硅片的深腔；26代表加速度計(jì)蓋板硅片；27代表金外引線。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)具體實(shí)施進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，但本 發(fā)明決非僅僅限于所述的實(shí)施例。
如圖1所示的是一種測(cè)試加速度，壓力和溫度的集成硅芯片及制作方法， 未鍵合前圖形面的掃描電鏡照片，左上角插入的是用于加速度計(jì)部分的加熱 電阻和溫度檢測(cè)的熱電堆的放大圖，右上角是壓力傳感器的放大圖。所設(shè)計(jì) LS SiN結(jié)構(gòu)層厚度h為1.2^im，多晶硅薄膜形成力敏電阻，其厚度為 0.3-0.6pm，犧牲層厚度為2pm。 具體工藝實(shí)施步驟如下
l.構(gòu)建犧牲層，定義多晶硅力敏電阻、熱電堆加速度傳感器的熱電偶和 溫度傳感器熱敏電阻
如圖2 (a)所示，由于表面微機(jī)機(jī)械加工僅僅在單面加工，初始硅片是 雙拋面或單拋面的硅片都可以，對(duì)厚度和晶向沒(méi)有要求，首先對(duì)所選用的硅 片進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)清洗，后用去離子水沖洗10 20分鐘并用甩干機(jī)中脫水，烘干。在氧化爐中熱氧化(Oxide)形成高溫氧化層12，厚度為0.1~lpm;后 迸入低壓汽相化學(xué)沉積(LPCVD)爐淀積低應(yīng)力氮化硅13 ( LSSiN)，厚度 為0.1 1.5(am，再在LPCVD爐中淀積低溫氧化硅(LTO)14,厚度為1.0 2.0|im。 第一次光刻LTO ，后在38匸緩沖的氫氟酸(BOE，氨水NH4F與氫氟酸 HF體積比為7:1)腐蝕LTO ，后在12(TC的濃硫酸中去膠，去離子水沖洗后， 再標(biāo)準(zhǔn)清洗，用去離子水沖洗10~20分鐘，烘干后進(jìn)入LPCVD爐中生長(zhǎng)摻 磷的低溫氧化硅(PSG) 15，厚度為0.1~0.5pm。再第二次光刻定義PSG的 形狀，在38"CBOE腐蝕PSG，后在12(TC的濃硫酸中去膠，去離子水沖洗后， 再標(biāo)準(zhǔn)清洗，用去離子水沖洗10 20分鐘，。
將清洗烘干后的硅片進(jìn)入LPCVD爐中生長(zhǎng)第二層LS SiN 16，厚度為 1.2pm，然后再在LPCVD爐中淀積多晶硅薄膜(Poly) 17，厚度為0.4nm， 通過(guò)硼擴(kuò)散或硼離子注入使多晶硅薄膜摻雜，為激活雜質(zhì)和消除擴(kuò)散或注入 引起的缺陷，并使雜質(zhì)均勻分布，將硅片在高溫95(TC 120(TC氮?dú)獗Ｗo(hù)下， 退火40分鐘 60分鐘。第三次光刻Poly電阻條的形狀，采用干法電感耦合 的等離子體刻蝕ICP在LS SiN上所需要位置留下Poly壓力傳感器電阻、加 速度計(jì)熱電偶18、加熱器19和溫度傳感器熱敏電阻。后在12(TC的濃硫酸中 去膠，去離子水沖洗后，再標(biāo)準(zhǔn)清洗后，用去離子水沖洗10 20分鐘。
2. 形成絕對(duì)壓力測(cè)試的真空參考腔20和金屬引線21
如圖2 (b)所示，將烘干后的硅片第四次光刻定義腐蝕孔，采用反應(yīng)離 子腐蝕RIE刻蝕LSSiN ，再在40% (體積百分濃度)HF犧牲層腐蝕5分 鐘 30分鐘，用去離子水沖洗10~20分鐘，并在去離子水中浸泡10小時(shí) 20小時(shí)，再標(biāo)準(zhǔn)清洗后，用去離子水沖洗10 20分鐘。烘干后進(jìn)入LPCVD 爐中生長(zhǎng)由四乙氧基硅烷(Si(OC2H5)4)為硅源分解的TEOS 22封住腐蝕孔。 第五次光刻定義TEOS栓，在38rBOE腐蝕TEOS，后用去離子水沖洗10~20 分鐘，再標(biāo)準(zhǔn)清洗后，用去離子水沖洗10 20分鐘。烘干。
將烘干后的片子進(jìn)入LPCVD爐中生長(zhǎng)LS SiN 23，厚度為0.i(im 0.2pm絕緣層。第六次光刻定義接觸孔，用RIE刻LSSiN ，后濺射TiW/Au 雙層薄膜0.3夂im 0.5pm，第七次光刻TiW/Au,在Au腐蝕液中腐蝕Au，在 雙氧水中腐蝕TiW。后用去離子水沖洗10~20分鐘。烘干。
3. 深腐蝕出熱電堆加速度傳感器的空腔24如圖2 (c)所示，第8次光刻腐蝕空腔的位置，涂4620厚膠7um。再 次進(jìn)入STS公司的電感耦合等離子體反應(yīng)器中深腐蝕，與刻蝕多晶硅不同的 是先用Wafer Though的程序垂直向下腐蝕200 y m，再改用SF6 etch的程序 各向同性腐蝕100ixm釋放懸臂梁，最終腔體深度為200 400"m左右。然
后直接在腔中等離子體去除厚膠。 4.BCB鍵合，形成封閉的腔
如圖2 (d)所示預(yù)先制作蓋板硅片26，腐蝕有深坑25，同時(shí)腐蝕有通 孔，通過(guò)兩次光刻直接在40。C氫氧化鉀(KOH)溶液中各向異性腐蝕形成。 選用有機(jī)BCB膠(fie"^o;c/^"e"e)將蓋板硅片與器件硅片粘結(jié)起來(lái)，從 而形成所需要的密閉空腔。
將鍵合后的雙層硅片在劃片機(jī)上分成每個(gè)單元，蓋板硅上的通孔將器件 硅片上的焊盤暴露出來(lái)，壓焊后通過(guò)金外引線27實(shí)現(xiàn)電路的互連。
本實(shí)施例中所述的三種傳感器集成在一個(gè)芯片上的位置，可以不如圖1 的排列方式，但本發(fā)明提供的制作方法具有普遍性。
權(quán)利要求
1、一種測(cè)試加速度，壓力和溫度的集成硅芯片，其特征在于所述的集成硅芯片上包括基于熱電堆的加速度傳感器、絕對(duì)壓力傳感器和溫度傳感器；采用LPCVD在硅片上淀積的低應(yīng)力氮化硅薄膜同時(shí)作為絕對(duì)壓力傳感器的結(jié)構(gòu)層、熱電堆加速度傳感器和溫度傳感器的支撐層；其中，所述的熱電堆的加速度傳感器中，加熱器由多晶硅電阻構(gòu)成，懸于密封腔的中間，兩對(duì)金屬和P型多晶硅或N型多晶硅組成的熱電堆等距離對(duì)稱地放置在加熱器的兩側(cè)；所述的絕對(duì)壓力傳感器中，多晶硅薄膜淀積在低應(yīng)力的氧化硅薄膜上，干法腐蝕制作形成力敏電阻條；犧牲層是由低溫氧化硅和摻磷的氧化硅兩層薄膜組成；所述的溫度傳感器采用摻雜的多晶硅電阻自身的熱敏效應(yīng)，電阻線性的變化值來(lái)檢測(cè)溫度變化值。
2、 按權(quán)利要求l所述的測(cè)試加速度，壓力和溫度的集成硅芯片，其特征 在于所述的兩對(duì)金屬為鋁或鈦鎢金。
3、 按權(quán)利要求l所述的測(cè)試加速度，壓力和溫度的集成硅芯片，其特征 在于所述的硅片為雙拋面或單拋面的硅片。
4、 按權(quán)利要求l所述的測(cè)試加速度，壓力和溫度的集成硅芯片，其特征 在于采用LPCVD方法淀積的低應(yīng)力氮化硅厚度為0.1-1.5(am。
5、 按權(quán)利要求l所述的測(cè)試加速度，壓力和溫度的集成硅芯片，其特征 在于所述的力敏電阻條為多晶硅薄膜。
6、 按權(quán)利要求5所述的測(cè)試加速度，壓力和溫度的集成硅芯片，其特征 在于多晶硅薄膜的厚度為0.3-0.6)im。
7、 制作由權(quán)利要求l-6中任一項(xiàng)所述的測(cè)試加速度，壓力和溫度的集成 硅芯片的方法，其特征在于用同一套微加工工藝在硅片上通過(guò)8次光刻工藝完 成的，工藝步驟包括(a) 構(gòu)建犧牲層，定義多晶硅力敏電阻，熱電堆加速度傳感器的熱電偶 和溫度傳感器熱敏電阻；(b) 在步驟l的基礎(chǔ)上形成絕對(duì)壓力傳感器的真空參考腔和金屬引線；(c) 在步驟2的基礎(chǔ)上，深腐蝕出熱電堆加速度傳感器的空腔；(d)鍵合形成封閉的腔。
8、按權(quán)利要求7所述的測(cè)試加速度，壓力和溫度的集成硅芯片的制作方法，其特征在于具體步驟是(a) 構(gòu)建犧牲層，定義多晶硅力敏電阻，熱電堆加速度傳感器的熱電偶 和溫度傳感器熱敏電阻(i )首先對(duì)所選用的硅片進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)清洗，后用去離子水沖洗并用甩干 機(jī)中脫水，烘干；(ii) 在氧化爐中熱氧化形成高溫氧化層，然后進(jìn)入低壓化學(xué)氣相沉積 爐淀積低應(yīng)力氮化硅，再在低壓化學(xué)氣相爐中淀積低溫氧化硅；(iii) 第一次光刻淀積的低溫氧化硅，再在緩沖的氫氟酸溶液中腐蝕淀 積的低溫氧化硅，后在濃硫酸中去膠，去離子水沖洗后，再標(biāo)準(zhǔn)清洗，用去 離子水沖洗、烘干后進(jìn)入LPCVD爐中生長(zhǎng)PSG薄膜，所述的緩沖氫氟酸是 由體積比為7:1的NH4F與HF組成，所述的PSG為摻磷的低溫氧化硅；(iv) 再第二次光刻定義PSG的形狀，在緩沖的氫氟酸中腐蝕PSG，后 在濃硫酸中去膠，去離子水沖洗后，再標(biāo)準(zhǔn)清洗，用去離子水沖洗兩層薄膜 作為犧牲層；(v )將清洗烘干后的硅片進(jìn)入LPCVD爐中生長(zhǎng)第二層低應(yīng)力氮化硅， 然后再在LPCVD爐中淀積多晶硅薄膜，通過(guò)硼擴(kuò)散或硼離子注入使多晶硅 薄膜摻雜，將硅片在高溫95(TC 1200'C氮?dú)獗Ｗo(hù)下，退火40分鐘 60分鐘；(vi)第三次光刻多晶電阻條的形狀，采用干法電感耦合的等離子體刻 蝕，在低應(yīng)力氮化硅上刻蝕出壓力傳感器的力敏電阻、熱電堆加速度傳感器 的熱電偶、加熱器和溫度傳感器熱敏電阻；后在濃硫酸中去膠，去離子水沖 洗后，再標(biāo)準(zhǔn)清洗后，用去離子水沖洗；(b) 形成絕對(duì)壓力測(cè)試的真空參考腔和金屬引線(i )烘干后的硅片第四次光刻定義腐蝕孔，采用反應(yīng)離子刻蝕低應(yīng)力 氮化硅，再在40%HF腐蝕形成犧牲層，用去離子水沖洗，并在去離子水中 浸泡后再標(biāo)準(zhǔn)清洗，用去離子水沖洗，烘干后進(jìn)入LPCVD爐中生長(zhǎng)由四乙 氧基硅垸為硅源分解的TEOS封住腐蝕孔；第五次光刻定義TEOS栓，腐蝕 TEOS，后用去離子水沖洗，再標(biāo)準(zhǔn)清洗后，用去離子水沖洗、烘干；(ii )將烘干后的硅片進(jìn)入LPCVD爐中生長(zhǎng)絕緣層，第六次光刻定義接觸孔，用RIE刻LS SiN ，后濺射TiW/Au雙層薄膜，第七次光刻TiW/Au， 在Au腐蝕液中腐蝕Au，在雙氧水中腐蝕TiW，后用去離子水沖洗并烘干；(c) 深腐蝕出熱電堆加速度傳感器的空腔 第8次光刻腐蝕空腔的位置，先涂4620膠，再次進(jìn)入電感耦合等離子體反應(yīng)器中深腐蝕，深腐蝕工藝是先用Wafer Though的程序垂直向下腐蝕，再 改用SF6刻蝕的程序各向同性腐蝕釋放懸臂梁，最終形成深腐蝕的空腔，最 后直接在腔中等離子體去除厚膠；(d) BCB鍵合，形成封閉的腔(i )預(yù)先制作蓋板硅片，腐蝕有深坑，同時(shí)腐蝕有通孔，通過(guò)兩次光 刻直接在4(TC氫氧化鉀溶液中各向異性腐蝕形成。選用有機(jī)BCB膠將蓋板 硅片與器件硅片粘結(jié)起來(lái)，從而形成所需要的密閉空腔；(ii)將鍵合后的雙層硅片在劃片機(jī)上分成每個(gè)單元，蓋板硅上的通孔 將器件硅片上的焊盤暴露出來(lái)，壓焊后實(shí)現(xiàn)電路的互連。
9、 按權(quán)利要求7或8所述的測(cè)試加速度，壓力和溫度的集成硅芯片的制作 方法，其特征在于步驟(a)生長(zhǎng)的PSG作為腐蝕通道，PSG的厚度為0.1-0.5pm， 低溫氧化硅厚度為1.0-2.0pm。
10、 按權(quán)利要求7或8所述的測(cè)試加速度，壓力和溫度的集成硅芯片的制 作方法，其特征在于深腐蝕出熱電堆加速度傳感器的空腔深度為200-40(Him。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測(cè)試加速度，壓力和溫度的集成硅芯片及制作方法，其特征是同一套微加工工藝將熱電堆的加速度傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器制作在一個(gè)芯片上。采用熱對(duì)流式的加速度傳感器，是用多晶硅電阻作為加熱器，用兩對(duì)金屬(鋁、鈦鎢金等)和P型多晶硅或N型構(gòu)成熱電堆檢測(cè)由加速度引起的密封空腔內(nèi)的溫度差，來(lái)檢測(cè)加速度。用低應(yīng)力的氮化硅薄膜作為壓力傳感器芯片的核心結(jié)構(gòu)層，多晶硅薄膜形成力敏電阻條，在LPCVD爐中用TEOS栓形成真空參考腔，制作出高精度的絕對(duì)壓力傳感器。同時(shí)用多晶硅熱敏電阻來(lái)檢測(cè)溫度變化，構(gòu)成溫度傳感器。此集成芯片實(shí)現(xiàn)微型化和低成本化，具有精度高，可靠性好，穩(wěn)定性佳等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B81C1/00GK101551403SQ20091005176
公開日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月22日
發(fā)明者李昕欣, 權(quán) 王 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所