專利名稱：一種基于雙面表面應(yīng)力的壓阻式微納傳感器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微納機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域。涉及一種壓阻式微納傳感器及其制備方法。尤其是指一種厚度在納米尺度的硅壓阻雙端固支梁的對雙面表面應(yīng)力的壓阻檢測方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
近年來，微觀表面形貌、磁場、加速度、化學(xué)分子結(jié)合、生物分子的結(jié)合等信號的檢測需求日益增長，而壓阻式微納傳感器便是檢測工具，其已得到廣泛關(guān)注與深入研究以及應(yīng)用。對于大多數(shù)厚度在微米量級的微機(jī)械梁傳感器，制造壓阻敏感元件的工藝一般采用直接在硅梁上摻雜或沉積多晶硅等方法，可以滿足微機(jī)械梁傳感器高靈敏度的要求。
壓阻式微納懸臂梁結(jié)構(gòu)傳感器以其結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、體積小巧、便于集成等等優(yōu)勢在壓力敏感和生物與化學(xué)分子檢測等領(lǐng)域已得到廣泛關(guān)注與深入研究以及應(yīng)用。這類傳感器的工作原理是當(dāng)待測分子在微納懸臂梁結(jié)構(gòu)的表面上吸附或結(jié)合時，梁上的表面應(yīng)力發(fā)生改變從而導(dǎo)致梁彎曲，集成在梁上的壓阻敏感元件對該表面應(yīng)力作出響應(yīng)，并將其轉(zhuǎn)變成電學(xué)信號輸出，實(shí)現(xiàn)對生化分子的檢測。根據(jù)壓阻的基本特性，張應(yīng)力與壓應(yīng)力引起的壓阻變化的符號是相反的；根據(jù)材料力學(xué)分析，彎曲的梁結(jié)構(gòu)其中性面兩側(cè)的應(yīng)力也是相反的。因此，對于傳統(tǒng)的工作在彎曲模態(tài)下的微機(jī)械懸臂梁傳感器，制作壓阻敏感壓阻時摻雜區(qū)域要位于梁結(jié)構(gòu)中性面的一偵牝以檢測壓阻所在區(qū)域應(yīng)力的變化；如果壓阻敏感電阻分布在中性面的兩側(cè)，中性面上下兩側(cè)張應(yīng)力與壓應(yīng)力的轉(zhuǎn)變，將會大大削弱壓阻的相對變化量，甚至完全抵消為零，大大降低了傳感器的檢測靈敏度。因此，壓阻敏感電阻應(yīng)當(dāng)盡可能地分布在梁結(jié)構(gòu)的一側(cè)并遠(yuǎn)離中性面從而獲得高靈敏度。但是，隨著生化檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，要求傳感器尺寸越來越小并且檢測靈敏度越來越高。為此，微機(jī)械梁的厚度越做越薄(微機(jī)械梁的厚度越薄，結(jié)構(gòu)越柔軟，易于提高靈敏度)，達(dá)到了亞微米甚至納米的量級，懸臂梁上的壓阻檢測元件也隨之越來越薄。但是，傳統(tǒng)的壓阻制作工藝由于摻雜離子激活需要進(jìn)行熱退火等原因，要在懸臂梁上單面形成亞微米或者納米級厚度的單晶硅壓阻元件比較困難，很難通過降低壓阻的摻雜結(jié)深來進(jìn)一步提高懸臂梁彎曲的檢測靈敏度，極大地限制了壓阻式傳感器的發(fā)展。在使用微懸臂梁作為生化傳感器領(lǐng)域，幾乎所有的檢測方法都是利用生物或化學(xué)分子在懸臂梁的單個表面吸附或結(jié)合產(chǎn)生的表面應(yīng)力導(dǎo)致懸臂梁彎曲而進(jìn)行檢測的(Lang,H. P. ,M. Hegner and C. Gerber,Cantilever array sensors. Materials Today, 2005Vol. 8 :30-36.)。1995年，T. Thundat等人的通過對表面吸附對微機(jī)械懸臂梁諧振頻率的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)懸臂梁上下表面相同，待測物同時在懸臂梁上下表面吸附，會引起懸臂梁彈性系數(shù)的變化(Chen, G. Y.，T. Thundat, E. A. Wachter and R. J. Warmack, Adsorption InducedSurface Stress and Its Effects on Resonance Frequency of Microcantilevers.Journal of Applied Physics，1995 Vol. 77 :3618-3622.)，根據(jù)工程振動力學(xué)的原理，當(dāng)一定的吸附物附著于懸臂梁表面時，懸臂梁兩個受到表面應(yīng)力的共同作用將會使懸臂梁在軸向上產(chǎn)生一定的拉伸或者壓縮，相應(yīng)地懸臂梁上會產(chǎn)生一定的軸向張應(yīng)力或壓應(yīng)力，從而改變其彈性系數(shù)。能否設(shè)計制造出一種新的壓阻式微納傳感器，采用不受梁結(jié)構(gòu)厚度限制的壓阻檢測元件，克服上述缺陷實(shí)現(xiàn)更高靈敏度的檢測，正是本發(fā)明所要解決的關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種壓阻式微納傳感器及其制備方法用于實(shí)現(xiàn)表面應(yīng)力聞靈敏檢測。由于普通離子摻雜技術(shù)中的熱退火工藝，很難通過降低壓阻的摻雜結(jié)深來進(jìn)一步提高懸臂梁彎曲的檢測靈敏度。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明巧妙地提出了利用雙面表面 應(yīng)力作用導(dǎo)致梁軸向作用力的效應(yīng)，采用摻雜區(qū)域貫穿整個梁厚度的壓阻感應(yīng)梁上軸向張應(yīng)力(或者壓應(yīng)力)，從而實(shí)現(xiàn)厚度在納米尺度的雙端固支梁對雙面表面應(yīng)力的檢測應(yīng)用。—種雙端固支的梁結(jié)構(gòu),梁結(jié)構(gòu)對稱,寬為w,厚度為h,上、下兩個表面一致。當(dāng)生物或化學(xué)分子在梁表面吸附或結(jié)合時，上、下表面將受到相同的上表面應(yīng)力和下表面應(yīng)力Ot= Ob= σ (如圖I所示)。此時梁不會產(chǎn)生彎曲，雙面表面應(yīng)力對梁的作用表現(xiàn)為沿著梁軸向方向的作用力F，那么作用于整個梁結(jié)構(gòu)上的應(yīng)力T1為T1 = F/wh = ( σ t+ σ b) w/wh = 2 σ /h(I)該作用力會使得梁在其軸向方向上受到拉伸或是壓縮的應(yīng)力。與檢測彎曲的懸臂梁不同，這種對稱性的結(jié)構(gòu)在雙面表面應(yīng)力作用時由于只存在軸向應(yīng)力，而不會產(chǎn)生梁的彎曲變形，從而減少了懸臂梁產(chǎn)生彎曲形變過程的能量損失，有利于提高檢測靈敏度。由于梁沒有產(chǎn)生彎曲，所以壓阻的厚度不再受到中性面的限制。因此，該種對雙面表面應(yīng)力敏感的壓阻可以貫穿梁的厚度進(jìn)行分布，可以使用傳統(tǒng)的離子摻雜工藝制作壓阻并進(jìn)行檢測，打破了傳統(tǒng)壓阻摻雜區(qū)要求在中性面一側(cè)的限制。與普通的檢測單面表面應(yīng)力的懸臂梁結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明提出的檢測雙面表面應(yīng)力的固支梁靈敏度有所提高。對于一根懸臂梁，厚度為h，寬為W，假設(shè)其上表面壓阻深度為a(h/2)，其中-I < 1，如圖2所示。當(dāng)生物或化學(xué)分子在梁的某一個表面吸附或結(jié)合時，該表面受到表面應(yīng)力σ作用，導(dǎo)致懸臂梁產(chǎn)生彎曲，那么整個壓阻層中受到應(yīng)力T2的表達(dá)式為T2 = 3 σ (l-a2)/[2h/(l-a)](2)方程(I)和(2)的函數(shù)曲線如圖3所示，可以看到，對于懸臂梁傳感器，當(dāng)壓阻厚度大于整個懸臂梁厚度的1/3時，檢測雙面表面應(yīng)力的壓阻受到的應(yīng)力將大于檢測單面表面應(yīng)力的壓阻受到的應(yīng)力。此時檢測雙面表面應(yīng)力傳感器的靈敏度將高于傳統(tǒng)的檢測單面表面應(yīng)力的傳感器。也就是說，對于厚度一定的檢測單面表面應(yīng)力的壓阻式懸臂梁，若雙端固支梁的厚度小于懸臂梁壓阻厚度的3倍，則雙端固支納米壓阻梁可以獲得更高的檢測靈敏度。此外，根據(jù)方程(I)可以看出，理論上可以不斷減薄梁的厚度，獲得更高的靈敏度。因此，可以通過制造更薄的梁來不斷提高這種傳感器的靈敏度。目前，超薄壓阻制作技術(shù)的限制以及較薄懸臂梁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性能已成為傳統(tǒng)懸臂梁尺度減小和獲得較高靈敏度的限制因素。但是，本發(fā)明提出的貫穿梁厚度的壓阻檢測雙面表面應(yīng)力的方法則避免了上述不足。目前納米梁、壓阻制造技術(shù)已經(jīng)成熟，制作較薄的納米壓阻梁易于實(shí)現(xiàn)，而雙端固支梁結(jié)構(gòu)提高了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時也便于壓阻元件排布。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種壓阻式微納傳感器，用于檢測雙面表面應(yīng)力；所述壓阻式微納傳感器包括氧化層包裹的微納雙端固支梁以及離子摻雜區(qū)域沿厚度方向完全貫穿微納雙端固支梁的壓阻，利用微納雙端固支梁雙面受到相同的表面應(yīng)力時沿該梁軸向產(chǎn)生的軸向應(yīng)力效應(yīng)進(jìn)行檢測。優(yōu)選地，所述氧化層為氧化硅。本發(fā)明還揭示了一種壓阻式微納傳感器制備方法，包括以下步驟I)以SOI硅片作為制備傳感器的襯底材料；該SOI硅片包括底層硅(10)、位于底層硅(10)上的氧埋層以及位于氧埋層上的頂層硅；2)在步驟I)之后熱氧化生成氧化硅層，然后光刻梁圖形，腐蝕形成壓阻圖形直至 氧埋層，采用擴(kuò)散或者離子注入工藝形成作為敏感器件的壓敏電阻；3)光刻，打開梁釋放腐蝕窗口，然后腐蝕掉氧埋層以及梁下方的氧化硅層，形成雙端固支梁結(jié)構(gòu)；4)主擴(kuò)形成均勻的離子摻雜區(qū)，同時形成氧化硅作為絕緣層包裹所述梁，并光刻刻蝕出金屬連線接觸孔，在所述絕緣層上濺射金屬，經(jīng)過光刻和刻蝕形成所述敏感器件的金屬連線。優(yōu)選地，所述步驟I)之后步驟2)之前還包括以下步驟對SOI硅片的頂層硅進(jìn)行多次氧化減薄至所需厚度，在最后一次氧化后腐蝕掉該硅片上的氧化層。優(yōu)選地，所述步驟2)中腐蝕形成壓阻圖形直至氧埋層采用干法或濕法腐蝕。優(yōu)選地，所述步驟4)中的在所述絕緣層上濺射金屬包括依次濺射的鈦/金或鈦鎢
/金°優(yōu)選地，所述步驟3)中腐蝕掉氧埋層以及梁下方的氧化硅使用緩沖的二氧化硅腐蝕液腐蝕。優(yōu)選地，所述步驟4)之后還依次包括劃片和壓焊步驟。優(yōu)選地，所述SOI硅片的頂層硅為100或111晶向。本發(fā)明巧妙地提出了利用雙面表面應(yīng)力作用產(chǎn)生雙端固支梁軸向作用力的效應(yīng)，采用摻雜區(qū)域貫穿雙端固支梁厚度的壓阻來感應(yīng)梁上軸向張應(yīng)力或者壓應(yīng)力，從而實(shí)現(xiàn)厚度在納米尺度的雙端固支梁對雙面表面應(yīng)力的檢測應(yīng)用。利用本發(fā)明制作的檢測雙面表面應(yīng)力的納米雙端固支梁有以下優(yōu)點(diǎn)(I)利用了雙面表面應(yīng)力作用于梁結(jié)構(gòu)情況下，在梁上產(chǎn)生的軸向應(yīng)力效應(yīng)進(jìn)行表面應(yīng)力檢測。使壓阻敏感元件的摻雜深度不再受到梁中性面的限制，可以利用普通的離子摻雜技術(shù)制作。(2)與厚度一定的檢測單面表面應(yīng)力的壓阻式懸臂梁相比，若制造的雙端固支梁厚度小于懸臂梁壓阻厚度的3倍，則雙端固支納米壓阻梁可以獲得更高的檢測靈敏度。(3)雙端固支梁結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，相比懸臂梁結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)固。(4)可以通過不斷減薄梁的厚度獲得更高的檢測靈敏度。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明圖I所示為一根雙端固支梁，厚度為h。生化分子在梁的上、下表面同時吸附或結(jié)合時產(chǎn)生的雙面表面應(yīng)力，以及表面應(yīng)力作產(chǎn)生的軸向張應(yīng)力(壓應(yīng)力)的示意圖。圖2所示為一根壓阻式懸臂梁，其厚度為h，壓阻的摻雜深度為a(h/2)。生物或化學(xué)分子在其上表面吸附或結(jié)合產(chǎn)生的單面表面應(yīng)力，以及表面應(yīng)力導(dǎo)致的懸臂梁彎曲示意圖。圖3所示為隨著壓阻摻雜深度的減小，單面表面應(yīng)力導(dǎo)致的壓阻層中受到的應(yīng)力與雙面表面應(yīng)力導(dǎo)致的壓阻層應(yīng)力計算結(jié)果。圖4a_4f為本發(fā)明壓阻式微納傳感器制備過程示意圖。
圖5是雙端固支納米梁及其厚度測量的掃描電子顯微鏡圖片。圖6是本發(fā)明壓阻式納米雙端固支梁對于濃度為5. 15mmol/L的2_苯乙基三氯化娃燒(phenethyltrichlorosilane, PETCS)在二氧化娃表面的反應(yīng)進(jìn)行了在線實(shí)時檢測結(jié)果O圖7是使用一根厚度為I μ m，壓阻厚度為130nm的懸臂梁進(jìn)行了相同的實(shí)驗(yàn)，其相應(yīng)測試輸出信號為O. lmV。元件符號說明I——雙端固支納米梁；2——在梁表面吸附或者結(jié)合的生物/化學(xué)分子；3-上表面應(yīng)力；4-下表面應(yīng)力；5中性面；6-懸臂梁；7——壓阻層；8——懸臂梁彎曲；9——氧化硅；10——硅；11——摻雜硅；12——金屬互聯(lián)引線。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明提供的集成納米壓阻的雙端固支梁的制作以及其對雙面表面應(yīng)力導(dǎo)致軸向應(yīng)力的檢測和顯著進(jìn)步。但本發(fā)明決非僅限于實(shí)施例。本發(fā)明的目的在于提供一種壓阻式微納傳感器，用于檢測雙面表面應(yīng)力；所述壓阻式微納傳感器包括氧化層包裹的微納雙端固支梁以及離子摻雜區(qū)域沿厚度方向完全貫穿微納雙端固支梁的壓阻，利用微納雙端固支梁雙面受到相同的表面應(yīng)力時沿該梁軸向產(chǎn)生的軸向應(yīng)力效應(yīng)進(jìn)行檢測。可以減少梁的厚度提高表面應(yīng)力的壓阻檢測靈敏度。(即所述微納雙端固支梁的厚度和靈敏度呈正比)。本發(fā)明的目的通過以下制作工藝實(shí)現(xiàn)(I)本發(fā)明可以采用SOI (絕緣層上的硅)硅片，頂層硅的厚度為在IOOnm-L 5μπι，氧埋層厚度在500nm_2 μ m。(2)對頂層硅進(jìn)行氧化減薄至所需厚度，可以采用多次氧化減薄的方法。在最后一次氧化后腐蝕掉硅片上的氧化層。(3)光刻梁圖形，刻蝕形成壓阻圖形。(4)硼離子注入。(5)光刻，打開納米梁釋放腐蝕窗口，用緩沖的二氧化硅腐蝕液腐蝕掉納米梁下方的氧化硅氧埋層，釋放梁結(jié)構(gòu)。
(6)硼主擴(kuò)，在1000攝氏度環(huán)境下，同時通氧氣，形成二氧化硅壓阻絕緣層。確保硼離子貫穿整個梁的厚度，離子濃度沿厚度方向均勻分布。(7)光刻形成引線孔，用緩沖的二氧化硅腐蝕液腐蝕掉引線孔區(qū)域的氧化硅。(8)濺射金屬，光刻腐蝕形成引線互連。(9)劃片，壓焊。在所述的制備工藝中通過多次氧化對表層硅進(jìn)行減薄。生成氧化硅的過程中會消耗硅，通過控制氧化的厚度可以控制剩余硅的厚度，從而決定壓阻的厚度。在所述的制備工藝中在納米梁表面形成的薄層氧化硅是為了使壓阻結(jié)構(gòu)與環(huán)境絕緣，降低壓阻元件的檢測噪聲水平。同時為了產(chǎn)生表面應(yīng)力，需要采用薄層二氧化硅作為生物或化學(xué)分子在梁表面吸附或結(jié)合的基底。以一個用于檢測化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的表面應(yīng)力的硅壓阻式納米梁傳感器傳感器為例， 詳細(xì)說明這種壓阻納米梁對于檢測雙面表面應(yīng)力的效果和實(shí)施方式。這類檢測表面應(yīng)力的傳感器基本工作原理為當(dāng)化學(xué)分子在表面吸附、結(jié)合或者是反應(yīng)時，會導(dǎo)致該表面應(yīng)力的變化。由于雙端固支梁上下兩個表面相同，化學(xué)分子將同時在上述兩個表面產(chǎn)生相同的表面應(yīng)力，導(dǎo)致梁上產(chǎn)生軸向應(yīng)力，該應(yīng)力使壓阻敏感電阻發(fā)生改變，通過外部接口電路形成惠斯通電橋回路，進(jìn)而得到了與化學(xué)分子反應(yīng)相關(guān)的輸出信號。由于壓阻由一層二氧化硅絕緣層包裹，可以大大降低信號噪聲，納米級厚度的梁結(jié)構(gòu)有效地提高了靈敏度。實(shí)施例一(I)本實(shí)施例采用的是P型(100)的SOI硅片，頂層硅的厚度為I μ m，氧埋層的厚度為Ιμπι。SOI硅片的頂層硅為100、或111晶向。(2)對SOI硅片的頂層硅進(jìn)行多次氧化并使用緩沖的二氧化硅腐蝕液將氧化層腐蝕干凈，直至頂層娃減薄至375nm。如圖4a所示。(3)熱氧化生成IOOnm的氧化層，光刻梁圖形，使梁的長度沿著〈110〉晶向排布，以獲得較高的壓阻系數(shù)。用干法腐蝕形成壓阻圖形直至氧埋層，形成電阻圖形，納米梁的寬度為3 μ m,有利于后續(xù)釋放工藝的完成。此時頂層娃厚度為330nm左右。如圖4b所不。(4)硼離子注入。利用IOOnm的氧化層作為注入掩膜，注入能量40KeV，注入能量7. 5el4cm_3，然后用使用緩沖的二氧化硅腐蝕液將氧化層腐蝕干凈。如圖4c所示。(5)光刻，打開納米梁釋放腐蝕窗口，用緩沖的二氧化硅腐蝕液腐蝕掉氧埋層，通過過腐蝕將納米梁下方的氧化硅完全去除，釋放梁結(jié)構(gòu)。如圖4d所示。(6)硼主擴(kuò)。在1000攝氏度下，通5分鐘濕氧，15分鐘干氧，10分鐘氮?dú)?，形成完全包裹梁的一層二氧化硅絕緣層，該層二氧化硅同時作為化學(xué)分子特異性反應(yīng)產(chǎn)生表面應(yīng)力的基底，厚度為80nm。由于形成氧化層消耗掉了一部分娃,梁的厚度為260nm左右。如圖4e所示。(7)光刻形成引線孔，用緩沖的二氧化硅腐蝕液腐蝕掉引線孔區(qū)域的氧化硅。去除光刻膠。在同一腔體中依次濺射80nm/300nm的鈦/金，光刻腐蝕形成引線互連引線。(或派射80nm/300nm的鈦鶴/金,形成金屬互聯(lián))。如圖4f所示⑶劃片，壓焊。根據(jù)上述工藝，最后制得的雙端固支納米梁及其厚度測量的掃描電子顯微鏡圖片如圖5所示。本實(shí)例使用制作完成的壓阻式納米雙端固支梁對于濃度為5. 15mmol/L的2-苯乙基三氯化娃燒(phenethyltrichlorosilane,PETCS)在二氧化娃表面的反應(yīng)進(jìn)行了在線實(shí)時檢測，反應(yīng)過程中PETCS分子會特異性地與梁表面的二氧化硅發(fā)生反應(yīng)，在梁上、下表面產(chǎn)生相同的表面應(yīng)力，從而進(jìn)行驗(yàn)證。測試結(jié)果如圖6所示。傳感器基線平穩(wěn)，噪聲在2μν左右。該納米固支梁的厚度為260nm，響應(yīng)輸出信號為14. 9mV。正向的響應(yīng)信號表明納米梁受到張應(yīng)力。在參照實(shí)驗(yàn)中，使用一根厚度為I μ m，壓阻厚度為130nm的懸臂梁進(jìn)行了相同的實(shí)驗(yàn)，其相應(yīng)輸出信號為O. lmV，如圖7所示?？梢钥吹剑瑢ο嗤瑵舛鹊臋z測表明，雙面表面應(yīng)力的雙端固支梁的檢測靈敏度要明 顯高于傳統(tǒng)的單面表面應(yīng)力懸臂梁的靈敏度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與本發(fā)明的技術(shù)方案一致，證實(shí)了對于表面應(yīng)力的壓阻檢測，壓阻式納米雙端固支梁對于雙面表面應(yīng)力檢測的靈敏性能要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的壓阻式懸臂梁對于單面表面應(yīng)力檢測的靈敏性能。上述對實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種壓阻式微納傳感器，用于檢測雙面表面應(yīng)力；其特征在于所述壓阻式微納傳感器包括氧化層包裹的微納雙端固支梁以及離子摻雜區(qū)域沿厚度方向完全貫穿微納雙端固支梁的壓阻，利用微納雙端固支梁雙面受到相同的表面應(yīng)力時沿該梁軸向產(chǎn)生的軸向應(yīng)力效應(yīng)進(jìn)行檢測。
2.如權(quán)利要求I所述的一種壓阻式微納傳感器，其特征在于所述氧化層為氧化硅。
3.如權(quán)利要求I所述的一種壓阻式微納傳感器，其特征在于減薄所述微納雙端固支梁的厚度，其靈敏度將提高，即所述微納雙端固支梁的厚度和靈敏度呈正比。
4.一種壓阻式微納傳感器制備方法，其特征在于包括以下步驟 1)以SOI硅片作為制備傳感器的襯底材料；該SOI硅片包括底層硅(10)、位于底層硅(10)上的氧埋層以及位于氧埋層上的頂層硅； 2)在步驟I)之后熱氧化生成氧化硅層，然后光刻梁圖形，腐蝕形成壓阻圖形直至氧埋層，采用擴(kuò)散或者離子注入工藝形成作為敏感器件的壓敏電阻； 3)光刻，打開梁釋放腐蝕窗口，然后腐蝕掉氧埋層以及梁下方的氧化硅層，形成雙端固支梁結(jié)構(gòu)； 4)主擴(kuò)，形成均勻分布的壓阻摻雜區(qū)，同時形成氧化硅作為絕緣層包裹所述梁，并光刻刻蝕出金屬連線接觸孔，在所述絕緣層上濺射金屬，經(jīng)過光刻和刻蝕形成所述敏感器件的金屬連線。
5.如權(quán)利要求4所述的一種壓阻式微納傳感器制備方法，其特征在于所述步驟I)之后步驟2)之前還包括以下步驟對SOI硅片的頂層硅進(jìn)行多次氧化減薄至所需厚度，在最后一次氧化后腐蝕掉該硅片上的氧化層。
6.如權(quán)利要求4或5所述的一種壓阻式微納傳感器制備方法，其特征在于所述步驟2)中腐蝕形成壓阻圖形直至氧埋層采用干法或濕法腐蝕。
7.如權(quán)利要求4所述的一種壓阻式微納傳感器制備方法，其特征在于所述步驟4)中的在所述絕緣層上濺射金屬包括依次濺射的鈦/金或者鈦鎢/金。
8.如權(quán)利要求4所述的一種壓阻式微納傳感器制備方法，其特征在于所述步驟3)中腐蝕掉氧埋層以及梁下方的氧化硅使用緩沖的二氧化硅腐蝕液腐蝕。
9.如權(quán)利要求4所述的一種壓阻式微納傳感器制備方法，其特征在于所述步驟4)之后還依次包括劃片和壓焊步驟。
10.如權(quán)利要求4所述的一種壓阻式微納傳感器制備方法，其特征在于所述SOI硅片的頂層硅為100或111晶向。
全文摘要
本發(fā)明提供一種壓阻式微納傳感器，用于檢測雙面表面應(yīng)力；所述壓阻式微納傳感器包括氧化層包裹的微納雙端固支梁以及離子摻雜區(qū)域沿厚度方向完全貫穿微納雙端固支梁的壓阻，利用微納雙端固支梁雙面受到相同的表面應(yīng)力時沿該梁軸向產(chǎn)生的軸向應(yīng)力效應(yīng)進(jìn)行檢測。為適用于檢測雙面表面應(yīng)力，將壓阻深度貫穿梁厚度；使用微機(jī)械加工工藝制作出檢測雙面表面應(yīng)力的壓阻式微納傳感器。相比于現(xiàn)有的技術(shù)，本發(fā)明技術(shù)方案利用納米厚度的雙端固支梁檢測雙面表面應(yīng)力，避免了傳統(tǒng)壓阻摻雜區(qū)域不能超過中性面的限制，同時得到更高的壓阻檢測靈敏度。
文檔編號B81C1/00GK102809452SQ20111014683
公開日2012年12月5日 申請日期2011年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月2日
發(fā)明者陳瀅, 李昕欣 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所