專利名稱：以SiN的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微型壓力傳感器的制造方法，特別涉及以SiNx為梁的新型微結構諧振梁壓力傳感器制造方法。
普通的硅微結構諧振梁壓力傳感器包括三個部分諧振梁壓力傳感器芯片(1)、管帽(3)、管座(4)。硅微結構諧振梁壓力傳感器芯片通過電極引線(2)與管座相連，再通過管座上的電極(6)與外部測試電路相連；傳感器通過排氣管(5)將管帽內腔抽成真空后，將排氣管封死；傳感器通過測量接口(7)與待測系統(tǒng)相連，用于測量外界壓力。硅諧振梁壓力傳感器芯片(1)是由上硅片一諧振子(8)和下硅片(9)鍵合而成的。
以硅為材料制作微結構諧振梁壓力傳感器具有以下兩種缺點1)梁的制作工藝復雜，工藝要求十分苛刻，難以控制要求的尺寸精度，因而影響器件的成品率，使器件的成本很高。雖然可以采用自停止腐蝕等辦法加以改善，但這些方法不是降低器件性能，就是要增加昂貴的設備，從而增加成本。增加工藝步驟本身也增加了工藝復雜性，工藝成本明顯增加。2)硅諧振梁壓力傳感器的封裝要將諧振子、壓力敏感膜和管座鍵合在一起，需要兩次鍵合。每次鍵合都產生應力，這些應力都對傳感器產生影響。鍵合是一種比較復雜的工藝，減少鍵合過程也就是簡化工藝過程。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種利用超厚低應力氮硅化合物薄膜制造微結構諧振梁壓力傳感器的方法。
為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，以SiNx為梁的新型微結構諧振梁壓力傳感器制造方法包括步驟a)在(100)晶向的雙面拋光硅片上，沉積氮化硅薄膜；b)沉積犧牲層；c)光刻犧牲層圖形；d)沉積SiNX膜，用于制作諧振梁；e)制作激振電阻和拾振電阻；f)制作金屬引線；g)刻蝕梁槽，制作諧振梁；h)刻蝕硅片背面低應力氮硅化合物薄膜，形成各向異性腐蝕窗口；i)背面硅腐蝕，制作壓力敏感膜；j)腐蝕掉犧牲層，釋放SiNx諧振梁，使SiNx諧振梁能夠自由振動；k)粘片、焊引線。將芯片鍵合在金屬管座上，并焊上引線；l)真空封裝。將焊好的管座和管帽真空封焊在一起。
實現(xiàn)梁膜一體化，簡化工藝，實現(xiàn)更高精度和微小物理量的測量。梁的尺寸可以精確控制，而且均勻性好，使得壓力傳感器的物理參數(shù)有可能得到精確控制。易于實現(xiàn)微梁諧振器，從而制作微梁壓力傳感器，達到進一步降低器件成本的目的。實現(xiàn)微傳感器的集成化和陣列化。例如微梁壓力傳感器與測試系統(tǒng)的集成，壓力傳感器和其它傳感器的混合集成。由于SiNx具有更好的機械加工性能，可以制作更為復雜的諧振粱器件。
圖3是以SiNx為梁的新型微結構諧振梁壓力傳感器(熱激振和壓阻拾振)的工藝流程圖。
圖4是以超厚低應力氮化硅為梁的新型復合梁膜微結構諧振梁壓力傳感器的平面圖。
圖5是以超厚低應力氮化硅為梁的新型復合梁膜微結構諧振梁壓力傳感器B-B’橫截面圖；圖6是以超厚低應力氮化硅為梁的新型復合梁膜微結構諧振梁壓力傳感器A-A’橫截面圖。
優(yōu)選實施例的描述從圖5、圖6和

圖1、圖2的諧振梁壓力傳感器芯片的比較，我們可以清楚地看到復合梁膜SiNX微結構諧振梁壓力傳感器與硅微結構諧振梁壓力傳感器的不同。硅微結構諧振梁壓力傳感器的芯片是由兩塊都經過三維加工的硅芯片鍵合在一起構成的，而復合梁膜SiNX微結構諧振梁壓力傳感器芯片只是一塊經過三維立體加工的硅芯片。
以超厚低應力氮化硅為梁的新型復合梁膜微結構諧振梁壓力傳感器的核心是諧振子它上面含有使梁產生受迫振動的激振單元和檢測諧振信號的拾振單元。激振單元可以采用熱激振、電磁激振也可以是靜電激振或光激振等幾種激勵方式。拾振單元可以采用壓阻拾振，電容拾振、光拾振等等幾種拾振方式。我們以熱激振和壓阻拾振的SiNx復合梁膜諧振梁壓力傳感器為利介紹諧振梁壓力傳感器的工作原理。
熱激振和壓阻拾振的SiNx復合梁膜諧振梁壓力傳感器芯片包括諧振子、壓力敏感膜12和襯底15。諧振子包括SiNx諧振梁10以及制作在其上的激振電阻13和拾振電阻14；在微結構諧振梁壓力傳感器芯片上還制作溫度補償電阻16，以對拾振電阻隨溫度的漂移進行補償。
下面以熱激振壓阻拾振方式工作的諧振梁壓力傳感器為例說明諧振梁壓力傳感器的工作原理。
電阻激振即熱激振是利用加熱電阻13將諧振梁10的局部加熱產生膨脹，產生熱應力，使梁10發(fā)生彎曲；當一個電脈沖到來時，加熱電阻13諧振梁發(fā)生彎曲，電脈沖過去后，加熱電阻13的熱量經過諧振梁10散失掉，諧振梁10恢復到自然伸直狀態(tài)。加在激振電阻13上的交變電信號使諧振梁10產生交變熱應力，使梁10的彎曲和伸直周期性變化，產生周期性受迫振動。
所謂拾振就是通過某種敏感元件檢測振動狀態(tài)，將梁10的機械振動動能轉化為能夠直接測量的電信號，例如，由于振動時梁發(fā)生形變，在形變區(qū)制作壓阻材料，材料的電阻隨所受的應力的變化而發(fā)生變化，電阻值的變化周期與梁的振動周期是一致的。給壓阻材料接上一個恒流源時，壓阻材料兩端的電壓將隨梁的振動發(fā)生周期性變化，檢測壓阻材料兩端的電壓變化就可以知道振動情況的變化。拾振電阻14的阻值隨電阻所受到的壓力的周期性變化而變化，拾振電阻所受到的壓力與諧振梁10的振幅呈正比。梁10發(fā)生諧振時壓阻14兩端電壓發(fā)生突變，在諧振梁壓力傳感器的幅頻特性曲線上出現(xiàn)諧振峰，諧振梁10的幅頻特性曲線中的諧振峰的變化直接反映了諧振梁的振動狀態(tài)，這就是壓阻拾振方法。
諧振梁壓力傳感器就是利用壓力敏感膜12將作用在壓力敏感膜上的外力轉化為作用在諧振梁10兩端的軸向力，軸向力和諧振梁10的的諧振頻率在一定范圍內具有非常好的線性函數(shù)關系，因此，測知諧振梁的諧振頻率，就可以測知環(huán)境壓力。如圖1所示，當待測容器的壓力發(fā)生改變時，比如壓力增大，壓力敏感膜向上彎曲，給諧振梁的兩端施加軸向的張應力，在軸向張應力的作用下，諧振梁的諧振頻率發(fā)生改變，通過測試系統(tǒng)檢測漂移后的頻率，做一條頻率對壓力的關系曲線，我們就可以根據檢測儀器檢測到的頻率得出待測壓力。
以低應力超厚氮硅化合物為梁，再借助于犧牲層技術，制作梁膜一體化的諧振梁壓力傳感器，即復合梁膜SiNx諧振梁壓力傳感器。將諧振子和壓力敏感膜同時制作再同一個硅襯底上，減少一次鍵合，消除了由于鍵合引入的應力的影響，簡化工藝過程，提高成品率。如圖3所示，在沉積SiNx薄膜前先沉積一層厚度的犧牲層材料多晶硅或PSG(摻磷的二氧化硅)。當梁槽開出來后，用腐蝕劑將犧牲層腐蝕掉，就得到需要的懸浮梁。再經背腐蝕，形成如圖4所示的復合梁膜結構的諧振梁壓力傳感器。
以電阻激振和壓阻拾振諧振粱壓力傳感器為例說明新型復合梁膜微結構諧振梁壓力傳感器的工藝流程1)LPCVD沉積氮化硅薄膜在(100)晶向的雙面拋光硅片上，采用LPCVD方法沉積氮化硅薄膜。用于制作硅襯底和犧牲層的隔離掩蔽膜。
2)沉積犧牲層。LPCVD沉積多晶硅或PSG。
3)光刻犧牲層圖形。通過光刻和腐蝕制作出犧牲層圖形。
4)LPCVD沉積SiNX膜。用于制作諧振梁。
5)激振電阻和拾振電阻的制作。。
6)制作金屬引線。蒸發(fā)或濺射金屬后，光刻引線圖形。
7)制作梁槽。通過刻蝕梁槽，制作諧振梁。
8)開背面窗口?？涛g硅片背面低應力氮硅化合物薄膜，形成各向異性腐蝕窗口。
9)背面硅腐蝕，制作壓力敏感膜。
10)犧牲層腐蝕。腐蝕掉犧牲層，釋放SiNx諧振梁，使SiNx諧振梁能夠自由振動。
11)粘片、焊引線。將芯片鍵合在金屬管座上，并焊上引線。
12)真空封裝。將焊好的管座和管帽真空封焊在一起。
權利要求
1.一種以SiNx為梁的新型微結構諧振梁壓力傳感器制造方法，包括步驟m)在(100)晶向的雙面拋光硅片上，沉積氮化硅薄膜；n)沉積犧牲層；o)光刻犧牲層圖形；p)沉積SiNx膜，用于制作諧振梁；q)制作激振電阻和拾振電阻；r)制作金屬引線；s)刻蝕梁槽，制作諧振梁；t)刻蝕硅片背面低應力氮硅化合物薄膜，形成各向異性腐蝕窗口；u)背面硅腐蝕，制作壓力敏感膜；v)腐蝕掉犧牲層，釋放SiNx諧振梁，使SiNx諧振梁能夠自由振動；w)粘片、焊引線。將芯片鍵合在金屬管座上，并焊上引線；x)真空封裝。將焊好的管座和管帽真空封焊在一起。
2.按權利要求1所述的方法，其特征在于所述的犧牲層是多晶硅或PSG。
3.按權利要求1所述的方法，其特征在于所用的沉積方法為LPCVD。
4.按權利要求1所述的方法，其特征在于所用的氮硅化合物薄膜和諧振梁為超厚低應力氮硅化合物SiNx。
全文摘要
一種以SiN
文檔編號G01L7/00GK1401980SQ0112428
公開日2003年3月12日 申請日期2001年8月24日 優(yōu)先權日2001年8月24日
發(fā)明者于中堯, 崔大付, 陳德勇 申請人:中國科學院電子學研究所