H溶液中，采用PN結(jié)自停止腐蝕技術(shù)，在PN結(jié)之間施加反向偏壓，使N型硅片1la上施加的正電壓高于鈍化勢，P型擴(kuò)散層4a處于開路電勢處，從而N型硅片1la被鈍化而不被腐蝕，P型擴(kuò)散層4a被腐蝕直至腐蝕到N型硅片1la處，腐蝕終止；由于腐蝕錢P型擴(kuò)散層4a呈半圓柱形，腐蝕后將形成半圓柱型空腔7a;
(4)如圖9所示，采用氧化工藝對硅片a上端面進(jìn)行氧化，生成一層薄薄的二氧化硅102a作為絕緣層，所述二氧化硅層102a與所述N型硅片1la的上端面相連，二氧化硅層102a與N型硅片1la組成絕緣襯底Ia;
(5)如圖10?11所示，采用金屬微機(jī)械加工工藝制作七個半圓環(huán)形金屬電極8a(包括801a?807a)，金屬材料采用金;所述七個金屬電極8a(包括801a?807a)與所述步驟(4)中的絕緣襯底Ia的上端面相連;每個金屬電極801a?807a都沿著半圓柱形空腔7a的半圓橫截面方向淀積，金屬電極801a?807a在空腔7a內(nèi)側(cè)都呈半圓環(huán)形狀，每個金屬電極801a?807a的兩端都從半圓柱型空腔7a的邊緣處沿著與空腔直徑平行的方向向外延伸一段距離，其中一端的末端還各帶有一個正方形的金屬錨區(qū)9(包括901?907)，金屬錨區(qū)9用于金屬電極801a?807a與外部處理電路的引線連接;七個金屬電極801a?807a沿著半圓柱空腔7a長度方向排布，電極與電極之間相互平行，位置位于最外側(cè)的兩個電極801a和807a為接地電極，位于最中間的一個電極804a為電流電極，其余四個電極802a、803a、805a和806a為電壓電極，每兩個相鄰的電壓電極(802a和803a，805a和806a)為一對，以中間的電流電極804a為中心點(diǎn)，所述一對接地電極801a和807a和兩對電壓電極802a和803a、805a和806a沿空腔7a長度方向?qū)ΨQ設(shè)置;所述兩個接地電極801a和807a和所述一個電流電極804a尺寸相同，所述四個電壓電極802a、803a、805a和806a尺寸相同，其中，所有電極801a?807a的長度相等，電壓電極802a、803a、805a和806a的寬度較細(xì)，電流電極804a和接地電極801a和807a的寬度較寬。
[0018](6)如圖12?15所示，在玻璃片的基底硅片1lb上刻槽10，基底硅片1lb和玻璃片Ib鍵合，高溫下玻璃片膨脹成型，形成半圓柱型的空腔7b，使用對硅片腐蝕性高，對玻璃腐蝕性低的腐蝕劑進(jìn)行腐蝕，將基底硅片1lb腐蝕掉，保留玻璃片結(jié)構(gòu)。
[0019](7)如圖16?17所示，重復(fù)步驟(5)，在玻璃片上制造七個半圓環(huán)形金屬電極8b(包括801b?807b)，玻璃片的半圓柱空腔7b、半圓環(huán)金屬電極8b(包括801b?807b)與N型硅片的半圓柱空腔7a、半圓環(huán)金屬電極8a(包括801a?807a)的尺寸和位置都相同，唯一不同的是，玻璃片的金屬電極8b(包括801b?807b)不帶金屬錨區(qū)，而N型硅片的金屬電極8a(包括801a?807a)的一端帶有金屬錨區(qū)9(包括901?907);將玻璃片上對應(yīng)于N型硅片上金屬錨區(qū)9(包括901?907)上方的一部分遮擋結(jié)構(gòu)切除；
(8)如圖10?11、圖16?18所示，將N型硅片的七個半圓環(huán)形金屬電極8a(包括801a?807a)和玻璃片的七個半圓環(huán)形金屬電極8b(包括801b?807b)，以及半圓柱空腔7a和7b對齊，對金屬電極的端面進(jìn)行金-金鍵合，形成完整的圓柱形空腔7和七個環(huán)形金屬電極8;由于在所述步驟(7)中，對玻璃片上對應(yīng)于硅片金屬錨區(qū)9(包括901?907)位置的部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了切除，N型硅片的金屬錨區(qū)9(包括901?907)在所述步驟(7)完成后，暴露在外部，方便與外部電路的引線相連。
[0020](9)沿著圓柱形空腔7的橫截面的方向?qū)?玻璃片進(jìn)行切除，保留圓柱形空腔7和七個環(huán)形金屬電極8，將硅片a的兩個腐蝕電極5a、6a切除，同時使圓柱形空腔7沿長度方向的兩端露出，并從側(cè)面填充封裝膠，使圓柱形空腔7形成封閉的電導(dǎo)池。進(jìn)行測量時，將所述電導(dǎo)率傳感器浸入海水中，海水可從圓柱形空腔7的兩端流入空腔內(nèi)，該圓柱形空腔7即電導(dǎo)率傳感器的電導(dǎo)池。
[0021]通過本發(fā)明提供的一種基于MEMS硅-玻璃工藝的七電極電導(dǎo)率傳感器的制造方法，簡單易行、操作方便、加工精度高、加工成本低、可大批量生產(chǎn)，克服了傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)制造七電極電導(dǎo)率傳感器時，加工精度低、加工難度大、加工成本高、難以實(shí)現(xiàn)大批量制造的缺點(diǎn)。傳感器基于MEMS加工技術(shù)，體積小、功耗低、易于與電子電路實(shí)現(xiàn)交互，實(shí)用性強(qiáng)。
[0022]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項】
1.一種基于MEMS硅-玻璃工藝的七電極電導(dǎo)率傳感器的制造方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)在N型硅片上淀積光刻膠并進(jìn)行光刻，使硅片的中間暴露出一個矩形區(qū)域作為擴(kuò)散窗口 ； (2)以步驟(I)中的光刻膠作為掩膜，從步驟(I)中形成的擴(kuò)散窗口處向硅片進(jìn)行P型摻雜，在硅片內(nèi)部形成半圓柱形的P型擴(kuò)散層； (3)采用PN結(jié)自停止腐蝕技術(shù)，對半圓柱形的P型擴(kuò)散層進(jìn)行腐蝕，形成半圓柱型空腔； (4)對步驟(3)中形成的硅片上端面進(jìn)行氧化，形成的氧化層與N型硅片組合形成絕緣襯底； (5)在步驟(4)中形成的半圓柱型空腔上端面沿著半圓柱型空腔的半圓橫截面方向平行淀積七個半圓環(huán)形的金屬電極，每個金屬電極的一端都各帶有一個金屬錨區(qū)；七個金屬電極都沿著半圓柱型空腔的長度方向排布，電極之間相互平行，位于最外側(cè)的兩個電極為接地電極，位于中間的一個電極為電流電極，其余四個電極均為電壓電極，每兩個相鄰的電壓電極為一對，以中間的電流電極為中心點(diǎn)，所述一對接地電極和兩對電壓電極沿空腔長度方向?qū)ΨQ設(shè)置;所述兩個接地電極和所述一個電流電極尺寸相同，所述四個電壓電極尺寸相同，其中，所有電極的長度相等，電壓電極的寬度小于電流電極和接地電極的寬度； (6 )將玻璃片的基底硅片上刻蝕長方形的凹槽，所刻凹槽的長、寬和步驟(2 )中P型擴(kuò)散層在N型硅片表面的尺寸相同； (7)使用玻璃片和步驟(6)中得到的刻槽后的基底硅片進(jìn)行陽極鍵合，玻璃片和基底硅片的熱膨脹系數(shù)相同； (8)使用高溫爐加熱鍵合后的器件，高溫作用下玻璃熔融，長方形凹槽內(nèi)的氣體被加熱產(chǎn)生壓力發(fā)生膨脹，使玻璃片向上拱起形成半圓柱型空腔； (9)使用選擇性腐蝕劑腐蝕掉基底硅片，保留玻璃片結(jié)構(gòu)； (10)在玻璃片上淀積與步驟(5)相同的七個不帶錨區(qū)的半圓環(huán)形的金屬電極； (11)將半圓柱型空腔一側(cè)的玻璃片部分切除，使得玻璃片切除側(cè)的邊沿到半圓柱型空腔的距離小于步驟(5)中金屬錨區(qū)至N型硅片半圓柱型空腔的距離； (12)將步驟(5)、步驟(10)中的七個金屬電極分別對應(yīng)設(shè)置，并對七個金屬電極的端面進(jìn)行金-金鍵合，形成七個環(huán)形金屬電極，環(huán)形金屬電極中形成圓柱型空腔； (13)從圓柱型空腔側(cè)面填充封裝膠，使圓柱型空腔側(cè)壁封閉；沿著圓柱形空腔的橫截面的方向?qū)型硅片和玻璃片進(jìn)行切除，保留圓柱形空腔和七個環(huán)形的金屬電極，將N型硅片的兩個腐蝕電極切除，同時使圓柱形空腔沿長度方向的兩端露出，進(jìn)行測量時，將電導(dǎo)率傳感器浸入海水中，海水可從圓柱形空腔的兩端流入空腔內(nèi)，該圓柱形空腔即為電導(dǎo)率傳感器的電導(dǎo)池。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MEMS硅-玻璃工藝的七電極電導(dǎo)率傳感器的制造方法，其特征在于:所述步驟(I)中，硅片中間暴露出的矩形區(qū)域的寬度小于等于5微米。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MEMS硅-玻璃工藝的七電極電導(dǎo)率傳感器的制造方法，其特征在于:所述步驟(2)中，采用擴(kuò)散工藝，對擴(kuò)散窗口處進(jìn)行硼摻雜。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MEMS硅-玻璃工藝的七電極電導(dǎo)率傳感器的制造方法，其特征在于:所述步驟(3)中，首先將光刻膠去掉，分別在P型擴(kuò)散層上端面和N型硅片下端面制作一個腐蝕電極，P型擴(kuò)散層的腐蝕電極位于P型擴(kuò)散層上端面、沿半圓柱形P型擴(kuò)散層長度方向的一端，N型硅片的腐蝕電極位于N型硅片下端面、與P型擴(kuò)散層的腐蝕電極在垂直方向上對齊;然后整體浸入TMAH溶液中，采用PN結(jié)自停止腐蝕技術(shù)，在PN結(jié)之間施加反向偏壓，使N型硅片上施加的正電壓高于鈍化勢，P型擴(kuò)散層處于開路電勢處，從而N型硅片被鈍化而不被腐蝕，P型擴(kuò)散層被腐蝕至與N型硅片交接處，腐蝕終止。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MEMS硅-玻璃工藝的七電極電導(dǎo)率傳感器的制造方法，其特征在于:所述步驟(4)中，采用氧化工藝對N型硅片上端面進(jìn)行氧化，生成一層二氧化硅作為絕緣層，二氧化硅層與所述N型硅片的上端面相連，二氧化硅層與N型硅片一起組成絕緣襯底。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MEMS硅-玻璃工藝的七電極電導(dǎo)率傳感器的制造方法，其特征在于:所述步驟(5)中，采用金屬微機(jī)械加工工藝制作金屬電極，金屬材料采用金。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于MEMS硅-玻璃工藝的七電極電導(dǎo)率傳感器的制造方法，包括在N型硅片上淀積金屬電極，在玻璃片上淀積金屬電極，對金屬電極的端面進(jìn)行金-金鍵合，使圓柱型空腔形成封閉的電導(dǎo)池等步驟，本發(fā)明提供的七電極電導(dǎo)率傳感器的制造方法簡單，體積小巧，基于MEMS加工技術(shù)，可大批量生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，加工精度高，可靠性高，通用性強(qiáng)。
【IPC分類】G01R27/22, B81C1/00
【公開號】CN105629076
【申請?zhí)枴緾N201510993098
【發(fā)明人】劉海韻, 魏爽, 郭潔, 王嫻玨
【申請人】河海大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年12月24日