專利名稱：微懸臂梁傳感器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器及其制作方法，特別是關(guān)于一種懸臂梁呈矩形的微懸臂梁傳感器及其制作方法。
背景技術(shù)：
過(guò)去的20年里，微電子技術(shù)最顯著的進(jìn)步之一是新的測(cè)試技術(shù)的發(fā)展。掃描探針顯微鏡是眾所周知的檢測(cè)技術(shù)之一，其中掃描隧道顯微鏡和掃描力顯微鏡是最具代表性的兩種高靈敏度的檢測(cè)儀器。掃描力顯微鏡的工作原理是將探針固定在一個(gè)對(duì)微弱力非常敏感的微懸臂梁上，并使之與待測(cè)樣品表面原子之間存在力的相互作用，作用在探針與樣品之間的力使懸臂梁發(fā)生形變，并被記錄下來(lái)，由于微懸臂梁對(duì)微弱力的變化非常敏感，因此可以高分辨率成像材料表面形貌，研究表面性質(zhì)。
懸臂梁的微小彎曲通常由光學(xué)或電學(xué)方法來(lái)記錄。光學(xué)檢測(cè)方法可以獲得小至0.01的垂直分辨率，其雖然具有較高的靈敏度，但龐大的光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)及激光的精密校準(zhǔn)限制了其廣泛的應(yīng)用如超高真空、低溫、液態(tài)條件下和陣列式懸臂梁測(cè)量中。擺脫這一問(wèn)題的方法是集成電容、壓電、力敏元件于懸臂梁中的電學(xué)檢測(cè)方法，因?yàn)殡妼W(xué)檢測(cè)方法比光學(xué)方法更易于操作，易于轉(zhuǎn)向?qū)嵱没?。在電學(xué)檢測(cè)方法中，壓阻式在位讀出方法比其它檢測(cè)技術(shù)更易于實(shí)現(xiàn)。
近年來(lái)，將高靈敏度的微懸臂梁技術(shù)應(yīng)用于生物、化學(xué)傳感器成為傳感器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。這類傳感器可以在氣態(tài)或液態(tài)條件下，探測(cè)微量生化分子的存在，如空氣中的有機(jī)氣體、有害氣體、芳香劑，液體的DNA、蛋白質(zhì)等。盡管懸臂梁生化傳感器的研究工作取得了一些成果，但是離廣泛應(yīng)用還有一定距離，特別是在液態(tài)生物傳感器的研究領(lǐng)域。同時(shí)，在懸臂梁式微傳感器的制作工藝上還存在著制作工藝較復(fù)雜，成品率較低等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上提供一種測(cè)量靈敏度更高，制作工藝更簡(jiǎn)單的微懸臂梁傳感器及其制作方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種微懸臂梁傳感器，它包括一芯片，其特征在于所述芯片上設(shè)置有至少一組傳感單元，所述傳感單元由組成惠斯通電橋的四個(gè)完全相同的力敏電阻和兩個(gè)懸臂梁組成，其中兩個(gè)所述電阻位于所述芯片的襯底上，另外兩個(gè)分別位于所述兩懸臂梁上，其中一個(gè)所述懸臂梁作為測(cè)量懸臂梁，另一個(gè)作為參考懸臂梁，所述測(cè)量懸臂梁表面設(shè)置有敏感層。
所述傳感單元為多個(gè)。
所述傳感單元的懸臂梁設(shè)置在所述芯片的一側(cè)。
在所述芯片上設(shè)置有一微槽，所述傳感單元的懸臂梁設(shè)置在所述微槽兩側(cè)。
所述敏感層為高分子敏感材料。
所述敏感層為生物活性分子。
所述懸臂梁為長(zhǎng)50～500μm，寬10～100μm，厚100～5000nm矩形。
所述力敏電阻尺寸為長(zhǎng)20～200μm，寬5～50μm。
一種微傳感器的制作方法，其特征在于它包括以下步驟1、采用具有氧化層、單晶硅器件層的SOI硅片，并減薄器件層作為芯片襯底；或者采用單面拋光p型硅片，進(jìn)行常規(guī)清洗后，在硅片表面等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積氮化硅，然后在氮化硅表面低壓化學(xué)汽相淀積多晶硅作為芯片襯底；2、對(duì)單晶硅或多晶硅正面硼離子注入進(jìn)行摻雜；3、用掩膜板對(duì)經(jīng)步驟2的芯片進(jìn)行第一次光刻，經(jīng)刻蝕，形成力敏電阻；4、對(duì)經(jīng)步驟3的芯片表面通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積氮化硅，在氮?dú)庵型嘶穑?、用掩膜板對(duì)經(jīng)步驟4的芯片進(jìn)行第二次光刻，經(jīng)刻蝕，形成力敏電阻接觸孔和懸臂梁；6、對(duì)經(jīng)步驟5的芯片表面通過(guò)電子束，濺射鉻/金雙金屬膜；7、用掩膜板對(duì)經(jīng)步驟6的芯片進(jìn)行第三次光刻，經(jīng)腐蝕，形成連接各力敏電阻的金屬線；8、在整個(gè)芯片上進(jìn)行單個(gè)傳感器的劃片；9、用氫氧化鉀腐蝕經(jīng)步驟8的芯片，釋放懸臂梁；10、對(duì)芯片上力敏電阻接觸孔內(nèi)的金屬線與芯片襯底進(jìn)行合金處理；11、將整個(gè)芯片裂片為單個(gè)傳感器；12、在每?jī)蓚€(gè)懸臂梁中的一個(gè)懸臂梁表面設(shè)置敏感層。
其中步驟5，在形成力敏電阻接觸孔和懸臂梁的同時(shí)形成芯片上的微槽。
其中步驟1，SOI硅片的氧化層厚度為200～800nm，器件層厚度為100～500nm。
其中步驟1，在硅片表面進(jìn)行等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積氮化硅時(shí)，氮化硅的厚度為100～1000nm。
其中步驟1，在低壓化學(xué)汽相淀積多晶硅時(shí)，多晶硅的厚度為100～500nm。
其中步驟2，對(duì)單晶硅或多晶硅正面硼離子注入進(jìn)行摻雜時(shí)，注入硼離子的濃度為5×1013cm-2～5×1015cm-2，注入能量30keV～80keV。
其中步驟4，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積氮化硅時(shí)，氮化硅厚度為100～1000nm，然后在氮?dú)庵?00～1100℃退火20～30分鐘。
本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明由于將惠斯通電橋中的兩電阻分別設(shè)置在兩懸臂梁上，一個(gè)作為測(cè)量電阻，另一個(gè)作為參考電阻，而不是將參考電阻設(shè)置在芯片的襯底上，因此測(cè)量時(shí)，當(dāng)外部環(huán)境噪聲使懸臂梁形變時(shí)，這個(gè)附加的信號(hào)可以通過(guò)參考懸臂梁被濾掉，使測(cè)量結(jié)果更加精確。2、本發(fā)明的懸臂梁呈陣列式排列，且以相鄰的兩懸臂梁為一組，因此可以通過(guò)在懸臂梁上涂設(shè)不同的高分子敏感層、生物活性分子，使每一對(duì)懸臂梁都可以通過(guò)敏感層完成一種測(cè)量功能，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同物質(zhì)各種特性指標(biāo)的同時(shí)測(cè)量。3、本發(fā)明在懸臂梁的制作工藝中，將金屬引線與力敏電阻連接的接觸孔、懸臂梁和芯片上的微槽采用同一塊掩膜板定義，亦即在本發(fā)明中僅采用了三個(gè)掩膜板，相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明有效地簡(jiǎn)化了工藝流程。4、本發(fā)明由于選用金作為金屬引線，因此可以抵抗長(zhǎng)時(shí)間的KOH腐蝕，同時(shí)由于采用先劃片后KOH腐蝕的方法，有效地避免了釋放完懸臂梁后再劃片造成的懸臂梁損壞，進(jìn)而有效地提高了成品率。5、本發(fā)明可以通過(guò)正面腐蝕技術(shù)和硅～玻璃(聚合物)鍵合技術(shù)將懸臂梁設(shè)計(jì)、制備在液體可流動(dòng)的微槽中，這樣可直接用于液態(tài)生物分子的檢測(cè)。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明惠斯通電橋示意3是本發(fā)明微懸臂梁設(shè)置在芯片一側(cè)的放大示意4a～4j是本發(fā)明工藝流程示意圖具體實(shí)施方式
如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明屬于壓阻式微傳感器，它包括一芯片1，其上設(shè)置有一微槽2，在微槽2兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有四組傳感單元3，每組傳感單元3包括兩個(gè)懸臂梁4和一組惠斯通(Wheatstone)電橋5。每組惠斯通電橋5由四個(gè)完全相同的力敏電阻R1、R2、R3、R4組成，將其中兩個(gè)電阻R1、R4分別連接在兩懸臂梁4上，一個(gè)作為測(cè)量懸臂梁4’，另一個(gè)作為參考懸臂梁4”。再將另外兩個(gè)電阻R2、R3分別連接在芯片1的襯底上。將參考電阻R4設(shè)計(jì)在參考懸臂梁4”上，而不是設(shè)置在芯片1襯底上是考慮當(dāng)外部環(huán)境噪聲及熱機(jī)械震動(dòng)噪聲使懸臂梁4形變時(shí)，這個(gè)附加的信號(hào)可以通過(guò)參考懸臂梁4”濾掉。在懸臂梁4’表面根據(jù)測(cè)量物質(zhì)的不同需要，可以在測(cè)量懸臂梁4’的表面涂設(shè)高分子敏感材料、生物活性分子或金屬等作為敏感層(圖中未示出)。
比如在懸臂梁4’表面固定DNA、蛋白質(zhì)等生物活性分子，通過(guò)DNA分子間的雜化反應(yīng)或蛋白質(zhì)間的特異性結(jié)合反應(yīng)實(shí)現(xiàn)DNA、蛋白質(zhì)等微量生物分子的識(shí)別。測(cè)定DNA的傳感器在懸臂梁表面固定已知序列的單鏈DNA分子(也稱為ssDNA探針)，被檢測(cè)的生物分子是一條互補(bǔ)的ssDNA分子(也稱為目標(biāo)DNA)，兩者雜化反應(yīng)的結(jié)果形成雙鏈的DNA，反應(yīng)過(guò)程中的力使懸臂梁彎曲，表現(xiàn)出一定的輸出信號(hào)的變化。測(cè)定蛋白質(zhì)的傳感器通常將抗體固定在懸臂梁表面，基于兩種分子間的結(jié)構(gòu)互補(bǔ)性與親和性，形成抗原抗體復(fù)合物，抗原抗體結(jié)合(電荷引力、范登華引力、氫鍵結(jié)合力、疏水結(jié)合力)使懸臂梁產(chǎn)生彎曲。懸臂梁4的微小彎曲改變力敏電阻R1的阻值，差分電壓信號(hào)記錄被檢測(cè)的生物分子與敏感層分子間的反應(yīng)。
上述實(shí)施例中，懸臂梁4的設(shè)計(jì)尺寸可以是長(zhǎng)50～500μm，寬10～100μm，厚100～5000nm。組成對(duì)稱惠斯通電橋5的四個(gè)完全相同的力敏電阻尺寸可以是長(zhǎng)20～200μm，寬5～50μm。懸臂梁受力后，應(yīng)力的分布取決于懸臂梁的力矩M和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I，可以證明最大的應(yīng)力通常發(fā)生在懸臂梁表面，從理論上推出此時(shí)懸臂梁臂上的縱向應(yīng)力σ與懸臂梁端點(diǎn)的力F及垂直位移Δz的關(guān)系為σ1=6(l-L/2)wt2F=2E(l-L/2)2l3Δz---(1)]]>其中l(wèi)、w和t為懸臂梁的長(zhǎng)度，、寬度和厚度L為力敏電阻的長(zhǎng)度，t為懸臂梁的厚度，E為楊氏模量，Δz為懸臂梁端點(diǎn)的垂直位移。
如果僅考慮縱向應(yīng)力，力敏電阻的相對(duì)變化率ΔR/R可由下式給出ΔRR=σπ---(2)]]>其中π為縱向壓阻系數(shù)。測(cè)量懸臂梁由于力的作用產(chǎn)生形變時(shí)，懸臂梁力敏電阻的阻值變化為ΔR，在偏壓V作用于Wheatstone電橋時(shí)，Wheatstone電橋的輸出信號(hào)為Vo=Vbias4ΔRR---(3)]]>懸臂梁的測(cè)量靈敏度定義為電阻的相對(duì)變化與懸臂梁端點(diǎn)偏移量的比。將(1)式計(jì)算的應(yīng)力結(jié)果代入公式(2)，則可得到電阻的相對(duì)變化隨力的變化關(guān)系，并根據(jù)虎克定律(Hook’s)和彈性系數(shù)的定義，懸臂梁的測(cè)量靈敏度可表示為
ΔRRΔz-1=3π1Et(l-L/2)2l3=3Kt(l-L/2)2l3---(4)]]>式中K＝Eπl(wèi)為應(yīng)變靈敏度系數(shù)，。
力敏懸臂梁的最小可探測(cè)位移(MDD)定義為懸臂梁的信號(hào)噪聲比為1∶1的條件下懸臂梁的垂直位移量，它不僅取決于懸臂梁的探測(cè)靈敏度，同時(shí)受力敏電阻噪聲的制約。令Wheatston電橋輸出電壓信號(hào)Vo等于總噪聲，懸臂梁的MDD即可表示為MDD=4Vbias[αVbias2N1nfmaxfmin+4kBTR(fmax-fmin)]1/2/K3(l-12L)t2l3---(5)]]>上式中，中括弧中的第一項(xiàng)對(duì)應(yīng)著力敏電阻的1/f噪聲，第二項(xiàng)對(duì)應(yīng)著力敏電阻的Johnson噪聲。
由公式5可看出，噪聲和靈敏度是一個(gè)平衡過(guò)程，實(shí)際設(shè)計(jì)尺寸要結(jié)合工藝條件選擇。力敏電阻尺寸首先影響力敏電阻的噪聲，尺寸越大噪聲越小。懸臂梁尺寸同樣影響懸臂梁的靈敏度和噪聲，本發(fā)明通過(guò)對(duì)工藝流程進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，在微懸臂梁的制作中僅采用了三個(gè)掩膜板，相比其它制作方法，在工藝流程上進(jìn)行了較大的簡(jiǎn)化。下面是本發(fā)明的制作實(shí)施例1、制作芯片襯底，其可以采用單晶硅或多晶硅兩種方式，(1)制作多晶硅懸臂梁時(shí)，可以是單面拋光p型硅片10，對(duì)硅片10進(jìn)行常規(guī)清洗后，在硅片10表面進(jìn)行等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)氮化硅(Si3N4)11(如圖4a所示)，用于密封力敏電阻的底層，厚度為150nm；然后低壓化學(xué)汽相淀積(LPCVD)多晶硅12(如圖4b所示)，厚度為200nm，形成多晶硅力敏電阻層。
(2)制作單晶硅懸臂梁時(shí)，可以是SOI(絕緣體上的硅結(jié)構(gòu))硅片，對(duì)其表面進(jìn)行處理，減薄器件層，氧化層厚度為400nm，器件層厚度為200nm，器件層即為單晶硅力敏電阻層。
2、將經(jīng)步驟1處理的單晶硅或多晶硅硅片作為芯片襯底，對(duì)其正面硼離子注入進(jìn)行摻雜13(如圖4c所示)，注入硼離子的濃度5×1013或5×1015cm-2，注入能量30keV。
3、采用掩膜板進(jìn)行力敏電阻的圖形轉(zhuǎn)換，對(duì)摻雜后的單晶硅或多晶硅進(jìn)行SF6(六氟化硫)反應(yīng)離子刻蝕(RIE)，形成力敏電阻R(如圖4d所示)。
4、為完全密封力敏電阻R，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積氮化硅11(如圖4e所示)，淀積厚度150nm，然后在N2中1050℃退火20分鐘。
5、采用微槽、接觸孔、懸臂梁為一體的掩膜板進(jìn)行光刻(如圖4f所示)，如果懸臂梁4設(shè)置之芯片1的一側(cè)，可以不設(shè)置微槽，對(duì)Si3N4進(jìn)行CHF3+SF6(三氟甲烷+六氟化硫)反應(yīng)離子刻蝕，刻蝕掉微槽14及力敏電阻接觸孔15上的Si3N4，同時(shí)刻蝕掉懸臂梁臂周圍的Si3N4；6、通過(guò)電子束濺射鉻/金(Cr/Au)雙金屬膜16(如圖4g所示)，鉻厚度為40nm，用來(lái)使金較好地附著在芯片襯底上，金厚度400nm，采用金而不是鋁是因?yàn)榻鹂梢缘挚箽溲趸?KOH)的腐蝕。
7、采用金屬掩膜板(如圖4h所示)，光刻后，腐蝕金屬，完成金屬線17的成形；8、在整個(gè)芯片1上進(jìn)行單個(gè)傳感器的劃片(如圖4i所示)，在進(jìn)行氫氧化鉀腐蝕前先劃片保證劃片過(guò)程中不損壞懸臂梁。
9、進(jìn)行氫氧化鉀腐蝕硅，釋放懸臂梁(如圖4j所示)，利用氫氧化鉀對(duì)硅的各向異性凸角腐蝕的性質(zhì)，在足夠長(zhǎng)的腐蝕時(shí)間下，懸臂梁下面的硅可以完全腐蝕干凈，腐蝕后的槽深約60μm。
10、將力敏電阻接觸孔內(nèi)金屬和硅進(jìn)行合金化處理，使其形成歐姆接觸，合金條件320℃，20分鐘。
11、將整個(gè)芯片從上述劃片處裂片為單個(gè)傳感器。
12、在每?jī)蓚€(gè)懸臂梁中的一個(gè)懸臂梁，即測(cè)量懸臂梁4’表面涂鍍敏感層。
上述方法中，步驟1，在硅片表面進(jìn)行等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積氮化硅時(shí)，其厚度可以是100～1000nm；SOI硅片的氧化層厚度可以為200～800nm，器件層厚度可以為100～500nm。
步驟1，低壓化學(xué)汽相淀積多晶硅作為力敏電阻層時(shí)，其厚度可以是100～500nm；氮化硅或氧化硅保護(hù)層的厚度決定了懸臂梁的厚度，而懸臂梁的厚度又決定了其靈敏度，可由公式(4)看出。
步驟2，對(duì)單晶硅或多晶硅正面硼離子注入進(jìn)行摻雜時(shí)，注入硼離子的濃度可以是5×1013cm-2～5×1015cm-2，能量30keV～80keV；摻雜濃度越高，懸臂梁的噪聲越低，但靈敏度同時(shí)降低。離子注入能量決定硼離子在電阻層中擴(kuò)散的深淺，從而影響懸臂梁的靈敏度。
步驟4，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積氮化硅時(shí)，淀積厚度可以是100～1000nm，然后在氮?dú)庵?00～1100℃退火20～30分鐘，淀積厚度決定了懸臂梁的厚度，而懸臂梁的厚度又決定了其靈敏度，可由公式(4)看出。
步驟5，鉻/金雙金屬膜的厚度可以適當(dāng)調(diào)整。
上述制作方法中，芯片光刻后，無(wú)論是在氣體中刻蝕，還是在液體中腐蝕，其所使用的氣體或液體都是可以根據(jù)需要變化的。
上述實(shí)施例中，懸臂梁4的數(shù)量可以根據(jù)測(cè)量項(xiàng)目的需要設(shè)置，但其數(shù)量應(yīng)為偶數(shù)，即兩個(gè)懸臂梁為一組，與在兩懸臂梁和芯片襯底上設(shè)置的四個(gè)力敏電阻組成一獨(dú)立的傳感單元，完成一個(gè)測(cè)量項(xiàng)目，因此，一個(gè)芯片上具有兩個(gè)懸臂梁，便可以組成一個(gè)傳感器；若設(shè)置多組懸臂梁，則形成陣列式傳感器，傳感器可以不設(shè)置微槽，使懸臂梁位于芯片的一側(cè)(如圖3所示)，也可以設(shè)置微槽，使懸臂梁位于微槽兩側(cè)(如圖1所示)。
本發(fā)明可以通過(guò)正面腐蝕技術(shù)和硅～玻璃(聚合物)鍵合技術(shù)將懸臂梁設(shè)計(jì)、制備在液體可流動(dòng)的微槽中，這樣可直接用于液態(tài)生物分子的檢測(cè)。
本發(fā)明單元式或陣列式壓阻懸臂梁無(wú)論是應(yīng)用在氣體傳感器上，還是生物傳感器上，都將在減小器件尺寸、提高器件靈敏度以及實(shí)現(xiàn)傳感器的多功能性上發(fā)揮重要作用。懸臂梁式傳感器在環(huán)境監(jiān)測(cè)，臨床的診斷和治療、新藥開(kāi)發(fā)、食品安全、工業(yè)加工控制、軍事等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種微懸臂梁傳感器，它包括一芯片，其特征在于所述芯片上設(shè)置有至少一組傳感單元，所述傳感單元由組成惠斯通電橋的四個(gè)完全相同的力敏電阻和兩個(gè)懸臂梁組成，其中兩個(gè)所述電阻位于所述芯片的襯底上，另外兩個(gè)分別位于所述兩懸臂梁上，其中一個(gè)所述懸臂梁作為測(cè)量懸臂梁，另一個(gè)作為參考懸臂梁，所述測(cè)量懸臂梁表面設(shè)置有敏感層。
2.如權(quán)利要求1所述的微懸臂梁傳感器，其特征在于所述傳感單元為多個(gè)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的微懸臂梁傳感器，其特征在于所述傳感單元的懸臂梁設(shè)置在所述芯片的一側(cè)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的微懸臂梁傳感器，其特征在于在所述芯片上設(shè)置有一微槽，所述傳感單元的懸臂梁設(shè)置在所述微槽兩側(cè)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的微懸臂梁傳感器，其特征在于所述敏感層為高分子敏感材料。
6.如權(quán)利要求1或2所述的微懸臂梁傳感器，其特征在于所述敏感層為生物活性分子。
7.如權(quán)利要求1或2所述的微懸臂梁傳感器，其特征在于所述懸臂梁為長(zhǎng)50～500μm，寬10～100μm，厚100～5000nm矩形。
8.如權(quán)利要求1或2所述的微懸臂梁傳感器，其特征在于所述力敏電阻尺寸為長(zhǎng)20～200μm，寬5～50μm。
9.一種微懸臂梁傳感器的制作方法，其特征在于它包括以下步驟(1)采用具有氧化層、單晶硅器件層的SOI硅片，并減薄器件層作為芯片襯底；或者采用單面拋光p型硅片，進(jìn)行常規(guī)清洗后，在硅片表面等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積氮化硅，然后在氮化硅表面低壓化學(xué)汽相淀積多晶硅作為芯片襯底；(2)對(duì)單晶硅或多晶硅正面硼離子注入進(jìn)行摻雜；(3)用掩膜板對(duì)經(jīng)步驟(2)的芯片進(jìn)行第一次光刻，經(jīng)刻蝕，形成力敏電阻；(4)對(duì)經(jīng)步驟(3)的芯片表面通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積氮化硅，在氮?dú)庵型嘶穑?5)用掩膜板對(duì)經(jīng)步驟(4)的芯片進(jìn)行第二次光刻，經(jīng)刻蝕，形成力敏電阻接觸孔和懸臂梁；(6)對(duì)經(jīng)步驟(5)的芯片表面通過(guò)電子束，濺射鉻/金雙金屬膜；(7)用掩膜板對(duì)經(jīng)步驟(6)的芯片進(jìn)行第三次光刻，經(jīng)腐蝕，形成連接各力敏電阻的金屬線；(8)在整個(gè)芯片上進(jìn)行單個(gè)傳感器的劃片；(9)用氫氧化鉀腐蝕經(jīng)步驟(8)的芯片，釋放懸臂梁；(10)對(duì)芯片上力敏電阻接觸孔內(nèi)的金屬線與芯片襯底進(jìn)行合金處理；(11)將整個(gè)芯片裂片為單個(gè)傳感器；(12)在每?jī)蓚€(gè)懸臂梁中的一個(gè)懸臂梁表面設(shè)置敏感層。
10.如權(quán)利要求9所述的微懸臂梁傳感器的制作方法，其特征在于其中步驟(5)，在形成力敏電阻接觸孔和懸臂梁的同時(shí)形成芯片上的微槽。
11.如權(quán)利要求9所述的微懸臂梁傳感器的制作方法，其特征在于其中步驟(1)，SOI硅片的氧化層厚度為200～800nm，器件層厚度為100～500nm。
12.如權(quán)利要求9所述的微懸臂梁傳感器的制作方法，其特征在于其中步驟(1)，在硅片表面進(jìn)行等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積氮化硅時(shí)，氮化硅的厚度為100～1000nm。
13.如權(quán)利要求9所述的微懸臂梁傳感器的制作方法，其特征在于其中步驟(1)，在低壓化學(xué)汽相淀積多晶硅時(shí)，多晶硅的厚度為100～500nm。
14.如權(quán)利要求9所述的微懸臂梁傳感器的制作方法，其特征在于其中步驟(2)，對(duì)單晶硅或多晶硅正面硼離子注入進(jìn)行摻雜時(shí)，注入硼離子的濃度為5×1013cm-2～5×1015cm-2，注入能量30keV～80keV。
15.如權(quán)利要求9所述的微懸臂梁傳感器的制作方法，其特征在于其中步驟(4)，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積氮化硅時(shí)，氮化硅厚度為100～1000nm，然后在氮?dú)庵?00～1100℃退火20～30分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微懸臂梁傳感器及其制作方法，它包括一芯片，其特征在于所述芯片上設(shè)置有至少一組傳感單元，所述傳感單元由組成惠斯通電橋的四個(gè)完全相同的力敏電阻和兩個(gè)懸臂梁組成，其中兩個(gè)所述電阻位于所述芯片的襯底上，另外兩個(gè)電阻分別位于所述兩懸臂梁上，其中一個(gè)所述懸臂梁作為測(cè)量懸臂梁，另一個(gè)所述懸臂梁作為參考懸臂梁，所述測(cè)量懸臂梁表面設(shè)置有敏感層。本發(fā)明可以通過(guò)正面腐蝕技術(shù)和硅～玻璃鍵合技術(shù)將懸臂梁設(shè)計(jì)、制備在液體可流動(dòng)的微槽中，以直接用于液態(tài)生物分子的檢測(cè)。本發(fā)明無(wú)論是應(yīng)用在氣體傳感器上，還是生物傳感器上，都將在減小器件尺寸、提高器件靈敏度以及實(shí)現(xiàn)傳感器的多功能性上發(fā)揮重要作用。本發(fā)明在環(huán)境監(jiān)測(cè)，臨床的診斷和治療、新藥開(kāi)發(fā)、食品安全、工業(yè)加工控制、軍事等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01L49/00GK1536336SQ0310949
公開(kāi)日2004年10月13日 申請(qǐng)日期2003年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月10日
發(fā)明者于曉梅, 張大成 申請(qǐng)人:北京大學(xué)