一种悬浮梁-膜结构的制备方法技术

一种悬浮梁‑膜结构的制备方法,属于压力传感器制备领域。解决了采用光刻胶或聚酰亚胺作为牺牲层制备悬浮梁‑膜表面不光滑，导致悬浮梁‑膜的长期稳定性和一致性差及采用硅片的湿法腐蚀工艺制备悬浮梁‑膜结构边缘不整齐，容易断裂且悬浮梁‑膜材料受限的问题。本发明专利技术利用生长出来的多孔硅层作为牺牲层，制备出来的多孔硅层表面光滑，因此，长在其上的悬浮梁‑膜结构层均匀且光滑，保证了悬浮梁‑膜结构层的长期稳定性及一致性；另一方面，只对多孔硅层释放窗口和悬浮梁‑膜结构层下方所对应的多孔硅层进行腐蚀，不腐蚀悬浮梁‑膜结构层，因此，使其制备的悬浮梁‑膜结构层更加的整齐，不易断裂。本发明专利技术主要用于传感器的制备。

A Method for Preparing Suspension Beam-Membrane Structure

The invention relates to a preparation method of a suspension beam and a membrane structure, which belongs to the preparation field of a pressure sensor. The problems such as unsmooth surface of suspension beams and films prepared by photoresist or polyimide as sacrificial layer, poor long-term stability and consistency of suspension beams and films, irregular edges of suspension beams and films prepared by wet etching process with silicon wafers, easy fracture and limited materials of suspension beams and films were solved. The porous silicon layer is prepared by using the porous silicon layer as sacrificial layer, and the surface of the porous silicon layer is smooth. Therefore, the suspension beam and the film structure layer on the suspension beam are uniform and smooth, ensuring the long-term stability and consistency of the suspension beam and the film structure layer; on the other hand, only the porous silicon layer corresponding to the release window of the porous silicon layer and the porous silicon layer below the suspension beam and the film structure layer is corroded. It does not corrode the suspension beam and the membrane structure layer, so that the suspension beam and the membrane structure layer prepared by the suspension beam are more uniform and not easy to break. The invention is mainly used for the preparation of sensors.

【技术实现步骤摘要】
一种悬浮梁-膜结构的制备方法
本专利技术属于压力传感器制备领域。
技术介绍
传感器制作过程中，经常会用到悬浮梁-膜结构的制备。现有悬浮梁-膜的制备主要有两种方法，第一种是采用光刻胶或聚酰亚胺作为牺牲层制备悬浮梁-膜的工艺方法，这种方法制备的牺牲层厚度仅有5-6μm，限制悬浮梁-膜变化范围且在牺牲层上制备的梁-膜表面不光滑，从而导致悬浮梁-膜的长期稳定性、一致性差。同时，采用这种方法制备过程中不能经过高温，限制悬浮梁-膜的材料选取，应用较少。另一种是采用硅片的湿法腐蚀工艺制备悬浮梁-膜结构。该方法通过硅片的湿法腐蚀，将硅片区域完全腐蚀掉，保留介质膜，形成悬膜梁-膜结构，这种方法制备的悬浮梁-膜结构，需要将硅片腐蚀完全，但是在腐蚀过程中，介质膜也会被腐蚀，导致制作悬浮梁-膜所需的介质膜厚度不均匀，悬浮梁-膜结构边缘不整齐，容易断裂，且介质膜只能采用SiO2/Si3N4材料，限制悬浮梁-膜的应用。且在制作过程中需要采用双面对准光刻工艺，使得悬浮梁-膜制备存在很大的误差，悬浮梁-膜结构尺寸一致性差。因此，亟需提供一种解决采用光刻胶或聚酰亚胺作为牺牲层制备悬浮梁-膜表面不光滑，导致悬浮梁-膜的长期稳定性、一致性差及采用硅片的湿法腐蚀工艺制备悬浮梁-膜结构边缘不整齐，容易断裂且悬浮梁-膜材料受限的新型制备方法。
技术实现思路
本专利技术是为了解决采用光刻胶或聚酰亚胺作为牺牲层制备悬浮梁-膜表面不光滑，导致悬浮梁-膜的长期稳定性和一致性差及采用硅片的湿法腐蚀工艺制备悬浮梁-膜结构边缘不整齐，容易断裂且悬浮梁-膜材料受限的问题，本专利技术提供了一种悬浮梁-膜结构的制备方法。一种悬浮梁-膜结构的制备方法，该方法包括如下步骤：步骤一、采用P型单晶硅片作为衬底基片，并对该衬底基片进行清洗；步骤二、在清洗后的衬底基片上生长出氧化层；步骤三、在氧化层上生长出钝化层；步骤四、对钝化层和氧化层进行光刻，使其在钝化层和氧化层上形成悬浮梁-膜释放区；步骤五、使悬浮梁-膜释放区下方所对应的衬底基片浅表层形成多孔硅层；步骤六、在多孔硅层上方的悬浮梁-膜释放区内生长出悬浮梁-膜结构层；步骤七、对悬浮梁-膜结构层进行光刻，使其在悬浮梁-膜结构层的左右两侧上形成两个多孔硅层释放窗口；步骤八、腐蚀掉多孔硅层，在悬浮梁-膜结构层和衬底基片之间形成多孔硅层释放区，完成悬浮梁-膜结构的制备。优选的是，所述的一种悬浮梁-膜结构的制备方法，还包括步骤五一，步骤五一位于步骤五和步骤六之间，且步骤五一具体为：利用氢氟酸与无水乙醇形成的混合浓度为15％的溶液去除衬底基片上剩余的钝化层和氧化层。优选的是，步骤一中，衬底基片为电阻率为0.01Ω·cm至0.02Ω·cm的P型双抛单晶硅片。优选的是，步骤三中，在氧化层上生长出钝化层的实现方式为：采用LPCVD方法实现。优选的是，步骤五中，使悬浮梁-膜释放区下方所对应的衬底基片上形成多孔硅层的具体实现方式为：利用电化学腐蚀方式对悬浮梁-膜释放区下方所对应的衬底基片进行电化学腐蚀，从而使悬浮梁-膜释放区下方所对应的衬底基片上形成多孔硅层。优选的是，所述利用电化学腐蚀方式对悬浮梁-膜释放区下方所对应的衬底基片进行电化学腐蚀，从而使悬浮梁-膜释放区下方所对应的衬底基片上形成多孔硅层的具体过程为：采用电流密度为50mA/cm2、氢氟酸与无水乙醇形成的电解液，对悬浮梁-膜释放区下方所对应的衬底基片进行电化学腐蚀30min，从而使悬浮梁-膜释放区下方所对应的衬底基片上形成多孔硅层。优选的是，所述电解液的浓度百分比为15％。优选的是，步骤六中，在多孔硅层上方生长出悬浮梁-膜结构层的实现方式为：利用PECVD、电子束蒸发或真空镀膜实现。优选的是，步骤八中，腐蚀两个多孔硅层释放窗口和悬浮梁-膜结构层下方所对应的多孔硅层采用氢氧化钾或四甲基氢氧化铵溶液实现。优选的是，氢氧化钾或四甲基氢氧化铵溶液的质量百分比为0.5％。优选的是，氧化层的厚度为至钝化层的厚度为至悬浮梁-膜结构层的厚度为1-3μm。本专利技术带来的有益效果是，本专利技术利用生长出来的多孔硅层作为牺牲层，制备出来的多孔硅层表面光滑，因此，长在其上的悬浮梁-膜结构层均匀，且光滑，保证了悬浮梁-膜结构层的长期稳定性及一致性；另一方面，只对多孔硅层释放窗口和悬浮梁-膜结构层下方所对应的多孔硅层进行腐蚀，不腐蚀悬浮梁-膜结构层，因此使其制备的悬浮梁-膜结构层更加的整齐，不易断裂。现有技术中悬浮梁-膜结构层一般采用二氧化硅层，且制备的过程中采用质量百分比为40％，温度80℃的氢氧化钾进行腐蚀，该氢氧化钾腐蚀可腐蚀金属及半导体材料，限制了悬浮梁-膜结构层的制备材料。本专利技术悬浮梁-膜结构层可由绝缘层(包括二氧化硅层、氮化硅层)、金属层(包括金、铬、铂、铝、钛等金属层)和半导体层(如硅层)中的任意一种、两种或三种结构层的叠加构成，不受材料的限制；且所述的绝缘层(包括二氧化硅层、氮化硅层)可采用PECVD等方式制备、金属层(包括金、铬、铂、铝、钛等金属层)可采用电子束蒸发、真空镀膜、磁控溅射等方式制备、半导体层(如硅层)可采用外延等方式制备。本专利技术不受腐蚀液温度限制，能够在常温下进行制作，且制备悬浮梁-膜结构层不受材料的限制，可以采用多种结构，增加悬浮梁-膜结构的应用领域；采用本方法制备的悬浮梁-膜结构具有稳定性高、一致性好、不受材料限制、不受工艺条件限制等优点、并且具有易于制备、集成化、成品率高和批量生产性。附图说明图1为具体实施方式一所述的一种悬浮梁-膜结构的制备方法的制备流程图；P-Si表示P型单晶硅片；图2为通过图1制备出的悬浮梁-膜结构的轴向剖视图；图3为图2的俯视图；图4为具体实施方式二所述的一种悬浮梁-膜结构的制备方法的制备流程图；P-Si表示P型单晶硅片；图5为通过图4制备出的悬浮梁-膜结构的轴向剖视图；图6为图5的俯视图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图1至图6和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。具体实施方式一：参见图1至3说明本实施方式，本实施方式所述的一种悬浮梁-膜结构的制备方法，该方法包括如下步骤：步骤一、采用P型单晶硅片作为衬底基片1，并对该衬底基片1进行清洗；步骤二、在清洗后的衬底基片1上生长出氧化层2；步骤三、在氧化层2上生长出钝化层3；步骤四、对钝化层3和氧化层2进行光刻，使其在钝化层3和氧化层2上形成悬浮梁-膜释放区4；步骤五、使悬浮梁-膜释放区4下方所对应的衬底基片1浅表层形成多孔硅层5；步骤六、在多孔硅层5上方的悬浮梁-膜释放区4内生长出悬浮梁-膜结构层6；步骤七、对悬浮梁-膜结构层6进行光刻，使其在悬浮梁-膜结构层6的左右两侧上形成两个多孔硅层释放窗口7；步骤八、腐蚀掉多孔硅层5，在悬浮梁-膜结构层6和衬底基片1之间形成多孔硅层释放区8，完成悬浮梁-膜结构的制备。本实施方式，本专利技术制备方法不受腐蚀液温度限制，能够在常温下进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种悬浮梁‑膜结构的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一、采用P型单晶硅片作为衬底基片(1)，并对该衬底基片(1)进行清洗；步骤二、在清洗后的衬底基片(1)上生长出氧化层(2)；步骤三、在氧化层(2)上生长出钝化层(3)；步骤四、对钝化层(3)和氧化层(2)进行光刻，使其在钝化层(3)和氧化层(2)上形成悬浮梁‑膜释放区(4)；步骤五、使悬浮梁‑膜释放区(4)下方所对应的衬底基片(1)浅表层形成多孔硅层(5)；步骤六、在多孔硅层(5)上方的悬浮梁‑膜释放区(4)内生长出悬浮梁‑膜结构层(6)；步骤七、对悬浮梁‑膜结构层(6)进行光刻，使其在悬浮梁‑膜结构层(6)的左右两侧上形成两个多孔硅层释放窗口(7)；步骤八、腐蚀掉多孔硅层(5)，在悬浮梁‑膜结构层(6)和衬底基片(1)之间形成多孔硅层释放区(8)，完成悬浮梁‑膜结构的制备。

【技术特征摘要】
1.一种悬浮梁-膜结构的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一、采用P型单晶硅片作为衬底基片(1)，并对该衬底基片(1)进行清洗；步骤二、在清洗后的衬底基片(1)上生长出氧化层(2)；步骤三、在氧化层(2)上生长出钝化层(3)；步骤四、对钝化层(3)和氧化层(2)进行光刻，使其在钝化层(3)和氧化层(2)上形成悬浮梁-膜释放区(4)；步骤五、使悬浮梁-膜释放区(4)下方所对应的衬底基片(1)浅表层形成多孔硅层(5)；步骤六、在多孔硅层(5)上方的悬浮梁-膜释放区(4)内生长出悬浮梁-膜结构层(6)；步骤七、对悬浮梁-膜结构层(6)进行光刻，使其在悬浮梁-膜结构层(6)的左右两侧上形成两个多孔硅层释放窗口(7)；步骤八、腐蚀掉多孔硅层(5)，在悬浮梁-膜结构层(6)和衬底基片(1)之间形成多孔硅层释放区(8)，完成悬浮梁-膜结构的制备。2.根据权利要求1所述的一种悬浮梁-膜结构的制备方法，其特征在于，还包括步骤五一，步骤五一位于步骤五和步骤六之间，且步骤五一具体为：利用氢氟酸与无水乙醇形成的混合浓度为15％的溶液去除衬底基片(1)上剩余的钝化层(3)和氧化层(2)。3.根据权利要求1所述的一种悬浮梁-膜结构的制备方法，其特征在于，步骤一中，衬底基片(1)为电阻率为0.01Ω·cm至0.02Ω·cm的P型双抛单晶硅片。4.根据权利要求1所述的一种悬浮梁-膜结构的制备方法，其特征在于，步骤三中，在氧化层(2)上生长出钝化层(3)的实现方式为：采用LPCVD方法实现。5.根据权利要求1所述的一种悬浮梁-膜结构的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚瑛琦，张林超，齐虹，李玉玲，吴作飞，李鑫，田雷，张岩，张鹏，陈静，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十九研究所，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23