一种硅微桥压阻式MEMS温度传感器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种硅微桥压阻式MEMS温度传感器及其制作方法，所述传感器采用硅微桥双层膜结构，且制作在SOI器件上，下层为SOI器件的顶层硅，所述顶层硅上通过离子注入工艺形成压敏电阻；上层为通过溅射工艺形成的金属铝层；所述硅微桥下方悬空，且不与所述SOI器件的衬底硅相连接。该传感器结构相对稳定，且灵敏度高，硅微桥为可动结构，发生热膨胀时，压敏电阻值发生变化，通过电路的连接可以检测出电阻值的变化，基于电阻值的变化与温度变化呈现的数值关系，从而实现温度的测量。

A piezoresistive micro-sensor based on silicon micro-bridge and its fabrication method

The invention discloses a silicon micro-bridge piezoresistive MEMS temperature sensor and its fabrication method. The sensor adopts a silicon micro-bridge double-layer film structure, and is fabricated on a SOI device. The lower layer is the top layer silicon of the SOI device, and the top layer silicon is formed by ion implantation process; the upper layer is a metal aluminium layer formed by sputtering process; the lower layer of the silicon micro-bridge is suspended, and is not mentioned above. Substrate silicon of SOI devices is connected. The sensor has relatively stable structure and high sensitivity. The silicon micro-bridge is a movable structure. When thermal expansion occurs, the varistor value changes. The varistor value can be detected through circuit connection. Based on the numerical relationship between the change of resistance value and temperature change, the temperature measurement can be realized.

【技术实现步骤摘要】
一种硅微桥压阻式MEMS温度传感器及其制作方法
本专利技术属于电子电路领域，特别涉及一种硅微桥压阻式MEMS温度传感器及其制作方法。
技术介绍
随着微纳加工技术的不断发展，科学工作者们利用这些技术创造了各种各样的结构，实现对各种参数的测量。现有的传感器采用的悬臂梁结构为单端固支结构，由于制作工艺的过程，导致悬臂梁结构因为较大的残余应力而发生形变，即，这种单端固支结构是不稳定的，如果此残余应力较大，会导致悬臂梁在制作过程的断裂。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种硅微桥压阻式MEMS温度传感器及其制作方法。本专利技术的传感器的结构稳定，且灵敏度高。本专利技术的目的在于提供一种硅微桥压阻式MEMS温度传感器，所述传感器采用硅微桥双层膜结构，且制作在SOI器件上，下层为SOI器件的顶层硅，所述顶层硅上通过离子注入工艺形成压敏电阻；上层为通过溅射工艺形成的金属铝层；所述硅微桥下方悬空，且不与所述SOI器件的衬底硅相连接。进一步，所述金属铝层与顶层硅的两端均固定。进一步，所述压敏电阻在所述硅微桥上的宽度范围为10～20μm。进一步，所述硅微桥为可动结构，且所述硅微桥的长度为500μm，宽度为50μm，金属铝层厚度为1.5μm，顶层硅厚度为8μm。进一步，所述传感器还包括三个定值电阻，其中，所述三个定值电阻位于所述SOI器件上，且下方不悬空。进一步，所述三个定值电阻与所述压敏电阻通过电引线连接构成惠斯通桥。本专利技术的另一目的在于提供一种硅微桥压阻式MEMS温度传感器的制作方法，在P型单抛SOI器件的表面形成硅微桥双层膜结构，具体包括以下步骤：(1)采用PECVD工艺积淀SiO2，积淀的SiO2的厚度为20nm；(2)采用离子注入工艺将P-离子注入在P型SOI器件的顶层硅中形成压敏电阻；(3)采用离子注入工艺将P+离子注入压敏电阻，形成欧姆接触区；(4)采用湿法刻蚀工艺刻蚀SiO2在所述欧姆接触区的基础上形成接触孔，并溅射1μm铝层；(5)采用PECVD工艺积淀SiO2形成200nm钝化层；(7)采用RIE工艺刻蚀SiO2在所述接触孔上刻蚀介质层；(8)依次采用各向异性刻蚀、各向同性刻蚀工艺刻蚀所述SOI器件的衬底硅层形成硅微桥。进一步，所述步骤(1)-(8)中均采用掩膜版，且所述步骤(2)-步骤(8)采用的掩膜版均以所述步骤(1)中的掩膜版为参考进行放置。进一步，所述各向异性刻蚀包括采用RIE工艺刻蚀SiO2与采用DRIE工艺刻蚀顶层硅。进一步，所述各向同性刻蚀为对SOI器件的衬底硅进行刻蚀。本专利技术的硅微桥压阻式温度传感器就是利用标准的MEMS微纳加工工艺制作，实现了悬空的硅微桥式结构，且所述桥式结构相对稳定，在使用该传感器时通用性强、灵敏度高能够用于各种测温电路，且提高了温度测量的准确性。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示出了本专利技术实施例中的一种硅微桥双层膜结构示意图；图2示出了本专利技术实施例中的一种采用硅微桥压阻式传感器的电路结构示意图；图3a示出了本专利技术实施例中的一种SOI器件结构示意图；图3b示出了本专利技术实施例中的一种采用离子注入工艺形成压敏电阻示意图；图3c示出了本专利技术实施例中的一种在压敏电阻上形成接触孔示意图；图3d示出了本专利技术实施例中的一种形成PECVD绝缘层示意图；图3e示出了本专利技术实施例中的一种采用溅射工艺形成Al层示意图；图3f示出了本专利技术实施例中的一种形成钝化层结构示意图；图3g示出了本专利技术实施例中的一种采用各向异性刻蚀工艺进行刻蚀示意图；图3h示出了本专利技术实施例中的一种采用同向异性刻蚀工艺进行刻蚀示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术实施例中介绍了一种硅微桥压阻式MEMS(微机电系统)温度传感器，为了实现悬空的硅微桥式结构，所述温度传感器制作在SOI(Silicon-On-Insulator，即绝缘衬底上的硅)器件上，其整体结构为硅微桥双层膜结构，下层为SOI器件的顶层硅，所述顶层硅上通过离子注入工艺形成压敏电阻；上层为通过溅射工艺形成的金属铝层；所述硅微桥下方悬空，且不与所述SOI器件的衬底硅相连接。所述温度传感器的原理是基于双层膜的热膨胀系数的差异，当温度变化时，铝的热膨胀大于下层硅的热膨胀，导致微桥发生弯曲，因此，所述硅微桥为可动结构。进一步具体的，所述压敏电阻在所述硅微桥上的宽度范围为10～20μm，且所述硅微桥的长度为500μm，宽度为50μm，金属铝层厚度为1.5μm，顶层硅厚度为8μm。所述温度传感器能够用于电路中执行温度测量，具体的，所述温度传感器还包括三个定值电阻，其中，所述三个定值电阻位于SOI器件层上，且下方不悬空。且所述三个定值电阻与所述压敏电阻通过电引线连接构成惠斯通桥。如图2所示，所述温度传感器中的压敏电阻与电路中的定值电阻R1、R2、R3通过电引线连接构成惠斯通桥，其中，所述硅微桥发生热膨胀时产生弯曲，所述压敏电阻值发生变化，进一步通过电路的连接检测出压敏电阻值的变化，所述压敏电阻值的变化与温度变化呈现一定的数值关系，从而可以实现温度的测量。其中，所述定值电阻R1、R2、R3根据测量电路的实际需求进行选择。如图3a-3h所示，本专利技术实施例中介绍了一种硅微桥压阻式MEMS温度传感器的制作方法，所述制作方法具体步骤包括，如图3a所示，首先进行备片并进行标准清洗，选择SOI器件，其中，所述SOI器件由上到下依次包括顶层硅、埋层SiO2(二氧化硅)以及衬底硅。本专利技术实施例中选择P型(100)单抛SOI器件。进一步，执行光刻1工艺：首先，采用掩膜版1#在SOI器件上对准标记块；然后，采用浓H2SO4(硫酸)+H2O2(双氧水)执行去胶、标准清洗工艺，最后，采用PECVD(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition，等离子体增强化学的气相沉积法)工艺淀积SiO2，以防止沟道效应，其中，所述淀积的SiO2厚度为20nm。进一步，如图3b所示，执行光刻2工艺形压敏电阻：首先，采用掩膜版2#，且使得所述掩膜版2#对准掩膜版1#；然后，采用离子注入工艺将P-离子注入所述SOI器件的顶层硅中形成压敏电阻；然后，采用浓H2SO4+H2O2执行去胶、标准清洗工艺；然后，采用湿法刻蚀工艺利用BHF(在稀释的HF溶剂中进行的SiO2湿法腐蚀法)对所述SiO2进行刻蚀，以去除保护层，其中，所述保护层为所述光刻1工艺中为了防本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅微桥压阻式MEMS温度传感器，所述传感器采用硅微桥双层膜结构，且制作在SOI器件上，其特征在于，下层为SOI器件的顶层硅，所述顶层硅上通过离子注入工艺形成压敏电阻；上层为通过溅射工艺形成的金属铝层；所述硅微桥下方悬空，且不与所述SOI器件的衬底硅相连接。

【技术特征摘要】
1.一种硅微桥压阻式MEMS温度传感器，所述传感器采用硅微桥双层膜结构，且制作在SOI器件上，其特征在于，下层为SOI器件的顶层硅，所述顶层硅上通过离子注入工艺形成压敏电阻；上层为通过溅射工艺形成的金属铝层；所述硅微桥下方悬空，且不与所述SOI器件的衬底硅相连接。2.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述金属铝层与顶层硅的两端均固定。3.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述压敏电阻在所述硅微桥上的宽度范围为10～20μm。4.根据权利要求3所述的温度传感器，其特征在于，所述硅微桥为可动结构，且所述硅微桥的长度为500μm，宽度为50μm，金属铝层厚度为1.5μm，顶层硅厚度为8μm。5.根据权利要求1-4任一所述的温度传感器，其特征在于，所述传感器还包括三个定值电阻，其中，所述三个定值电阻位于所述SOI器件上，且下方不悬空。6.根据权利要求5所述的温度传感器，其特征在于，所述三个定值电阻与所述压敏电阻通过电引线连接构成惠斯通桥。7.一种硅微桥压阻式MEMS温度传感器的制作方法，其特征在于，在P型单抛S...

【专利技术属性】
技术研发人员：余占清，王晓蕊，牟亚，曾嵘，庄池杰，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司惠州供电局，清华大学，
类型：发明
国别省市：广东,44