一种硅梁压阻加速度传感器及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种单面加工硅梁压阻加速度传感器及其制造方法，该传感器的特点是具有起质量块作用的硅膜的二条或四条对称分布的硅梁水平跨接在局部掏空的硅片上并由其硅片所支撑，其形成的主要步骤为：ａ、采用外延、扩散或离子注入技术提供制作硅梁和硅膜的外延层和在设计的掏空区域内形成低阻区；ｂ、阳极氧化低阻区，腐蚀多孔硅。采用本方法有利于提高器件的性能、成品率，便于集成和大批量生产。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种加速度传感器，特别涉及一种单面加工硅梁压阻加速度传感器及其制造方法。如附图说明图1所示的现有硅梁压阻加速度传感器(Sensor Review Statf，“Sersor technologyJapan update”，Sensor Review，Vol.8，No.4，P.207，1988)，都是从硅片的两面进行加工，从背面进行深度方向的化学腐蚀直至留下一层很薄的硅梁，在硅梁上制作压阻电阻器。背面化学腐蚀方法不外乎有两种(1)用高掺硼的P+层作腐蚀阻挡层，用EDP(乙二胺、焦儿茶酚和水)作腐蚀剂;(R.M.Finne and D.L.Klei，“A Water-amine-complexing agent systemfor etching silicon，”J.Electrochem.Soc.，Vol.114，p.965，1967)(2)在有n/p结构的n型层上加偏压，用热碱性溶液或联氨水溶液作腐蚀剂。(H.A.Waggener，“Electrochemically controlled thinning of silicon，”Bell Syst.Tech.J.，Vol.50，p.473，1970)用这两种方法都不能获得几个微米厚、低电子浓度的n-型硅梁，这是因为硅的自掺杂效应，不能在P-型衬底上生长很薄的低阻n-型外延层。另外，对硅片的横向腐蚀只能在硅片的表面淀积一层防腐蚀的薄膜加以限制，由于钻蚀效应，横向腐蚀不能达到精确控制。图1所示的是用上述技术制作出来的最新器件，这种器件的封装也是很复杂的，为了防止器件由于过载而遭受损坏，在硅梁外端的上下方都须设置阻挡块。为了克服现有硅梁压阻加速度传感器及其制造方法中的问题，以利提高传感器的灵敏度、可靠性、使用寿命以及器件生产的成品率，本专利技术提供一种单面加工的硅梁压阻加速度传感器及其制备方法。本专利技术为一种在硅梁上制造压阻电阻器的硅梁加速度传感器，其特征在于二条或四条对称分布的硅梁中心连接起质量块作用的硅膜，硅梁和硅膜作为一个整体水平跨接在局部掏空的硅片上，并由其硅片所支撑。本专利技术所采用的硅衬底为n-型硅，其载流子浓度为1015-5×1016/cm3，该传感器的硅膜和硅梁的结构形状和尺寸是根据器件的要求而设计的。本专利技术的硅梁压阻加速传感器的制造方法，包括制作硅梁以及在硅梁上用扩散或离子注入的方法形成压阻电阻器，其特征是在硅衬底的单面进行加工形成硅膜和硅梁，硅膜起质量块作用，硅膜和硅梁形成的主要步骤是a.在硅衬底上采用外延、扩散或离子注入技术提供制作硅膜和硅梁的外延层及在硅膜和硅梁的设计区的下方、硅梁设计区的两侧形成连通的低阻区;b.采用阳极氧化技术，使阳极电流流过这一低阻区，使低阻区的硅转变成多孔硅;C.用腐蚀液腐蚀阳极氧化所形成的多孔硅，在硅体内形成空槽和空腔，并形成悬空的硅膜和硅梁。上面所说的在硅衬底上采用外延技术制作硅膜和硅梁是指在n-型硅衬底上进行两次n型外延，其第一次外延厚度等于所需硅膜的厚度，第二次外延层厚度等于硅梁的厚度，外延层杂质浓度均为1015-5×1016/cm3。所说的采用扩散或离子注入技术在硅膜和硅梁设计区的下方、硅梁设计区的两侧形成连通的低阻区，本专利技术是采用两次n型杂质扩散或离子注入和一次n型杂质深扩散来实现的。其具体步骤是在硅膜设计区的下方的硅衬底上进行n型杂质扩散或离子注入形成高浓度的n+埋层区，在硅片上进行第一次n型外延，使其外延层厚度等于硅膜厚，再对埋层区边缘的外延层进行n型杂质深扩散，扩散结深大于第一外延层厚度，并且形成与埋层相通的浓度大于1×1017/cm3的低阻区，该低阻区的杂质浓度一般可为1×1017/cm3-1021/cm3，接着进行第二次n型外延，使其外延层厚度等于硅梁的厚度，再在第二层外延层上进行阳极氧化窗口n+扩散或离子注入。本专利技术将低阻区的硅转变成多孔硅的阳极氧化是在氢氟酸溶液中进行的，氢氟酸的溶液的浓度为10-50%，稀释剂为水或乙醇，其阳极氧化的电压控制在3-10V，阳极电流为20-100mA/cm2。腐蚀多孔硅的腐蚀液为稀碱性溶液，如用氢氧化钾，氢氧化钠或氢氧化铵等溶液，其浓度为2-10%。根据器件的要求，可在起质量块作用的硅膜的上方再添加一定质量的质量块。本专利技术的优点是1、硅梁由单面加工而成，其制作工艺与硅集成电路平面工艺兼容，因此容易实现集成化，容易大批量生产。2、采用的腐蚀方法对硅片的纵向和横向腐蚀都能精确控制，因此加工的硅梁精度高，尺寸小，有利于提高器件的灵敏度，重复率和成品率。3、为形成硅梁而腐蚀除去的硅量极微，不损害硅片的机械强度，有利于提高器件的可靠性和使用寿命。4、封装简单，结构紧凑，由于器件本身具有阻尼框结构，不需要额外的阻挡块。图面说明图1为现有技术制作的硅梁压阻加速度传感器的示意图。图2为本专利技术制作的硅梁压阻加速度传感器的示意图。其中图2-a为其顶视图，图2-b、图2-c为其剖视图。图3为实施例中制作硅梁压阻加速度传感器的主要工序芯面图。图3-a至图3-g和图3-i至图3-l为图2中的B-B剖视图，图3-h和图3-m为图2中的A-A剖视图。图3-a为氧化、光刻、n+埋层注入。图3-b为埋层注入推进。图3-c为n-型硅外延生长。图3-d为n+阳极氧化通道扩散。图3-e为n-型硅外延生长。图3-f为n+阳极氧化窗口注入。图3-g为n+阳极氧化窗口注入推进。图3-h为p+压阻电阻器区注入。图3-i为n+硅梁低阻导电层注入。图3-j为淀积氮化硅和多晶硅，光刻阳极氧化窗口。图3-k为阳极氧化。图3-l为腐蚀多孔硅。图3-m为引线和钝化。图中1-n型硅 2-二氧化硅 3-n+埋层4-n-型外延层 5-n+扩散区 6-n-型外延层Ⅱ7-n+窗口注入区 8-P+压阻电阻器9-n+低阻导电层注入区 10-多晶硅 11-氮化硅12-多孔硅 13-硼磷硅玻璃 14-3%磷硅玻璃15-AL-SI 16-硅梁 17-起质量块作用的硅膜18-硅质量块 19-金质量块 20-集成电路下面结合附图3对本专利技术的实施例加以具体描述实施例梁的尺寸为2000μm×50μm×2μm，起质量块作用的硅膜尺寸为600μm×600μm×40μm，硅膜下方的间隔4μm，四个两对压阻电阻器分别制作在四个硅梁的边缘上，一对垂直于<110>方向，另一对平行于<110>方向。其主要工艺流程步骤如下(1)热氧化载流子浓度为3×1015/cm3的(100)n-型硅片(1)在1100℃下，湿氧氧化105分钟，生长二氧化硅(2);(2)在(100)n-型硅片(1)上光刻600μm×600μm n+埋层注入区;(3)腐蚀掉埋层注入区的SiO2;(4)在SiO2的掩蔽下进行n+埋层注入As+形成埋层区(3)，在100Kev下注入，注入剂量为2×1014/cm2;上述工艺流程步骤(1)-(4)如图3-a所示。(5)在O2、N2的气氛下进行n+埋层推进，其条件为在1200℃下，O2N2＝0.20.8，推进900分钟，结深为4μm。这一工艺步骤如图3-b所示。(6)腐蚀SiO2;(7)除掉硅表面上所有的SiO2后，在整个硅的表面上进行n型外延生长，外延本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在硅梁上制作压阻电阻器的硅梁压阻加速度传感器，其特征在二条或四条对称分布的硅梁连到中心起质量块作用的硅膜上，硅梁和硅膜作为一个整体水平跨接在局部掏空的硅片上，并由其硅片所支撑。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：涂相征，李韫言，
申请(专利权)人：涂相征，李韫言，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]