一种MEMS敏感结构及其制备方法与流程

一种mems敏感结构及其制备方法1.技术领域：本发明涉及微机械电子技术领域，具体的说就是一种mems敏感结构及其制备方法。2.背景技术：mems（micro-electro-mechanical systems）是微机电系统的缩写，mems是一种跨学科的高新技术领域。相对于传统工艺制备的传感器，mems传感器在低功耗、体积小、集成度高等方面占有优势，受到传感器领域的企业、市场的重视和青睐。mems传感器已广泛应用在汽车工业、工业控制、航空航天、消费类电子、医疗保健等领域。3.利用mems技术制造一些传感器器件时，需要用到薄膜空腔结构，目前，mems制造工艺以体硅工艺为主，在硅晶圆的表面或者背面利用光刻、刻蚀、腐蚀等微机械加工手段形成薄膜与空腔结构。干法刻蚀工艺或者湿法腐蚀工艺在硅衬底的背面通过各向异性刻蚀或者腐蚀的方法在硅衬底的局部区域形成几微米或者几十微米的敏感膜片结构。然后在膜片表面通过离子注入工艺制备电阻，在外界环境的影响下，敏感膜片发生形变，导致电阻值发生变化，在电阻两端施加电压，膜片的形变转换成电压的变化，利用这一原理可以制备压阻式压力传感器器件。4.但是目前这些结构存在一些缺点，利用干法刻蚀工艺制备的薄膜空腔结构，由于开口大，刻蚀均匀性差，膜片厚度的一致性和膜片的粗糙度无法保证，器件的性能波动大。利用各项异性腐蚀工艺制备的薄膜空腔结构，膜片厚度的一致性和膜片粗糙度得到很好控制，但是因为腐蚀深度深，空腔侧面与敏感膜片之间的角度使得底部尺寸远远大于敏感膜片尺寸，直接导致器件芯片面积变大，不利于器件的小型化设计。5.技术实现要素：本发明就是为克服现有技术中的不足，提供一种mems敏感结构及其制备方法。6.本技术提供以下技术方案：一种mems敏感结构，它包括硅衬底，其特征在于：在硅衬底上表面设有第一氧化层，在硅衬底下表面设有第二氧化层，在第一氧化层下方设有压敏电阻，在该第一氧化层上方设有绝缘层，在绝缘层和第一氧化层上设有与压敏电阻对应分布的通孔，在通孔内设有与压敏电阻连通的引线层，在压敏电阻下方设有敏感膜片，在第二氧化层和硅衬底上设有一级孔，在一级孔一端的硅衬底上设有与其连通的二级孔，二级孔的一端与敏感膜片连通。7.一种mems敏感结构的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：s1：在硅衬底硅片表面淀积氧化层，覆盖硅衬底上表面的为第一氧化层，覆盖硅衬底下表面的为第二氧化层；s2: 通过光刻工艺在第一氧化层表面光刻电阻图形，通过注入方式在第一氧化层下制备出与电阻图形对应的压敏电阻层；s3：在第一氧化层表面淀积氮化硅作为绝缘层；s4：在绝缘层上制备出光刻和刻蚀工艺制备出引线孔，在引线孔内通过磁控溅射的方式制备出与压敏电阻层形成连通配合的金属引线层；s5：在第二氧化层上设有向上伸入硅衬底的一级孔，在一级孔和第二氧化层上表面淀积出保护层，所述保护层为二氧化硅；s6：通过刻蚀设备去除一级孔底面上的保护层，保留一级孔孔壁上的保护层；s7：通过采用湿法腐蚀在一级孔底面向上向两侧制备出一定深度的二级孔，二级孔的顶部与压敏电阻层之间厚度为5-120μm，使得压敏电阻层下方区域的硅衬底和二级孔的顶部之间形成整片的敏感膜片结构，从而得到mems敏感结构，所述的敏感膜片形状是矩形或正方形；在上述步骤的基础上，还可以有以下进一步的步骤：所述步骤s7中湿法腐蚀采用的腐蚀溶液为碱性。8.所述步骤s2中所述光刻工艺中先在所述第一氧化层表面均匀涂抹2.0μm厚度光刻胶，所述注入方式中通过60kev注入硼，计量为7.4e14。9.所述步骤s3中绝缘层为淀积的氮化硅层，制备时工艺温度：700℃，制备时间为45min。10.所述步骤s4中光刻条件：在光刻位置的绝缘层上均匀涂覆2.5μm厚度光刻胶，刻蚀条件：刻蚀设备的功率600w，刻蚀时间65s。11.所述步骤s4中磁控溅射的金属为铝金属引线层的顶部要凸出绝缘层。12.在所述步骤s5中通过光刻和刻蚀工艺制备一级孔，光刻条件匀6μm厚度光刻胶，刻蚀条件：功率1000w，刻蚀时间45min。13.发明优点：本发明提供的mems敏感结构具有开口小、内腔大优点，有效的保持了芯片小面积，降低对加工设备能力的要求，工艺简单，适用于mems敏感结构芯片制造；本发明提供的制备步骤与传统的敏感膜片空腔结构相比，采用不同孔径且相互连通的两级孔结构形成敏感膜片，保证敏感膜片高一致性厚度的同时缩小了压阻式压力传感器芯片尺寸，实现压力传感器小型化设计。14.附图说明：图1是制备mems敏感结构s1步骤后的结构示意图；图2是制备mems敏感结构s2步骤后的结构示意图；图3是制备mems敏感结构s3步骤后的结构示意图；图4是制备mems敏感结构s4步骤后的结构示意图；图5是制备mems敏感结构s5步骤后的结构示意图；图6是制备mems敏感结构s6步骤后的结构示意图；图7是制备mems敏感结构s7步骤后的结构示意图。15.具体实施方式：如图1所示，一种mems敏感结构，它包括硅衬底8，在硅衬底8上表面上覆盖有第一氧化层1，在硅衬底8下表面上覆盖有第二氧化层11。16.在第一氧化层1下方的硅衬底8设有压敏电阻2，在该第一氧化层1上表面上覆盖有绝缘层3。在绝缘层3和第一氧化层1上设有与压敏电阻2对应分布的通孔，在通孔内设有与压敏电阻2连通的引线层5。引线层5的上端伸出绝缘层3一段距离。17.在第二氧化层11和硅衬底8上设有一个向上一级孔6，所述一级孔6盲孔结构，一级孔6的深度小于硅衬底8厚度的一半。在一级孔6孔壁上和第二氧化层11的表面上覆盖有保护层10。18.在一级孔6孔底向上向外在硅衬底8上设有与其连通的二级孔7，二级孔7的上端与压敏电阻2之间距离为5-120μm，使得压敏电阻层下方区域的硅衬底8和二级孔7的上端开口处之间形成整片的敏感膜片结构，所述的敏感膜片9形状为矩形或正方形。所述二级孔7中部的直径大于二级孔7两端孔径。19.如图2-7所示，一种mems敏感结构的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：s1：在硅衬底8硅片表面通过热氧化或者化学气相沉积的方式淀积第一氧化层1和第二氧化层11，覆盖硅衬底8上表面的为第一氧化层1，覆盖硅衬底8下表面的为第二氧化层11。20.s2: 通过光刻工艺在第一氧化层1的表面光刻电阻图形，通过注入方式在第一氧化层1下制备出与电阻图形对应的压敏电阻层2；在进行光刻工艺时先在所述第一氧化层1表面均匀涂抹2.0μm厚度光刻胶，所述注入方式中通过60kev注入硼，计量为7.4e14。21.s3：在第一氧化层1表面淀积氮化硅作为绝缘层3，制备绝缘层3时的工艺温度：700℃，制备时间为45min。22.s4：在绝缘层3上制备出光刻和刻蚀工艺制备出引线孔4，光刻条件为在光刻位置的绝缘层3上均匀涂覆2.5μm厚度光刻胶，刻蚀条件：刻蚀设备的功率600w，刻蚀时间65s。23.在引线孔4内通过磁控溅射的方式制备出与压敏电阻层2形成连通配合的金属引线层5，磁控溅射的金属为铝金属引线层5的顶部要凸出绝缘层3。24.s5：在第二氧化层11上设有向上伸入硅衬底8的一级孔6，一级孔6为开口向下的盲孔，通过光刻和刻蚀工艺制备而成，光刻条件为在光刻表面均匀涂抹6μm厚度光刻胶，刻蚀时刻蚀设备的功率为1000w，刻蚀时间45min。而后在一级孔6和第二氧化层11的表面上淀积第二氧化硅作为保护层10。25.s6：通过刻蚀设备去除一级孔6底面上的保护层10，保留一级孔6孔壁上的保护层10。从而将硅衬底8暴露出来。26.s7：通过碱性溶液进行湿法腐蚀，腐蚀温度80℃，时间15h，在一级孔6底面向上向两侧制备出一定深度的二级孔7，二级孔7的顶部与压敏电阻层2之间厚度为5-120μm从而在压敏电阻层2下方形成整片的敏感膜片9，从而得到mems敏感结构。27.由于是湿法腐蚀所以二级孔7在向上腐蚀时也会向两侧腐蚀，所以成型的二级孔7的中部的孔径大于上、下两端的孔径。