[发明专利]一种微电子温度传感器及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及基于微机械加工实现的低功耗多阈值温度锁存器，尤其是一种微电子温度传感器及其制备工艺，属于微电子机械系统技术领域。

背景技术

温度是反应系统外界环境非常重要的参数，对环境监测、空气调节和工农业的生产有重要影响，因此温度检测具有重要的实际意义。众所周知，通用的MEMS温度传感器信号锁存一般采用电路实现，因此具有控制复杂，需要经常维护等缺点，同时具有高功耗等缺点。又文献报道的微机械温度锁存器件具有单阈值缺点，同时由于采用的是表面硅微机械加工工艺，工艺复杂，成本高。所以如何实现低功耗，低成本，加工工艺简单，且应用范围更为广泛的多阈值温度锁存器件成为了温度锁存传感器的设计的一个重要问题。

发明内容

本发明提出了一种微电子温度传感器及其制备工艺， 采用以下技术方案：一种微电子温度传感器，其特征在于：以玻璃衬底为芯片基板，在玻璃衬底上表面设置两个单晶硅锚区，对称分列于水平中心线的上、下两侧，两个单晶硅锚区之间的水平中心线上设置一条单晶硅锁存杆，杆端设有锁头，单晶硅锁存杆与玻璃衬底上表面之间设有间距，单晶硅锁存杆与上、下两个单晶硅锚区之间分别设置一组数量相同、完全对称的多条悬浮单晶硅感温梁，单晶硅感温梁斜向、间隔并行设置，以单晶硅锁存杆为联接一端，两组单晶硅感温梁另一端分别向左上、左下两个方向倾斜，悬浮联接上、下两个单晶硅锚区，在单晶硅锁存杆右侧，以单晶硅锁存杆为水平对称轴，上下各设置3个共6个单晶硅锚区，6个单晶硅锚区在同一垂线上，上、下各3个单晶硅锚区中，位于外侧的锚区与中间的锚区之间悬浮连接一热执行器，该热执行器系一条分为粗细两段的单晶硅梁，在粗细两段连接处折弯，粗段在外侧，其端点连接外侧的锚区，细段之端点连接中间的锚区，内侧的锚区悬浮连接一条水平单晶硅锁存钩，其钩头与单晶硅锁存杆的锁头相配，钩头背面与热执行器的粗细两段梁折弯点活动铰支联接，所有的单晶硅锚区均生根于玻璃衬底上表面；所说上下两组斜向悬浮单晶硅感温梁与垂线的夹角7°-14°。

上述微电子温度传感器的制备工艺采用Au—Au低温键合实现单晶硅与玻璃衬底的键合并实现电的转移互连；首先选取硅片，并在其上涂胶，光刻刻出感温梁及热执行器区域的窗口，然后采用ICP或RIE刻蚀硅形成1—10μm浅槽。去掉光刻胶后溅射金属并光刻，形成键合区域，同时在玻璃衬底上淀积金属并光刻形成键合区域和引线压焊区域，再将硅片和玻璃采用Au-Au键合，并且采用化学机械抛光使硅片减薄至合适的厚度，最后采用光刻和ICP硅刻蚀释放整个结构。

本发明的优点及显著效果：常规基于硅微机械加工的温度传感器，由于不具备温度锁存的功能，需要相关电路支持应用复杂，成本较高。本发明温度传感器利用热膨胀原理测量温度，具有阈值锁存功能，当温度值达到设定的阈值时，系统才会被激发从而进入工作或者休眠模式，减少了系统温度检测和判断所需要的功耗，因此大大降低了系统电路的复杂程度，同时也降低了功耗。同时，采用多阈值结构的设计，使得传感器可以具有多阈值锁存功能，并且，采用体硅热执行器对加速度锁存器进行复位，从而实现了传感器的可重复操作。制备工艺利用硅片和玻璃的Au-Au键合，RIE和ICP刻蚀工艺就可以完成传感器的加工，工艺步骤简单可靠。整个加工过程不会影响硅片正面已有的CMOS电路，所以温度锁存器可以采用post-CMOS 加工工艺进行加工，从而进一步的实现芯片的单片智能化，也可以降低芯片的尺寸和成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的仰视图。

具体实施方式