[发明专利]一种微机械传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种微机械传感器及其制作方法。 

背景技术

和传统传感器相比，采用微机械电子系统（MEMS）技术制作的微型传感器具有更小的面积，更高的集成度。并且由于采用微机械加工工艺制作，基于MEMS技术的微型传感器也非常适合规模制造，具有极高的性价比。随着微机械加工技术的不断进步，MEMS传感器的性价比在不断提高，MEMS传感器的应用范围也在不断增加。其中硅基MEMS传感器由于借助了成熟的微电子工艺，其制作成本得到进一步降低，并易于实现传感器和电路的集成，其发展也最为迅速。硅基MEMS传感器已实现在消费电子、工业电子、医疗等各传感领域的大规模应用。 

硅腐蚀技术是硅基MEMS传感器的关键工艺技术。目前，常用的硅腐蚀技术可分为湿法硅腐蚀和干法硅腐蚀两大类。湿法硅腐蚀技术具有工艺成本低、工艺容易控制等优点；而干法硅腐蚀技术则具有无晶向选择性，工艺时间短等优点。由于受腐蚀晶向选择性的限制，采用湿法硅腐蚀技术制作的MEMS传感器一般具有较大的器件尺寸，器件尺寸无法进行进一步的减小，不利于提高传感器的集成度。此外，大的器件尺寸则降低了圆片上器件密度，从而不利于器件制作成本的进一步降低。由于不受晶向选择性的限制，采用干法硅腐蚀技术制作的MEMS传感器一般具有较小的器件尺寸，能够提高圆片上器件密度，采用干法硅腐蚀技术所刻蚀的硅衬底截面结构如图1所示。然而，干法硅腐蚀技术需要应用到等离子场进行硅刻蚀，其工艺成本较高，这就抵消了其高器件密度的优点，也不利于器件制作成本的降低。 

此外，由于现有硅基MEMS传感器结构制作受加工方法的限制，其器件性能无法得到有效提高。比如，采用湿法硅腐蚀技术制作的MEMS传感器结构，其悬浮质量块一般是倒梯形结构，悬浮质量块和敏感薄膜接触的长度要大于质量块底部的长度，这就减小了悬浮质量块的重量，降低了传感器的灵敏度。 

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微机械传感器及其制作方法，用于解决现有技术中微机械传感器制作成本高或集成度低、质量块重量较小导致传感器灵敏 度较低的问题。 

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种微机械传感器的制作方法，至少包括以下步骤：1）提供第一硅衬底，制作光刻图形并采用湿法各向异性硅腐蚀技术从所述第一硅衬底上表面开始刻蚀，以在所述第一硅衬底中形成间隔且横截面为倒置梯形结构的两深腔结构以及所述两深腔结构之间的横截面为正置梯形结构的硅块结构；2）提供表面结合有敏感膜第二衬底，并将所述敏感膜与所述第一硅衬底的上表面进行键合；或提供表面结合有敏感膜且敏感膜表面结合有氧化层的第二衬底，并将所述氧化层与所述第一硅衬底的上表面进行键合；3）减薄所述第二衬底以露出所述敏感膜；4）于所述敏感膜上制备敏感结构及金属引线；刻蚀所述第一硅衬底的下表面直至露出所述深腔结构及硅块结构，并继续刻蚀所述硅块结构至一预设深度。 

在本发明的微机械传感器的制作方法中，所述敏感膜与硅块结构通过键合的方式进行粘结。 

在本发明的微机械传感器的制作方法中，所述正置梯形结构为上底位于下底上方的梯形结构，所述倒置梯形结构为上底位于下底下方的梯形结构。 

优选地，所述正置梯形结构为正置的等腰梯形结构。 

作为本发明的微机械传感器的制作方法的一个优选方案，所述步骤4）包括以下步骤：4-1）首先于所述敏感膜上制备敏感结构及金属引线；4-2）然后刻蚀所述第一硅衬底的下表面直至露出所述深腔结构及硅块结构，并继续刻蚀所述硅块结构至一预设深度。 

作为本发明的微机械传感器的制作方法的一个优选方案，所述步骤4）还包括：4-3）提供一支撑片，并将所述支撑片与所述第一硅衬底的下表面进行真空键合。 

作为本发明的微机械传感器的制作方法的一个优选方案，所述步骤4）还包括提供一支撑片，并将所述支撑片与所述第一硅衬底的下表面进行真空键合的步骤，具体地，所述步骤4）包括以下步骤：4-1）首先刻蚀所述第一硅衬底的下表面直至露出所述深腔结构及硅块结构，并继续刻蚀所述硅块结构至一预设深度；4-2）然后提供一支撑片，并将所述支撑片与所述第一硅衬底的下表面进行真空键合；4-3）最后于所述敏感膜上制备敏感结构及金属引线。 

作为本发明的微机械传感器的制作方法的一个优选方案，所述制作方法还包括将覆盖于所述深腔结构的敏感膜刻蚀成连接所述硅块结构及第一硅衬底的微梁结构的步骤。 

作为本发明的微机械传感器的制作方法的一个优选方案，所述步骤3）还包括对所述敏感膜进行抛光的步骤。