[发明专利]一种MEMS压阻式多轴力传感器的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造技术，具体涉及一种MEMS压阻式多轴力传感器的制备方法。

背景技术

对多轴力传感器的研究与开发始于20世纪80年代初，是继微压力传感器之后第二个进入市场的微机械传感器。作为微型惯性组合测量系统的核心器件，多轴力传感器是能够同时测量相互正交的多个轴向外力的微型装置。MEMS多轴力传感器是应用了多种学科交叉融合并具有战略意义的微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems）MEMS的前沿高技术，由于MEMS多轴力传感器具有微型化的优势，在汽车、电子、家电、机电等行业和军事领域有着极为广阔的应用前景，是未来的主导产业之一。

现有技术中的MEMS双轴或三轴力传感器从结构组成上可以分为两类：一类是在同一硅片上实现测量2个或3个轴向的加速度，最简单的做法是在同一硅片上制作2个或3个独立的敏感元结构，再配以相应的检测电路；另一类是将2只或3只单自由度的传感器正交放置，再封装在一起，这实际上仅仅是微型双轴或三轴力传感器的组合模块。这种多轴力传感器只是将单自由度的传感器简单地组合在一起，不仅体积大，而且精度低。虽然，也出现了采用一个敏感元结构实现对力矢量测量的多轴力传感器，然而这种传感器很难解决各个轴之间的交叉耦合。

因此，急需开发制备体积小且精度高的MEMS压阻式多轴力传感器的方法，以满足现有需求。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明提供一种MEMS压阻式多轴力传感器的制备方法，本发明的制备方法工艺先进，能够制备出灵敏度高且体积相对较小的单片集成多轴MEMS力传感器。

本发明的目的在于提供一种MEMS压阻式多轴力传感器的制备方法。

本发明的方法制备的MEMS压阻式多轴力传感器包括：悬臂梁、衬底和压敏电阻；其中，悬臂梁的一端通过锚点键合在衬底上；压敏电阻采用倾斜角度注入的方式，在悬臂梁的侧面和正面上形成一体的压敏电阻。

本发明的MEMS压阻式多轴力传感器的制备方法，包括以下步骤：

第一步：提供绝缘衬底上的硅（Silicon-On-Insulator）SOI作为衬底，SOI由上层硅、中间层氧化硅和下层硅基底构成；

第二步：淀积绝缘层，对SOI进行多次光刻，采用离子注入的方式，在SOI的上层硅的正面将要形成压敏电阻的位置注入杂质离子，进行一次离子注入；

第三步：再次光刻，采用反应离子刻蚀（Reactive Ion Etching）RIE或深度反应离子刻蚀（Deep Reactive Ion Etching）DRIE依次刻蚀绝缘层和上层硅等得到悬臂梁的结构，并做侧壁光滑处理；

第四步：采用倾斜角度注入的方式，与SOI的上层硅的侧面倾斜一定的角度，注入杂质离子，进行二次离子注入，形成压敏电阻；

第五步：淀积绝缘层，并通过光刻制备引线孔；

第六步：在上层硅的表面溅射金属，经刻蚀，制备压敏电阻的金属引线；

第七步：结构释放，腐蚀中间层氧化硅，得到悬空的悬臂梁。

其中，在第二步中，进一步包括离子注入形成欧姆接触区，欧姆接触区位于压敏电阻的两端与悬臂梁之间。压敏电阻为低浓度正掺杂，电阻值大，而分别位于压敏电阻的两端的欧姆接触区为高浓度正掺杂，电阻值小，从而在悬臂梁和压敏电阻之间形成欧姆接触。根据器件的具体结构，确定多次光刻的次数。

在第四步中，倾斜角度注入的倾斜角度在20°～45°之间。

第二步具体包括以下步骤：

1）淀积绝缘层；

2）对SOI的上层硅进行第一次光刻，旋涂光刻胶，显影压敏电阻，显影去胶；

3）对SOI的上层硅的正面对压敏电阻进行一次离子注入，之后干法去胶；

4）对SOI的上层硅进行第二次光刻，旋涂光刻胶，显影欧姆接触区，显影去胶；

5）采用离子注入工艺，在SOI的上层硅的正面对欧姆接触区进行离子注入，形成欧姆接触区，之后干法去胶；

6）对SOI的上层硅进行第三次光刻，旋涂光刻胶，形成凹槽，以备后面释放悬臂梁，显影去胶。

第三步具体包括以下步骤：

1）刻蚀绝缘层，之后干法去胶；

2）侧壁光滑处理，得到悬臂梁。

第四步具体包括以下步骤：

1）对SOI进行光刻，旋涂光刻胶，显影压敏电阻，显影去胶；

2）采用倾斜角度注入的方式，对压敏电阻进行二次离子注入，形成压敏电阻，之后干法去胶；

3）腐蚀绝缘层。