本發(fā)明涉及硅微機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種力敏薄膜厚度精確可控的差壓傳感結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著硅基mems技術(shù)的發(fā)展，硅基mems壓力傳感器日趨成熟，憑借其高靈敏度、高精度、低功耗、體積小、成本低等優(yōu)勢，占領(lǐng)了壓力傳感器的大部分市場。綜合考慮性能、成本等指標(biāo)，現(xiàn)有技術(shù)下的硅基mems壓力傳感器已經(jīng)可以滿足手機(jī)、汽車電子等領(lǐng)域的市場需求。但是，對于中央空調(diào)系統(tǒng)等需要對超小壓強(qiáng)變化進(jìn)行準(zhǔn)確測量，只有高性能超低量程(kpa級)的壓力傳感器才能做到對微小壓力變化的實時監(jiān)控，而現(xiàn)有技術(shù)或者不能做到性能足夠高(高靈敏度，高線性度)，或者不能做到高一致性、高成品率和低成本大批量生產(chǎn)，因而在該類型差壓傳感器領(lǐng)域一直存在一個很大的市場缺口。

制造高性能的超低量程壓力傳感器一直是一個尚未完全解決的難題，其核心技術(shù)就是如何解決力敏薄膜厚度精確可控性、一致性和高成品率問題。工業(yè)界目前尚缺少低成本、可量產(chǎn)的產(chǎn)品來迎合中央空調(diào)控制系統(tǒng)和智能家居系統(tǒng)等對微差壓傳感器的市場需求。因需要極高的靈敏度，微差壓傳感器的力敏薄膜必須制造得足夠大(直徑1mm)且足夠薄(厚度1～2μm)。這種大而薄的力敏薄膜的一致性和成品率在工業(yè)制造中很難于控制。在壓力檢測過程中，大而平的薄膜因其大撓度引進(jìn)的機(jī)械非線性，會給檢測結(jié)果帶來難以補(bǔ)償?shù)姆蔷€性，[m.h.bao,micromechanicaltransducers-pressuresensors,accelerometersandgyroscopes,amsterdam:elsevier,2000]。引進(jìn)梁-膜-島結(jié)構(gòu)對力敏薄膜加固，可在一定程度上避免大撓度，同時外加壓力引起的應(yīng)力也會集中于梁-膜-島結(jié)構(gòu)上表面以保證傳感器檢測高靈敏度，[s.hein,v.schliehting,e.obermeier,“piezoresistivesiliconsensorforverylowpressurebasedontheconceptofstressconcentration”,indigesttech.paperstransducers‘93,japan,1993,pp.628-631]。上海復(fù)旦大學(xué)鮑敏航教授發(fā)表了一種梁-膜-島結(jié)構(gòu)的敏感薄膜結(jié)構(gòu)，可同時實現(xiàn)薄膜應(yīng)力集中、高靈敏度以及低非線性度，[h.yang,s.shen,m.bao,etal,“apressuretransducerwithasingle-sidedmultilevelstructurebymasklessetchingtechnology”,mechatronics,vol.8,1998,pp.585-593]。然而，這種結(jié)構(gòu)存在如下難以克服的不足：(1)這種無刻蝕自停止機(jī)制的傳統(tǒng)雙面體硅微機(jī)械加工工藝制作力敏薄膜方式使得其很難保證力敏薄膜厚度的均勻性和厚度的可控性，從而導(dǎo)致傳感器輸出的非線性和靈敏度的不確定性。因此，很難保證產(chǎn)品性 能的一致性和高成品率；(2)這種加工方式的差壓傳感器結(jié)構(gòu)尺寸很大，工藝復(fù)雜，因此也不適合低成本、大批量生產(chǎn)。代表當(dāng)今世界最高水平的robertbosch,stmicroelectronics以及tdk公司的單面工藝，只能制造基于平膜的高量程絕壓傳感器，主要適用于手機(jī)中的氣壓計[m.boehringer,h.artmann,k.witt,“poroussiliconinasemiconductormanufacturingenvironment”,jmicroelectromech.syst.vol.21,2012,pp.1375-1381]。

中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所王家疇最近開發(fā)了一種新的體硅工藝mis(microholesinteretch&sealing)制造工藝，[j.c.wang,xinxinli,“package-friendlypiezoresistivepressuresensorswithon-chipintegratedpackaging-stress-suppressedsuspension(ps3)technology”,j.micromech.microeng.vol.23,2013045027]。這種單硅片單面工藝可以通過開小孔后各向異性濕法腐蝕在單晶硅薄膜下形成腔體。mis工藝已經(jīng)被廣泛用來制造壓力傳感器、加速度傳感器、微流量傳感器、胎壓檢測系統(tǒng)甚至生化傳感器。較之傳統(tǒng)硅基mems壓力傳感器，基于mis工藝制造的壓力傳感器具有工藝簡單、與ic制備工藝兼容、成本低廉等優(yōu)勢，已經(jīng)有產(chǎn)品批量生產(chǎn)與robertbosch,stmicroelectronics以及tdk等大公司競爭市場。然而限于mis工藝本身也難于制造足夠薄的力敏薄膜(1～2μm)，主要原因如下：mis工藝制作的力敏感薄膜為單晶硅薄膜，主要依靠koh(或tmah)腐蝕溶液通過微型釋放孔在硅片內(nèi)部橫向腐蝕單晶硅來形成腔體和位于腔體上方的單晶硅力敏感薄膜，由于腔體的8個面均為(111)晶面，單晶硅力敏感薄膜的下表面(即，腔體的上表面)也是(111)晶面，因此其成型過程主要依靠koh(或tmah)堿性腐蝕溶液腐蝕(111)晶面和(110)晶面時兩者之間腐蝕速率不同來實現(xiàn)了(其中，koh腐蝕(111)晶面與(110)晶面之間的腐蝕速率比大概約為1:50左右；tmah腐蝕(111)晶面與(110)晶面之間的腐蝕速率比大概約為1:40左右)。由于koh(或tmah)溶液在腐蝕過程中不僅腐蝕(110)晶面，同時也腐蝕(111)晶面，因此對于采用mis工藝腐蝕出厚度只有2μm或更薄的單晶硅薄膜是根本沒有辦法做到了。因此，這種基于單純的mis工藝并不能解決超微差壓傳感器力敏薄膜厚度結(jié)構(gòu)精確控制的制造問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種力敏薄膜厚度精確可控的差壓傳感結(jié)構(gòu)及其制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中高靈敏度壓力傳感器敏感薄膜厚度結(jié)構(gòu)很難精確控制的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種力敏薄膜厚度精確可控的差壓傳感結(jié)構(gòu)，所述力敏薄膜厚度精確可控的差壓傳感結(jié)構(gòu)至少包括：

一單晶硅基片；

一壓力參考腔體，形成于所述單晶硅基片內(nèi)部；

一壓力敏感單元，包括位于所述壓力參考腔體上的多晶硅力敏感薄膜、位于所述多晶硅力敏感薄膜上表面的單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)、以及位于所述單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)上表面的四個壓敏電阻；

過孔，穿過所述單晶硅基片的背面與所述壓力參考腔體相通。

優(yōu)選地，所述單晶硅基片為(111)晶面的單晶硅基片。

優(yōu)選地，還包括多個藉由引線連接對應(yīng)各壓敏電阻的焊盤。

優(yōu)選地，所述多晶硅力敏感薄膜為六邊形多晶硅薄膜，所述壓力參考腔體為順應(yīng)所述多晶硅力敏感薄膜形狀的六邊形腔體。

更優(yōu)選地，所述多晶硅力敏感薄膜的六個邊均沿<110>晶向排布。

優(yōu)選地，所述單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)包括位于中間層的單晶硅層，以及位于所述單晶硅層上、下表面的氧化硅層，上、下層的氧化硅層厚度相等。

更優(yōu)選地，所述單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)沿<211>晶向排布。

優(yōu)選地，所述單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)上的壓敏電阻為四個注入式單晶硅壓敏電阻，分別設(shè)置于所述單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)上表面的應(yīng)力集中位置，四個壓敏電阻相對于所述單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)的中心呈中心對稱分布，連接成惠斯通全橋檢測電路。

優(yōu)選地，所述過孔為圓形結(jié)構(gòu)，通過所述過孔的尺寸來控制所述多晶硅力敏感薄膜的厚度，尺寸越大所述多晶硅力敏感薄膜的厚度越厚。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種力敏薄膜厚度精確可控的差壓傳感結(jié)構(gòu)的制備方法，至少包括：

s1：提供一單晶硅基片，在所述單晶硅基片上形成第一氧化物層，在需要制作壓敏電阻的區(qū)域去除所述第一氧化物層，將離子注入所述單晶硅基片以形成壓敏電阻，在所述第一氧化物層上沉積第一鈍化保護(hù)層，在所述第一鈍化保護(hù)層、所述第一氧化物層及所述單晶硅基片上間隔地制作多個微型釋放孔，確定出單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)的厚度；

s2：在所述第一鈍化保護(hù)層表面、所述微型釋放孔的側(cè)壁及底部沉積第二鈍化保護(hù)層，反應(yīng)離子刻蝕掉所述微型釋放孔底部的第二鈍化保護(hù)層，再進(jìn)行深反應(yīng)離子刻蝕所述微型釋放孔下方的單晶硅基片，確定出壓力參考腔體的深度；

s3：濕法腐蝕出單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)所在的單晶硅層及位于所述單晶硅層下方的壓力參考腔體，在所述壓力參考腔體的各個表面上形成第二氧化物層；

s4：在所述單晶硅基片的背面采用深反應(yīng)離子刻蝕過孔，刻蝕至所述壓力參考腔體下表面的第二氧化物層后自動停止，然后去除所述過孔與所述壓力參考腔體連接處的第二氧化物層；

s5：沉積多晶硅填充所述微型釋放孔，直至所述壓力參考腔體的各表面均覆蓋一層多晶硅薄膜，所述多晶硅薄膜的厚度由所述微型釋放孔與所述過孔結(jié)構(gòu)尺寸大小精確控制，以多晶硅填滿所述微型釋放孔時間為基準(zhǔn)時間，根據(jù)沉淀多晶硅薄膜的厚度不同在基準(zhǔn)時間上增加相應(yīng)量沉積時間；

s6：去除所述單晶硅基片上表面的多晶硅薄膜，制作引線孔引線及焊盤；

s7：圖形化單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)，硅深反應(yīng)離子刻蝕掉除所述單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)以外其余部分的單晶硅薄層至所述第二氧化物層自動停止，用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)去除暴露出來的第二氧化物層，得到多晶硅層形成的多晶硅力敏感薄膜。

優(yōu)選地，所述單晶硅基片為n型單拋或雙拋(111)晶面的單晶硅基片。

優(yōu)選地，所述微型釋放孔是兩列沿所述單晶硅基片的<211>晶向等間距制作且平行排布的多個方形微型釋放孔。

優(yōu)選地，所述微型釋放孔的尺寸決定所述多晶硅層的沉積基準(zhǔn)時間，所述微型釋放孔的深度決定所述單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)的厚度。

更優(yōu)選地，所述微型釋放孔的尺寸為4～24μm²。

優(yōu)選地，所述過孔為圓形結(jié)構(gòu)，其半徑為5～50μm。

如上所述，本發(fā)明的力敏薄膜厚度精確可控的差壓傳感結(jié)構(gòu)及其制備方法，具有以下有益效果：

本發(fā)明采用獨(dú)創(chuàng)的體硅下薄膜工藝(tub,thin-filmunderbulk)制作，多晶硅力敏感薄膜被沉積在體硅加工后的單晶硅層下表面，單晶硅層與多晶硅力敏感薄膜之間夾著一層氧化硅層；然后通過干法自停止刻蝕單晶硅層形成單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)，最后去除氧化硅層暴露出多晶硅力敏感薄膜，本發(fā)明工藝可以制備厚度薄于2μm下的多晶硅力敏感薄膜，大大提高了高靈敏度壓力傳感結(jié)構(gòu)敏感薄膜結(jié)構(gòu)加工的一致性和高成品率，適合大批量生產(chǎn)。

附圖說明

圖1顯示為本發(fā)明的力敏薄膜厚度精確可控的差壓傳感結(jié)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2顯示為本發(fā)明的力敏薄膜厚度精確可控的差壓傳感結(jié)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)局部剖面示意圖。

圖3a-3i顯示為本發(fā)明的力敏薄膜厚度精確可控的差壓傳感結(jié)構(gòu)的制備方法的工藝流程 圖。

圖4顯示為本發(fā)明的力敏薄膜厚度精確可控的差壓傳感結(jié)構(gòu)的輸出曲線。

元件標(biāo)號說明

1力敏薄膜厚度精確可控的差壓傳感結(jié)構(gòu)

11單晶硅基片

12壓力參考腔體

13壓力敏感單元

131多晶硅力敏感薄膜

132單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)

1321第一氧化硅層

1322單晶硅層

1323第二氧化硅層

133壓敏電阻

134焊盤

14過孔

21第一鈍化保護(hù)層

22微型釋放孔

23第二鈍化保護(hù)層

24多晶硅薄膜

25引線

s1～s7步驟

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

請參閱圖1～圖4。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型 態(tài)也可能更為復(fù)雜。

為了解決傳統(tǒng)差壓傳感器結(jié)構(gòu)和制作工藝難題，特別是為了解決超微差壓傳感器中超薄且大尺寸力敏薄膜制作過程中的薄膜厚度精確可控性難題，本發(fā)明提出了一種新型的力敏薄膜厚度精確可控的差壓傳感結(jié)構(gòu)及其獨(dú)創(chuàng)的體硅下薄膜工藝(tub,thin-filmunderbulk)制備方法。本發(fā)明的體硅下薄膜工藝(tub)在各步刻蝕中均巧妙引入了刻蝕自停止機(jī)制，使得刻蝕中的不可控因素對mems器件加工的影響可以忽略。特別是tub工藝可以通過微型釋放孔與圓形過孔來精確控制多晶硅力敏薄膜的厚度且可制備薄膜厚度最薄可小于1μm，與傳統(tǒng)力敏薄膜制備工藝相比，這些優(yōu)勢大大提高了高靈敏度壓力傳感器敏感薄膜結(jié)構(gòu)加工的一致性，提高了傳感器的產(chǎn)品率，適于大批量生產(chǎn)要求。

如圖1～圖2所示，本發(fā)明提供一種力敏薄膜厚度精確可控的差壓傳感結(jié)構(gòu)1，所述力敏薄膜厚度精確可控的差壓傳感結(jié)構(gòu)1至少包括：一單晶硅基片11、一壓力參考腔體12、一壓力敏感單元13、兩個過孔14。

具體地，如圖1及圖2所示，所述單晶硅基片11為(111)晶面的單晶硅基片。

具體地，如圖1及圖2所示，所述壓力參考腔體12，形成于所述單晶硅基片11內(nèi)部。所述壓力參考腔體12為順應(yīng)所述多晶硅力敏感薄膜131形狀的腔體，在本實施例中，為六邊形結(jié)構(gòu)，所述壓力參考腔體12位于所述多晶硅力敏感薄膜131的下方，用于使所述多晶硅力敏感薄膜131懸空；所述壓力參考腔體12四周各面均覆蓋著一層厚度均勻的多晶硅薄膜，其中上層多晶硅薄膜即為所述多晶硅力敏感薄膜131，且各面的薄膜厚度與所述多晶硅力敏感薄膜131厚度相同；所述壓力參考腔體12的深度可控，當(dāng)所述力敏薄膜厚度精確可控的差壓傳感結(jié)構(gòu)1的正面和背面間的壓力差超過滿量程時，合理的壓力參考腔體深度設(shè)計能為多晶硅力敏感薄膜提供可靠的過載保護(hù)，所述壓力參考腔體12的深度可根據(jù)實際應(yīng)用環(huán)境做具體設(shè)定，在此不做具體設(shè)定。

具體地，如圖1及圖2所示，所述壓力敏感單元13包括位于所述壓力參考腔體12上的多晶硅力敏感薄膜131、位于所述多晶硅力敏感薄膜131上表面的單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)132、位于所述單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)132上表面的四個壓敏電阻133，以及多個藉由引線連接對應(yīng)各壓敏電阻133的焊盤134。

更具體地，如圖1及圖2所示，在本實施例中，所述多晶硅力敏感薄膜131為六邊形多晶硅薄膜，其六個邊均沿<110>晶向排布，所述多晶硅力敏感薄膜131用于感知外部壓力變化。在本實施例中，所述單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)132為“串”字形，沿<211>晶向排布，所述單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)132包括位于中間層的單晶硅層1322，以及位于所述單晶硅層上表面的第一氧化 硅層1321、下表面的第二氧化硅層1323；其中，上、下層的氧化硅層厚度相等，因此殘余應(yīng)力的大小一致，既消除了氧化硅薄層殘余應(yīng)力對壓力敏感單元13力學(xué)性能的不利影響，大大提高傳感器的檢測性能，同時所述單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)132下表面的氧化硅層又為后續(xù)干法刻蝕所述單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)132提供了刻蝕自停止用途，避免了所述多晶硅力敏感薄膜131被干法刻蝕所損傷。所述單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)132上的壓敏電阻133為四個注入式單晶硅壓敏電阻，分別位于所述單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)132上表面的應(yīng)力集中位置上，即，所述單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)132的兩端和中間兩側(cè)位置。其中，兩端的兩個壓敏電阻在外部壓力作用下受到拉應(yīng)力阻值增大，中間兩側(cè)的兩個壓敏電阻受到壓應(yīng)力阻值減小，四個壓敏電阻133相對于所述單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)132的中心呈中心對稱分布，分別通過鋁線互連成一個完整的惠斯頓全橋檢測電路。

具體地，如圖1及圖2所示，所述過孔14穿過所述單晶硅基片11的背面與所述壓力參考腔體12相通，通過所述過孔14可實現(xiàn)所述壓力參考腔體12與不同大氣壓強(qiáng)連接。在本實施例中，所述過孔14為圓形結(jié)構(gòu)，通過所述過孔14的尺寸來控制所述多晶硅力敏感薄膜131的厚度，尺寸越大所述多晶硅力敏感薄膜131的厚度越厚。

如圖3a～圖3i所示，本發(fā)明還提供一種力敏薄膜厚度精確可控的差壓傳感結(jié)構(gòu)的制備方法，該體硅下薄膜工藝(tub,thin-filmunderbulk)制備方法至少包括以下步驟：

步驟s1：提供一單晶硅基片11，在所述單晶硅基片11上形成第一氧化物層，在需要制作壓敏電阻133的區(qū)域去除所述第一氧化物層，將離子注入所述單晶硅基片11以形成壓敏電阻133，在所述第一氧化物層上沉積第一鈍化保護(hù)層21，在所述第一鈍化保護(hù)層21、所第一氧化物層及所述單晶硅基片11上間隔地制作多個微型釋放孔22，確定多晶硅沉積的基準(zhǔn)時間及單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)的厚度。

具體地，如圖3a所示，所述單晶硅基片11為n型單拋或雙拋(111)晶面的單晶硅基片，在本實施例中，其尺寸為1.2mm×1.2mm×0.45mm。采用熱氧化的方法在所述單晶硅基片11的表面形成氧化物層21，在本實施例中，所述第一氧化物層為第一氧化硅層1321，確定壓敏電阻133的制作區(qū)域，通過刻蝕去除壓敏電阻133區(qū)域的第一氧化硅層1321，通過硼離子注入在所述單晶硅基片11內(nèi)形成所述壓敏電阻133。在所述第一氧化硅層1321上通過lpcvd(lowpressurechemicalvapordeposition，低壓力化學(xué)氣相沉積)teos(tetraethylorthosilicate，四乙氧基硅烷)低溫沉積第一鈍化保護(hù)層21，在本實施例中，所述第一鈍化保護(hù)層21為氧化硅層。通過反應(yīng)離子刻蝕在所述第一鈍化保護(hù)層21及所述第一氧化硅層1321上間隔地制作多個微型釋放孔22，所述微型釋放孔22是兩列沿所述單晶硅基片11的<211> 晶向等間距制作且平行排布的多個方形微型釋放孔，所述微型釋放孔22的尺寸確定了后續(xù)多晶硅沉積的基準(zhǔn)時間，所述微型釋放孔22的尺寸為4～24μm²，在本實施例中，所述微型釋放孔22的尺寸為3μm×3μm。通過硅深反應(yīng)離子刻蝕在所述單晶硅基片11上增加所述微型釋放孔22的深度，所述微型釋放孔22的深度即為后續(xù)單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)132的厚度。

步驟s2：在所述第一鈍化保護(hù)層21表面、所述微型釋放孔22的側(cè)壁及底部沉積第二鈍化保護(hù)層23，反應(yīng)離子刻蝕掉所述微型釋放孔22底部的第二鈍化保護(hù)層23，再進(jìn)行深反應(yīng)離子刻蝕所述微型釋放孔22下方的單晶硅基片11，確定出壓力參考腔體12的深度。

具體地，如圖3b所示，采用lpcvdteos低溫沉積第二鈍化保護(hù)層23，在本實施例中，所述第二鈍化保護(hù)層23為氧化硅層。如圖3c所示，采用反應(yīng)離子刻蝕去除所述微型釋放孔22底部的氧化硅，再采用深反應(yīng)離子刻蝕所述微型釋放孔22下方的單晶硅基片11，定義所述壓力參考腔體12的深度，在本實施例中，所述壓力參考腔體12的深度為20μm。

步驟s3：濕法腐蝕出單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)132所在的單晶硅層1322及位于所述單晶硅層1322下方的壓力參考腔體12，在所述壓力參考腔體12的各個表面上形成第二氧化物層。

具體地，如圖3d所示，采用tmah(四甲基氫氧化銨)腐蝕液各向異性腐蝕所述單晶硅基片11直至所述壓力參考腔體12的八個(111)面全部暴露后停止，形成所述單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)132所在的單晶硅層1322及其位于所述單晶硅層1322下方的壓力參考腔體12，并采用boe腐蝕液去除殘余的第一鈍化保護(hù)層21及第二鈍化保護(hù)層23。如圖3e所示，采用熱氧化工藝在所述壓力參考腔體12內(nèi)側(cè)的八個面上形成第二氧化硅層1323。

步驟s4：在所述單晶硅基片11的背面采用深反應(yīng)離子刻蝕過孔14，刻蝕至所述壓力參考腔體12下表面的第二氧化物層后自動停止，然后去除所述過孔14與所述壓力參考腔體12連接處的第二氧化物層。

具體地，如圖3f所示，采用深反應(yīng)離子刻蝕所述單晶硅基片11的背面，刻蝕至所述壓力參考腔體12下表面的所述第二氧化層后自動停止，再采用反應(yīng)離子刻蝕去除背面的第二氧化層，形成所述過孔14，所述過孔為圓形結(jié)構(gòu)，其半徑為5～50μm，在本實施例中，設(shè)定為10μm。

步驟s5：沉積多晶硅填充所述微型釋放孔22，直至所述壓力參考腔體12的各表面均覆蓋一層多晶硅薄膜24，所述多晶硅薄膜24的厚度由所述微型釋放孔22與所述過孔14的結(jié)構(gòu)尺寸大小精確控制，以多晶硅填滿所述微型釋放孔時間為基準(zhǔn)時間，根據(jù)沉淀多晶硅薄膜的厚度不同在基準(zhǔn)時間上增加相應(yīng)量沉積時間。

具體地，如圖3g所示，沉積多晶硅填充所述微型釋放孔22，以多晶硅填滿所述微型釋 放孔22的時間為基準(zhǔn)時間，根據(jù)沉淀多晶硅薄膜24的厚度不同在基準(zhǔn)時間上增加相應(yīng)量沉積時間，所述壓力參考腔體12的各表面均覆蓋一層多晶硅薄膜24。

步驟s6：如圖3h所示，去除所述單晶硅基片11上表面的多晶硅薄膜24，制作引線孔、引線25及焊盤。

步驟s7：圖形化單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)，硅深反應(yīng)離子刻蝕掉除所述單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)132以外其余部分的單晶硅層至第二氧化物層自動停止，用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)去除暴露出來的第二氧化物層，暴露出多晶硅層形成的多晶硅力敏感薄膜1321。

具體地，如圖3i所示，采用硅深反應(yīng)離子刻蝕掉除所述單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)132以外其余部分的單晶硅基片11，至第二氧化物層自動停止，再用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)去除第二氧化物層，暴露出所述多晶硅力敏感薄膜131，所述多晶硅力敏感薄膜131為六邊形結(jié)構(gòu)，在本實施例中，將所述多晶硅力敏感薄膜131的厚度精確控制為2μm。

如圖4所示，對本實施例中加工完成的力敏薄膜厚度精確可控的差壓傳感結(jié)構(gòu)1進(jìn)行綜合性能測試，測試結(jié)果表明未經(jīng)任何電信號放大，1000pa量程內(nèi)靈敏度為13.36mv/kpa，非線性度僅有0.31％fs，噪聲小于0.01mv，可分辨1-2pa的壓力變化，滿足中央空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用要求。此外實施例所加工的差壓傳感結(jié)構(gòu)中的多晶硅力敏感薄膜厚度均勻可控，一致性好、成品率高，這完全得益于本發(fā)明的差壓傳感結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的tub制造工藝。

如上所述，本發(fā)明的力敏薄膜厚度精確可控的差壓傳感結(jié)構(gòu)及其制備方法，具有以下有益效果：

本發(fā)明采用獨(dú)創(chuàng)的體硅下薄膜工藝(tub,thin-filmunderbulk)制作，多晶硅力敏感薄膜被沉積在體硅加工后的單晶硅層下表面，單晶硅層與多晶硅力敏感薄膜之間夾著一層氧化硅層；然后通過干法自停止刻蝕單晶硅層形成單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)，最后去除氧化硅層暴露出多晶硅力敏感薄膜。與傳統(tǒng)通過微機(jī)械刻蝕或濕法腐蝕加工的單晶硅力敏感薄膜不同，由于在整個工藝過程中本發(fā)明的多晶硅力敏感薄膜均未受任何刻蝕損傷，其厚度完全由lpcvd沉積多晶硅薄膜決定且厚度均勻可控，因此本發(fā)明大大提高了高靈敏度壓力傳感結(jié)構(gòu)敏感薄膜結(jié)構(gòu)加工的一致性和高成品率，適合大批量生產(chǎn)。

綜上所述，本發(fā)明提供一種力敏薄膜厚度精確可控的差壓傳感結(jié)構(gòu)，包括：一單晶硅基片；一壓力參考腔體，形成于所述單晶硅基片內(nèi)部；一壓力敏感單元，包括位于所述壓力參考腔體上的多晶硅力敏感薄膜、位于所述多晶硅力敏感薄膜上表面的單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)、以及位于所述單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)上表面的四個壓敏電阻；過孔，穿過所述單晶硅基片的背面與所述壓力參考腔體相通。采用獨(dú)創(chuàng)的體硅下薄膜工藝制作，多晶硅力敏感薄膜被沉積在 體硅加工后的單晶硅層下表面，單晶硅層與多晶硅力敏感薄膜之間夾著一層氧化硅層；然后通過干法自停止刻蝕單晶硅層形成單晶硅應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)，最后去除氧化硅層暴露出多晶硅力敏感薄膜。本發(fā)明大大提高了高靈敏度壓力傳感器敏感薄膜結(jié)構(gòu)加工的一致性和高成品率，適合大批量生產(chǎn)。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。