雷射刻蝕矽脈象傳感器懸臂梁的方法
2023-05-04 14:32:36
專利名稱：雷射刻蝕矽脈象傳感器懸臂梁的方法
技術領域：
本發明涉及一種採用雷射刻蝕矽脈象傳感器懸臂梁的方法，尤其是該方法為雷射加工技 術與微電子機械加工系統(MEMS)相結合刻蝕矽懸臂梁的方法。
背景技術：
目前，《Sensors and Actuators》和《半導體學報》等雜誌中一些報導給出公知的釋放 矽懸臂梁的方法是釆用溼法或幹法腐蝕，對矽杯進行各向異性腐蝕或各向同性腐蝕。國內外 研究機構在MEMS工藝中，經常採用的是KOH、聯氨和水腐蝕液、TMAH腐蝕液和EPW等溼法腐蝕 液。但是，由於快腐蝕面的削蝕作用，會在凸角處出現削角現象。例如，(100)矽片在EPW腐
蝕液中進行各向異性腐蝕釋放矽微懸臂梁時，因在矽片aii)側面相交的凸角處出現一些腐蝕
速率較高的晶面，使矽懸臂梁凸角掩膜下的矽受到側向腐蝕，出現十分嚴重的矽懸臂梁凸角削 角現象，梁的有效面積減小，無法得到完整的矽懸臂梁結構，嚴重影響矽懸臂梁的質量和性 能。國內外研究機構目前的主要研究目標限於在矽懸臂梁結構的凸角上附加方形、矩形、三 角形、〈U0〉條形、〈100〉條形等不同的掩膜圖形，實現對削角的補償，獲得儘量完整的凸角 結構，但各種補償方法都存在不足和局限性，無法得到結構精準、質量好的矽懸臂梁。
發明內容
為了克服現有的釋放矽懸臂梁方法存在凸角削角現象，無法得到完整的懸臂梁結構的不 足，本發明提供一種採用雷射加工技術精準釋放矽懸臂梁的方法，該方法不僅能釋放出無削 角現象的矽懸臂梁，而且也為其他微結構的製備提供了高質量的雷射刻蝕方法。
本發明的製造方法所採用的工藝方案是在矽片上，採用MEMS技術在矽微懸臂梁的根部 製作由四個P溝道增強型場效應管(P-MOSFETs)組成的惠斯通電橋，將矽片的背面矽襯底利用 感應耦合等離子體(ICP)刻蝕技術或矽各向異性腐蝕技術加工成矽杯結構，再利用雷射加工 技術，刻蝕出矽懸臂梁。
本發明的有益效果是，可以克服了傳統釋放矽懸臂梁方法中出現的削角問題，製造的懸 臂梁圖形呈規則矩形，而且採用該方法刻蝕的矽懸臂梁表面平整度好，垂直度高，尺寸精準， 刻蝕速率高，具有不需要光刻顯影就能進行圖形加工的優越性，也為製備微懸臂梁和其它微 結構提供了一種新方法。
下面結合附圖和實施例對本發明進一歩說明。 圖l是本發明的工藝原理圖。
圖2是本發明的第一個實施例製造的矽微懸臂梁結構脈象傳感器圖。 圖3是圖2的俯視圖。
圖4是以圖1中矽微懸臂梁根部的一個P-M0SFET為例，給出矽微懸臂梁結構脈象傳感器剖 面圖。
圖5是圖2中四個P-MOSFET s組成的惠斯通電橋。
圖6是以圖2中矽微懸臂梁根部的一個P-MOSFET為例，給出工藝流程剖面圖。 圖7是雷射刻蝕懸臂梁系統圖。
在圖2中，l.由四個P溝道增強型場效應管(P-MOSFETs)構成的惠斯通電橋，2.矽懸臂梁， 3.矽材料，4.Si02材料。
在圖7中，5.計算機和控制系統，6.雷射系統，7.雷射束，8.玻璃基底，9.載物工作檯。
具體實施例方式
在圖2所示的實施例中，選用的材料是雙面拋光的電阻率為100Q'cm的N型(IOO)晶向矽 片3，採用IC常規矽片淸洗工藝對選用的矽片進行清洗後，放進高溫氧化爐進行雙面氧化， 形成具有一定厚度的二氧化矽層4，對矽片上表面進行一次光刻，光刻出P摻雜區窗口，採 用離子注入技術形成P—摻雜區，採用幹氧-溼氧-T氧的方法進行二次氧化，並澱積多晶矽，形成MOS場效應管的柵極，然後二次光刻，刻出襯底窗口，利用離子注入工藝形成N+區，再 進行三次氧化和三次光刻形成源漏窗口，並採用離子注入工藝形成源漏P+區，接著進行四次 氧化，四次光刻，刻出引線孔區域，蒸鍍鋁電極，再反刻鋁，形成由四個P-MOSFETs構成的 惠斯通電橋1，然後將製備好的矽片放進高溫爐中加溫到41(TC十分鐘進行合金化，以確保鋁、 矽之間形成歐姆接觸。然後，利用ICP刻蝕技術對光刻好的矽片進行等離子體刻蝕或各向異 性腐蝕，在矽片的背面光刻出矽杯窗口。最後，利用雷射雕刻機刻蝕出矽懸臂梁2。雷射系 統6由計算機5自動控制，矽杯和玻璃基底8—起固定在載物工作檯9上，在矽杯上找好基 準點坐標,在計算機的打標作業系統中，結合矽杯和預期的矽懸臂梁的結構，設計雷射刻蝕的 形狀和尺寸，設定雷射功率和打標次數等參數，利用雷射束7刻蝕出矽懸臂梁2。
權利要求
1.一種採用雷射釋放矽懸臂梁的工藝方法，其特徵是在矽片上，採用MEMS技術在矽微懸臂梁的根部製作由四個P溝道增強型場效應管(P-MOSFETs)組成的惠斯通電橋，將矽片的背面矽襯底利用感應耦合等離子體(ICP)刻蝕技術或各向異性腐蝕技術加工成矽杯結構，再利用雷射加工技術，刻蝕出矽懸臂梁。
2. 根據權利要求1所述的工藝方法，將矽片的背面矽襯底利用MEMS技術加工成矽杯結構， 既可以採用幹法刻蝕，也可以採用溼法深槽腐蝕，所刻蝕的圖形可以是多種計算機能夠設 計的圖形。
全文摘要
本發明涉及一種採用雷射釋放矽懸臂梁的方法，尤其是該方法為雷射加工技術與微電子機械加工系統(MEMS)相結合刻蝕矽懸臂梁的方法。本發明提供一種採用雷射精準釋放矽懸臂梁的方法，該方法不僅能釋放出無削角的矽懸臂梁，而且為其他微結構的製備提供高質量的雷射刻蝕方法。本發明的製造方法所採用的工藝方案是在矽片上，採用MEMS技術在矽微懸臂梁的根部製作由四個P溝道增強型場效應管(P-MOSFETs)組成的惠斯通電橋，將矽片的背面矽襯底利用感應耦合等離子體(ICP)刻蝕技術加工成矽杯結構，並用雷射刻蝕出矽懸臂梁。本發明的有益效果是，克服了傳統釋放矽懸臂梁方法的削角問題，無需光刻顯影，刻蝕速率高。
文檔編號B81C1/00GK101602480SQ20081006469
公開日2009年12月16日 申請日期2008年6月11日 優先權日2008年6月11日
發明者溫殿忠, 璐 王 申請人:黑龍江大學;溫殿忠;王 璐