32]本发明还提供了一种高灵敏度宽量程力传感器的制造方法，该方法包括如下步骤:
[0033]步骤1:选择衬底为晶向的N型SOI硅片，通过反应离子刻蚀刻蚀工艺去掉部分SOI硅片上方的硅薄膜层3和对应的氧化硅第一介质层41，形成上层硅薄膜3并露出下层硅衬底I;
[0034]步骤2:然后以光刻胶为掩膜，光刻并用离子注入工艺注入硼离子形成第一压阻51和第二压阻52并去胶；
[0035]步骤3:氮气气氛下950°C退火，并热氧化形成第二介质层42;
[0036]步骤4:光刻并用氢氟酸刻蚀出第一压阻51和第二压阻52部分的引线孔，采用磁控溅射淀积金属铝并刻蚀形成压阻第一引线61和第二引线62;
[0037]步骤5:采用四甲基氢氧化氨从背面腐蚀衬底硅到一定的厚度；
[0038]步骤6:背面光刻并用深反应离子刻蚀工艺刻蚀硅槽中的下层硅，形成下层硅悬臂梁2;
[0039]步骤7:正面用胶保护，采用氢氟酸湿法腐蚀从背面将下层硅悬臂梁2和上层硅薄膜3力敏感梁分离释放，自此，本传感器的制作过程完成。
[0040]当对该传感器上层硅膜3构成的悬臂梁自由端施以较小的压力时，该梁受力下弯，同时其根部应力集中，根部的压阻51的电阻发生变化，通过检测其电阻或将其接入桥路测量电压可以反映所受力的大小；当所加力达到一定阈值后，是上述悬臂梁自由端将与下层硅梁2的自由端接触，外加压力将使下层梁2根部的压阻52产生变化，同样的，通过检测其电阻变化或将其接入桥路测量电压可以反映所受力的大小。由于下层梁2设计的刚性较大，因此其测量范围宽，同时也保护上层悬臂梁受大力作用时不会由于过载而损害。
[0041]本发明是一种兼具较高灵敏度和较宽量程的压阻式力传感器。由衬底1、下层硅梁
2、上层硅薄膜3、介质层41和42、压阻51和52、及引出导线61和62组成。该传感器设有两个不同刚性且其自由端上下交叠的力敏感梁，当有外力作用在上层感应梁上时，上或上下两个力敏感梁会发生相应的形变，根据敏感梁根部的压阻变化可以得到此时施加在传感器上的压力。
[0042]本传感器的制作过程为:
[0043]I)选择衬底为(100)晶向的N型SOI硅片，通过反应离子刻蚀刻蚀工艺去掉部分SOI硅片上方的硅薄膜层3和对应的氧化硅中间层41，形成上层硅敏感梁3并露出下层硅衬底I;
[0044]2)然后以光刻胶为掩膜，光刻并用离子注入工艺注入硼离子形成上下力敏感梁的压阻51和52并去胶(图2a);
[0045]3)氮气气氛下950°C退火，并热氧化形成氧化绝缘层42;
[0046]4)光刻并用氢氟酸刻蚀出压阻51和52部分的引线孔，采用磁控溅射淀积金属铝并刻蚀形成压阻引线61和62(图2b);
[0047]5)采用四甲基氢氧化氨从背面腐蚀衬底硅到一定的厚度(图2c);
[0048]6)背面光刻并用深反应离子刻蚀工艺刻蚀硅槽中的下层硅，形成下层硅梁2;正面用胶保护，采用氢氟酸湿法腐蚀从背面将上下两层力敏感梁分离释放(图2d)，自此，本传感器的制作过程基本完成。
【主权项】
1.一种高灵敏度宽量程力传感器，其特征在于，该传感器包括衬底(I)，下层硅悬臂梁(2)，上层硅薄膜(3)，第一介质层(41)和第二介质层(42)，第一压阻(51)和第二压阻(52)，以及第一压阻(51)和第二压阻(52)的引出第一导线(61)和第二引出导线(62);其中， 衬底(I)中空，下层硅梁(2)位于衬底(I)中心上表面中空区域内，且表面和衬底(I)上表面齐平，下层硅梁(2)—端和衬底(I)连接，另一段悬空； 第二压阻(52)嵌入下层硅梁(2)和衬底(I)上表面连接处，表面和下层硅梁(2)齐平;上层硅薄膜(3)呈悬臂结构，其固定区域通过第一介质层(41)和衬底(I)连接，与其固定区域连接的是悬浮区域；第一压阻(51)嵌于其固定区域和悬浮区域之间，与上层硅薄膜(3)齐平;上层硅薄膜(3)构成的悬浮区域和下层硅梁(2)有交叠，并有和第一介质层(41)同样厚度的间隙；第二介质层(42)覆盖上层硅薄膜(3)和下层硅梁(2)及衬底(I)的上表面，第一引线(61)和第二引线(62)位于第二介质层(42)表面，分别是第一压阻(51)和第二压阻(52)的引出线。2.根据权利要求1所述的高灵敏度宽量程力传感器，其特征在于，其下层硅悬臂梁(2)和上层硅薄膜(3)的力敏感梁刚度不同，上层硅薄膜(3)力敏感梁刚性小于下层硅悬臂梁(2)敏感梁刚性。3.根据权利要求1或2所述的高灵敏度宽量程力传感器，其特征在于，下层硅悬臂梁(2)和上层硅薄膜(3)之间存在间隙，其间隙宽度等于第一介质层(41)的厚度。4.一种高灵敏度宽量程力传感器的制造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: 步骤1:选择衬底为晶向的N型SOI硅片，通过反应离子刻蚀刻蚀工艺去掉部分SOI硅片上方的硅薄膜层(3)和对应的氧化硅第一介质层(41)，形成上层硅薄膜(3)并露出下层硅衬底I; 步骤2:然后以光刻胶为掩膜，光刻并用离子注入工艺注入硼离子形成第一压阻(51)和第二压阻(52)并去胶； 步骤3:氮气气氛下950°C退火，并热氧化形成第二介质层(42); 步骤4:光刻并用氢氟酸刻蚀出第一压阻(51)和第二压阻(52)部分的引线孔，采用磁控溅射淀积金属铝并刻蚀形成压阻第一引线(61)和第二引线(62); 步骤5:采用四甲基氢氧化氨从背面腐蚀衬底硅到一定的厚度；步骤6:背面光刻并用深反应离子刻蚀工艺刻蚀硅槽中的下层硅，形成下层硅悬臂梁(2)； 步骤7:正面用胶保护，采用氢氟酸湿法腐蚀从背面将下层硅悬臂梁(2)和上层硅薄膜(3)力敏感梁分离释放，自此，本传感器的制作过程完成。
【专利摘要】本发明公开了一种高灵敏度宽量程的力传感器及其制造方法，该传感器包括衬底(1)，下层硅悬臂梁(2)，上层硅薄膜(3)，第一介质层(41)和第二介质层(42)，第一压阻(51)和第二压阻(52)，以及第一压阻(51)和第二压阻(52)的引出第一导线(61)和第二引出导线(62)；其中，衬底(1)中空，下层硅梁(2)位于衬底(1)中心上表面中空区域内，且表面和衬底(1)上表面齐平，下层硅梁(2)一端和衬底(1)连接，另一段悬空。该传感器既有在小力作用下的高灵敏度，也有很宽的测量范围。整个工艺简单。
【IPC分类】G01L1/18, B81B3/00, B81C1/00
【公开号】CN105668500
【申请号】CN201610034473
【发明人】秦明, 叶一舟, 王芳, 高磬雅
【申请人】东南大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月19日
[0033]步骤1:选择衬底为晶向的N型SOI硅片，通过反应离子刻蚀刻蚀工艺去掉部分SOI硅片上方的硅薄膜层3和对应的氧化硅第一介质层41，形成上层硅薄膜3并露出下层硅衬底I;
[0034]步骤2:然后以光刻胶为掩膜，光刻并用离子注入工艺注入硼离子形成第一压阻51和第二压阻52并去胶；
[0035]步骤3:氮气气氛下950°C退火，并热氧化形成第二介质层42;
[0036]步骤4:光刻并用氢氟酸刻蚀出第一压阻51和第二压阻52部分的引线孔，采用磁控溅射淀积金属铝并刻蚀形成压阻第一引线61和第二引线62;
[0037]步骤5:采用四甲基氢氧化氨从背面腐蚀衬底硅到一定的厚度；
[0038]步骤6:背面光刻并用深反应离子刻蚀工艺刻蚀硅槽中的下层硅，形成下层硅悬臂梁2;
[0039]步骤7:正面用胶保护，采用氢氟酸湿法腐蚀从背面将下层硅悬臂梁2和上层硅薄膜3力敏感梁分离释放，自此，本传感器的制作过程完成。
[0040]当对该传感器上层硅膜3构成的悬臂梁自由端施以较小的压力时，该梁受力下弯，同时其根部应力集中，根部的压阻51的电阻发生变化，通过检测其电阻或将其接入桥路测量电压可以反映所受力的大小；当所加力达到一定阈值后，是上述悬臂梁自由端将与下层硅梁2的自由端接触，外加压力将使下层梁2根部的压阻52产生变化，同样的，通过检测其电阻变化或将其接入桥路测量电压可以反映所受力的大小。由于下层梁2设计的刚性较大，因此其测量范围宽，同时也保护上层悬臂梁受大力作用时不会由于过载而损害。
[0041]本发明是一种兼具较高灵敏度和较宽量程的压阻式力传感器。由衬底1、下层硅梁
2、上层硅薄膜3、介质层41和42、压阻51和52、及引出导线61和62组成。该传感器设有两个不同刚性且其自由端上下交叠的力敏感梁，当有外力作用在上层感应梁上时，上或上下两个力敏感梁会发生相应的形变，根据敏感梁根部的压阻变化可以得到此时施加在传感器上的压力。
[0042]本传感器的制作过程为:
[0043]I)选择衬底为(100)晶向的N型SOI硅片，通过反应离子刻蚀刻蚀工艺去掉部分SOI硅片上方的硅薄膜层3和对应的氧化硅中间层41，形成上层硅敏感梁3并露出下层硅衬底I;
[0044]2)然后以光刻胶为掩膜，光刻并用离子注入工艺注入硼离子形成上下力敏感梁的压阻51和52并去胶(图2a);
[0045]3)氮气气氛下950°C退火，并热氧化形成氧化绝缘层42;
[0046]4)光刻并用氢氟酸刻蚀出压阻51和52部分的引线孔，采用磁控溅射淀积金属铝并刻蚀形成压阻引线61和62(图2b);
[0047]5)采用四甲基氢氧化氨从背面腐蚀衬底硅到一定的厚度(图2c);
[0048]6)背面光刻并用深反应离子刻蚀工艺刻蚀硅槽中的下层硅，形成下层硅梁2;正面用胶保护，采用氢氟酸湿法腐蚀从背面将上下两层力敏感梁分离释放(图2d)，自此，本传感器的制作过程基本完成。
【主权项】
1.一种高灵敏度宽量程力传感器，其特征在于，该传感器包括衬底(I)，下层硅悬臂梁(2)，上层硅薄膜(3)，第一介质层(41)和第二介质层(42)，第一压阻(51)和第二压阻(52)，以及第一压阻(51)和第二压阻(52)的引出第一导线(61)和第二引出导线(62);其中， 衬底(I)中空，下层硅梁(2)位于衬底(I)中心上表面中空区域内，且表面和衬底(I)上表面齐平，下层硅梁(2)—端和衬底(I)连接，另一段悬空； 第二压阻(52)嵌入下层硅梁(2)和衬底(I)上表面连接处，表面和下层硅梁(2)齐平;上层硅薄膜(3)呈悬臂结构，其固定区域通过第一介质层(41)和衬底(I)连接，与其固定区域连接的是悬浮区域；第一压阻(51)嵌于其固定区域和悬浮区域之间，与上层硅薄膜(3)齐平;上层硅薄膜(3)构成的悬浮区域和下层硅梁(2)有交叠，并有和第一介质层(41)同样厚度的间隙；第二介质层(42)覆盖上层硅薄膜(3)和下层硅梁(2)及衬底(I)的上表面，第一引线(61)和第二引线(62)位于第二介质层(42)表面，分别是第一压阻(51)和第二压阻(52)的引出线。2.根据权利要求1所述的高灵敏度宽量程力传感器，其特征在于，其下层硅悬臂梁(2)和上层硅薄膜(3)的力敏感梁刚度不同，上层硅薄膜(3)力敏感梁刚性小于下层硅悬臂梁(2)敏感梁刚性。3.根据权利要求1或2所述的高灵敏度宽量程力传感器，其特征在于，下层硅悬臂梁(2)和上层硅薄膜(3)之间存在间隙，其间隙宽度等于第一介质层(41)的厚度。4.一种高灵敏度宽量程力传感器的制造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: 步骤1:选择衬底为晶向的N型SOI硅片，通过反应离子刻蚀刻蚀工艺去掉部分SOI硅片上方的硅薄膜层(3)和对应的氧化硅第一介质层(41)，形成上层硅薄膜(3)并露出下层硅衬底I; 步骤2:然后以光刻胶为掩膜，光刻并用离子注入工艺注入硼离子形成第一压阻(51)和第二压阻(52)并去胶； 步骤3:氮气气氛下950°C退火，并热氧化形成第二介质层(42); 步骤4:光刻并用氢氟酸刻蚀出第一压阻(51)和第二压阻(52)部分的引线孔，采用磁控溅射淀积金属铝并刻蚀形成压阻第一引线(61)和第二引线(62); 步骤5:采用四甲基氢氧化氨从背面腐蚀衬底硅到一定的厚度；步骤6:背面光刻并用深反应离子刻蚀工艺刻蚀硅槽中的下层硅，形成下层硅悬臂梁(2)； 步骤7:正面用胶保护，采用氢氟酸湿法腐蚀从背面将下层硅悬臂梁(2)和上层硅薄膜(3)力敏感梁分离释放，自此，本传感器的制作过程完成。
【专利摘要】本发明公开了一种高灵敏度宽量程的力传感器及其制造方法，该传感器包括衬底(1)，下层硅悬臂梁(2)，上层硅薄膜(3)，第一介质层(41)和第二介质层(42)，第一压阻(51)和第二压阻(52)，以及第一压阻(51)和第二压阻(52)的引出第一导线(61)和第二引出导线(62)；其中，衬底(1)中空，下层硅梁(2)位于衬底(1)中心上表面中空区域内，且表面和衬底(1)上表面齐平，下层硅梁(2)一端和衬底(1)连接，另一段悬空。该传感器既有在小力作用下的高灵敏度，也有很宽的测量范围。整个工艺简单。
【IPC分类】G01L1/18, B81B3/00, B81C1/00
【公开号】CN105668500
【申请号】CN201610034473
【发明人】秦明, 叶一舟, 王芳, 高磬雅
【申请人】东南大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月19日
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