說在設計前的話：從cong工gong藝yi流liu程cheng來lai看kan，製zhi造zao的de成cheng本ben與yu單dan麵mian接jie觸chu式shi電dian容rong壓ya力li傳chuan感gan器qi相xiang當dang，器qi件jian體ti積ji也ye不bu會hui因yin此ci增zeng大da。具ju有you單dan麵mian接jie觸chu式shi電dian容rong壓ya力li傳chuan感gan器qi所suo具ju有you的de優you點dian：diwenpiao

，gaolingmindu，shouhuanjingyingxiangxiao，duifenbudianrongbumingan。duiyutongyangdaxiaodeqijian，shuangmianjiechushidianrongyalichuanganqidedianronglianghelingmindugaochudanmianjiechushidianrongyalichuanganqi1倍。

如何設計雙麵接觸式電容壓力傳感器呢？請看下文！

雙麵接觸式電容壓力傳感器的原理是基於單麵接觸式電容壓力傳感器而來的。其工作原理：當傳感器的受壓膜片（即梁）與基底距離很近時，膜片受壓後與基底接觸
，當壓力變化時
，通過改變接觸麵積的大小來改變電容量。圖1給出了典型的雙麵接觸式電容壓力傳感器的一般結構及其工作的模擬仿真曲線。

從圖1可以看出
，雙麵接觸式電容壓力傳感器有4個工作區
，第Ⅰ區(qu)是(shi)正(zheng)常(chang)區(qu)

，梁(liang)未(wei)接(jie)觸(chu)到(dao)襯(chen)底(di)上(shang)的(de)絕(jue)緣(yuan)層(ceng)
，當(dang)傳(chuan)感(gan)器(qi)工(gong)作(zuo)在(zai)這(zhe)一(yi)段(duan)時(shi)，接(jie)觸(chu)式(shi)電(dian)容(rong)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)與(yu)傳(chuan)統(tong)的(de)矽(gui)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)一(yi)樣(yang)。當(dang)梁(liang)快(kuai)要(yao)接(jie)近(jin)接(jie)觸(chu)點(dian)的(de)時(shi)候(hou)，傳(chuan)感(gan)器(qi)單(dan)位(wei)麵(mian)積(ji)上(shang)受(shou)到(dao)的(de)壓(ya)力(li)與(yu)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)容(rong)呈(cheng)非(fei)線(xian)性(xing)關(guan)係(xi)。第(di)Ⅱ區是過渡區
，梁開始接觸到襯底上的絕緣層，C-p曲線呈非線性關係，電容從梁未接觸到襯底到開始接觸襯底轉變。第Ⅲ區是線性區，梁與襯底上的絕緣層開始有效接觸，而且傳感器的電容將隨著壓力的增加而線性增大。第Ⅳ區是飽和區C-p曲線略呈非線性關係，隨著壓力的繼續增加，非線性將更明顯。

圖1　雙麵接觸式電容壓力傳感器的結構及工作曲線圖

雙麵接觸式電容壓力傳感器的電容由兩部分組成：一yi部bu分fen為wei梁liang受shou壓ya後hou，尚shang未wei接jie觸chu到dao襯chen底di上shang的de絕jue緣yuan層ceng時shi形xing成cheng的de電dian容rong，此ci電dian容rong類lei似si於yu常chang規gui的de電dian容rong壓ya力li傳chuan感gan器qi
，這zhe一yi部bu分fen隻zhi占zhan接jie觸chu式shi電dian容rong壓ya力li傳chuan感gan器qi的de電dian容rong量liang的de很hen小xiao一yi部bu分fen；另(ling)一(yi)部(bu)分(fen)是(shi)梁(liang)接(jie)觸(chu)到(dao)襯(chen)底(di)後(hou)形(xing)成(cheng)的(de)電(dian)容(rong)
，這(zhe)部(bu)分(fen)電(dian)容(rong)量(liang)才(cai)是(shi)需(xu)要(yao)的(de)電(dian)容(rong)量(liang)，而(er)且(qie)它(ta)占(zhan)主(zhu)導(dao)地(di)位(wei)，較(jiao)多(duo)采(cai)用(yong)的(de)是(shi)國(guo)產(chan)品(pin)牌(pai)電(dian)容(rong)
，如(ru)三(san)環(huan)電(dian)容(rong)
、風華電容，也可選擇台企電容巨頭——YAGEO電容（即國巨電容）zuoweisuoxuandianrong。dangyalizengjiashi，liangyuchendidejiechumianjizengjia，tongshiliangyuchendidefeijiechubufenjianshao。gangkaishi
，dianrongzhuyaoyoufeijiechubufentigong
，suizheyalidezengjia，liangkaishijiechuchendidejueyuancenghou，feijiechubufentigongdedianrongzhujianjianshao，erjiechubufentigongdedianrongyujiechumianjijiangchengxianxingzengjia。youyujueyuancengfeichangbo
，yincidangliangkaishiyuchendishangdejueyuancengjiechuhou，jiechumianjisuotigongdedianrongjiangzhanzhudaodiwei。

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工藝流程

雙麵接觸式電容壓力傳感器由3個矽晶片（其中有兩個晶片B是一樣的）用矽熔融法進行鍵合，先把晶片A正反兩麵腐蝕兩個同樣大小的溝槽來作為傳感器的真空腔，然後在這兩個大溝槽上澱積一層二氧化矽作為絕緣層，同時把晶片A作為雙麵接觸式電容壓力傳感器的公共下電極

，接著把兩片用濃的固態硼擴散好的晶體B用熔融鍵合的辦法鍵合在晶片A的正反兩麵，用離子刻蝕法刻蝕掉晶片B最外層的重摻雜層，緊接著用自停止腐蝕法去掉輕摻雜層
，得到最裏麵的重摻雜層作為傳感器的上電極。對於晶片A和B,可以采用圓形
、方形
、矩形膜，本次設計采用圓形膜。製造工藝流程如下：

1、晶片A

襯底晶片采用N型矽晶體，晶向為<100>晶向，厚度約為（500±10）μm,電阻率約為5～10Ω·cm.

腐蝕出大溝槽

先在晶片A的兩端氧化出2μm的氧化層，然後把預先設計好的掩膜（即大溝槽的形狀）附在晶片A的正反兩麵
，然後放到SF6溶液裏麵讓它進行腐蝕，就可得到所要的大溝槽（真空腔）的形狀。

澱積一層絕緣層

在腐蝕出大溝槽的晶片A兩麵都氧化一層150nm厚的SiO2,作為絕緣層。此時，晶片A可以與晶片B進行鍵合。

2、晶片B

晶片B主要是為了製作重摻雜的梁。晶片B取P型矽
，晶向為<100>晶向，晶片厚度約（400±10）μm,電阻率約為2～5Ω·cm.

硼擴散

為了減少由於隻擴散硼的一邊使梁變形而凹凸不平的情況，使晶體的兩邊都進行硼擴散，大約要在1120℃下擴散160min.

化學機械拋光

晶片被腐蝕後表麵變得不平
，因此要進行化學機械拋光，化學機械拋光的一些參數見表1:

表1　用於熔融鍵合的P+型矽化學機械拋光的參數

這樣晶片B也可以進行鍵合了。

3
、鍵合後的晶片

矽熔融鍵合

在鍵合之前，所有晶片都要進行清洗，把晶體表麵上的灰塵微粒洗掉，接著晶片在室溫下鍵合在一起，然後把這對晶片放在1000℃的純氮環境下進行退火鍵合。

圖2 晶片在室溫下鍵合在一起

矽蝕刻

首shou先xian利li用yong離li子zi刻ke蝕shi把ba原yuan先xian為wei減jian少shao凹ao凸tu不bu平ping而er重zhong摻chan雜za的de濃nong硼peng擴kuo散san層ceng刻ke蝕shi掉diao
，這zhe一yi步bu也ye可ke用yong機ji械xie拋pao光guang法fa來lai進jin行xing。刻ke蝕shi掉diao這zhe一yi層ceng後hou

，接jie著zhe要yao把ba梁liang刻ke蝕shi出chu來lai

，可ke用yong腐fu蝕shi的de辦ban法fa來lai進jin行xing
，用yong10%的KOH來腐蝕
，前麵的350μm在90℃的KOH中腐蝕，後麵的50μm在50℃的KOH中腐蝕，以便得到更好的蝕刻選擇性。

開一個引線窗口和排氣窗口

引(yin)線(xian)窗(chuang)口(kou)主(zhu)要(yao)是(shi)在(zai)這(zhe)個(ge)窗(chuang)口(kou)中(zhong)先(xian)澱(dian)積(ji)上(shang)一(yi)層(ceng)金(jin)屬(shu)，然(ran)後(hou)從(cong)這(zhe)一(yi)層(ceng)金(jin)屬(shu)中(zhong)引(yin)出(chu)電(dian)容(rong)的(de)極(ji)板(ban)引(yin)線(xian)。要(yao)刻(ke)蝕(shi)出(chu)這(zhe)個(ge)窗(chuang)口(kou)可(ke)以(yi)在(zai)晶(jing)片(pian)上(shang)布(bu)一(yi)層(ceng)掩(yan)膜(mo)，然(ran)後(hou)利(li)用(yong)離(li)子(zi)刻(ke)蝕(shi)法(fa)刻(ke)出(chu)這(zhe)個(ge)窗(chuang)口(kou)
，同(tong)理(li)
，排(pai)氣(qi)窗(chuang)口(kou)也(ye)可(ke)以(yi)這(zhe)樣(yang)刻(ke)蝕(shi)。排(pai)泄(xie)窗(chuang)口(kou)是(shi)為(wei)了(le)使(shi)封(feng)裝(zhuang)的(de)腔(qiang)為(wei)真(zhen)空(kong)而(er)設(she)計(ji)的(de)。

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封裝腔

排氣窗口刻蝕出以後
，用LTO封裝這個排氣窗口，用LTO封裝以後，腔裏的空氣壓力幾乎為零。那麼這個傳感器就可以測絕對壓力。

刻蝕出梁和引線窗口

在BHF溶液中腐蝕出梁和引線窗口，腐蝕掉鏈接層的LTO和SiO2。

金屬化處理

在引線窗口濺射上300nm的Al/Si/Cu金屬層。

切割和測試

完成後的晶體能夠被切割和測試。

圖3 切割和測試

相關工藝

要得到好的鍵合效果

，在進行晶體鍵合前，要對3塊晶片的表麵進行處理，特別是晶體B,要yao用yong機ji械xie拋pao光guang的de方fang法fa進jin行xing

，否fou則ze由you於yu重zhong摻chan雜za硼peng的de晶jing體ti表biao麵mian粗cu糙cao度du太tai高gao
，鍵jian合he時shi會hui由you於yu晶jing體ti表biao麵mian的de內nei應ying力li使shi晶jing體ti彎wan曲qu，表biao麵mian不bu平ping，常chang有you空kong氣qi泡pao被bei封feng在zai裏li麵mian，這zhe使shi鍵jian合he的de效xiao果guo不bu好hao
，要yao得de到dao好hao的de鍵jian合he效xiao果guo就jiu要yao使shi表biao麵mian盡jin量liang光guang滑hua而er且qie盡jin量liang平ping坦tan。在zai鍵jian合he時shi，首shou先xian在zai晶jing體ti的de邊bian緣yuan進jin行xing鍵jian合he，如ru果guo在zai空kong氣qi中zhong鍵jian合he，晶jing體ti的de中zhong間jian會hui有you殘can留liu的de空kong氣qi，這zhe些xie殘can留liu的de空kong氣qi泡pao在zai高gao溫wen下xia會hui膨peng脹zhang，有you可ke能neng把ba兩liang片pian晶jing體ti分fen開kai。為wei解jie決jue這zhe個ge問wen題ti可ke在zai真zhen空kong中zhong鍵jian合he
；另一個辦法是同時在另一麵也進行硼擴散來減少它的彎曲，因為兩麵硼擴散的厚度如果一樣的話

，晶體的變形會最小。

對於電容壓力傳感器，矽梁的擴散厚度需要精確控製，P+重摻雜自停止腐蝕法及PN結自停止腐蝕來控製擴散精度。P+重摻雜自停止腐蝕主要是利用當硼在矽中的濃度超過1019shi，guidefushisulvjiangdadajianxiao，zheshigexiangyixingfushideyigetexing。gexiangyixingfushiyujingtidejingxianghechanzanongduyouguan。fushisulvdabufenqujueyujingtidejingxiang，zhegetexingzaifushi<100>晶向的晶體時會得到V形槽，<110>晶體得到U形槽。晶體的腐蝕速率取決於3個因素：晶體的類型、溶液的濃度及溫100>和<111>的腐蝕速率比值為50∶30∶1,在室溫下比值為160∶100∶1。腐蝕速率對溫度非常敏感，要注意控製腐蝕液的溫度。溶液的濃度也會影響腐蝕速率
，但不是線性的。在10℃左右，腐蝕速率最大
，而且當溶液的濃度逐漸增加時
，腐蝕速率會慢慢降下來。

查閱資料
，當溶液的濃度在10%～15%時，晶體的腐蝕速率最大。溶液的濃度很低時，晶體表麵會產生一係列小洞。

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