薄膜壓力傳感器制備工藝研究.pdf

1、薄膜壓力傳感器由于其體積小、重量輕、功耗低以及可靠性高等特點而被廣泛用于航空航天、石油化工、機械冶金、能源、環(huán)保等多個領(lǐng)域。當(dāng)前，國內(nèi)外研究重點主要集中在以Si和SiC等半導(dǎo)體材料為基體的薄膜壓力傳感器，對以合金材料為基體的薄膜壓力傳感器研究較少。而以合金材料為基體的薄膜壓力傳感器在惡劣環(huán)境下，如核工業(yè)、航空航天以及軍事作戰(zhàn)上有著非常廣闊的應(yīng)用前景。本文以合金材料為基體的薄膜壓力傳感器為研究對象，著重對傳感器基體拋光工藝、絕緣膜和功能電

2、阻膜制備工藝進行研究。同時，結(jié)合表面微細加工技術(shù)，完成了薄膜壓力傳感器制備工藝的研究。
　　首先，采用兩種方法對傳感器基體拋光。第一種方法是：采用 UINIPOL-802精密研磨拋光機拋光。具體流程是傳感器基體先經(jīng)過不同目數(shù)砂紙進行粗拋，再將粗拋后的傳感器基體依次經(jīng)過粒度分別為500nm、250nm的金剛石懸浮拋光液和粒度為50nm的SiO2拋光液對傳感器基體精拋。第二種方法是：采用Tegramin-25精密拋光機拋光。流程是傳感

3、器基體先經(jīng)過不同目數(shù)砂盤進行粗拋，再將粗拋后的傳感器基體依次經(jīng)過粒度為3μm、1μm的金剛石拋光液對其精拋。兩者相比，后者獲得了更平整的基體表面，且拋光效率遠高于前者。
　　其次，本文對絕緣膜進行了研究，比較了多種用于制備傳感器的絕緣膜，結(jié)合各種絕緣膜特性以及實驗室現(xiàn)有制備條件，選用 SiO2薄膜作為絕緣膜。采用射頻磁控濺射（radio frequency magnetron sputtering，RFMS）和等離子增強化學(xué)氣相沉

4、積（plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD）技術(shù)制備絕緣膜，最終，采用 PECVD方法成功制備了膜厚為900nm，且絕緣電阻大于500MΩ的SiO2薄膜。
　　接著，結(jié)合傳感器的技術(shù)需求及現(xiàn)有實驗室條件，本文選擇 NiCr合金薄膜作為傳感器的功能電阻膜。由于傳感器量程和功耗等條件的限制，要求功能薄膜厚度在500nm~1μm，電阻阻值在1KΩ~10KΩ。因此，為了達到指標(biāo)，我們

5、對功能電阻膜進行了系統(tǒng)的探索。實驗結(jié)果顯示，在 N2氣氛中熱處理時，隨著熱處理溫度的升高，電阻阻值逐漸減??；在真空和空氣中熱處理時，隨著熱處理溫度的升高，電阻阻值逐漸增加；并且在真空中沉積功能薄膜時，隨著抽真空時間增加，電阻阻值不斷減小。最終，通過射頻磁控濺射方法成功制備了厚度為500nm，阻值為1KΩ~10KΩ的NiCr功能電阻。
　　緊接著，本文對光刻工藝進行了研究。光刻工藝用來制作電阻圖形，通常實驗室制作電阻圖形有3種方法，

6、即濕法刻蝕、干法刻蝕以及剝離法。根據(jù)現(xiàn)有實驗室光刻工藝條件以及傳感器電阻關(guān)鍵尺寸要求，本文采用剝離法制作圖形，采用AZ5214和AZ6112光刻膠。一方面，對AZ5214光刻膠的甩膠參數(shù)、前烘時間、曝光時間、反轉(zhuǎn)烘時間以及顯影時間進行了系統(tǒng)的探索。另一方面，對AZ6112光刻膠的烘烤時間、曝光時間和顯影時間也進行了系統(tǒng)研究。最終通過優(yōu)化的光刻工藝成功制作了線寬以及線間距均為30μm的電阻圖形。
　　最后，在10MPa、20MPa和