基于硅通孔技术的微型电容式壁面剪应力传感器制作方法

摘要

本发明公开了一种基于硅通孔技术的微型电容式壁面剪应力传感器及其制作方法，属于传感器技术领域。该传感器包括浮动单元锚点1、弹性梁2、可动梳齿3、固定梳齿4、固定梳齿锚点5、TSV引线6、浮动单元7、牺牲层8、基底层9和TSV电绝缘层10，传感器通过微加工工艺和金属电镀工艺加工完成。本发明提出的基于硅通孔技术的微型电容剪应力传感器采用了基于硅通孔技术的背面引线工艺取代原有的引线键合工艺，避免了金属引线暴露于流场中产生干扰；减小了传感器的封装尺寸，有利于传感器的阵列化，有利于传感器与集成电路的3D封装；测量装置不侵入流场，可以对流场进行非侵入式的壁面剪应力测量。

主权项

一种基于硅通孔技术的背孔连接的电容式壁面剪应力传感器的制作方法，所述电容式壁面剪应力传感器包括浮动单元锚点(1)、弹性梁(2)、可动梳齿(3)、固定梳齿(4)、固定梳齿锚点(5)、TSV引线(6)、浮动单元(7)、牺牲层(8)、基底层(9)和TSV电绝缘层(10)；整个传感器左右对称；所述浮动单元(7)两侧布有可动梳齿(3)，浮动单元(7)与可动梳齿(3)通过弹性梁(2)与浮动单元锚点(1)连接，悬浮于基底层(9)上；固定梳齿(4)连接于固定梳齿锚点(5)上，所述固定梳齿(4)与可动梳齿(3)相配，形成电容；浮动单元锚点(1)和固定梳齿锚点(5)则置于基底层(9)上的牺牲层(8)之上；TSV引线(6)在器件厚度方向依次贯穿各浮动单元锚点(1)和固定梳齿锚点(5)、牺牲层(8)和基底层(9)后，从器件背面引出，TSV引线(6)外壁与器件孔内壁之间为TSV绝缘层(10)，以实现电绝缘；所述TSV引线(6)上端头沿径向向外延伸出小平面，并和各浮动单元锚点(1)和固定梳齿锚点(5)上表面形成电接触；其特征在于，该制备方法包括如下步骤：步骤1：SOI硅片正面制作传感器敏感结构，包括浮动单元锚点(1)、弹性梁(2)、可动梳齿(3)、固定梳齿(4)、固定梳齿锚点(5)、浮动单元(7)；步骤2：从SOI硅片背面制作TSV通孔并进行氧化绝缘处理和阻挡层淀积，形成TSV绝缘层(10)；步骤3：TSV金属电镀填充，形成TSV引线(6)，该过程具体包括如下子步骤：子步骤1：辅助硅片正面抛光，去除表面的氧化层；子步骤2：在辅助硅片上溅射金属种子层，并旋涂光刻胶，与完成步骤1和步骤2后的SOI硅片正面进行黏合；子步骤3：以SOI硅片作为光刻掩膜，对辅助硅片上与TSV导线(6)上端头相应位置处的光刻胶进行曝光，显影露出过该位置处的金属种子层；子步骤4：将黏合有辅助硅片的SOI硅片浸入硫酸铜电镀液中进行电镀，形成TSV引线(6)；步骤4：去除辅助硅片，释放SOI硅片的正面浮动结构，包括浮动单元(7)、弹性梁(2)和可动梳齿(3)，并进行划片，得到分离的微型电容式壁面剪应力传感器。