1 引言
 

　　大氣壓力
 

　　由公式可知，外界壓力通過改變電容的極板面積和間距來改變電容。隨著壓力慢慢增大，電容因極板間距減小而增大，此時電容值由非接觸電容來決定；當(dāng)兩極板接觸時，電容的大小則主要由接觸電容來決定。
 

　　3 傳感器的設(shè)計(jì)與制造
 

　　敏感薄膜是
 

　　整個制造流程都采用標(biāo)準(zhǔn)工藝，如圖3所示。先熱氧化100 nm的SiO2，既作為腐蝕Si的掩膜，又作為電容兩電極的絕緣層。利用各向異性腐蝕形成電容空腔和將來露電極的?？滩?，如果硅片厚度一致且KOH腐蝕速率均勻，此法可以在相當(dāng)程度上等效于自停止腐蝕。從玻璃上引出電容兩電極，然后和硅片進(jìn)行陽極鍵合。鍵合片利用KOH腐蝕減薄后反應(yīng)離子深刻蝕露出測量電極。
 

　　4 關(guān)鍵工藝
 

　　4.1 KOH各向異性腐蝕
 

　　在各種各向異性腐蝕方法里面，KOH腐蝕簡單實(shí)用，成本低廉。在硅片大面積、大深度腐蝕的情況下，KOH腐蝕容易影響硅片表面的形狀和光潔度，如何選擇合適的溶液配比起著重要的作用。在KOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％～40％，硅片電阻率為0.05 Ω?cm，80℃水浴恒溫的條件下，隨著KOH濃度的提高，腐蝕表面有著很明顯的變化：凸起的小丘逐漸由圓錐變成八棱錐進(jìn)而變成四棱錐，如圖4(a)所示，棱錐高度多為幾十微米，底邊長一兩百微米；提高KOH濃度，小丘消失，出現(xiàn)四棱臺，如圖4(b)所示，棱臺深度多為幾個微米，底邊長一兩百微米；再加大KOH濃度，小坑形狀發(fā)生變化，完整的四棱臺坑幾乎消失，多為斜坡狀的半四棱臺小坑，如圖4(c)所示，坡高1～2μm，邊長10μm以內(nèi)。
 

　　四棱錐和四棱臺的四個斜面對應(yīng)于腐蝕速率最低的(111)系列晶面。當(dāng)濃度較低時，(100)和(111)晶面的腐蝕速率比小，所以出現(xiàn)小丘；當(dāng)濃度增大時，(100)和(111)晶面的腐蝕速率比增大，所以出現(xiàn)小坑；濃度達(dá)到一定程度后，(100)和(111)晶面的腐蝕速率比趨于穩(wěn)定，依然出坑，而(110)和(111)晶面的腐蝕速率比增大，從而產(chǎn)生斜坡。只有調(diào)整KOH的濃度，得到匹配的(100)、(110)、(111)
 

　　4.2 陽極鍵合
 

　　目前真空腔的形成多采用Si—Si鍵合或者陽極鍵合。本方案采用陽極鍵合，是因?yàn)殛枠O鍵合比Si—Si鍵合的要求低。首先溫度只需要400～500℃，其次表面光潔度要求也相對較低。本工藝過程中存在金屬電極，不適于用高溫；鍵合面存在高約1400 nm，寬為20μm的電極引線，鍵合面的SiO2經(jīng)過一定程度的KOH各向異性腐蝕后粗糙度為100nm左右，經(jīng)過試驗(yàn)證明，鍵合情況良好(圖5)，并具有良好的密封效果。
 

　　4.3 反應(yīng)離子深刻蝕
 

　　反應(yīng)離子深刻蝕(DRIE)能刻出非常深的垂直結(jié)構(gòu)，本試驗(yàn)用于最后硅薄膜的形成。DRIE的刻蝕效果(刻深為250 μm)沒有KOH腐蝕的平坦，刻蝕表面比較粗糙，表面顆粒起伏為幾個微米，如圖6。此外刻蝕存在不均勻性，75 mm硅片四周已經(jīng)刻到電極露出，而硅片中央的電極還沒有露出。深刻蝕的不均勻性與刻蝕表面的圖形有著密切的聯(lián)系，但其中的成因和機(jī)理目前還沒有具體合理的理論和解釋說明。因而無法從理論上指導(dǎo)規(guī)劃刻蝕表面的形狀設(shè)計(jì)，更多的是依靠經(jīng)驗(yàn)手動凋整。
 

　　5 試驗(yàn)結(jié)果與分析
 

　　制成的傳感器樣片。薄膜尺寸為2 mm2 mm，膜厚理淪設(shè)計(jì)為10 μm，但由于硅片本身厚度存在20 μm的起伏誤差，且經(jīng)過KOH各向異性腐蝕以及反應(yīng)離子深刻蝕之后已經(jīng)難以保證設(shè)計(jì)要求，實(shí)際膜厚10～30μm不等。
 

　　在室溫19.34℃的條件下，對壓力
 

　　6 結(jié)論
 

　　利用硅膜的良好機(jī)械特性，采用接觸式的結(jié)構(gòu)，通過簡單標(biāo)準(zhǔn)的工藝制造出了電容式壓力傳感器樣片。經(jīng)過對傳感器的測試和分析，證明這種傳感器可應(yīng)用于氣象壓力的測量。如何改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝制造，提高傳感器的測量精度是下一步研究工作的重點(diǎn)。