一种MEMS压力传感器芯片及制备方法技术

本发明专利技术提供的MEMS压力传感器芯片及制备方法，在压敏电阻周围设置多个用于释放应力的凹槽，在应变膜弯曲时可以降低压敏电阻所在区域由于应变膜大挠度变形导致的平行于应变膜的轴向拉伸应力的影响，用以改变应变膜上的应力应变分布，在应变膜承受大变形压力时可提高压敏电阻区域应力与所施加压力的线性度，在保证传感器芯片精确度的同时可以提高压力传感器芯片在压力检测时的线性度，另外，压力传感器机构设计合理，制备过程中减少了不必要的台阶，降低了光刻的难度。

A MEMS Pressure Sensor Chip and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS压力传感器芯片及制备方法
本专利技术涉及MEMS传感器设计
，特别是涉及一种MEMS压力传感器芯片及制备方法。
技术介绍
MEMS(MicroElectroMechanicalSystem)即微电子机械系统，是新兴的跨学科的高新技术研究领域。基于MEMS技术制造压阻式压力传感器由于其出色的精准度和可靠度以及相对便宜的制造成本在现代的市场中得到广泛的应用。自从20世纪50年代中期发现了硅材料的压阻特性，硅基的压阻式压力传感器就被广泛的应用。典型的压阻式压力传感器工作原理是在一个方形或者圆形的硅应变薄膜上通过扩散或者离子注入的方式制作四个压力敏感电阻，简称压敏电阻，四个电阻互联构成惠斯顿电桥。当有外界压力施加在硅应变膜上，压敏电阻区域由于应变膜弯曲产生应力，通过压敏电阻的压阻特性，将应力转换为电阻值的变化，最后通过惠斯顿电桥将电阻值的变化转换为输出电压，通过对输出电压与压力值进行标定可以实现对压力的测量。压阻式压力传感器测量压力的量程及灵敏度在加工工艺条件相同的情况下与传感器应变膜的厚度和尺寸等有关。为了提高压力传感器的灵敏度，需要增大应变膜的尺寸或者减小膜的厚度。考虑到集成度的提高和减少成本，减小应变膜的厚度成了必然的选择。但减小应变膜的厚度同时会降低压力传感器的线性度。低量程压力传感器一般需要很高的灵敏度，在满足灵敏度设计要求时也要保证线性度。目前低量程压力传感器通常采用梁膜岛结构，通过在应变膜的正面增加固定梁或者在膜背面中心保留岛结构增大线性度，虽然保证线性度但同时又降低了压力传感器的灵敏度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种MEMS压力传感器芯片及制备方法，提高压力传感器芯片在压力检测时的线性度，保证了传感器测量精度。为解决上述技术问题，作为本专利技术的一个方面，提供了一种MEMS压力传感器芯片，包括基片、在所述基片背面形成的用于承受压力的应变膜以及在所述基片正面上形成并沿着晶向对称分布的多个用于实现所述应变膜上的应力信号至电阻值信号切换的压敏电阻，.在每个所述压敏电阻的周围刻蚀多个释放应力的凹槽。作为一种可能的实现方式，所述凹槽为梯形凹槽，所述梯形为等腰梯形或直角梯形。作为一种可能的实现方式，所述基片采用正方形，所述压敏电阻为4个，4个所述压敏电阻分别为正方形每条边的中间位置。作为一种可能的实现方式，所述基片采用具有氧化硅层的单晶硅基片，，厚度为300um至700um，其中所述氧化硅层的厚度为至作为一种可能的实现方式，所述压敏电阻周围设置三个凹槽，所述三个凹槽围绕所述压敏电阻成门型排布。为解决上述技术问题，作为本专利技术的另一个方面，提供了一种MEMS压力传感器芯片的制备方法，应用于制作如上述的MEMS压力传感器芯片，所述方法包括：制备表面形成氧化硅层的基片；采用离子注入法或扩散法在所述基片正面的边缘制作重掺杂接触区和多个压敏电阻；采用低压化学气相淀积法在在所述基片正面制作绝缘介质层，采用干法/湿法刻蚀和金属蒸发/溅射法在所述基片正面制作引线孔及引线；利用光刻法在基片正面的压敏电阻周围定义凹槽形状再利用反应离子刻蚀法进行刻蚀制作凹槽；在所述基片正面涂布保护胶后在所述基片背面利用KOH溶液进行各向异性腐蚀制作应变膜；采用硅片键合法将玻璃与所述基片背面的硅进行键合，对键合完成的基片进行切割划片得到MEMS压力传感器芯片。作为一种可能的实现方式，所述采用离子注入法在所述基片正面的边缘制作重掺杂接触区和多个压敏电阻，包括：对所述基片正面的淡硼区进行光刻，利用反应离子刻蚀法对氧化硅层进行刻蚀，注入硼离子进行第一次热扩散推进；对所述基片正面的浓硼区进行光刻，利用反应离子刻蚀法对氧化硅层进行刻蚀，注入硼离子进行第二次热扩散推进，完成重掺杂接触区和多个压敏电阻的制作。作为一种可能的实现方式，所述采用低压化学气相淀积法在在所述基片正面制作氧化硅层和氮化硅层，包括：采用低压化学气相淀积法在所述基片正面并温度范围为680℃到700℃下制作厚度为的氧化硅层以及控制温度范围是750℃到800℃下厚度为的氮化硅层，氧化硅层和氮化硅层共同构成绝缘介质层；所述采用采用干法/湿法刻蚀和金属蒸发/溅射法在所述基片正面制作引线孔及引线，包括：利用反应离子刻蚀对所述氮化硅层和氧化硅层进行刻蚀，完成引线孔制作；利用反应离子刻蚀法对氧化硅层进行刻蚀，在所述氧化硅层上通过溅射金属法进行厚度为1.0um金属铝层制作；对金属铝层进行光刻，利用湿法腐蚀对金属铝层完成金属引线制作。作为一种可能的实现方式，所述利用光刻法在基片正面的压敏电阻周围定义凹槽形状再利用反应离子刻蚀法进行刻蚀制作凹槽，包括：利用光刻法在基片正面的压敏电阻周围定义凹槽形状；利用反应离子刻蚀法氮化硅层进行深度为刻蚀，利用反应离子刻蚀法对氧化硅层进行深度为刻蚀，再利用反应离子刻蚀对所述基片的硅层进行8.0um进行刻蚀，完成凹槽制作。作为一种可能的实现方式，所述在所述基片正面涂布保护胶后在所述基片背面利用KOH溶液进行各向异性腐蚀制作应变膜，包括：在所述基片背面利用光刻定义背腔区域，利用反应离子刻蚀法对所述基片背面的氮化硅进行深度为刻蚀；利用反应离子刻蚀法对基片正面的氧化硅层进行深度为的刻蚀后涂布保护胶；利用KOH溶液对所述基片背面进行各向异性腐蚀得到剩余厚度为16um的应变膜。本专利技术提供的MEMS压力传感器芯片及制备方法，在压敏电阻周围设置多个用于释放应力的凹槽，在应变膜弯曲时可以降低压敏电阻所在区域由于应变膜大挠度变形导致的平行于应变膜的轴向拉伸应力的影响，用以改变应变膜上的应力应变分布，在应变膜承受大变形压力时可提高压敏电阻区域应力与所施加压力的线性度，在保证传感器芯片精确度的同时可以提高压力传感器芯片在压力检测时的线性度，另外，压力传感器机构设计合理，制备过程中减少了不必要的台阶，降低了光刻的难度。附图说明图1a示意性示出了本专利技术实施例中的MEMS压力传感器芯片中凹槽结构处的版图和压敏电阻分布示意图；图1b示意性示出了本专利技术实施例中的MEMS压力传感器芯片中凹槽结构处的版图和压敏电阻分布示意图；图1c示意性示出了本专利技术实施例中的MEMS压力传感器芯片中凹槽结构处的版图和压敏电阻分布示意图；图2示意性示出了本专利技术实施例中的MEMS压力传感器芯片制备方法的流程示意图；图2a示意性示出了本专利技术实施例中的MEMS压力传感器芯片中基片的示意图；图2b示意性示出了本专利技术实施例中的MEMS压力传感器芯片中离子注入方式制作压敏电阻的示意图；图2c示意性示出了本专利技术实施例中的MEMS压力传感器芯片中制作重掺杂接触区的示意图；图2d示意性示出了本专利技术实施例中的MEMS压力传感器芯片中制作接触孔和金属引线的示意图；图2e示意性示出了本专利技术实施例中的MEMS压力传感器芯片中正面刻蚀凹槽结构的示意图；图2f示意性示出了本专利技术实施例中的MEMS压力传感器芯片中正面涂胶保护的示意图；图2g示意性示出了本专利技术实施例中的MEMS压力传感器芯片中背面刻蚀应变膜的示意图；图2h示意性示出了本专利技术实施例中的MEMS压力传感器芯片中制作完成的MEMS压力传感器芯片的示意图。图中附图标记：1基片，2氧化硅层，3压敏电阻，4重掺杂接触区，5引线孔及引线，6氮化硅层，7凹槽，8保护胶，9背腔，10应变膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS压力传感器芯片，其特征在于，包括基片(1)、在所述基片(1)背面形成的用于承受压力的应变膜(10)以及在所述基片(1)正面上形成并沿着晶向对称分布的多个用于实现所述应变膜(10)上的应力信号至电阻值信号切换的压敏电阻(3)，在每个所述压敏电阻(3)的周围刻蚀多个释放应力的凹槽(7)。

【技术特征摘要】
1.一种MEMS压力传感器芯片，其特征在于，包括基片(1)、在所述基片(1)背面形成的用于承受压力的应变膜(10)以及在所述基片(1)正面上形成并沿着晶向对称分布的多个用于实现所述应变膜(10)上的应力信号至电阻值信号切换的压敏电阻(3)，在每个所述压敏电阻(3)的周围刻蚀多个释放应力的凹槽(7)。2.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述凹槽(7)为梯形凹槽，所述梯形为等腰梯形或直角梯形。3.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述基片(1)采用正方形，所述压敏电阻(3)为4个，4个所述压敏电阻(3)分别为正方形每条边的中间位置。4.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器芯片，其特征在于，所述基片(1)采用具有氮化硅层(6)和氧化硅层(2)的单晶硅基片，厚度为300um至700um，其中所述氧化硅层的厚度为至5.根据权利要求2所述的MEMS压力传感器芯片，其特征在于，所述压敏电阻(3)周围设置三个凹槽(7)，所述三个凹槽(7)围绕所述压敏电阻(3)成门型排布。6.一种MEMS压力传感器芯片的制备方法，其特征在于，应用于制作如权利要求1至5中任一项所述的MEMS压力传感器芯片，所述方法包括：制备表面形成氧化硅层(2)的基片(1)；采用离子注入或者扩散法在所述基片(1)正面的边缘制作重掺杂接触区(4)和多个压敏电阻(3)；采用低压化学气相淀积法在在所述基片(1)正面制作绝缘介质层，采用干法/湿法刻蚀和金属蒸发/溅射法在所述基片(1)正面制作引线孔及引线(5)；利用光刻法在基片(1)正面的压敏电阻(3)周围定义凹槽(7)形状再利用反应离子刻蚀法进行刻蚀制作凹槽(7)；在所述基片(1)正面涂布保护胶(8)后在所述基片(1)背面利用KOH溶液进行各向异性腐蚀制作应变膜(10)；采用硅片键合法将玻璃(11)与所述基片(1)背面的硅进行键合，对键合完成的基片(1)进行切割划片得到MEMS压力传感器芯片。7.根据权利要求6所述的MEMS压力传感器芯片的制备方法，其特征在于，所述采用离子注入法在所述基片(1)正面的边缘制作重掺杂接触区(4)和多个压敏电阻(3)，包括：对所述基片(1)正面的淡硼区进行光刻，利用反应离子刻蚀法对...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄贤，王进朝，段飞，
申请(专利权)人：盾安传感科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33