MEMS压力传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种MEMS压力传感器，包括器件板，所述器件板具有相对设置的第一表面和第二表面；所述器件板的第一表面上设置有岛结构、围设所述岛结构的固支结构、连接于岛结构和固支结构之间的四个梁结构，所述第一表面上还设置有由固支结构、岛结构和梁结构围设形成的膜结构；所述器件板的第一表面上还设置有分设于四个梁结构上的电阻装置，任意所述电阻装置均包括至少一个呈长方形的电阻，所述电阻均分别沿平行于各自的梁结构的延伸方向延伸。

【技术实现步骤摘要】
MEMS压力传感器
本专利技术涉及传感器领域，特别是一种MEMS压力传感器。
技术介绍
MEMS压力传感器是利用半导体工艺，将感应压力的敏感膜等机械结构以及惠斯通电桥电路加工到半导体衬底上的工艺。其采用的工艺例如有：薄膜生长、离子注入、金属溅射、干法刻蚀、湿法腐蚀、晶圆键合工艺、减薄、研磨抛光等。MEMS压力传感器可将压力信号转变为易识别、易处理的电学信号，从而广泛应用于消费类电子、医疗电子、汽车电子、工业控制、石油化工等领域。现有技术中，MEMS压力传感器通常使用平模结构作为敏感膜来感应待测压力，并采用惠斯通电桥电路来将压力信号转变成电学信号；通常的，该平膜结构包括平膜和支撑结构；该惠斯通电桥电路的核心部件为位于平膜四边中心位置的电阻R1、R2、R3和R4，其中R1、R3垂直于膜边，R2、R4平行于膜边，R1、R3平行于R2、R4。当压力作用于平膜结构时，平膜发生变形，产生应力，其中最大应力位于平膜四边中心处，即电阻R1、R2、R3、R4处；电阻R1、R2、R3、R4的阻值因受到应力而发生变化，其中R1、R3增大或减小，而R2、R4相应的减小或增大，惠斯通电桥失衡，产生电压输出，此即为MEMS压力传感器的工作原理。这种结构的MEMS压力传感器对于中高量程能够取得十分优异的性能；但是对于小量程。例如对于小于10kpa的MEMS压力传感器来说，为了达到一定灵敏度，需要的平膜又大又薄。而这样的平膜结构存在以下缺点：一是薄而大的平膜结构会因中心变形过大而表现出很大的非线性，使得MEMS压力传感器的测量精度变差；二是薄而大的平膜结构使得MEMS压力传感器芯片的面积较大，晶圆芯片密度小，利用率低；三是薄而大的平膜结构使得MEMS压力传感器芯片易受封装应力的影响，从而会增加封装难度。而另一种现有技术中，将平膜结构加工成岛梁膜结构，其中岛梁膜结构包括中心岛和连接中心岛和支撑结构的梁；但是其中电阻R1、R2、R3和R4的布局方式与上述平膜结构一样。这种岛梁膜结构中，中心岛其限制膜结构的变形，进而起到改善传感器非线性的作用。并且，梁可以集中因膜结构变相而产生的应力，提高传感器的灵敏度，其中梁的宽度越窄，应力集中的效果越好。由于电阻R1、R3垂直于膜边，R2、R4平行于膜边，R1、R3平行于R2、R4，梁的宽度受限于R2和R4的长度。由于，通常组成MEMS压力传感器惠斯通电桥的电阻在5kΩ，电阻的宽度为10um，方块电阻为350Ω左右，因此，电阻的长度通常在100um以上。再加上需要将电阻用导线引出以及加上梁宽的误差，实际所需的梁的宽度可能达到200um左右，从而限制了梁的宽度，对传感器灵敏度的提高不利。另外，该电阻布局方式由于梁结构的存在，会引起感应应力的电阻R1、R2、R3和R4引出导线的不一致，进而使电阻R1、R3和R2、R4的阻值不相等，零压力下传感器的输出不为零，影响传感器的性能。因此，必须设计一种新的MEMS压力传感器。
技术实现思路
为解决上述问题之一，本专利技术提供了一种MEMS压力传感器，包括器件板，所述器件板具有相对设置的第一表面和第二表面；所述器件板的第一表面上设置有岛结构、围设所述岛结构的固支结构、连接于岛结构和固支结构之间的四个梁结构，所述第一表面上还设置有由固支结构、岛结构和梁结构围设形成的膜结构；所述器件板的第一表面上还设置有分设于四个梁结构上的电阻装置，任意所述电阻装置均包括至少一个呈长方形的电阻，所述电阻均分别沿平行于各自的梁结构的延伸方向延伸。作为本专利技术的进一步改进，所述电阻装置包括第一电阻装置、第二电阻装置、第三电阻装置和第四电阻装置，所述第一电阻装置、第二电阻装置、第三电阻装置和第四电阻装置均分别位于各自梁结构的中线位置上，且分别沿各自梁结构的中线方向延伸。作为本专利技术的进一步改进，所述第一电阻装置、第二电阻装置、第三电阻装置、第四电阻装置均包括一个电阻。作为本专利技术的进一步改进，所述第一电阻装置、第二电阻装置、第三电阻装置、第四电阻装置均分别包括至少两个电阻。作为本专利技术的进一步改进，所述第一电阻装置、第二电阻装置、第三电阻装置和第四电阻装置的电阻均分别沿各自的梁结构的中线对称分布。作为本专利技术的进一步改进，所述第一电阻装置和第三电阻装置的一端均位于各自的梁结构与固支结构的相衔接处；所述第二电阻装置和第四电阻装置的一端均位于各自的梁结构与岛结构的相衔接处。作为本专利技术的进一步改进，所述第一电阻装置、第二电阻装置、第三电阻装置和第四电阻装置的电阻均分别沿各自的梁结构的中线排列分布。作为本专利技术的进一步改进，所述第一电阻装置、第二电阻装置、第三电阻装置、第四电阻装置的一端均位于各自的梁结构与固支结构的相衔接处，另一端均位于各自的梁结构与岛结构的相衔接处。作为本专利技术的进一步改进，所述第一电阻装置、第二电阻装置、第三电阻装置、第四电阻装置上的电阻分别进行串联或并联，以组成单惠斯通电桥。作为本专利技术的进一步改进，所述第一电阻装置、第二电阻装置、第三电阻装置、第四电阻装置上的电阻之间互相连接，以组成至少两组惠斯通电桥。与现有技术相比，本专利技术中的MEMS压力传感器中的电阻均分别沿平行于各自的梁结构的延伸方向延伸，梁结构可以集中因膜结构变相而产生的应力，梁结构的宽度也不再受限于电阻装置的长度，可以实现与电阻装置宽度相同的梁宽，进而使得应力更加集中，进一步提高传感器的灵敏度。此外，该种电阻装置的布局方式可以灵活地将电阻装置引出并进行布线，保证电阻装置以及电阻装置的引出导线的一致性，进而减少零点误差、温度失配等。附图说明图1为本专利技术压力传感器惠斯通电桥的电路连接示意图；图2为本专利技术压力传感器第一种实施方式的结构示意图；图3为本专利技术压力传感器第二种实施方式的结构示意图；图4为本专利技术压力传感器第三种实施方式的结构示意图。具体实施例为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。如图1至图4所示，本专利技术提供了一种MEMS压力传感器，该MEMS压力传感器包括器件板100，所述器件板100具有相对设置的第一表面和第二表面；所述器件板100的第一表面上设置有岛结构1、围设所述岛结构1的固支结构2、连接于岛结构1和固支结构2之间的四个梁结构3，所述第一表面上还设置有由固支结构2、岛结构1和梁结构3围设形成的膜结构4。由于，所述MEMS压力传感器可通过蚀刻形成，因而所述固支结构2、岛结构1和梁结构3均在第一表面上凸出所述膜结构4，即所述膜结构4相对于固支结构2、岛结构1和梁结构3在第一表面上凹陷设置。所述器件板100的第一表面上还设置有分设于四个梁结构3上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS压力传感器，其特征在于，包括器件板，所述器件板具有相对设置的第一表面和第二表面；/n所述器件板的第一表面上设置有岛结构、围设所述岛结构的固支结构、连接于岛结构和固支结构之间的四个梁结构，所述第一表面上还设置有由固支结构、岛结构和梁结构围设形成的膜结构；/n所述器件板的第一表面上还设置有分设于四个梁结构上的电阻装置，任意所述电阻装置均包括至少一个呈长方形的电阻，所述电阻均分别沿平行于各自的梁结构的延伸方向延伸。/n

【技术特征摘要】
1.一种MEMS压力传感器，其特征在于，包括器件板，所述器件板具有相对设置的第一表面和第二表面；
所述器件板的第一表面上设置有岛结构、围设所述岛结构的固支结构、连接于岛结构和固支结构之间的四个梁结构，所述第一表面上还设置有由固支结构、岛结构和梁结构围设形成的膜结构；
所述器件板的第一表面上还设置有分设于四个梁结构上的电阻装置，任意所述电阻装置均包括至少一个呈长方形的电阻，所述电阻均分别沿平行于各自的梁结构的延伸方向延伸。


2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述电阻装置包括第一电阻装置、第二电阻装置、第三电阻装置和第四电阻装置，所述第一电阻装置、第二电阻装置、第三电阻装置和第四电阻装置均分别位于各自梁结构的中线位置上，且分别沿各自梁结构的中线方向延伸。


3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述第一电阻装置、第二电阻装置、第三电阻装置、第四电阻装置均包括一个电阻。


4.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述第一电阻装置、第二电阻装置、第三电阻装置、第四电阻装置均分别包括至少两个电阻。


5.根据权利要求4所述的压力传感器，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑新文，高洪连，盛云，
申请(专利权)人：苏州纳芯微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32