[發明專利]隱藏式MEMS壓力傳感器敏感芯片及其制作方法

有效

• 申請號: 201310256941.7
• 申請日: 2013-06-26
• 公開（公告）號: CN103344374A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 陳旭遠;鄭小杉;傘海生
• 申請（專利權）人: 夏云
• 主分類號: G01L9/06
• 分類號: G01L9/06;G01L1/18;B81B7/00;B81C1/00
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

技術領域

本發明涉及壓力傳感器的敏感芯片及其制作方法，具體為一種隱藏式MEMS壓力傳感器的敏感芯片及其制作方法。

背景技術

目前壓力傳感器廣泛應用于國防工業、汽車工業、石油工業、航空航天、醫療器械以及電子消費品等領域。

在傳感器的各應用領域中，溫度、流量、壓力、位置是最常見的測試參數。在各類傳感器中，因壓力傳感器可廣泛用于壓力、高度、液體的流量、流速、液位、壓強的測量與控制，它已成為傳感器技術最成熟、性能比穩定的一類傳感器。據日本電氣計測器工業協會對過程傳感器(溫度、流量、壓力、位置、密度等)的生產和銷售進行的統計，壓力類傳感器占整個過程傳感器的三分之一強，而且其比例還在繼續加大，以此為基礎的壓力類測量及變送儀表也在過程控制系統中占有很高的比例。

根據工作原理的不同，壓力傳感器可以分為機械膜片電容式、硅膜片電容式、壓電式、壓阻式、光纖式、聲表面波式、霍爾效應式壓力傳感器等。在眾多類型的壓力傳感器中，硅膜片電容式壓力傳感器高靈敏度、低功耗、良好的溫度特性，而壓阻式壓力傳感器結構簡單、易于集成和信號處理。因此，這兩種類型的壓力傳感器已經成為了研究的熱點。

在傳統硅壓阻式壓力傳感器中，基本都把電阻排布在硅膜外表面直接與外界環境接觸。器件在工作過程中，由于外界環境酸堿物質、靜電顆粒、粉塵等對壓敏電阻的影響，而導致器件性能和使用壽命大打折扣。為了改進器件性能，部分學者在外表面沉積SiO₂，把惠斯登電橋與外界環境隔離。雖然這種方法解決了外界環境對電路的影響，同時也引入了另一個影響器件性能的問題。當溫度升高后，由于SiO₂和Si的熱膨脹系數不匹配引起的應力會大大降低器件的測量精度。如今比較成熟的技術是在薄膜表面沉積完SiO₂后，再沉積一層Si₃N₄來彌補熱失配問題。這個方案在一定程度上解決了溫度引起的熱失配問題對器件性能的影響，但是多層膜結構的使用壽命并不理想。

發明內容

本發明為了解決現有的硅壓阻式壓力傳感器存在的器件性能、壽命不理想的問題，提供了一種隱藏式MEMS壓力傳感器敏感芯片及其制作方法。

本發明是采用如下技術方案實現的：

一種隱藏式MEMS壓力傳感器敏感芯片，包括SOI片器件層（即作為壓力傳感器的敏感薄膜）和玻璃基底。

所述SOI片器件層上制作有惠斯登電橋的四個壓敏電阻R1、R2、R3、R4和用于連接作用的八個摻雜導線和八個連接錨點，所述每個壓敏電阻的兩端均與各自的摻雜導線的一端連接，所述每個摻雜導線的另一端均與各自的連接錨點搭接；所述每個連接錨點上制作有一層與其形成歐姆接觸的金屬層。

所述玻璃基底上表面腐蝕有5～200μm深的壓力腔和第一、二、三、四、五鑲嵌電路。

所述SOI片器件層與玻璃基底上表面通過陽極鍵合工藝鍵合在一起，所述四個壓敏電阻R1、R2、R3、R4置于壓力腔的范圍內且形成密封的壓力腔；所述第一、二、三、四、五鑲嵌電路與相應的連接錨點上金屬層連接后形成完整的惠斯登電橋，即壓敏電阻R1、R2之間通過第二鑲嵌電路連接、壓敏電阻R2、R3之間通過第三鑲嵌電路連接、壓敏電阻R3、R4之間通過第四鑲嵌電路連接、壓敏電阻R1的另一端通過連接錨點與第一鑲嵌電路連接、壓敏電阻R4的另一端通過連接錨點與第五鑲嵌電路連接；所述第一、二、三、四、五鑲嵌電路部分暴露于SOI片器件層外，所述第一、二、三、四、五鑲嵌電路的暴露部分分別鍵合有引線。

上述的隱藏式MEMS壓力傳感器敏感芯片的制作方法，包括如下步驟：

（1）、對SOI片器件層上進行高濃度擴散、離子注入工藝或生長高摻雜的多晶硅形成高摻雜的八個連接錨點；

（2）、對SOI片器件層上進行離子注入，注射離子劑量Φ=（4～8）×10¹⁴/cm²，注射能量為80～200KeV，制作惠斯登電橋的四個壓敏電阻R1、R2、R3、R4和用于連接作用的八個摻雜導線；所述每個壓敏電阻的兩端均與各自的摻雜導線的一端連接，所述每個摻雜導線的另一端均與各自的連接錨點搭接；

（3）、在每個連接錨點上濺射金屬層，并進行合金化退火，使金屬層與連接錨點形成歐姆接觸；