[發明專利]一種壓阻式加速度、壓力集成傳感器及其制造方法

有效

• 申請號: 201410265336.0
• 申請日: 2014-06-13
• 公開（公告）號: CN104089642B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 董健;蔣恒;孫笠
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司33201
• 代理人: 黃美娟,王兵

(一)技術領域

本發明涉及MEMS(微機電系統)傳感器領域中的壓阻式加速度、壓力集成傳感器及其制造方法，具體涉及一種基于陽極鍵合封裝的MEMS壓阻式加速度、壓力集成傳感器及其制造方法。

(二)背景技術

在航空航天、軍事、汽車、環境監測等領域中，經常要同時測量加速度、壓力等參數。但在這些應用中，由于環境適應性、體積、成本和功能等的嚴格限制，要求傳感器具有微型化、集成化、多功能的特點。集成傳感器能夠在同一芯片上集成多個不同的傳感器，用以對不同的物理量同時進行檢測，而且體積小、單位成本低，在上述領域具有廣泛的潛在應用前景，因此受到國內外越來越多的關注。然而和集成電路相比，傳感器的集成顯得更為困難，原因是不同傳感器的工作原理和結構方案差別很大，從工作原理上看，有的傳感器是電阻敏感原理，有的傳感器是電容敏感原理；從結構方案上看，有些需要薄膜等特殊結構，有些則需要特殊的敏感材料。因此將這些不同原理和結構的傳感器進行集成制造，需要研究一套特定的工藝方法。

(三)發明內容

本發明的目的是提供了一種基于陽極鍵合封裝技術、表面微加工、體微加工工藝的壓阻式加速度、壓力集成傳感器及其制造方法，實現直接將兩種傳感器在一個圓片上進行集成制造。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種壓阻式加速度、壓力集成傳感器，所述的傳感器同時集成了壓阻式加速度傳感器和壓阻式壓力傳感器，并且具有第一鍵合玻璃-硅基-第二鍵合玻璃三明治結構；所述的硅基內部形成有壓阻式加速度傳感器懸臂梁和壓阻式壓力傳感器膈膜，硅基的正面形成有兩個壓阻區域，分別是壓阻式加速度傳感器的壓阻區域和壓阻式壓力傳感器的壓阻區域；所述壓阻式加速度傳感器的壓阻區域位于壓阻式加速度傳感器懸臂梁的上表面根部，并且注入有淡硼形成4根淡硼擴散壓阻，同時淡硼擴散壓阻的內部注入有濃硼形成濃硼歐姆接觸區；所述壓阻式壓力傳感器的壓阻區域位于壓阻式壓力傳感器膈膜的上表面，也注入有淡硼形成4根淡硼擴散壓阻，并且淡硼擴散壓阻的內部注入有濃硼形成濃硼歐姆接觸區；所述的兩個壓阻區域的上方沉積有二氧化硅層，二氧化硅層上方沉積有第一氮化硅層，所述的二氧化硅層和第一氮化硅層一起作為絕緣鈍化層，所述的絕緣鈍化層開有引線孔，利用金屬導線連通兩個壓阻區域，并且壓阻式加速度傳感器壓阻區域的4根淡硼擴散壓阻通過金屬導線構成惠斯頓全橋連接，壓阻式壓力傳感器壓阻區域的4根淡硼擴散壓阻通過金屬導線也構成惠斯頓全橋連接；所述金屬導線的上方沉積有第二氮化硅層，所述第二氮化硅層的上方沉積有非晶硅層，所述的非晶硅與第一鍵合玻璃陽極鍵合，并且，利用非晶硅作為臺階，所述的非晶硅與第一鍵合玻璃鍵合后形成一個真空腔體，連通壓阻式加速度傳感器和壓阻式壓力傳感器；所述硅基的背面與第二鍵合玻璃陽極鍵合，所述的第二鍵合玻璃帶有通氣孔，并且所述的通氣孔位于壓阻式壓力傳感器膈膜的下方；所述硅基的正面還形成有濃硼導線，所述濃硼導線的上方連接有金屬管腳，濃硼導線將傳感器工作區與金屬管腳連通。

本發明壓阻式加速度、壓力集成傳感器，優選所述的硅基為n型(100)硅片；優選所述第二氮化硅層的上方沉積的非晶硅的厚度為2～4μm。

本發明壓阻式加速度、壓力集成傳感器的工作原理如下：本發明MEMS壓阻式加速度、壓力集成傳感器主要基于硼摻雜后單晶硅的壓阻特性，壓阻式加速度傳感器懸臂梁和壓阻式壓力傳感器膈膜上的壓阻受到力的作用后，電阻率發生變化，通過惠斯頓全橋可以得到正比于力變化的電信號輸出，通過測量電信號輸出就能知道所測物理量的大小。本發明中我們向n型(100)晶向硅片注入硼來實現P型壓阻，利用PN結實現壓阻的電學隔絕，由于壓阻的壓阻系數的各向異性，不同方向的應力對壓阻有不同的影響，為了盡可能增加靈敏度，本發明所述的壓阻式加速度傳感器壓阻區域的淡硼擴散壓阻和壓阻式壓力傳感器壓阻區域的淡硼擴散壓阻的排布方式為：縱向沿硅基的(1,1,0)晶向方向、橫向沿硅基的(1，-1,0)晶向方向分布，縱向壓阻系數、橫向壓阻系數分別為71.8，-66.3。