[發(fā)明專利]高靈敏度硅壓阻壓力傳感器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410510901.5
• 申請日: 2014-09-28
• 公開（公告）號: CN104296899B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 繆建民
• 申請（專利權(quán)）人: 繆建民
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22;G01L9/04
• 代理公司: 無錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32104
• 代理人: 殷紅梅,張濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種壓力傳感器及其制備方法，尤其是一種高靈敏度硅壓阻壓力傳感器及其制備方法，屬于半導(dǎo)體壓力傳感器的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

由于半導(dǎo)體傳感器具有體積小、重量輕、精度高、溫度特性好、制造工藝與半導(dǎo)體集成電路工藝兼容等特點(diǎn)，現(xiàn)已被應(yīng)用到非常廣闊的領(lǐng)域，如汽車、醫(yī)學(xué)、航天、環(huán)境等。

近年來，MEMS壓力傳感器在汽車電子、消費(fèi)電子和工業(yè)電子領(lǐng)域逐漸取代傳統(tǒng)的機(jī)械量傳感器，具有廣闊的市場前景，例如輪胎壓力監(jiān)測壓力傳感器、發(fā)動機(jī)機(jī)油壓力傳感器、汽車剎車系統(tǒng)空氣壓力傳感器和汽車發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管壓力傳感器等都廣泛應(yīng)用了MEMS技術(shù)。

硅壓阻式壓力傳感器包括一個感壓膜和其周圍的支撐部分，并在感壓膜邊界內(nèi)的最大應(yīng)變區(qū)制作了四個壓敏電阻，組成惠斯通電橋來感應(yīng)壓力的變化。從壓阻式壓力傳感器的原理知道橋臂電阻的變化量ΔR/R與膜的應(yīng)力成正比，所以應(yīng)力越大，靈敏度越高。對同一壓力，膜的應(yīng)力與膜厚成反比，與膜的面積成正比。對于要求高靈敏度的傳感器，在不增加面積的情況下只有通過減小膜的厚度來提高靈敏度，但這增加了減薄工藝的難度，且隨著膜的厚度減小，應(yīng)力隨位置變化率變大，對于要得到相同性能的壓力傳感器，這大大增大了制作壓敏電阻的工藝難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種高靈敏度硅壓阻壓力傳感器及其制備方法，其結(jié)構(gòu)緊湊，在不增大壓力傳感器面積和工藝難度下提高了靈敏度，安全可靠。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述高靈敏度硅壓阻壓力傳感器，包括硅基底；所述硅基底上貼合有應(yīng)變膜，且應(yīng)變膜將硅基底內(nèi)的上部密封形成真空腔；應(yīng)變膜的中心區(qū)凹設(shè)有應(yīng)力集中區(qū)，所述應(yīng)力集中區(qū)位于真空腔的正上方；應(yīng)變膜上設(shè)置用于形成惠斯通電橋橋臂的應(yīng)變電阻，所述應(yīng)變電阻位于應(yīng)力集中區(qū)的外圈且位于真空腔的上方；應(yīng)變膜上的應(yīng)變電阻通過應(yīng)變膜上方的金屬電極電連接后形成惠斯通電橋；金屬電極與應(yīng)變膜間通過保護(hù)層相隔離。

所述應(yīng)變電阻的外側(cè)設(shè)置有離子注入導(dǎo)線，所述離子注入導(dǎo)線通過金屬連接導(dǎo)線與金屬電極電連接，以將應(yīng)變膜上的應(yīng)變電阻連接形成惠斯通電橋；金屬電極與金屬連接導(dǎo)線為同一工藝制造層。

所述金屬電極與保護(hù)層之間設(shè)置有接觸層，所述保護(hù)層支撐在應(yīng)變膜上，保護(hù)層以及金屬連接導(dǎo)線上覆蓋有鈍化層。

所述硅基底內(nèi)的上部設(shè)有凹槽，在所述凹槽的側(cè)壁、底壁以及硅基底的表面上均設(shè)置有鍵合層；應(yīng)變膜與鍵合層硅硅鍵合，以使得應(yīng)變膜貼合在硅基底上，應(yīng)變膜將凹槽密封形成真空腔。

所述接觸層為TiN層，接觸層的厚度為0.05μm~0.5μm，保護(hù)層為氧化硅層，鈍化層為氮化硅層。

一種高靈敏度硅壓阻壓力傳感器的制備方法，所述壓力傳感器的制備方法包括如下步驟：

a、提供上部具有凹槽的硅基底，所述硅基底上貼合應(yīng)變膜，以通過應(yīng)變膜將硅基底內(nèi)的凹槽密封形成真空腔；

b、在上述應(yīng)變膜上進(jìn)行離子注入，以形成若干應(yīng)變電阻區(qū)，所述應(yīng)變電阻區(qū)位于真空腔的上方；

c、在上述應(yīng)變膜上再次進(jìn)行離子注入，以形成注入導(dǎo)線區(qū)，所述注入導(dǎo)線區(qū)與應(yīng)變電阻區(qū)相接觸；

d、將上述形成注入導(dǎo)線區(qū)的應(yīng)變膜及硅基底進(jìn)行退火，以在應(yīng)變膜上形成離子注入導(dǎo)線以及用于形成惠斯通電橋橋臂的應(yīng)變電阻，離子注入導(dǎo)線與相對應(yīng)的應(yīng)變電阻接觸；

e、在上述應(yīng)變膜的上方淀積保護(hù)層，所述保護(hù)層覆蓋在應(yīng)變膜、離子注入導(dǎo)線以及應(yīng)變電阻上；

f、選擇性地掩蔽和刻蝕上述保護(hù)層，以在離子注入導(dǎo)線的上方形成貫通保護(hù)層的窗口，所述窗口位于真空腔的外側(cè)；

g、在上述保護(hù)層上設(shè)置接觸膜層，所述接觸膜層覆蓋在保護(hù)層上，并覆蓋窗口的側(cè)壁及底壁；

h、在上述接觸膜層上設(shè)置金屬層，所述金屬層通過接觸膜層與保護(hù)層相隔離；

i、選擇性地掩蔽和刻蝕上述金屬層，以去除真空腔正上方對應(yīng)的金屬層以及接觸膜層，以在應(yīng)變膜上得到接觸層以及金屬導(dǎo)體；金屬導(dǎo)體通過接觸層與保護(hù)層隔離，且金屬導(dǎo)體通過接觸層與離子注入導(dǎo)線電連接；

j、在上述應(yīng)變膜的上方淀積鈍化層，所述鈍化層覆蓋在金屬導(dǎo)體、接觸層以及保護(hù)層上；

k、選擇性地掩蔽和刻蝕鈍化層，并刻蝕真空腔中心區(qū)上方的保護(hù)層及應(yīng)變膜，以在金屬導(dǎo)體的上方形成貫通鈍化層的電極窗口，并在真空腔的上方形成應(yīng)力集中區(qū)，應(yīng)變電阻位于應(yīng)力集中區(qū)的外圈。

所述步驟a包括如下步驟：

a1、提供具有兩個相對主面的硅基底，所述兩個主面包括第一主面以及第二主面；在硅基底的第一主面上刻蝕得到凹槽；