[發(fā)明專(zhuān)利]新型表壓傳感器及其制作方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810263734.7
• 申請(qǐng)日: 2018-03-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108545691A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈紹群;羅小勇;阮炳權(quán)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣東和宇傳感器有限公司;上海旦宇傳感器科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B81B3/00
• 分類(lèi)號(hào): B81B3/00;B81C1/00;G01L9/06
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 梁嘉琦

本發(fā)明公開(kāi)了一種新型表壓傳感器及其制作方法，通過(guò)在硅基片之上層疊設(shè)置膜島結(jié)構(gòu)，而膜島結(jié)構(gòu)包括彈性硅膜和設(shè)置于彈性硅膜之上的島區(qū)，因此島區(qū)會(huì)處于硅片主體的表面，從而免去了傳統(tǒng)的設(shè)置于硅基片背面的大背島結(jié)構(gòu)，使得島區(qū)不再受到硅基片的厚度限制，從而能夠提高產(chǎn)出率和降低成本；此外，由于新型表壓傳感器并不具有傳統(tǒng)的大背島結(jié)構(gòu)，不僅能克服大背島的自重效應(yīng)而提高穩(wěn)定性，并且還能避免出現(xiàn)大背島與玻璃鍵合而導(dǎo)致器件失效的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種新型表壓傳感器及其制作方法。

背景技術(shù)

微壓傳感器通常是指小于10Kpa量程的壓力傳感器。這類(lèi)傳感器要求靈敏度很高，即在很小壓強(qiáng)作用下就要有很大的電信號(hào)輸出。例如用作呼吸傳感器時(shí)，就要把人體微弱的呼吸信號(hào)檢測(cè)出來(lái)。為了達(dá)到這個(gè)目的，微壓傳感器中的核心部份，即彈性硅膜需要制作得很薄。把厚度為600微米的硅基片經(jīng)過(guò)集成電路平面工藝，在背面光刻出腐蝕窗口，正面保護(hù)，放在硅單晶腐蝕液中腐蝕，使窗口內(nèi)硅單晶厚度從600微米減小到僅10微米左右。

目前國(guó)際或國(guó)內(nèi)市場(chǎng)銷(xiāo)售的微壓傳感器有二種結(jié)構(gòu)：C型結(jié)構(gòu)和E型結(jié)構(gòu)。

C型結(jié)構(gòu)的示意圖如圖1所示，硅基片的正面設(shè)置有惠斯通電橋，當(dāng)正面或背面受壓時(shí)，惠斯通電橋中的二個(gè)電阻阻值變大，二個(gè)電阻阻值變小，從而產(chǎn)生與壓強(qiáng)成正比的電信號(hào)輸出。C型結(jié)構(gòu)的最大缺點(diǎn)是當(dāng)傳感器量程小到一定程度時(shí)，彈性硅膜必須很薄，才能保證足夠高的靈敏度，這時(shí)彈性硅膜的大繞度效應(yīng)成為突出的矛盾，使傳感器的非線(xiàn)性指標(biāo)變大，測(cè)量精度迅速下降。為了解決C型結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，產(chǎn)生了E型結(jié)構(gòu)。

E型結(jié)構(gòu)的示意圖如圖2所示，E型結(jié)構(gòu)與C型結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別是，在背面設(shè)置有一大背島，該大背島的底面與硅基片的邊框平面距離為5－10微米。由于大背島是一個(gè)堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)，當(dāng)傳感器的彈性硅膜受壓時(shí)大背島不會(huì)變形，因此認(rèn)為背島區(qū)域內(nèi)應(yīng)力不發(fā)生變化，而在大背島周?chē)膹椥怨枘^(qū)域內(nèi)應(yīng)力形成一個(gè)線(xiàn)性變化，保證惠斯通電橋在應(yīng)力作用下產(chǎn)生線(xiàn)性的電信號(hào)輸出。但E型結(jié)構(gòu)存在以下缺點(diǎn)：(1)當(dāng)彈性硅膜厚度小于10um時(shí)，與彈性硅膜一體的大背島自重效應(yīng)己不能忽略，大背島的重力作用在周邊彈性硅膜的壓敏電阻上，形成一個(gè)較大的固有零點(diǎn)輸出信號(hào)，當(dāng)傳感器位置發(fā)生變化時(shí)，零位輸出電壓也跟著發(fā)生變化，這給測(cè)量帶來(lái)很大的不穩(wěn)定性；(2)芯片與玻璃進(jìn)行陽(yáng)極鍵合時(shí)，大背島頂部與玻璃間隙僅有5－10微米，會(huì)產(chǎn)生很大的靜電庫(kù)侖力，把大背島拉向坡璃表面，造成大背島與玻璃鍵合在一起，使器件失效；(3)在腐蝕芯片時(shí)，由于硅基片的厚度誤差為±10um，所以很難保證每個(gè)芯片的彈性硅膜厚度都能達(dá)到所要求的技術(shù)指標(biāo)，常常出現(xiàn)一半達(dá)到膜厚要求時(shí)，另一半的芯片膜厚出現(xiàn)過(guò)厚或過(guò)薄的現(xiàn)象，所以很難控制硅膜厚度，造成產(chǎn)出率低，不適宜大規(guī)模生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種新型表壓傳感器及其制作方法，通過(guò)在硅片主體的表面設(shè)置膜島結(jié)構(gòu)，免去傳統(tǒng)的大背島結(jié)構(gòu)，不僅不再受到硅基片的厚度限制，從而提高產(chǎn)出率、降低成本；并且能夠克服大背島的自重效應(yīng)，提高穩(wěn)定性；另外，還能夠避免出現(xiàn)背島與玻璃鍵合而導(dǎo)致器件失效的問(wèn)題。

本發(fā)明解決其問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

新型表壓傳感器，包括硅片主體，硅片主體包括設(shè)置于硅片主體表面的膜島結(jié)構(gòu)和與膜島結(jié)構(gòu)層疊設(shè)置的硅基片，膜島結(jié)構(gòu)包括用于感應(yīng)壓力的彈性硅膜和設(shè)置于彈性硅膜之上用于穩(wěn)定測(cè)量的島區(qū)，膜島結(jié)構(gòu)和硅基片之間于與彈性硅膜對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有用于使彈性硅膜能夠移動(dòng)的背膜空間。

進(jìn)一步，背膜空間包括設(shè)置于彈性硅膜與硅基片之間用于限制彈性硅膜過(guò)度移動(dòng)的過(guò)載限位區(qū)和設(shè)置于硅基片之中的腐蝕坑，過(guò)載限位區(qū)和腐蝕坑之間設(shè)置有用于平衡氣壓的大氣平衡孔，腐蝕坑沿著大氣平衡孔向外擴(kuò)張?jiān)O(shè)置。

進(jìn)一步，硅片主體還包括與硅基片層疊設(shè)置的器件膜層，器件膜層包括用于設(shè)置集成電路的單晶薄膜區(qū)和所述的膜島結(jié)構(gòu)，單晶薄膜區(qū)圍繞膜島結(jié)構(gòu)設(shè)置。