[發(fā)明專利]一種MEMS壓阻式壓力傳感器及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202110742903.7
• 申請日: 2021-06-30
• 公開（公告）號: CN113340486A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 武斌;許克宇
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市美思先端電子有限公司
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22;G01L9/04;B81B3/00;B81C1/00
• 代理公司: 深圳市合道英聯(lián)專利事務(wù)所(普通合伙) 44309
• 代理人: 廉紅果

本發(fā)明公開了一種MEMS壓阻式壓力傳感器及其制備方法，其中，壓力傳感器包括具有柵齒結(jié)構(gòu)和梁膜結(jié)構(gòu)的硅應(yīng)變膜、壓敏電阻、重?fù)诫s接觸區(qū)、金屬引線和玻璃底座，硅應(yīng)變膜為硅襯底的正面經(jīng)過刻蝕和背面經(jīng)過背腔腐蝕工藝后形成的具有正面梁膜、背腔結(jié)構(gòu)的硅膜，柵齒結(jié)構(gòu)位于硅應(yīng)變膜的正面，壓敏電阻位于柵齒結(jié)構(gòu)的端部，金屬引線和重?fù)诫s接觸區(qū)在硅應(yīng)變膜的正面形成歐姆接觸，玻璃底座為與硅應(yīng)變膜背面進(jìn)行鍵合的打孔玻璃。本發(fā)明通過采用在硅襯底的正面設(shè)置具有柵齒結(jié)構(gòu)和梁膜結(jié)構(gòu)的硅應(yīng)變膜、壓敏電阻、重?fù)诫s接觸區(qū)、金屬引線以及玻璃底座所形成的壓阻式壓力傳感器，使得柵齒梁膜結(jié)構(gòu)在保證壓力傳感器靈敏度的同時又能提高傳感器線性度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子機(jī)械系統(tǒng)傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種MEMS壓阻式壓力傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

MEMS壓阻式壓力傳感器是基于單晶硅壓阻效應(yīng)將外界壓力變化轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號，通過四個等值電阻組成惠斯通電橋?qū)崿F(xiàn)對外界壓力的測量。MEMS壓阻式壓力傳感器主要應(yīng)用于工業(yè)控制、汽車電子、消費(fèi)電子、醫(yī)療電子和航空航天等相關(guān)領(lǐng)域。MEMS壓阻式壓力傳感器采用MEMS技術(shù)進(jìn)行設(shè)計和工藝開發(fā)，其內(nèi)部由采用硅晶圓得到的硅膜片作為力敏元件、通過摻雜、刻蝕等MEMS工藝制作的四對等值電阻和低阻值的互連線、蒸發(fā)沉積的金屬引線等多種材料集成的多功能層所組成。

此外，MEMS壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)主要以平膜式(如圖1所示)和梁膜式(如圖2所示)為主，為了追求高靈敏度的性能要求，平膜結(jié)構(gòu)壓力傳感器芯片的應(yīng)變膜片設(shè)計的越來越薄，而較薄的應(yīng)變膜片會導(dǎo)致較大的膜撓度，使得膜片最大位移值超過一般設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(梁膜厚度五分之一原則)，從而導(dǎo)致傳感器線性度降低；而梁膜結(jié)構(gòu)壓力傳感器雖然具有優(yōu)異的線性度，但流片制造過程中涉及到深硅刻蝕，目前大尺寸深硅刻蝕徑向深度誤差較大(±10％)，使得正面梁膜刻蝕后平膜層厚度均一性得不到保障，增大了傳感器應(yīng)變膜片破片的風(fēng)險；對于壓阻式壓力傳感器來說，應(yīng)變膜片的厚度最為關(guān)鍵，厚度不均導(dǎo)致同一批傳感器性能差異較大，增大了后續(xù)調(diào)試補(bǔ)償?shù)碾y度，增大了制造成本。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種MEMS壓阻式壓力傳感器，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的MEMS壓阻式壓力傳感器的線性度差、容易破片且梁膜厚度不均所導(dǎo)致的性能差異大、后期調(diào)試補(bǔ)償難度大的問題。

本發(fā)明的目的還在于提供一種上述MEMS壓阻式壓力傳感器的制備方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種MEMS壓阻式壓力傳感器，包括具有柵齒結(jié)構(gòu)和梁膜結(jié)構(gòu)的硅應(yīng)變膜、壓敏電阻、重?fù)诫s接觸區(qū)、金屬引線和玻璃底座，所述硅應(yīng)變膜為硅襯底的正面經(jīng)過刻蝕和背面經(jīng)過背腔腐蝕工藝后形成的具有正面梁膜、背腔結(jié)構(gòu)的硅膜，所述柵齒結(jié)構(gòu)位于硅應(yīng)變膜的正面非梁膜區(qū)域內(nèi)，所述壓敏電阻位于柵齒結(jié)構(gòu)的端部，所述金屬引線和重?fù)诫s接觸區(qū)在硅應(yīng)變膜的正面形成歐姆接觸，所述玻璃底座為與硅應(yīng)變膜背面進(jìn)行鍵合的打孔玻璃。

優(yōu)選地，所述硅襯底為N型100晶面的SOI硅片或N型硅晶圓。

優(yōu)選地，所述梁膜結(jié)構(gòu)為十字形，且位于硅應(yīng)變膜的中心區(qū)域。

優(yōu)選地，所述梁膜結(jié)構(gòu)包括十字梁，且所述梁膜結(jié)構(gòu)由所述十字梁與圓形凸臺或正方形凸臺組成。

優(yōu)選地，所述柵齒結(jié)構(gòu)由橫向和/或縱向等間距設(shè)置的島狀梁塊構(gòu)成。

優(yōu)選地，所述柵齒結(jié)構(gòu)為直條形狀或線性漸變形狀。

本發(fā)明的第二個技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種上述MEMS壓阻式壓力傳感器的制備方法，該方法具體包括以下步驟：

S1、在硅襯底正面制作相互連接的壓敏電阻和重?fù)诫s接觸區(qū)；

S2、在所述硅襯底正面制作引線孔和金屬引線；

S3、在所述硅襯底的正面通過光刻刻蝕制作梁膜結(jié)構(gòu)；；