[发明专利]采用多种压敏元件的复合传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及微机电系统传感器技术领域，具体来说，本发明涉及一种采用多种压敏元件的复合传感器及其制造方法。

背景技术

随着MEMS(微机电系统)的发展，压力传感器广泛地应用在汽车、航空航天、生物医学、智能手机、军事等领域。按工作原理区分，压力传感器主要包括压阻式、电容式、压电式、谐振式等等。其中压阻式压力传感器由于其工艺制作简单、器件可靠性高，且其输出是便于分析的电压信号而备受业界青睐。

与电容式及谐振式压力传感器相比，压阻式压力传感器在灵敏度方面就有待提高。但传统的压阻式压力传感器由放置于压敏薄膜上的惠斯通电桥来检测压力变化，惠斯通电桥由四个等值电阻构成，在电路方面不存在提高灵敏度的可能。所以要提高灵敏度就只能从薄膜结构上实现：不断增加薄膜面积并同时减小薄膜厚度。但这样会使得工艺容差减小，增加工艺难度并降低成品率；而且从器件可靠性方面考虑，薄膜面积的增加和厚度的减小都是有限度的。所以，传统的压阻式压力传感器灵敏度的提高受到了制约。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种采用多种压敏元件的复合传感器及其制造方法，能够在保持低功耗、基本不增加工艺难度的条件下，提高压力传感器的灵敏度，且性能可调。

为解决上述技术问题，本发明提供一种采用多种压敏元件的复合传感器的制造方法，所述复合传感器包括压阻式压力传感器和温度传感器；所述压力传感器的压敏电路包括PMOSFET和压敏电阻，位于压敏薄膜的高应力有效区域；所述温度传感器的温敏电路包括温敏电阻，位于体硅区域；所述制造方法包括步骤：

提供硅基底，所述硅基底分为压敏薄膜区域和体硅区域；

在所述硅基底的上、下表面形成第一阻挡层；

在所述硅基底的下表面开出腐蚀窗口并湿法腐蚀，在所述硅基底中形成腔体，所述腔体的底部部分成为所述压敏薄膜，其余部分为所述体硅区域；

去除所述第一阻挡层，在所述硅基底的上表面生长形成第二阻挡层；

采用半导体光刻技术对所述第二阻挡层作图形化，在所述硅基底的上表面开出所述PMOSFET的源漏区的窗口，以及所述压敏电阻和所述温敏电阻的欧姆接触区的窗口；

以所述第二阻挡层为掩模，通过高剂量离子注入工艺透过上述窗口在所述压敏薄膜上形成所述PMOSFET的源漏区和所述压敏电阻的欧姆接触区，以及在所述体硅区域上形成所述温敏电阻的欧姆接触区；

去除所述第二阻挡层，在所述硅基底的上表面生长形成第三阻挡层；

采用半导体光刻技术对所述第三阻挡层作图形化，在所述硅基底的上表面开出所述PMOSFET的沟道区域的窗口，以及所述压敏电阻和所述温敏电阻的电阻条的窗口；

以所述第三阻挡层为掩模，通过离子注入工艺透过上述窗口在所述压敏薄膜上形成所述PMOSFET的沟道区域和所述压敏电阻的电阻条，以及在所述体硅区域上形成所述温敏电阻的电阻条；

采用半导体光刻技术再次对所述第三阻挡层作图形化，在所述硅基底的上表面刻蚀出所述PMOSFET、压敏电阻和温敏电阻的金属接触孔；

在所述硅基底的上表面淀积金属导电层；

采用半导体光刻技术对所述金属导电层作图形化，在所述PMOSFET、压敏电阻和温敏电阻的金属接触孔上方形成连线，同时在所述PMOSFET的沟道区域上方形成金属栅；

提供封闭基底，将所述硅基底的下表面与所述封闭基底相键合，使所述腔体密闭。

可选地，在开出所述PMOSFET的沟道区域的窗口，以及所述压敏电阻和所述温敏电阻的电阻条的窗口之后，所述制造方法还包括步骤：

在所述沟道区域和所述电阻条的窗口内热氧生长注入损伤保护层。

可选地，所述压力传感器的压敏电路包括两个PMOSFET和两个压敏电阻。

可选地，所述硅基底为{100}方向的硅片。

可选地，所述压敏薄膜为方形薄膜。

可选地，所述金属导电层的材料为铝。

可选地，所述封闭基底为玻璃或者硅片。

可选地，所述第一阻挡层为氮化硅层、氧化硅层或者氮化硅层与氧化硅层并用的复合层。

为解决上述技术问题，相应地，本发明还提供一种采用多种压敏元件的复合传感器的制造方法，所述复合传感器包括压阻式压力传感器和温度传感器；所述压力传感器的压敏电路包括PMOSFET和压敏电阻，位于压敏薄膜的高应力有效区域；所述温度传感器的温敏电路包括温敏电阻，位于体硅区域；所述制造方法包括步骤：

提供硅基底，所述硅基底分为压敏薄膜区域和体硅区域；