[发明专利]一种双SOI结构MEMS压力传感器芯片及其制备方法

说明书

本发明提出一种双SOI结构MEMS压力传感器芯片及其制备方法，所述压力传感器芯片包括第一SOI结构，构成压力传感器的衬底和压力敏感膜，第二SOI结构为表层SOI结构，包括通过生长绝缘隔离介质，在绝缘介质上淀积掺杂α‑硅作为压敏电阻材料，通过刻蚀组成惠斯通电桥结构，该第二SOI结构，取代常规的PN结隔离模式，提高了传感器芯片的工作温度范围。本发明涉及的双SOI结构高温MEMS压力传感器芯片适合大批量生产，一致性好，量程精确、芯片尺寸小、耐高温、可靠性高、成本低。

技术领域

本发明涉及MEMS设计和加工领域，具体为一种双SOI结构MEMS压力传感器芯片及其制备方法。

背景技术

MEMS传感器作为一种新型传感器技术，成本显著减低，2014年硅基MEMS器件市场规模达到1100多亿美元；随着智能手机、平板电脑、可穿戴设备的兴起，以及较为成熟的汽车电子和工业控制领域的巨大市场需求，MEMS产业发展进入快车道，其中，MEMS压力传感器是应用最为广泛的传感器之一。

压力传感器从技术原理上主要分为压阻式，电容式，应变式等，种类分为陶瓷压力传感器、MEMS压力传感器、微溶压力传感器、应变压力传感器、溅射膜压力传感器等，MEMS压力传感器凭借其尺寸小、量程覆盖范围广、可大批量生产、成本低等优势领跑MEMS压力传感器市场。

而MEMS压力传感器主要分为电容式和压阻式，电容式由于工艺复杂，工艺稳定性要求高，尚未大批量得到生产和应用，全球90％以上MEMS压力传感器都为硅压阻式，及常说的扩散硅压阻式压力传感器。该传感器能满足大部分民用需求，但由于其PN结隔离方式，导致其无法应用于高温场合，如某些工控、军工、汽车等领域。

本发明涉及的双SOI结构MEMS压力传感器芯片在SOI衬底上通过低温淀积工艺生产一层α-硅薄膜，形成双SOI结构。本发明涉及的双SOI结构MEMS压力传感器芯片尺寸小、成本低、性能优良，可在350℃环境下工作，制备方法简单，无需长时间的湿法腐蚀工艺，可精确控制压力敏感膜厚，灵敏度一致性好。

发明内容

本发明提供了一种双SOI结构MEMS压力传感器芯片及其制备方法，该压力传感器采用SOI衬底与表层SOI结构相结合的方法，利用SOI衬底的自停止腐蚀能力和ICP刻蚀工艺，减小传感器芯片的尺寸，降低成本，同时精确控制传感器灵敏度的一致性；利用表层SOI结构，大大提高传感器的工作温度范围，实现高温压力传感器应用。

本发明的有益效果是，采用SOI衬底制备压力传感器避免长时间的湿法腐蚀，使芯片体积更小，成本大大降低；利用减薄、抛光工艺控制压力敏感膜的厚度，提高了芯片输出信号的一致性；采用绝缘隔离介质层加α-硅薄膜技术形成表层SOI结构，大大提高了传感器的工作温度范围，残余应力小，无PN结漏电，传感器稳定性好。

附图说明

图1为本发明其中一实施例涉及的双SOI结构MEMS压力传感器芯片表压结构截面图；

图2为本发明其中一实施例涉及的双SOI结构MEMS压力传感器芯片绝压结构截面图；

其中：1为P型或N型衬底硅片，2为衬底SOI结构的绝缘隔离介质层，同时作为ICP刻蚀的自停止层，3为单晶硅压力敏感膜，4为顶层SOI的绝缘隔离介质层，5为α-硅电阻，6为金属电极，7为氮化硅，8为压力参考腔，9为键合玻璃片。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图1-2进行详细描述本发明的具体实施方式。

实施例1