[发明专利]一种单片硅基微压传感器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种单片硅基微压传感器及其制作方法，通过在硅基片之中的腐蚀坑之中，制作背岛结构，而在背岛结构之中，包括有用于稳定测量的背岛，相对于常见的厚度为400微米左右的微压传感器，本发明的背岛的体积很小，而且背岛底面与硅基片的边框平面距离远远大于5－10微米，所以，本发明的单片硅基微压传感器之中的背岛不会受到硅基片的厚度限制，从而能够提高产出率、降低成本；与传统的E型结构相比，更能够克服大背岛的自重效应，从而提高稳定性；此外，还能够避免出现背岛与玻璃键合而导致器件失效的问题；另外，还能够形成厚度一致性好、灵敏度一致性好的弹性硅膜，从而适宜于大规模生产。

技术领域

本发明涉及传感技术领域，尤其是一种单片硅基微压传感器及其制作方法。

背景技术

微压传感器通常是指小于10Kpa量程的压力传感器。这类传感器要求灵敏度很高，即在很小压强作用下就要有很大的电信号输出。例如用作呼吸传感器时，就要把人体微弱的呼吸信号检测出来。为了达到这个目的，微压传感器中的核心部份，即弹性硅膜需要制作得很薄。把厚度为400微米的硅基片经过集成电路平面工艺，在背面光刻出腐蚀窗口，正面保护，放在硅单晶腐蚀液中腐蚀，使窗口内硅单晶厚度从400微米减小到仅10微米左右。

目前国际或国内市场销售的微压传感器有二种结构：C型结构和E型结构。

C型结构的示意图如图1所示，硅基片的正面设置有惠斯通电桥，其背面设置有腐蚀坑，该腐蚀坑使得硅基片形成一层弹性硅膜，当正面或背面受压时，惠斯通电桥中的二个电阻阻值变大，二个电阻阻值变小，从而产生与压强成正比的电信号输出。C型结构的最大缺点是当传感器量程小到一定程度时，弹性硅膜必须很薄，才能保证足够高的灵敏度，这时C型结构的大绕度效应成为突出的矛盾，使传感器的非线性指标变大，测量精度迅速下降。为了解决C型结构的问题，产生了E型结构。

E型结构的示意图如图2所示，E型结构与C型结构的主要区别是，在腐蚀坑之中设置有一大背岛，该大背岛的底面与硅基片的边框平面距离为5－10微米。由于大背岛是一个坚硬结构，当传感器的弹性硅膜受压时大背岛不会变形，因此认为背岛区域内应力不发生变化，而在大背岛周围的弹性硅膜区域内应力形成一个线性变化，保证惠斯通电桥在应力作用下产生线性的电信号输出。但E型结构存在以下缺点：(1)大背岛占据很大面积，为了获得良好的效果，需要微压传感器芯片的面积很大，导致产出率变低；(2)由于大背岛的面积大，因此其自重效应不能忽略，形成一个随着微压传感器的位置变化而发生变化的较大值的固有零点输出信号，从而影响测量的稳定性；(3)芯片与玻璃进行阳极键合时，大背岛顶部与玻璃间隙仅有5－10微米，会产生很大的静电库仑力，把大背岛拉向坡璃表面，造成大背岛与玻璃键合在一起，使器件失效；(4)由于仅在大背岛的底面设置有二氧化硅层，因此腐蚀硅基片时很难控制弹性硅膜的形成厚度，产出率低，不适宜大规模生产。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种单片硅基微压传感器及其制作方法，通过设置新型的背岛结构，不仅不再受到硅基片的厚度限制，从而提高产出率、降低成本；并且能够克服大背岛的自重效应，提高稳定性；另外，还能够避免出现背岛与玻璃键合而导致器件失效的问题；此外，由于该背岛结构具有腐蚀自终止结构，因此能够形成厚度一致性好、灵敏度一致性好的弹性硅膜，从而适宜于大规模生产。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

一种单片硅基微压传感器，包括硅片主体，硅片主体包括相互键合于一起的硅基片和弹性硅膜，硅基片和弹性硅膜之间设置有第一二氧化硅层，硅基片之中设置有腐蚀坑，腐蚀坑之中设置有背岛结构，背岛结构包括用于稳定测量的背岛和包裹背岛设置的腐蚀自终止结构。

进一步，腐蚀自终止结构包括第二二氧化硅层和第一二氧化硅层，背岛设置于第一二氧化硅层之上并被第一二氧化硅层和第二二氧化硅层所包裹。

进一步，硅基片于腐蚀坑表面之外的表面处，以及弹性硅膜的表面处，均设置有二氧化硅保护膜。