[发明专利]新型表压传感器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种新型表压传感器及其制作方法，通过在硅基片之上层叠设置膜岛结构，而膜岛结构包括弹性硅膜和设置于弹性硅膜之上的岛区，因此岛区会处于硅片主体的表面，从而免去了传统的设置于硅基片背面的大背岛结构，使得岛区不再受到硅基片的厚度限制，从而能够提高产出率和降低成本；此外，由于新型表压传感器并不具有传统的大背岛结构，不仅能克服大背岛的自重效应而提高稳定性，并且还能避免出现大背岛与玻璃键合而导致器件失效的问题。

技术领域

本发明涉及传感技术领域，尤其是一种新型表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600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600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，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，这时弹性硅膜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，在背面设置有一大背岛，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)当弹性硅膜厚度小于10um时，与弹性硅膜一体的大背岛自重效应己不能忽略，大背岛的重力作用在周边弹性硅膜的压敏电阻上，形成一个较大的固有零点输出信号，当传感器位置发生变化时，零位输出电压也跟着发生变化，这给测量带来很大的不稳定性；(2)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；(3)在腐蚀芯片时，由于硅基片的厚度误差为±10um，所以很难保证每个芯片的弹性硅膜厚度都能达到所要求的技术指标，常常出现一半达到膜厚要求时，另一半的芯片膜厚出现过厚或过薄的现象，所以很难控制硅膜厚度，造成产出率低，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新型表压传感器及其制作方法，通过在硅片主体的表面设置膜岛结构，免去传统的大背岛结构，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。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

新型表压传感器，包括硅片主体，硅片主体包括设置于硅片主体表面的膜岛结构和与膜岛结构层叠设置的硅基片，膜岛结构包括用于感应压力的弹性硅膜和设置于弹性硅膜之上用于稳定测量的岛区，膜岛结构和硅基片之间于与弹性硅膜对应的位置设置有用于使弹性硅膜能够移动的背膜空间。

进一步，背膜空间包括设置于弹性硅膜与硅基片之间用于限制弹性硅膜过度移动的过载限位区和设置于硅基片之中的腐蚀坑，过载限位区和腐蚀坑之间设置有用于平衡气压的大气平衡孔，腐蚀坑沿着大气平衡孔向外扩张设置。

进一步，硅片主体还包括与硅基片层叠设置的器件膜层，器件膜层包括用于设置集成电路的单晶薄膜区和所述的膜岛结构，单晶薄膜区围绕膜岛结构设置。