[发明专利]一种MEMS压阻式压力传感器及其制备方法

说明书

本发明公开一种MEMS压阻式压力传感器及其制备方法，属于微电子机械系统传感器设计领域，该传感器主要包括一玻璃底座和位于玻璃底座上的硅应变膜，该玻璃底座的一面含有一凹陷空腔，该硅应变膜的正面朝向该空腔；该硅应变膜包括位于正面的绝缘介质层和该绝缘介质层覆盖的硅衬底；该硅应变膜的正面的边缘均布有四个带有凹槽的半岛结构；每个半岛结构的外边缘设有位于硅衬底上的一组压敏电阻、一组重掺杂接触区和一对金属引线，压敏电阻与重掺杂接触区串接，两端由金属引线从重掺杂接触区引出，四组压敏电阻形成惠斯通电桥。其与典型结构的压力传感器相比，具有高灵敏度、高线性度、芯片尺寸小的优点。

技术领域

本发明属于微电子机械系统(MEMS)传感器设计领域，涉及一种MEMS压阻式压力传感器，以及采用MEMS加工方法实现硅片级压力传感器制造的方法。

背景技术

MEMS(Micro Electro Mechanical System)即微电子机械系统，是新兴的跨学科的高新技术研究领域。基于MEMS技术制造的压阻式压力传感器由于其体积小，易于集成，性能可靠、可实现非电信号到电信号的转换等优势，已经常用于汽车，航空航天、石化和生物医疗等领域中进行压力测量。

典型的压阻式压力传感器的工作原理是在外界压力的作用下使传感器的应变膜发生变形，从而使应变膜上通过扩散或者离子注入的方式制作的压敏电阻发生变形。由于压阻效应，压敏电阻的阻值会发生变化，从而转化为对应输出电压的变化进行压力的测量。通常压敏电阻会以惠斯通电桥的方式分布在应变膜的应力集中处，以最大程度的提高压敏效果。

压力传感器的主要性能指标是灵敏度和线性度，但这二者之间存在矛盾，压力测量的灵敏度越高，传感器芯片的应变膜越薄，而较薄的应变膜会导致较大的膜挠度，从而导致线性度较低。目前微压压力传感器主要通过创建应力集中区域来提高灵敏度，然后通过局部刚化的方法来提高线性度，但这些方法依然不能在提高灵敏度的同时保证线性度。并且对于典型的压力传感器而言，通过各向异性湿法腐蚀会导致空腔的侧面与硅应变膜存在54.7度的倾角，空腔底部所需要的尺寸远远大于硅应变膜的尺寸，同时芯片的厚度受到硅片厚度的限制无法变薄到理想厚度，从而限制了压力传感器的尺寸和厚度。

发明内容

本发明的目标在于针对上述问题，提出了一种新的MEMS压阻式压力传感器及其制备方法。该结构的传感器与典型结构的压力传感器相比，具有高灵敏度、高线性度、芯片尺寸小的优点；该传感器制备方法与标准体硅压阻式压力传感器加工方法兼容，器件加工具有低成本和高成品率的优点，具有较广阔的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种MEMS压阻式压力传感器，包括一玻璃底座和位于玻璃底座上的硅应变膜，该玻璃底座的一面含有一凹陷空腔，该硅应变膜的正面朝向该空腔；该硅应变膜包括位于正面的绝缘介质层和该绝缘介质层覆盖的硅衬底；该硅应变膜的正面的边缘均布有四个半岛结构；每个半岛结构的外边缘设有位于硅衬底上的一组压敏电阻、一组重掺杂接触区和一对金属引线，压敏电阻与重掺杂接触区串接，两端由金属引线从重掺杂接触区引出，四组压敏电阻形成惠斯通电桥。

进一步地，硅衬底为N型(100)晶面的单晶硅片或者SOI(silicon on insulator)硅片。

进一步地，硅应变膜为方形，四条边各自的中部分布一个半岛结构。

进一步地，半岛结构的外边缘为半岛结构的最窄处，半岛结构为凸字形或梯形。

进一步地，半岛结构的外边缘处设有一个凹槽，该凹槽包括矩形槽、梯形槽、三角形槽。

进一步地，每组压敏电阻包含四个压敏电阻条，并对称分布于半岛结构的凹槽的两侧。

进一步地，硅应变膜的正面还包括位于中心部位的十字梁、圆形凸台、正方形凸台的一个，或者由十字梁与圆形凸台或正方形凸台组成的结构。