[发明专利]一种MEMS压阻式压力传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种MEMS压阻式压力传感器及其制备方法，其中，压力传感器包括具有栅齿结构和梁膜结构的硅应变膜、压敏电阻、重掺杂接触区、金属引线和玻璃底座，硅应变膜为硅衬底的正面经过刻蚀和背面经过背腔腐蚀工艺后形成的具有正面梁膜、背腔结构的硅膜，栅齿结构位于硅应变膜的正面，压敏电阻位于栅齿结构的端部，金属引线和重掺杂接触区在硅应变膜的正面形成欧姆接触，玻璃底座为与硅应变膜背面进行键合的打孔玻璃。本发明通过采用在硅衬底的正面设置具有栅齿结构和梁膜结构的硅应变膜、压敏电阻、重掺杂接触区、金属引线以及玻璃底座所形成的压阻式压力传感器，使得栅齿梁膜结构在保证压力传感器灵敏度的同时又能提高传感器线性度。

技术领域

本发明属于微电子机械系统传感器技术领域，具体涉及一种MEMS压阻式压力传感器及其制备方法。

背景技术

MEMS压阻式压力传感器是基于单晶硅压阻效应将外界压力变化转变为相应的电信号，通过四个等值电阻组成惠斯通电桥实现对外界压力的测量。MEMS压阻式压力传感器主要应用于工业控制、汽车电子、消费电子、医疗电子和航空航天等相关领域。MEMS压阻式压力传感器采用MEMS技术进行设计和工艺开发，其内部由采用硅晶圆得到的硅膜片作为力敏元件、通过掺杂、刻蚀等MEMS工艺制作的四对等值电阻和低阻值的互连线、蒸发沉积的金属引线等多种材料集成的多功能层所组成。

此外，MEMS压阻式压力传感器结构主要以平膜式(如图1所示)和梁膜式(如图2所示)为主，为了追求高灵敏度的性能要求，平膜结构压力传感器芯片的应变膜片设计的越来越薄，而较薄的应变膜片会导致较大的膜挠度，使得膜片最大位移值超过一般设计标准(梁膜厚度五分之一原则)，从而导致传感器线性度降低；而梁膜结构压力传感器虽然具有优异的线性度，但流片制造过程中涉及到深硅刻蚀，目前大尺寸深硅刻蚀径向深度误差较大(±10％)，使得正面梁膜刻蚀后平膜层厚度均一性得不到保障，增大了传感器应变膜片破片的风险；对于压阻式压力传感器来说，应变膜片的厚度最为关键，厚度不均导致同一批传感器性能差异较大，增大了后续调试补偿的难度，增大了制造成本。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种MEMS压阻式压力传感器，解决了现有技术中的MEMS压阻式压力传感器的线性度差、容易破片且梁膜厚度不均所导致的性能差异大、后期调试补偿难度大的问题。

本发明的目的还在于提供一种上述MEMS压阻式压力传感器的制备方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种MEMS压阻式压力传感器，包括具有栅齿结构和梁膜结构的硅应变膜、压敏电阻、重掺杂接触区、金属引线和玻璃底座，所述硅应变膜为硅衬底的正面经过刻蚀和背面经过背腔腐蚀工艺后形成的具有正面梁膜、背腔结构的硅膜，所述栅齿结构位于硅应变膜的正面非梁膜区域内，所述压敏电阻位于栅齿结构的端部，所述金属引线和重掺杂接触区在硅应变膜的正面形成欧姆接触，所述玻璃底座为与硅应变膜背面进行键合的打孔玻璃。

优选地，所述硅衬底为N型100晶面的SOI硅片或N型硅晶圆。

优选地，所述梁膜结构为十字形，且位于硅应变膜的中心区域。

优选地，所述梁膜结构包括十字梁，且所述梁膜结构由所述十字梁与圆形凸台或正方形凸台组成。

优选地，所述栅齿结构由横向和/或纵向等间距设置的岛状梁块构成。

优选地，所述栅齿结构为直条形状或线性渐变形状。

本发明的第二个技术方案是这样实现的：一种上述MEMS压阻式压力传感器的制备方法，该方法具体包括以下步骤：

S1、在硅衬底正面制作相互连接的压敏电阻和重掺杂接触区；

S2、在所述硅衬底正面制作引线孔和金属引线；

S3、在所述硅衬底的正面通过光刻刻蚀制作梁膜结构；；