[发明专利]一种微压MEMS压力传感器芯片及制备方法

说明书

本发明公开了一种微压MEMS压力传感器芯片及制备方法，属于敏感元件与传感器领域。所述芯片包括：SOI硅基体，在所述SOI硅基体的下表面刻蚀背腔形成方形压力隔膜，所述压力隔膜的上表面与下表面设有相同的凸起，上下表面的凸起结构形成所述压力隔膜上的岛结构，并通过所述压力隔膜上表面的单梁结构连接。本发明通过单梁多岛的结构设计，解决了现有微压传感器芯片灵敏度和线性度较差的问题，经过与现有技术的对比，结果证明，本发明的微压传感器可以在较小的芯片面积下，同时得到更高的灵敏度和线性度；且本发明在尺寸设计上更加灵活，更易于集成，有利于缩减制备成本。

技术领域

本发明涉及一种微压MEMS压力传感器芯片及制备方法，属于敏感元件与传感器领域。

背景技术

压力传感器，又称压力变送器，是一种将外界压力信号转化为电信号输出的装置，随着硅基微制造技术和器件加工工艺的进步，基于微机电系统(MEMS，MicroelectroMechanical Systems)工艺制备的硅MEMS压力传感器应用范围越来越广泛，在传感器市场上销量占比越来越高越高。

按照传感器工作原理，可以将硅MEMS压力传感器细分为压阻式、电容式、谐振式等，其中，压阻式压力传感器由于其体积小、电路简单、批量制造能力强、价格低廉，而被广泛研究，并应用于汽车、航空航天、石油化工、生物医药、消费电子等领域。

而传统平膜结构的硅压阻式压力传感器，应变范围不集中，损失了大量的应变能量，造成传感器的灵敏度较低，难以适用于压力量程在10KPa以内的微压领域。

为了得到高灵敏度的微压MEMS压力传感器芯片，研究者们在最初平膜结构的基础上，对隔膜结构进行优化。

专利CN202110742903.7，一种MEMS压阻式压力传感器及其制备方法中提出了双梁结构，在传统平膜结构的芯片正面分布两根细长的正交分布的梁，梁的末端接近隔膜边缘处的应力得以集中，将压敏电阻置于此应力集中区，可以有效的提升传感器芯片的灵敏度，但会造成隔膜受压时挠度提升，降低传感器的线性度。

专利CN201510317403.3，硅岛膜结构的MEMS压力传感器及其制作方法中提出了岛结构，这种结构在平膜压力隔膜的下表面中央通过刻蚀得到一个方形的凸起，可以有效的降低隔膜受压时的挠度，提升传感器的线性度，但会造成灵敏度的轻微下降。

专利CN202011061201.4，一种十字岛梁膜高温微压传感器芯片及制备方法提出了一种单岛双梁结构，其中双梁结构在芯片正面正交分布，单岛结构在隔膜的下表面中央处，其灵敏度和线性度均介于双梁或单岛结构之间，仍有待进一步的提升。

发明内容

为了进一步提升微压压力传感器的性能，同时得到高灵敏度和线性度，本发明提供了一种微压MEMS压力传感器芯片，其特征在于，所述芯片包括：

SOI硅基体，在所述SOI硅基体的下表面刻蚀背腔形成方形压力隔膜，所述压力隔膜的下表面刻有两个或两个以上的、互不相连的凸起；

所述压力隔膜的上表面在与下表面的凸起对应的位置设有相同的凸起，上下表面的凸起结构形成所述压力隔膜上的岛结构，并通过所述压力隔膜上表面的单梁结构连接。

可选的，所述岛结构的数量为两个或两个以上，分布在所述方形压力隔膜边框相对边中心点的连接线上，所述单梁结构贯穿各岛结构的中心。

本发明还提供一种微压MEMS压力传感器芯片的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤一：以SOI硅片为基底，离子注入第一离子注入区，形成第一导电区；

步骤二：离子注入第二离子注入区，形成压阻条，所述压阻条通过所述第一导电区连接；所述第二离子注入区的离子注入浓度低于所述第一离子注入区的离子注入浓度，退火激活离子掺杂效果；

步骤三：沉积氧化硅、氮化硅，形成介质层；