一种微差压式MEMS压力传感器压敏芯片及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115285929A(43)申请公布日2022.11.04(21)申请号202210871655.0(22)申请日2022.07.22(71)申请人中电科技集团重庆声光电有限公司地址401332重庆市沙坪坝区西永大道23号(72)发明人李春洋梅勇袁宇鹏张祖伟(74)专利代理机构北京同恒源知识产权代理有限公司11275专利代理师廖曦(51)Int.Cl.B81C1/00(2006.01)B81B3/00(2006.01)B81B7/02(2006.01)G01L13/06(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种微差压式MEMS压力传感器压敏芯片及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种微差压式MEMS压力传感器压敏芯片及其制备方法，属于传感器技术领域。该压力传感器压敏芯片包括五层结构，即层一～层五；本发明提出的“岛‑膜‑梁耦合”型微差压传感器压敏芯片的结构特点包含，抑制挠度变形的多孔岛结构、八边圆弧形感压薄膜结构、应力集中十字形梁结构及高对称性压阻电路。该压敏结构沿自身中心的x、y轴呈轴对称，以实现受z轴方向上的压力时，压敏结构上的应力被诱导集中在感压薄膜上方的十字梁结构与多孔质量块岛结构(及支撑边框结构)的交接区域。CN115285929ACN115285929A权利要求书1/2页1.一种微差压式MEMS压力传感器压敏芯片的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：利用热氧化工艺，在作为器件层的单晶硅片两面各沉积一层氧化硅，利用腐蚀工艺在硅片上表面氧化硅层上刻蚀出压阻结构(5)，利用轻硼掺杂和浓硼掺杂工艺在硅片上表面制备出压阻条和欧姆接触区，注入完成后采用快速退火RTP工艺对注入造成的晶格损伤进行修复；S2：利用等离子体气相沉积工艺PECVD在硅片硼掺杂压阻结构(5)一面上沉积形成氧化绝缘层，厚度为500nm；并利用刻蚀工艺在绝缘层上开出欧姆接触的电接触孔；再利用金属薄膜沉积工艺在绝缘层上沉积形成金属薄膜，并通过金属腐蚀工艺刻蚀形成金属互联引线(1)，确保压阻结构(5)间形成电学互联；S3：利用腐蚀工艺在基板上表面氧化层上刻蚀出梁结构(2)的图形轮廓，然后利用该氧化层作为掩膜，通过反应离子刻蚀RIE刻蚀硅形成梁结构(2)，深度为4um；S4：利用腐蚀工艺在硅片下表面氧化层刻蚀出“感压薄膜(3)+岛结构(4)”的区域图形；在刻蚀了“感压薄膜(3)+岛结构(4)”图形的氧化层表面再次喷涂光刻胶，显影形成岛结构(4)图形作为掩膜；利用反应离子深刻蚀DRIE工艺刻蚀硅，深度为岛结构(4)相应高度；最后去除剩余的光刻胶，露出“感压薄膜(3)+岛结构(4)”图形的氧化层；S5：以刻蚀了“感压薄膜(3)+岛结构(4)”图形的氧化层作为掩膜，再次使用反应离子深刻蚀DRIE体硅加工工艺在硅片底面上刻蚀“感压薄膜(3)+岛结构(4)”区域，形成目标尺寸的感压薄膜(3)和岛结构(4)；S6：去除硅片背面剩余氧化层，利用阳极键合工艺，在硅片背面键合作为玻璃基座(7)的玻璃片；背部基座根据要制备的压力传感器的应用类型来选择：若为差压类型，则在玻璃基座上加工通孔结构，保证感压薄膜背面与外界连通；若为绝压类型，则不加工通孔，通过高真空度阳极键合工艺完成感压薄膜背面与玻璃基座间真空压力参考腔的构建。2.根据权利要求1所述的一种微差压式MEMS压力传感器压敏芯片的制备方法，其特征在于：所述S2中的金属薄膜为Al。3.根据权利要求1所述的一种微差压式MEMS压力传感器压敏芯片的制备方法，其特征在于：所述S3中，基板为N型高阻全硅片或SOI；当使用SOI作为基板时，DRIE工艺刻蚀到埋氧化层自停止，以提高感压薄膜厚度的尺寸精度与均匀度。4.基于权利要求1～3中任一项所述制备方法的微差压式MEMS压力传感器压敏芯片，其特征在于：该压力传感器压敏芯片包括五层结构，即层一～层五；层一：为第一基底，是金属层，材料为铝、铜或铬金合金，通过MEMS刻蚀工艺制作成金属互联引线(1)；金属互联引线1将层一下方设置的层二中的压阻结构(5)的欧姆接触区电学导通构成惠斯通电桥形式压阻电路；压阻电路具有将被测压力信号转化为电学信号输出的功能；层二：为第二层基底，是单晶硅和氧化硅材料，包含刻蚀MEMS硅刻蚀工艺制作的梁结构(2)和硼元素掺杂工艺制作的压阻结构(5)；其中压阻结构(5)由高阻值的压敏电阻条和低阻值的欧姆接触区构成；梁结构(2)上表面设置两组压敏电阻条，两组压阻条分别相对压敏2CN115285929A权利要求书2/2页芯片结构中心对称排布在梁结构(5)上应力集中区域内；第一组压阻条长度方向垂直于芯片边框方向，第二组压阻条长度方向平行于芯片边框方向；层三：为第三层基底，设置在层二下方，