一種MEMS壓力傳感器及其制造方法技術

本發明專利技術公開了一種MEMS壓力傳感器及其制造方法，在襯底上方設有與襯底形成真空腔的敏感膜層，所述敏感膜層包括位于中部的敏感部，以及位于敏感部邊緣、支撐在襯底上的支撐部，其中，敏感部所在的平面低于支撐部，并通過傾斜部與支撐部連接在一起，以使敏感部、傾斜部、支撐部構成階梯狀結構。本發明專利技術的MEMS壓力傳感器，敏感膜層中的敏感部、傾斜部、支撐部具有階梯狀的“下沉”結構，在沉積敏感膜層的過程中，可以使其內應力得到徹底的釋放；該敏感膜層的彈性系數較低，可以獲得較高的靈敏度；另外，敏感部通過傾斜部與支撐部連接，可以大大降低敏感部對應力變化的敏感性，從而提高了芯片的信噪比，提升了壓力傳感器的性能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及傳感器領域，更具體地，涉及一種MEMS壓力傳感器；本專利技術還涉及一種MEMS壓力傳感器的制造方法。
技術介紹
現行的技術方案中，MEMS壓力傳感器主要有電容式和壓阻式兩種，其中，壓阻式壓力傳感器是通過離子注入的方法，在壓力敏感膜上制作壓敏電阻條，形成惠斯通電橋，壓力敏感膜是平整的。當外界的壓力變化時，會使壓力敏感膜發生向上或向下的形變，導致壓敏電阻條的阻值發生變化，從而通過惠斯通電橋檢測到外界壓力的變化。上述技術方案，存在其內在的缺點，當芯片所在的主板發生形變時，外界的應力自襯底向上傳遞，直至壓力敏感膜，而壓阻式壓力敏感膜本身對應力是非常敏感的，MEMS壓力傳感器輸出會隨著應力的變化而發生變化，降低了壓力傳感器的性能。
技術實現思路
本專利技術的一個目的是提供一種MEMS壓力傳感器的新技術方案。根據本專利技術的第一方面，提供了一種MEMS壓力傳感器，包括襯底，以及位于襯底上方并與襯底形成真空腔的敏感膜層，所述敏感膜層包括位于中部的敏感部，以及位于敏感部邊緣、支撐在襯底上的支撐部，其中，敏感部所在的平面低于支撐部，并通過傾斜部與支撐部連接在一起，以使敏感部、傾斜部、支撐部構成階梯狀結構；在所述敏感部上設置有壓敏電阻，所述壓敏電阻上設置有供信號引出的引線。優選地，所述支撐部與襯底之間設置有第一絕緣層。優選地，所述傾斜部本身具有至少一個階梯結構。優選地，所述引線的一端連接在壓敏電阻上，另一端沿著傾斜部的表面延伸至支撐部上，并在支撐部上形成焊盤。優選地，所述引線與敏感部、傾斜部、支撐部之間設有第二絕緣層。優選地，所述襯底包括位于底部的第二襯底，以及設置在第二襯底上端用于支撐敏感膜層的第一襯底。優選地，所述第一襯底為單晶娃，其具有〈100〉的晶向。本專利技術還提供了一種MEMS壓力傳感器的制造方法，包括以下步驟:a)在第一襯底的上表面形成近似等腰梯形的凹槽；該凹槽具有位于底部的平面，以及位于側壁的斜面；b)在第一襯底的整個上表面沉積第一絕緣層；c)在整個第一絕緣層的上表面沉積敏感膜層；d)在整個敏感膜層的上表面沉積第二絕緣層，并對第二絕緣層進行刻蝕，形成供離子注入的窗口；e)通過刻蝕的窗口在敏感膜層相應的位置進行離子注入，形成壓敏電阻；f)對第一襯底的背面進行刻蝕，形成背腔；g)將懸置在背腔上方的第一絕緣層刻蝕掉；h)將第一襯底鍵合在第二襯底上，以使第一襯底、第二襯底、敏感膜層圍成真空腔。優選地，在所述步驟e)和步驟f)之間還包括在第二絕緣層、壓敏電阻的上表面沉積金屬層，刻蝕形成連接壓敏電阻的引線的步驟。優選地，在所述步驟f)之前還包括將第一襯底減薄至預定厚度的步驟。本專利技術的MEMS壓力傳感器，敏感膜層中的敏感部、傾斜部、支撐部具有階梯狀的“下沉”結構，在沉積敏感膜層的過程中，可以使其內應力得到徹底的釋放；與傳統平整的壓力敏感膜相比，由于本專利技術的敏感膜層具有階梯狀的結構，使得該敏感膜層的彈性系數較低，可以獲得較高的靈敏度；另外，敏感部通過傾斜部與支撐部連接，可以大大降低敏感部對應力變化的敏感性，從而提高了芯片的信噪比，提升了壓力傳感器的性能。本專利技術的專利技術人發現，在現有技術中，當芯片所在的主板發生形變時，外界的應力自襯底向上傳遞，直至壓力敏感膜，而壓阻式壓力敏感膜本身對應力是非常敏感的，MEMS壓力傳感器輸出會隨著應力的變化而發生變化，降低了壓力傳感器的性能。因此，本專利技術所要實現的技術任務或者所要解決的技術問題是本領域技術人員從未想到的或者沒有預期到的，故本專利技術是一種新的技術方案。通過以下參照附圖對本專利技術的示例性實施例的詳細描述，本專利技術的其它特征及其優點將會變得清楚。【附圖說明】被結合在說明書中并構成說明書的一部分的附圖示出了本專利技術的實施例，并且連同其說明一起用于解釋本專利技術的原理。圖1是本專利技術MEMS壓力傳感器的結構示意圖。圖2至圖9是本專利技術MEMS壓力傳感器制造方法的工藝流程圖。【具體實施方式】現在將參照附圖來詳細描述本專利技術的各種示例性實施例。應注意到:除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數字表達式和數值不限制本專利技術的范圍。以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本專利技術及其應用或使用的任何限制。對于相關領域普通技術人員已知的技術、方法和設備可能不作詳細討論，但在適當情況下，所述技術、方法和設備應當被視為說明書的一部分。在這里示出和討論的所有例子中，任何具體值應被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實施例的其它例子可以具有不同的值。應注意到:相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步討論。參考圖1，本專利技術提供了一種MEMS壓力傳感器，其包括襯底，以及支撐在襯底上方的敏感膜層，該敏感膜層與襯底構成了真空腔8。為了便于制造，所述襯底采用兩體分立式，其包括位于底部的第二襯底1，以及設置在第二襯底I上端、作為側壁部的第一襯底2，敏感膜層支撐在第一襯底2上，使得敏感膜層、第一襯底2、第二襯底I圍成了真空腔8。其中，所述敏感膜層包括位于中部的敏感部3c，以及位于敏感部3c邊緣的支撐部3a，該支撐部3a和敏感部3c可以是一體的，例如可以采用多晶硅材料。該敏感部3c上設置有壓敏電阻4，在敏感部3c上形成壓敏電阻4的方法屬于本領域技術人員的公知常識，例如可通過離子注入的方式在敏感部3c上形成重摻雜區、輕摻雜區，摻雜的材料可以是硼元素。該敏感部3c上經過重摻雜、輕摻雜的區域成為P型的壓敏電阻4。為了將壓敏電阻4的信號引出，在所述壓敏電阻4上還設置有引線6，具體地，該引線6連接的位置為壓敏電阻4上的重摻雜區。支撐部3a主要為敏感部3c提供支撐，使得該敏感部3c保持在預定的位置。具體地，支撐部3a可通過第一絕緣層7連接在襯底的上端，從而將敏感部3c保持在真空腔8的上方。本專利技術的MEMS壓力傳感器，敏感部3c所在的平面低于支撐部3a所在的平面，并且二者之間通過傾斜部3b連接在一起，以使敏感部3c、傾斜部3b、支撐部3a構成了階梯狀的結構。其中，敏感部3c、傾斜部3b、支撐部3a可以是一體的，采用多晶硅材料制成。本專利技術的MEMS壓力傳感器，敏感膜層中的敏感部、傾斜部、支撐部具有階梯狀的“下沉”結構，在沉積敏感膜層的過程中，可以使其內應力得到徹底的釋放；與傳統平整的壓力敏感膜相比，由于本專利技術的敏感膜層具有階梯狀的結構，使得該敏感膜層的彈性系數較低，可以獲得較高的靈敏度；另外，敏感部通過傾斜部與支撐部連接，可以大大降低敏感部對應力變化的敏感性，從而提高了芯片的信噪比，提升了壓力傳感器的性能。其中，所述傾斜部3b可以是從支撐部3a位置逐漸過渡至敏感部3c位置的斜面，在本專利技術一個優選的實施方式中，所述傾斜部3b本身具有至少一個階梯結構，使得敏感部3c、傾斜部3b、支撐部3a構成了多層階梯結構。其中，傾斜部3b上階梯的數量不限，根據設計要求而定。當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種MEMS壓力傳感器，其特征在于：包括襯底，以及位于襯底上方并與襯底形成真空腔(8)的敏感膜層(3)，所述敏感膜層(3)包括位于中部的敏感部(3c)，以及位于敏感部(3c)邊緣、支撐在襯底上的支撐部(3a)，其中，敏感部(3c)所在的平面低于支撐部(3a)，并通過傾斜部(3b)與支撐部(3a)連接在一起，以使敏感部(3c)、傾斜部(3b)、支撐部(3a)構成階梯狀結構；在所述敏感部(3c)上設置有壓敏電阻(4)，所述壓敏電阻(4)上設置有供信號引出的引線(6)。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭國光，
申請(專利權)人：歌爾聲學股份有限公司，
類型：發明
國別省市：山東;37