[发明专利]硅岛膜结构的MEMS压力传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及压力传感器技术领域，尤其涉及一种硅岛膜结构的MEMS压力传感器及其制作方法。

背景技术

MEMS硅压力传感器是目前工业生产中最为重要的一类传感器，广泛应用于汽车工业、航天工业、军事、医疗卫生等领域。目前，国内市场上的硅压力传感器的量程大都在10KPa以上，更低量程的产品主要依靠国外进口。

压阻式压力传感器是目前最为广泛的一类压力传感器，利用硅的良好的机械性能和电学性能，通过扩散或者离子注入的方法将力敏电阻注入到敏感薄膜中实现了感压元件和转换电路的集成。评测传感器的最重要的两个性能参数是灵敏度和线性度。对于传统的C型硅杯结构式压力传感器，周边固支的平膜作为敏感膜时，通常采用减薄敏感薄膜厚度来提高其感压能力，在减薄敏感薄膜的同时，薄膜表面的压力应力变换引起的非线性也会严重增大，因此，这种平膜结构不适合于低量程压力传感器，一般适用范围为中高量程。如专利名称为：压力传感器件及其制作方法，公开号是CN103837289A，公开日是2014年6月4日，所述压力传感器包括一中间设有空腔的多层SOI材料制备的压力传感器芯片和两端设有导通孔的正面玻璃和一用于应力匹配的背面玻璃，通过硅玻璃键合将三层连接在一起，其制作芯片的多层SOI材料成本昂贵，工艺复杂，适合于一些特殊场合使用。

为了解决这一问题，必须减小敏感薄膜的厚度以提高灵敏度，这就给器件的加工工艺提出了更高的要求。岛膜结构在相同的膜厚下可以获得比平膜结构更高的灵敏度。岛膜结构的芯片受压时，应力会高度集中于岛与边缘之间的沟槽区域，从而使灵敏度获得显著提高，而且它还可实现过压保护和非线性内补偿。此外，为了保证压力测试的频率响应输出，避免环境因素对测试的干扰，硅岛高度受到了严格控制，一般小于100μm，但这种结构的制备由于受到了高深宽比深槽结构上制备干法刻蚀掩膜层工艺的限制，大多采用各项异性体硅湿法腐蚀工艺制备岛膜结构，此工艺腐蚀后腔体侧壁与底部会形成大于90°的夹角，不利于缩小芯片面积，降低了硅片利用率，这也是岛膜结构压力传感器发展受到制约的一个重要原因。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种硅岛膜结构的MEMS压力传感器及其制作方法，所述传感器具有测量灵敏度高、精度高的特点，能够保证在300℃高温环境下正常工作，所述方法具有工艺简单，成本低的特点。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种硅岛膜结构的MEMS压力传感器，其特征在于：所述传感器包括第二硅层，所述第二硅层的下表面设有硅岛膜结构，所述第二硅层的上表面设有第三绝缘层，所述第三绝缘层的上表面设有四个压阻，四个压阻通过金属布线进行互联构成惠斯通电桥，所述第三绝缘层的上表面设有引线孔。

进一步的技术方案在于：所述硅岛膜结构包括间隔设置的左硅岛膜组件、中间硅岛膜组件和右硅岛膜组件，左硅岛膜组件、中间硅岛膜组件和右硅岛膜组件从上到下为第二绝缘层和第一硅层，所述左硅岛膜组件和右硅岛膜组件的结构相同，所述左硅岛膜组件和右硅岛膜组件上的第一硅层的厚度大于中间硅岛膜组件上的第一硅层的厚度。

进一步的技术方案在于：所述左硅岛膜组件与中间硅岛膜组件之间以及中间硅岛膜组件与右硅岛膜组件之间形成间隔，所述压阻与上述间隔相对。

一种硅岛膜结构的MEMS压力传感器制作方法，其特征在于包括如下步骤：

1）在第一硅层的下表面覆盖或形成第一绝缘层，在第一硅层的上表面覆盖或形成第二绝缘层，在第二绝缘层的上表面覆盖或形成第二硅层，以上多层材料构成SOI材料；

2）在第二硅层的上表面覆盖或形成第三绝缘层；

3）在所述第三绝缘层的上表面覆盖或形成一层多晶硅薄膜，并对所述多晶硅薄膜进行高剂量的浓硼掺杂工艺，形成压阻层；

4）在形成的压阻层表面通过旋涂的方式涂覆一层光刻胶，并进行光刻工艺，对进行光刻工艺后的压阻层进行干法刻蚀工艺，去除光刻胶后形成四个压阻；

5）在压阻上溅射用于连接四个压阻的金属层，在上述器件的上表面通过化学气相沉积法淀积钝化层，用于保护器件；

6）利用光刻工艺和刻蚀工艺对钝化层进行刻蚀，刻蚀的终点为第三绝缘层的上表面，形成压阻的引线孔，将压阻的引线电极露出；

7）对第一绝缘层进行选择性刻蚀，刻蚀后的第一绝缘层形成用于刻蚀硅岛膜结构的第一掩膜层；

8）对选择性刻蚀后的第一绝缘层表面进行光刻胶涂覆，利用光刻工艺，形成用于刻蚀所述岛膜结构工艺进行时的第二掩膜层；