[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线性渐变梁膜结构的硅应变膜、压敏电阻、重掺杂接触区域，金属引线，所述硅应变膜为硅衬底的正面经过腐蚀工艺并键合硅片层所形成的，所述压敏电阻位于梁膜结构的端部，所述金属引线和重掺杂接触区在硅应变梁膜的正面形成欧姆接触。本发明通过采用在硅衬底的正面设置具有线性渐变的梁膜结构、压敏电阻、重掺杂接触区以及金属引线并键合硅片所形成的压阻式压力传感器，使得通过调节渐变梁结构的线性变化比例，达到提高压力传感器线性度的目的，以及通过调整压敏电阻与渐变梁结构之间的尺寸大小，实现提高灵敏度的目的。

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梁膜压阻式压力传感器(如图1所示，其中，附图标记9指代玻璃底座)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、灵敏度不佳、容易破片且硅应变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，包括具有线性渐变梁膜结构的硅应变膜、压敏电阻、重掺杂接触区域，金属引线，所述硅应变膜为硅衬底的正面经过腐蚀工艺并键合硅片层所形成的，所述压敏电阻位于梁膜结构的端部，所述金属引线和重掺杂接触区在硅应变梁膜的正面形成欧姆接触。

优选地，所述硅衬底为N型100晶面硅片。

优选地，所述线性渐变梁膜结构为线性渐变十字形，且位于所述硅应变膜的中心区域。

优选地，所述线性渐变梁膜结构包括线性渐变十字梁，且所述梁膜结构由所述线性渐变十字梁与圆形凸台或正方形凸台组成。

优选地，所述压敏电阻至少设置有四组且对称的设置在所述线性渐变梁膜结构的端部。

优选地，每组所述压敏电阻包括若干个压敏电阻条。

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、在硅片的正面进行刻蚀形成空腔，并键合硅衬底且将所述硅衬底减薄至合适的厚度；

S2、在所述硅衬底的正面制作相互连接的压敏电阻和重掺杂接触区；

S3、在所述硅衬底正面制作引线孔和金属引线；

S4、在所述硅衬底的正面通过光刻刻蚀制作线性渐变梁膜结构，得到具有线性渐变梁膜结构的硅应变膜；

S5、将S4得到的具有线性渐变梁膜结构的硅应变膜进行划片封装，获得线性渐变梁结构的MEMS压阻式压力传感器。