專利名稱：一種壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種壓力傳感器，具體地說(shuō)是一種基于表面微機(jī)械加工工藝的壓 力傳感器，屬于微傳感器的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳感器技術(shù)是一項(xiàng)發(fā)展迅速的高新技術(shù)，也是世界科技發(fā)展的重要標(biāo)志之一，與 通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)并稱為信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。傳感器是一種將外界物理量或化學(xué)量 信號(hào)轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電信號(hào)的器件，是人類獲取信息的重要手段之一?；贛EMS(微電子 機(jī)械系統(tǒng))加工工藝的微傳感器憑借體積小、功耗低、響應(yīng)快等傳統(tǒng)傳感器所無(wú)法比擬的 優(yōu)點(diǎn)在汽車(chē)電子、醫(yī)療器械、家用電器、環(huán)境監(jiān)測(cè)及航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。壓阻式微壓力傳感器是微傳感器的一種，其原理是基于C. S Smith與1954年發(fā)現(xiàn) 的壓阻效應(yīng)，即當(dāng)半導(dǎo)體受到應(yīng)力作用時(shí)，由于載流子遷移率的變化導(dǎo)致半導(dǎo)體的電阻率 發(fā)生變化的現(xiàn)象。目前大多數(shù)壓阻式壓力傳感器都采用MEMS體微機(jī)械加工工藝制備，即 在硅片表面通過(guò)氧化、光刻、離子注入等平面IC工藝制備出應(yīng)力敏感電阻與金屬互連引線 后，從硅片背面進(jìn)行各向異性濕法腐蝕，通過(guò)調(diào)整腐蝕速率及時(shí)間來(lái)控制壓力敏感膜的厚 度，腐蝕完成后需用玻璃或硅材料襯底進(jìn)行鍵合，作為芯片的支撐結(jié)構(gòu)。采用上述工藝制備 的壓力傳感器不僅壓力敏感膜的厚度均勻性差，芯片體積大，而且需要鍵合工藝，使得制備 的壓力傳感器成品率低、性能不穩(wěn)定、成本高。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種壓力傳感器，其壓力 敏感膜的均勻性好、工藝操作簡(jiǎn)單及加工成本低。按照本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，所述壓力傳感器，包括襯底；所述襯底上部凹設(shè) 有淺杯槽；襯底對(duì)應(yīng)于設(shè)置淺杯槽的表面淀積有壓力敏感膜，所述壓力敏感膜上淀積有氧 化層；所述氧化層與壓力敏感膜覆蓋淺杯槽的槽口 ；所述壓力敏感膜、氧化層與襯底對(duì)應(yīng) 于設(shè)置淺杯槽上部形成密閉空腔；所述氧化層上設(shè)有敏感電阻；所述敏感電阻分別形成惠 斯通電橋的橋臂，氧化層的表面對(duì)應(yīng)于設(shè)置敏感電阻外的其余部分覆蓋有絕緣介質(zhì)層，所 述絕緣介質(zhì)層上設(shè)有電極；所述電極穿過(guò)絕緣介質(zhì)層并與敏感電阻電性連接。所述絕緣介質(zhì)層的材料包括氮化硅。所述壓力敏感膜通過(guò)LPCVD淀積在襯底上。 所述壓力敏感膜的材料包括導(dǎo)電多晶硅。所述敏感電阻的材料包括導(dǎo)電多晶硅；所述導(dǎo)電 多晶硅通過(guò)LPCVD淀積在氧化層上，在所述導(dǎo)電多晶硅上摻雜刻蝕后，形成敏感電阻。所述 壓力敏感膜上設(shè)有釋放孔，所述釋放孔內(nèi)填充有氧化層；所述釋放孔位于敏感電阻的外側(cè)。 所述壓力敏感膜通過(guò)干法刻蝕形成釋放孔。所述襯底通過(guò)刻蝕形成淺杯槽。所述襯底的材 料為單晶硅。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)采用表面微機(jī)械加工工藝制備，避免了采用長(zhǎng)時(shí)間的各向異 性濕法腐蝕的工藝。采用LPCVD淀積的多晶硅作為壓力敏感膜，使得壓力敏感膜具有良好的均勻性。通過(guò)在襯底上設(shè)置淺杯槽，在淺杯槽內(nèi)設(shè)置犧牲層；通過(guò)對(duì)犧牲層的處理避免了 對(duì)時(shí)間控制的依賴及粘連現(xiàn)象的發(fā)生。工藝實(shí)現(xiàn)上更加簡(jiǎn)單，利于傳感器與后續(xù)信號(hào)檢測(cè) 電路的集成，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，且有助于傳感器成本的降低。

圖1為本實(shí)用新型的腐蝕圖。圖2為圖1的A-A剖視圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1和圖2所示本實(shí)用新型襯底1、淺杯槽2、壓力敏感膜3、氧化層4、敏感電 阻5、電極6、釋放孔7及絕緣介質(zhì)層8。如圖1和圖2所示，所述襯底1上凹設(shè)有淺杯槽2，襯底1的材料為單晶硅。所述 襯底1對(duì)應(yīng)于設(shè)置淺杯槽2的端面淀積有壓力敏感膜3，所述壓力敏感膜3的材料包括導(dǎo)電 多晶硅，所述壓力敏感膜3上設(shè)有釋放孔7，用于釋放淺杯槽2內(nèi)的犧牲層。所述淺杯槽2 內(nèi)淀積有犧牲層，通過(guò)淺杯槽2內(nèi)的犧牲層作用，將壓力敏感膜3利用LPCVD(低壓化學(xué)氣 相沉積)的方法淀積在襯底1和犧牲層上。所述壓力敏感膜3上生長(zhǎng)有氧化層4，所述氧 化層4覆蓋在壓力敏感膜3的表面并填充在釋放孔7內(nèi)，使壓力敏感膜3與氧化層4覆蓋 淺杯槽2的槽口，壓力敏感膜3與襯底1形成密閉的空腔。所述氧化層4上淀積有敏感電 阻5，氧化層4對(duì)應(yīng)于設(shè)置敏感電阻5外的其余表面均覆蓋有絕緣介質(zhì)層8。所述敏感電阻 5分別形成惠斯通電橋的橋臂，所述敏感電阻5的材料包括導(dǎo)電多晶硅。所述絕緣介質(zhì)層8 上設(shè)有電極6，所述電極6穿過(guò)絕緣介質(zhì)層8并與敏感電阻5電性連接。上述結(jié)構(gòu)的壓力傳感器通過(guò)下述工藝步驟實(shí)現(xiàn)(1)、依據(jù)壓力傳感器的量程要求，確定芯片及壓力敏感膜3的尺寸，采用有限元 分析軟件確定壓力敏感膜3的應(yīng)力分布，布置敏感電阻5及電極，并制作對(duì)應(yīng)的光刻版；(2)、對(duì)襯底1進(jìn)行氧化，刻蝕出淺杯槽2及與淺杯槽2相連通的釋放通道；所述襯 底1通過(guò)干法腐蝕或濕法腐蝕形成淺杯槽2 ；并在淺杯槽2內(nèi)填充犧牲層，所述犧牲層的材 料可為磷硅玻璃(PSG)；(3)、采用LPCVD在襯底1對(duì)應(yīng)于設(shè)置淺杯槽2的表面淀積多晶硅，根據(jù)壓力傳感 器量程要求決定多晶硅的厚度，形成壓力敏感膜3 ；(4)、采用干法刻蝕在壓力敏感膜3上形成釋放孔7，所述釋放孔7從壓力敏感膜3 的表面延伸到犧牲層的表面；(5)、采用濕法或干法腐蝕犧牲層，所述犧牲層通過(guò)釋放孔7進(jìn)行釋放，所述壓力 敏感膜3作為犧牲層釋放的阻擋墻，釋放時(shí)間無(wú)需精確控制；(6)在壓力敏感膜3上熱氧化生長(zhǎng)氧化層4，所述氧化層4填充在釋放孔7內(nèi)，將釋 放孔7封閉；所述氧化層4與壓力敏感膜3將淺杯槽2封閉，使淺杯槽2形成密閉的空腔；(7)、在所述氧化層4上通過(guò)LPCVD的方法淀積多晶硅，對(duì)多晶硅摻雜后進(jìn)行刻蝕， 在氧化層4上形成敏感電阻5，所述敏感電阻5分別形成惠斯通電橋的橋臂；然后在所述敏 感電阻5上進(jìn)行離子注入形成歐姆接觸區(qū)；所述敏感電阻5布置在壓力敏感膜3上張應(yīng)力與壓應(yīng)力的對(duì)稱區(qū)；(8)、在氧化層4上對(duì)應(yīng)于敏感電阻5外的其余部分均通過(guò)LPCVD淀積絕緣介質(zhì)層 8，所述絕緣介質(zhì)層8的材料可為氮化硅；絕緣介質(zhì)層8作為金屬隔離層；(9)、在絕緣介質(zhì)層8的表面刻蝕形成引線孔，所述引線孔內(nèi)淀積金屬，得到電極 6 ；所述電極6位于敏感電阻5的上方；電極6與敏感電阻5電性連接；(10)、劃片、封裝、測(cè)試，完成壓力傳感器的制備。如圖1和圖2所示，使用時(shí)，將電極6與相應(yīng)的外部設(shè)備相連。電極6與敏感電 阻5電性連接，敏感電阻5均為惠斯通電橋的橋臂。當(dāng)壓力傳感器不受壓力時(shí)，由敏感電阻 5組成的惠斯通電橋輸出的電壓為零。當(dāng)壓力傳感器受到壓力時(shí)，所述電極6與敏感電阻 5形成的惠斯通電橋輸出對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)所述惠斯通電橋的輸出電壓，得到壓力 傳感器的靈敏度。所述襯底1與壓力敏感膜3、氧化層4間密閉的空腔，即通過(guò)淺杯槽2的 作用，當(dāng)壓力傳感器受到外界壓力時(shí)，壓力敏感膜3發(fā)生形變，上面的敏感電阻5也產(chǎn)生形 變，引起壓阻效應(yīng)，通過(guò)檢測(cè)惠斯通電橋的輸出電壓，得到壓力傳感器的靈敏度。本實(shí)用新型采用表面微機(jī)械加工工藝制備，避免了采用長(zhǎng)時(shí)間的各向異性濕法腐 蝕的工藝。采用LPCVD淀積的多晶硅作為壓力敏感膜3，使得壓力敏感膜3具有良好的均勻 性。通過(guò)在襯底1上設(shè)置淺杯槽2，在淺杯槽2內(nèi)設(shè)置犧牲層；通過(guò)設(shè)置釋放孔7，并采取隔 離層，避免了對(duì)釋放時(shí)間控制的依賴。工藝實(shí)現(xiàn)上更加簡(jiǎn)單，利于傳感器與后續(xù)信號(hào)檢測(cè)電 路的集成，并降低成本。
權(quán)利要求一種壓力傳感器，包括襯底(1)；其特征是所述襯底(1)上部凹設(shè)有淺杯槽(2)；襯底(1)對(duì)應(yīng)于設(shè)置淺杯槽(2)的表面淀積有壓力敏感膜(3)，所述壓力敏感膜(2)上淀積有氧化層(4)；所述氧化層(4)與壓力敏感膜(3)覆蓋淺杯槽(2)的槽口；所述壓力敏感膜(3)、氧化層(4)與襯底(1)對(duì)應(yīng)于設(shè)置淺杯槽(2)上部形成密閉空腔；所述氧化層(4)上設(shè)有敏感電阻(5)；所述敏感電阻(5)分別形成惠斯通電橋的橋臂，氧化層(4)的表面對(duì)應(yīng)于設(shè)置敏感電阻(5)外的其余部分覆蓋有絕緣介質(zhì)層(8)，所述絕緣介質(zhì)層(8)上設(shè)有電極(6)；所述電極(6)穿過(guò)絕緣介質(zhì)層(8)并與敏感電阻(5)電性連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征是所述絕緣介質(zhì)層(8)的材料包括氮 化硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征是所述壓力敏感膜(3)通過(guò)LPCVD淀 積在襯底⑴上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征是所述壓力敏感膜(3)的材料包括導(dǎo) 電多晶娃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征是所述敏感電阻(5)的材料包括導(dǎo)電 多晶硅；所述導(dǎo)電多晶硅通過(guò)LPCVD淀積在氧化層4上，在所述導(dǎo)電多晶硅上摻雜刻蝕后， 形成敏感電阻(5)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征是所述壓力敏感膜(3)上設(shè)有釋放孔(7)，所述釋放孔(7)內(nèi)填充有氧化層⑷；所述釋放孔(7)位于敏感電阻(5)的外側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓力傳感器，其特征是所述壓力敏感膜(3)通過(guò)干法刻蝕 形成釋放孔(7)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征是所述襯底(1)通過(guò)刻蝕形成淺杯槽⑵。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征是所述襯底(1)的材料為單晶硅。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種壓力傳感器，包括襯底；所述襯底上部凹設(shè)有淺杯槽；襯底對(duì)應(yīng)于設(shè)置淺杯槽的表面淀積有壓力敏感膜，所述壓力敏感膜上淀積有氧化層；所述氧化層與壓力敏感膜覆蓋淺杯槽的槽口；所述壓力敏感膜、氧化層與襯底對(duì)應(yīng)于設(shè)置淺杯槽上部形成密閉空腔；所述氧化層上設(shè)有敏感電阻；所述敏感電阻分別形成惠斯通電橋的橋臂，氧化層的表面對(duì)應(yīng)于設(shè)置敏感電阻外的其余部分覆蓋有絕緣介質(zhì)層，所述絕緣介質(zhì)層上設(shè)有電極；所述電極穿過(guò)絕緣介質(zhì)層并與敏感電阻電性連接。本實(shí)用新型壓力敏感膜的均勻性好、工藝操作簡(jiǎn)單及加工成本低。
文檔編號(hào)G01L1/18GK201653604SQ20102015374
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者劉同慶, 沈紹群 申請(qǐng)人:無(wú)錫芯感智半導(dǎo)體有限公司