CN101776501A - 一种mems压力敏感芯片及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种MEMS压力敏感芯片。其能有效提高芯片灵敏度，提高芯片的成品率。其包括硅片、真空腔、玻璃基底、敏感电阻排布区、敏感电阻排布区外部电气连接件、对准标记组件，其特征在于：所述硅片正反面的四角分别设置有对准标记结构，所述硅片的正面的最大应力线性区为敏感电阻排布区，敏感电阻排布区形状为矩形，所述敏感电阻排布区内包括压敏电阻、P+连接、N+隔离槽、铝电极，所述压敏电阻具体为两对桥接电阻，所述每个桥接电阻包括一对敏感电阻，所述敏感电阻具体为直线电阻，所述每对桥接电阻的桥接电阻分别对称排布于所述敏感电阻排布区四边的两对边，所述每个桥接电阻被所述N+隔离槽包围。

Description

一种MEMS压力敏感芯片及其制作方法
(一)技术领域
本发明涉及微电子机械系统(MEMS)压力敏感芯片领域，具体为一种MEMS压力敏感芯片，本发明还涉及该芯片的制作方法。
(二)背景技术
基于微电子机械系统(MEMS)的微机械敏感器件以其体积小、成本低、结构简单、可与处理电路集成等优点得到广泛应用和迅速发展。
压力敏感芯片作为压力传感器的核心器件，是微电子机械系统(MEMS)中最早的商业产品，压阻式敏感芯片由于具有输出信号大、信号处理简单等优点得到了越来越广泛的应用，其对大气压力的检测有很多重要的应用，如预测天气变化、测量高度等。对于检测大气压力的压力敏感器件，工作压力范围在100kPa左右，属于绝对压力敏感器件，其对芯片的线性度和零点输出的一致性提出了更高的要求；此外，100kPa的量程决定了敏感膜的厚度是很小的。
现有的MEMS压力敏感芯片的制作方法，采用先腐蚀背腔后形成电气连接工艺，操作中会造成很高的碎片率，进而降低芯片的成品率；此外采用现有的MEMS压力敏感芯片的制作方法，制作出的压敏电阻和其电气连接部分的光敏效应和迟滞效应长，且在结构上布置于芯片上的压敏电阻的应力集中度低，从而导致芯片的敏感线性度低。
(三)发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种MEMS压力敏感芯片，其能有效提高芯片灵敏度，提高芯片的成品率。
其技术方案是这样的：
一种MEMS压力敏感芯片，其包括硅片、真空腔、玻璃基底、敏感电阻排布区、敏感电阻排布区外部电气连接件、对准标记组件，其特征在于：所述硅片正反面的四角分别设置有对准标记结构，所述硅片的正面的最大应力线性区为敏感电阻排布区，敏感电阻排布区形状为矩形，所述敏感电阻排布区内包括压敏电阻、P+连接、N+隔离槽、铝电极，所述压敏电阻具体为两对桥接电阻，所述每个桥接电阻包括一对敏感电阻，所述敏感电阻具体为直线电阻，所述每对桥接电阻的桥接电阻分别对称排布于所述敏感电阻排布区四边的两对边，所述每个桥接电阻被所述N+隔离槽包围，所述桥接电阻的两端分别通过所述P+连接连接所述铝电极，所述铝电极分布于所述敏感电阻排布区四边边缘，所述铝电极分布于所述桥接电阻外边缘；
其进一步特征在于：
所述敏感电阻、P+连接和N+隔离槽均通过离子注入工艺注入而成；
所述敏感电阻具体成分为P-；
一对所述敏感电阻通过所述P+连接串联，通过所述P+连接串联的所述敏感电阻所形成的所述桥接电阻的整体形状为矩形或直线。
一种MEMS压力敏感芯片的制作方法
其包括硅片、真空腔、玻璃基底，其特征在于：在所述硅片的正面最大应力线性区布置敏感电阻排布区，然后通过离子注入工艺形成敏感电阻、P+连接和N+隔离槽，进而完成所述硅片的正面的电气连接，然后在所述硅片正面涂覆耐腐蚀保护胶后腐蚀所述硅片反面使其形成背腔，最后将所述硅片的反面真空键合固定在所述玻璃基底上。
其进一步特征在于：
其具体工艺步骤如下：
(1)版图设计：通过软件仿真方法找出硅片正面的最大应力线性区作为布置敏感电阻排布区，对准标记结构设计在硅片正反面的的四角；
(2)在硅片双面生长二氧化硅(SiO2)的氧化层；
(3)采用离子注入工艺离子分别在敏感电阻排布区注入形成敏感电阻、P+连接、N+隔离槽；
(4)采用低压化学气相淀积(LPCVD)工艺双面淀积氮化硅层，刻蚀背面腐蚀窗口；
(5)在硅片正面刻引线孔，反刻铝，合金，从而形成铝电极，进而完成芯片的电气连接；
(6)在硅片正面涂覆耐腐蚀保护胶，所涂覆的耐腐蚀保护胶完全覆盖硅片正面的所有元件；
(7)腐蚀硅片反面，使硅片反面形成背腔；
(8)硅片的正面去除耐腐蚀保护胶，硅片的背面腐蚀掉氮化硅层；
(9)硅片通过真空静电键合固定在玻璃基底上，形成真空腔；
本发明的上述方法，由于完成所述硅片的正面的电气连接后，在所述硅片正面涂覆耐腐蚀保护胶后腐蚀所述硅片反面使其形成背腔，由于所述硅片正面涂覆耐腐蚀保护胶，故在腐蚀反面时，其不会影响到正面的各部件，且由于有耐腐蚀保护胶的存在，所述硅片的碎片率低，进而提高了芯片的成品率；此外由于本发明的芯片结构中，所述硅片正反面的四角分别设置有对准标记结构，其在键合时中心部分无需再开辟对准标记区域，其增大了有效键合面积，提高了键合强度；在芯片结构上由于所述压敏电阻具体为两对桥接电阻，所述每个桥接电阻包括一对敏感电阻，所述敏感电阻具体为直线电阻，一对所述直线电阻通过P+连接串联，所述每对桥接电阻的桥接电阻分别对称排布于所述敏感电阻排布区四边的两对边，所述每个桥接电阻被所述N+隔离槽包围，所述桥接电阻的两端分别通过所述P+连接连接所述铝电极，采用上述结构的压敏电阻，其应力区集中，线性好，从而提高灵敏度和线性度；此外由于所述敏感电阻具体为直线电阻，一对所述直线电阻通过P+连接串联，所述每对桥接电阻的桥接电阻分别对称排布于所述敏感电阻排布区四边的两对边，所述每个桥接电阻被所述N+隔离槽包围，这其中N+隔离槽有效的减小了芯片的光敏效应和迟滞效应；综上所述，采用本发明后，能有效提高芯片灵敏度，提高芯片的成品率。
(四)附图说明
图1是本发明的工艺流程图；
图2是本发明的主视图的结构示意图；
图3为本发明的俯视图结构示意图。
(五)具体实施方式
本发明中的芯片结构，见图2、图3，其包括硅片1、真空腔2、玻璃基底3、敏感电阻排布区、敏感电阻排布区外部电气连接件、对准标记组件14，硅片1正反面的四角分别设置有对准标记结构5，硅片1的正面的最大应力线性区为敏感电阻排布区，敏感电阻排布区形状为矩形，敏感电阻排布区内包括压敏电阻、P+连接8、N+隔离槽9、铝电极12，压敏电阻具体为两对桥接电阻13，每个桥接电阻13包括一对敏感电阻7，敏感电阻7具体为直线电阻，每对桥接电阻的桥接电阻13分别对称排布于敏感电阻排布区四边的两对边，每个桥接电阻13被N+隔离槽9包围，桥接电阻13的两端分别通过P+连接8连接铝电极12，铝电极12分布于敏感电阻排布区四边边缘，铝电极12分布于桥接电阻13外边缘；敏感电阻7、P+连接8和N+隔离槽9均通过离子注入工艺注入而成；敏感电阻7具体成分为P-；一对敏感电阻7通过P+连接8串联，通过P+连接8串联的敏感电阻7所形成的桥接电阻13的整体形状为矩形或直线。
下面结合附图1描述本发明的加工过程，在硅片1的正面最大应力线性区布置敏感电阻排布区，然后通过离子注入工艺形成敏感电阻、P+连接部分和N+隔离槽，进而完成硅片1的正面的电气连接，然后在硅片1正面涂覆耐腐蚀保护胶4后腐蚀硅片反面使其形成背腔11，最后将硅片1的反面真空键合固定在玻璃基底3上。
具体工艺流程如下：
(1)版图设计：通过软件仿真方法找出硅片1正面的最大应力线性区作为布置敏感电阻排布区，对准标记结构设计在硅片1正反面的的四角；
(2)在硅片1双面生长SiO2的氧化层6；
(3)采用离子注入工艺离子分别在敏感电阻排布区内注入形成敏感电阻7、P+连接8、N+隔离槽9；
(4)采用低压化学气相淀积(LPCVD)工艺双面淀积氮化硅层10，刻蚀背面腐蚀窗口；
(5)在硅片1正面刻引线孔，反刻铝，合金，从而形成铝电极12，进而完成芯片的电气连接；
(6)在硅片1正面涂覆耐腐蚀保护胶4，所涂覆的耐腐蚀保护胶4完全覆盖硅片1正面的所有元件；
(7)腐蚀硅片1反面，使硅片1反面形成背腔11；
(8)硅片1的正面去除耐腐蚀保护胶4，硅片1的背面腐蚀掉氮化硅层10；
(9)硅片1通过真空静电键合固定在玻璃基底3上，形成真空腔2。

Claims (6)

1.一种MEMS压力敏感芯片，其包括硅片、真空腔、玻璃基底、敏感电阻排布区、敏感电阻排布区外部电气连接件、对准标记组件，其特征在于：所述硅片正反面的四角分别设置有对准标记结构，所述硅片的正面的最大应力线性区为敏感电阻排布区，敏感电阻排布区形状为矩形，所述敏感电阻排布区内包括压敏电阻、P+连接、N+隔离槽、铝电极，所述压敏电阻具体为两对桥接电阻，所述每个桥接电阻包括一对敏感电阻，所述敏感电阻具体为直线电阻，所述每对桥接电阻的桥接电阻分别对称排布于所述敏感电阻排布区四边的两对边，所述每个桥接电阻被所述N+隔离槽包围，所述桥接电阻的两端分别通过所述P+连接连接所述铝电极，所述铝电极分布于所述敏感电阻排布区四边边缘，所述铝电极分布于所述桥接电阻外边缘，其包括振膜、背极板、基体，其特征在于：所述振膜包括振膜中心部分、直梁、旋转梁、窄槽，所述振膜的圆弧处为所述旋转梁，所述旋转梁连接外部的直梁，所述旋转梁与所述振膜中心部分的连接处开有窄槽，所述基体底部对应上部振膜位置有深度可调的空腔，所述空腔的上部基体部分即为所述背极板。
2.根据权利要求1所述的一种MEMS压力敏感芯片，其特征在于：所述敏感电阻、P+连接和N+隔离槽均通过离子注入工艺注入而成。
3.根据权利要求2所述的一种MEMS压力敏感芯片，其特征在于：所述敏感电阻具体成分为P-。
4.根据权利要求3所述的一种MEMS压力敏感芯片，其特征在于：一对所述敏感电阻通过所述P+连接串联，通过所述P+连接串联的所述敏感电阻所形成的所述桥接电阻的整体形状为矩形或直线。
5.一种MEMS压力敏感芯片的制作方法，其包括硅片、真空腔、玻璃基底，其特征在于：在所述硅片的正面最大应力线性区布置敏感电阻排布区，然后通过离子注入工艺形成敏感电阻、P+连接和N+隔离槽，进而完成所述硅片的正面的电气连接，然后在所述硅片正面涂覆耐腐蚀保护胶后腐蚀所述硅片反面使其形成背腔，最后将所述硅片的反面真空键合固定在所述玻璃基底上。
6.根据权利要求5所述的一种MEMS压力敏感芯片的制作方法，其特征在于：
其具体工艺步骤如下：
(1)版图设计：通过软件仿真方法找出硅片正面的最大应力线性区作为布置敏感电阻排布区，对准标记结构设计在硅片正反面的的四角；
(2)在硅片双面生长二氧化硅(SiO2)的氧化层；
(3)采用离子注入工艺离子分别在敏感电阻排布区注入形成敏感电阻、P+连接、N+隔离槽；
(4)采用低压化学气相淀积(LPCVD)工艺双面淀积氮化硅层，刻蚀背面腐蚀窗口；
(5)在硅片正面刻引线孔，反刻铝，合金，从而形成铝电极，进而完成芯片的电气连接；
(6)在硅片正面涂覆耐腐蚀保护胶，所涂覆的耐腐蚀保护胶完全覆盖硅片正面的所有元件；
(7)腐蚀硅片反面，使硅片反面形成背腔；
(8)硅片的正面去除耐腐蚀保护胶，硅片的背面腐蚀掉氮化硅层；
(9)硅片通过真空静电键合固定在玻璃基底上，形成真空腔。
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