CN101825505A - 一种mems压力敏感芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种MEMS压力敏感芯片。其能有效提高芯片的稳定性，其误差小、精度高。其包括硅片、基底、敏感电阻排布区、敏感电阻排布区外部电气连接件，其特征在于：所述基底具体为衬底硅片，所述衬底硅片的上表面和下表面的中心部分均开有浅槽，所述衬底硅片的上表面为二氧化硅(SiO2)的氧化层，所述硅片的底面键合于所述衬底硅片的上表面。
Description
一种MEMS压力敏感芯片及其制作方法
技术领域
[0001] 本发明涉及微电子机械系统(MEMS)压力传感器领域，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。
背景技术
[0002] 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。
[0003] MEMS压力传感器，是微电子机械系统（MEMS)中最早的商业产品，由于MEMS压力敏 感芯片具有输出信号大、信号处理简单等优点，已经得到了越来越广泛的应用，目前市场上 的MEMS压力敏感芯片，其包括MEMS相对压力敏感芯片、MEMS绝对压力敏感芯片，其中MEMS 绝对压力敏感芯片以真空做为基准，传感器内封装了一个真空腔，以这个真空腔里的真空 为基准；MEMS相对压力敏感芯片底部的空腔可连通有一定压力的的接口，将该有一定压力 的接口作为基准。
[0004] 目前压力敏感芯片主要采用硅-玻璃键合的芯片，然而由于硅和玻璃的膨胀系数 不匹配，受压力时其变形量不同，易造成压力敏感芯片的不稳定，从而导致其误差大、精度 低。
发明内容
[0005] 针对上述问题，本发明提供了一种MEMS压力敏感芯片，其能有效提高芯片的稳定 性，其误差小、精度高。
[0006] 其技术方案是这样的：
一种MEMS压力敏感芯片，其包括硅片、基底、敏感电阻排布区、敏感电阻排布区外部电 气连接件，其特征在于：所述基底具体为衬底硅片，所述衬底硅片的上表面和下表面的中心 部分均开有浅槽，所述衬底硅片的上表面为二氧化硅（SiO2)的氧化层，所述硅片的底面键 合于所述衬底硅片的上表面。
[0007] 其进一步特征在于：
所述硅片的正面排布有敏感电阻排布区、敏感电阻排布区外部电气连接件； 所述敏感电阻排布区内包括压敏电阻、P+连接、金属引线；
所述MEMS压力敏感芯片为MEMS相对压力敏感芯片，所述相对压力敏感芯片其通气孔 贯穿所述衬底硅片；
所述通气孔位于所述浅槽的中心位置。
[0008] MEMS压力敏感芯片的制作方法，其包括硅片、敏感电阻、P+连接和金属引线，其特 征在于：在衬底硅片双面光刻腐蚀出浅槽后，将硅片的底面和衬底硅片上表面键合在一起， 通过对硅片进行减薄、抛光后得到由理论分析确定的薄膜，之后通过离子注入工艺形成敏 感电阻、P+连接，进而完成所述硅片的正面的金属引线、电气连接。
[0009] 其进一步特征在于：MEMS压力敏感芯片为MEMS绝对压力敏感芯片，其具体工艺步骤如下：
(1)根据压力传感器量程及芯片尺寸的要求进行理论分析，在硅片上确定压力敏感膜 的尺寸及压力敏感膜上最大的线性应力区，布置敏感电阻排布区，制作光刻版；
(2)在衬底硅片双面生长二氧化硅（SiO2)的氧化层；
(3)利用双面光刻在衬底硅片双面腐蚀出浅槽，浅槽深度为5 μ πΓΙΟ μ m，其中一面的浅 槽作为压力传感器背腔，另一面的浅槽作为后续光刻工艺对准的标记；
(4)在衬底硅片上表面生长二氧化硅（SiO2)的氧化层，将硅片的底面和衬底硅片上表 面键合在一起；
(5)对硅片进行减薄、抛光后得到由理论分析确定的薄膜厚度；
(6)在硅片的正面生长二氧化硅（SiO2)的氧化层，采用离子注入工艺分别在敏感电阻 排布区注入形成敏感电阻、P+连接；
(7)采用低压化学气相淀积（LPCVD)工艺在硅片的正面淀积氮化硅层，在硅片的正面光 刻引线孔；
(8 )淀积金属并反刻，然后进行合金化，生成金属引线，进而完成芯片的电气连接。
[0010] MEMS压力敏感芯片为MEMS相对压力敏感芯片，其具体工艺步骤如下：
(1)根据压力传感器量程及芯片尺寸的要求进行理论分析，在硅片上确定压力敏感膜 的尺寸及压力敏感膜上最大的线性应力区，布置敏感电阻排布区，制作光刻版；
(2)在衬底硅片双面生长二氧化硅（SiO2)的氧化层；
(3)利用双面光刻在衬底硅片双面腐蚀出浅槽，浅槽深度为5〜10μπι，其中一面的浅槽 作为压力传感器背腔，另一面的浅槽作为后续光刻工艺对准的标记；
(4)利用各向异性腐蚀在衬底硅片上表面腐蚀出通气孔的上半部分；
(5 )在衬底硅片上表面生长二氧化硅（SiO2)的氧化层，将硅片的底面和衬底硅片上表 面键合在一起；
(6)对硅片进行减薄、抛光后得到由理论分析确定的薄膜厚度；
(7)在衬底硅片的下表面、硅片的正面生长二氧化硅（SiO2)的氧化层，采用离子注入工 艺分别在敏感电阻排布区注入形成敏感电阻、P+连接；
(8)采用低压化学气相淀积（LPCVD)工艺在衬底硅片的下表面和硅片的正面淀积氮化 硅层，在硅片的正面光刻引线孔；
(9 )淀积金属并反刻，然后进行合金化，生成金属引线，进而完成芯片的电气连接； (10)对硅片的正面保护，衬底硅片的下表面进行通气孔下半部分的腐蚀，最后利用干 法刻蚀将衬底硅片的下表面的氮化硅层、二氧化硅（SiO2)的氧化层去除。
[0011] 在本发明中，由于硅片的底面键合于所述衬底硅片的上表面，故上层硅片和底部 的衬底硅片的材质均为硅，受力时，由于其膨胀系数相同，进而其变形量相同，故其能有效 提高芯片的稳定性，其误差小、精度高。
[0012] 此外，由于在制作方法中，通过对硅片进行减薄、抛光的方式控制薄膜的厚度，能 够使得薄膜的厚度均勻，使得压力的传导的精度更高。
附图说明
[0013] 图1是MEMS绝对压力敏感芯片主视图的结构示意图图2是MEMS绝对压力敏感芯片的制作工艺流程图； 图3是MEMS相对压力敏感芯片主视图的结构示意图；图4是MEMS相对压力敏感芯片的制作工艺流程图。
具体实施方式
[0014] 具体实施例一 ：MEMS绝对压力敏感芯片
其结构见图1 ：其包括硅片1、基底、敏感电阻排布区、敏感电阻排布区外部电气连接 件，基底具体为衬底硅片2，衬底硅片2的上表面和下表面的中心部分均开有浅槽3，衬底硅 片2的上表面为SiO2的氧化层4，硅片1的底面键合于衬底硅片2的上表面•’硅片1的正面 排布有敏感电阻排布区、敏感电阻排布区外部电气连接件；敏感电阻排布区内包括压敏电 阻5、P+连接6、金属引线8。
[0015] 其制作工艺流程见图2:
其具体步骤为：（1)根据压力传感器量程及芯片尺寸的要求进行理论分析，在硅片1上 确定压力敏感膜的尺寸及压力敏感膜上最大的线性应力区，布置敏感电阻排布区，制作光 刻版；
(2)在衬底硅片2双面生长二氧化硅（SiO2)的氧化层7 ；
(3)利用双面光刻在衬底硅片2双面腐蚀出浅槽3，浅槽3深度为5 μ m，其中一面的浅 槽3作为压力传感器背腔，另一面的浅槽3作为键合对准的标记；
(4)在衬底硅片2上表面生长二氧化硅（SiO2)的氧化层4，将硅片1的底面和衬底硅片 2上表面键合在一起；
(5)对硅片1进行减薄、抛光后得到由理论分析确定的薄膜厚度；
(6)在硅片1的正面生长二氧化硅（SiO2)的氧化层9，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5、P+连接6 ；
(7)采用低压化学气相淀积（LPCVD)工艺在硅片1的正面淀积氮化硅层10，在硅片1的 正面光刻引线孔11 ；
(8 )淀积金属并反刻铝，然后进行合金化，生成金属引线8，进而完成芯片的电气连接。
[0016] 具体实施例二 ：MEMS相对压力敏感芯片
其结构见图3 ：其包括硅片1、基底、敏感电阻排布区、敏感电阻排布区外部电气连接 件，基底具体为衬底硅片2，衬底硅片2的上表面和下表面的中心部分均开有浅槽3，衬底硅 片2的上表面为SiO2的氧化层4，硅片1的底面键合于衬底硅片2的上表面•’硅片1的正面 排布有敏感电阻排布区、敏感电阻排布区外部电气连接件；敏感电阻排布区内包括压敏电 阻5、P+连接6、金属引线8 ；通气孔12贯穿衬底硅片2 ；通气孔12位于浅槽3的中心位置。
[0017] 其制作工艺流程见图4: 其具体步骤为：
(1)根据压力传感器量程及芯片尺寸的要求进行理论分析，在硅片1上确定压力敏感 膜的尺寸及压力敏感膜上最大的线性应力区，布置敏感电阻排布区，制作光刻版；
(2)在衬底硅片2双面生长二氧化硅（SiO2)的氧化层7 ；
(3)利用双面光刻在衬底硅片2双面腐蚀出浅槽3，浅槽3深度为10 μ m，其中一面的浅 槽3作为压力传感器背腔，另一面的浅槽3作为键合对准的标记；(4)利用各向异性腐蚀在衬底硅片2上表面腐蚀出通气孔12的上半部分；
(5)在衬底硅片2上表面生长二氧化硅（SiO2)的氧化层4，将硅片1的底面和衬底硅片2上表面键合在一起；
(6)对硅片1进行减薄、抛光后得到由理论分析确定的薄膜厚度；
(7)在衬底硅片2的下表面、硅片1的正面生长二氧化硅（SiO2)的氧化层9，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5、P+连接6 ；
(8)采用低压化学气相淀积（LPCVD)工艺在衬底硅片2的下表面和硅片1的正面淀积 氮化硅层10，在硅片1的正面光刻引线孔11 ；
(9 )淀积金属并反刻铝，然后进行合金化，生成金属引线8，进而完成芯片的电气连接； (10)对硅片1的正面保护，衬底硅片2的下表面进行通气孔12下半部分的腐蚀，最后 利用干法刻蚀将衬底硅片2的下表面的氮化硅层10、二氧化硅（SiO2)的氧化层9去除。 [0018]
Claims (8)
- 一种MEMS压力敏感芯片，其包括硅片、基底、敏感电阻排布区、敏感电阻排布区外部电气连接件，其特征在于：所述基底具体为衬底硅片，所述衬底硅片的上表面和下表面的中心部分均开有浅槽，所述衬底硅片的上表面为二氧化硅（SiO2）的氧化层，所述硅片的底面键合于所述衬底硅片的上表面。
- 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：所述硅片的正面排布 有敏感电阻排布区、敏感电阻排布区外部电气连接件。
- 3.根据权利要求1或2所述的一种MEMS压力敏感芯片，其特征在于：所述敏感电阻排 布区内包括压敏电阻、P+连接、金属引线。
- 4.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MEMS压力敏感 芯片为MEMS相对压力敏感芯片，所述相对压力敏感芯片其通气孔贯穿所述衬底硅片。
- 5.根据权利要求4所述的一种MEMS压力敏感芯片，其特征在于：所述通气孔位于所述 浅槽的中心位置。
- 6. MEMS压力敏感芯片的制作方法，其包括硅片、敏感电阻、P+连接和金属引线，其特征 在于：在衬底硅片双面光刻腐蚀出浅槽后，将硅片的底面和衬底硅片上表面键合在一起，通 过对硅片进行减薄、抛光后得到由理论分析确定的薄膜，之后通过离子注入工艺形成敏感 电阻、P+连接，进而完成所述硅片的正面的金属引线、电气连接。
- 7.根据权利要求6所述的MEMS压力敏感芯片的制作方法，其特征在于：MEMS压力敏感芯片为MEMS绝对压力敏感芯片，其具体工艺步骤如下：(1)根据压力传感器量程及芯片尺寸的要求进行理论分析，在硅片上确定压力敏感膜 的尺寸及压力敏感膜上最大的线性应力区，布置敏感电阻排布区，制作光刻版；(2)在衬底硅片双面生长二氧化硅（Si02)的氧化层；(3)利用双面光刻在衬底硅片双面腐蚀出浅槽，浅槽深度为5 u nTlO u m，其中一面的浅 槽作为压力传感器背腔，另一面的浅槽作为后续光刻工艺对准的标记；(4)在衬底硅片上表面生长二氧化硅（Si02)的氧化层，将硅片的底面和衬底硅片上表 面键合在一起；(5)对硅片进行减薄、抛光后得到由理论分析确定的薄膜厚度；(6)在硅片的正面生长二氧化硅（Si02)的氧化层，采用离子注入工艺分别在敏感电阻 排布区注入形成敏感电阻、P+连接；(7)采用低压化学气相淀积（LPCVD)工艺在硅片的正面淀积氮化硅层，在硅片的正面光 刻引线孔；(8 )淀积金属并反刻，然后进行合金化，生成金属引线，进而完成芯片的电气连接。
- 8.根据权利要求6所述的MEMS压力敏感芯片的制作方法，其特征在于：MEMS压力敏感芯片为MEMS相对压力敏感芯片，其具体工艺步骤如下：(1)根据压力传感器量程及芯片尺寸的要求进行理论分析，在硅片上确定压力敏感膜 的尺寸及压力敏感膜上最大的线性应力区，布置敏感电阻排布区，制作光刻版；(2)在衬底硅片双面生长二氧化硅（Si02)的氧化层；(3)利用双面光刻在衬底硅片双面腐蚀出浅槽，浅槽深度为SlOym，其中一面的浅槽 作为压力传感器背腔，另一面的浅槽作为后续光刻工艺对准的标记；(4)利用各向异性腐蚀在衬底硅片上表面腐蚀出通气孔的上半部分；(5)在衬底硅片上表面生长二氧化硅（Si02)的氧化层，将硅片的底面和衬底硅片上表 面键合在一起；(6)对硅片进行减薄、抛光后得到由理论分析确定的薄膜厚度；(7)在衬底硅片的下表面、硅片的正面生长二氧化硅（Si02)的氧化层，采用离子注入工 艺分别在敏感电阻排布区注入形成敏感电阻、P+连接；(8)采用低压化学气相淀积（LPCVD)工艺在衬底硅片的下表面和硅片的正面淀积氮化 硅层，在硅片的正面光刻引线孔；(9 )淀积金属并反刻，然后进行合金化，生成金属引线，进而完成芯片的电气连接； (10)对硅片的正面保护，衬底硅片的下表面进行通气孔下半部分的腐蚀，最后利用干 法刻蚀将衬底硅片的下表面的氮化硅层、二氧化硅（Si02)的氧化层去除。
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