CN111947815A - Mems压力芯片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MEMS压力芯片及其制备方法，MEMS压力芯片包括支撑部、感应层和桁架结构，支撑部具有通腔，感应层悬空于通腔且通过支撑部支撑桁架结构包括基架以及至少两个支梁，基架上设有第一镂空区域，各支梁的一端连接至基架，另一端延伸至支撑部，使得支梁、基架与支撑部之间围设形成至少两个第二镂空区域，感应层通过第一镂空区域和第二镂空区域暴露。本发明能够改善压力芯片输出的线性度、温飘性能和时飘性能，并减小因桁架结构引入的附加质量对压力芯片的输出造成的加速度干扰。

Description

MEMS压力芯片及其制备方法

技术领域

本发明涉及微机电系统技术领域，具体涉及一种MEMS压力芯片及其制备方法。

背景技术

压力敏感芯片是一种将压力信号转换为电信号的敏感单元，采用半导体工艺制备的微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)压力芯片具有小型化、低功耗、成本低、均一性好、便于大批量生产的优点，因此MEMS压力芯片目前已被广泛应用于消费电子、医疗电子、工业电子、航天航空等各个领域。

用于测量微小量程(从几百帕到几十千帕范围内)压力变化的压力芯片一般统称为微压压力芯片，由于需要测量微小量程的压力变化，微压压力芯片应具有极高的灵敏度，以在微弱的压力变化下具有可检测的电压输出改变，同时为保证输出结果的准确性，微压压力芯片应具有良好的稳定性。

因此，亟需提供一种灵敏度高且稳定性好的MEMS压力芯片。

发明内容

本发明实施例提供一种灵敏度高且稳定性好的MEMS压力芯片及其制备方法。

本发明实施例提供一种MEMS压力芯片，MEMS压力芯片包括：支撑部，具有通腔；感应层，悬空于通腔且通过支撑部支撑；桁架结构，设置于感应层的一侧表面上，桁架结构包括基架以及至少两个支梁，基架上设有至少一个使感应层暴露的第一镂空区域，各支梁的一端连接至基架，另一端延伸至支撑部，使得支梁、基架与支撑部之间围设形成至少两个使感应层暴露的第二镂空区域。

根据本发明实施例的一个方面，支梁的数量为两个，两个支梁同向延伸且分别设置于基架两侧；或，

支梁的数量为三个，其中两个支梁沿第一方向延伸且分别设置于基架两侧，另一个支梁的延伸方向垂直于所述第一方向。

根据本发明实施例的一个方面，支撑部的所述通腔的横截面为方形，支梁的数量为四个，四个支梁的一端均连接至基架，另一端分别延伸至支撑部的四个侧边；

优选地，基架设置于感应层的中心，各支梁环绕基架等间隔分布。

根据本发明实施例的一个方面，桁架结构的数目为至少两个，两个桁架结构间隔设置。

根据本发明实施例的一个方面，支撑部、感应层和桁架结构为一体式结构。

根据本发明实施例的一个方面，还包括压敏电阻组件，压敏电阻组件包括引线和通过引线电连接的多个压敏电阻，压敏电阻与感应层接触连接，压敏电阻组件根据感应层的形变产生电信号；

优选地，压敏电阻组件的各压敏电阻通过引线电连接为惠斯通电桥；

优选地，压敏电阻设置于桁架结构的应力集中区域。

根据本发明实施例的一个方面，还包括钝化层，钝化层位于感应层设置有桁架结构的一侧且覆盖桁架结构以及支撑部在自身厚度方向上的第一表面；

优选地，覆盖支撑部的钝化层设置有使至少部分引线暴露的连接孔，连接孔内形成有与引线连接的焊盘。

根据本发明实施例的一个方面，还包括硅氧化层，硅氧化层位于感应层设置有桁架结构的一侧且覆盖桁架结构以及支撑部的第一表面，硅氧化层位于支撑部的第一表面与钝化层之间。

根据本发明实施例的一个方面，支撑部远离桁架结构的第二表面设置有连接衬底，连接衬底封闭通腔远离桁架结构一侧的腔口；

优选地，连接衬底具有连通外界与通腔的进气通道，在垂直于厚度方向的平面上，进气通道的尺寸小于通腔的尺寸。

另一方面，本发明实施例提供一种MEMS压力芯片的制备方法，包括：

提供支撑衬底；根据预设的第一图形，于支撑衬底在自身厚度方向上的第一表面向内移除部分材料，形成与预设的第一图形匹配的具有至少一个第一镂空区域以及至少两个第二镂空区域的桁架结构；于支撑衬底在自身厚度方向上的第二表面向内移除部分材料，形成背腔以及设于所述背腔与桁架结构之间的具有预设厚度的感应层。

根据本发明实施例的一个方面，于支撑衬底在自身厚度方向上的第一表面向内移除部分材料，形成桁架结构之前还包括：根据预设的第二图形，于支撑衬底的第一表面进行重掺杂，形成引线层；根据预设的第三图形，于引线层上进行轻掺杂，形成引线和通过引线电连接的多个压敏电阻；于支撑衬底的第一表面上设置钝化层；根据预设的第四图形，于钝化层上形成使引线层的至少部分暴露的多个连接孔，并于连接孔中设置金属层；

于支撑衬底在自身厚度方向上的第一表面向内移除部分材料，形成桁架结构包括：根据预设的第一图形，由钝化层至支撑衬底方向进行刻蚀，形成桁架结构。

根据本发明实施例的一个方面，根据预设的第二图形，于支撑衬底的第一表面进行重掺杂，形成引线层之前还包括：

于支撑衬底的第一表面设置硅氧化层。

根据本发明实施例的一个方面，MEMS压力芯片的制备方法还包括：

提供连接衬底；

根据预设的第五图形，图案化连接衬底，形成贯穿连接衬底相对的两个表面的进气通道；

将连接衬底与支撑衬底在自身厚度方向上的第二表面接合，其中进气通道与所述背腔连通。

根据本发明实施例的一个方面，支撑衬底为SOI硅衬底。

本发明实施例提供的MEMS压力芯片及MEMS压力芯片的制备方法，MEMS压力芯片包括具体有通腔的支撑部和悬空于通腔且通过支撑部支撑的感应层，感应层的一侧表面上设置有桁架结构，桁架结构包括基架以及至少两个支梁，基架上设有第一镂空区域，感应层通过第一镂空区域暴露，桁架结构增加了感应层整体的刚度和压力芯片的有效表面积，使得感应层不易受热变形，压力芯片更易散热，因此能够改善压力芯片输出的温飘性能和时飘性能，此外，桁架结构的基架上设有第一镂空区域，能够减小因桁架结构引入的附加质量对压力芯片的输出造成的加速度干扰。

附图说明

通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征，附图并未按照实际的比例绘制。

图1示出本发明实施例提供的MEMS压力芯片的平面结构示意图；

图2示出图1中A-A位置处的截面示意图；

图3示出图1中B-B位置处的截面示意图；

图4示出图1中C-C位置处的截面示意图；

图5示出本发明另一实施例提供的MEMS压力芯片的层结构示意图；

图6示出本发明实施例提供的机电系统压力芯片的制备方法的流程图；

图7a至图7k分别示出本发明实施例提供的MEMS压力芯片的制备方法的各个阶段的截面示意图。

附图标记说明：

10-支撑衬底；10a上表面；10b-下表面；

110-支撑部；111-背腔；

120-压敏电阻组件；121-引线；122-压敏电阻；引线层121a；

130-感应层；

140-桁架结构；141-基架；142-支梁；143-第一镂空区域；144-第二镂空区域；

150-钝化层；

160-焊盘；

20-连接衬底；201-进气通道。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。

请一并参阅图1至图4，图1示出本发明实施例提供的MEMS压力芯片的平面结构示意图；图2示出图1中A-A位置处的截面示意图；图3示出图1中B-B位置处的截面示意图；图4示出图1中C-C位置处的截面示意图。其中本申请中的层结构示意图均为在结构原理上的示意，MEMS压力芯片包含的各部件的实际尺寸、细节位置等可依据实际情况调整。

本发明实施例提供一种MEMS压力芯片，包括支撑部110、感应层130和桁架结构140。

支撑部110具有通腔，感应层130悬空于通腔且通过支撑部110支撑，桁架结构140设置于感应层130的一侧表面上，桁架结构140包括基架141和至少两个支梁142，基架141上设有至少一个使感应层130暴露的第一镂空区域143，各支梁142的一端连接至基架141，另一端延伸至支撑部110，使得支梁142、基架141与支撑部110之间围设形成至少两个使感应层130暴露的第二镂空区域144。

根据本发明实施例提供的MEMS压力芯片，感应层130可以根据实际需要做的很薄，以使MEMS压力芯片具有较高的灵敏度，在感应层130的一侧表面上设置桁架结构140，增加了感应层130整体的刚度，当外部环境温度变化时，感应层130不易受热变形，能够改善压力芯片输出的温飘性能；另外，桁架结构140增加了压力芯片的有效表面积，更有助于芯片散热，能够改善由于电阻热功耗引起的时飘。

此外，桁架结构140的基架141具有第一镂空区域143，能够减小因桁架结构140引入的附加质量，降低桁架结构140对压力芯片的输出造成的加速度干扰。

可以理解的是，本发明实施例提供的MEMS压力芯片，桁架结构140包括基架141和多个支梁142，支梁142的数量可以根据实际需要进行选择，本申请对此不作具体限制。

在一些可选的实施例中，桁架结构140可以包括基架141和四个支梁142，支撑部110的通腔的横截面可以为方形，则支撑部110的内边缘和感应层130均为方形，四个支梁142的一端均连接至基架141，另一端可以分别延伸至支撑部110的四个侧边，能够最大化增加感应层130整体的刚度。

可选地，基架141可以设置于感应层130的中心，四个支梁142可以环绕基架141等间隔分布，使桁架结构140整体呈十字型。另外，基架141的外边缘和内边缘可以为方形，各支梁142的一端可以连接至基架141外边缘的中心位置，另一端延伸至支撑部110内边缘的中心位置处。

可选地，支梁142的数量可以为两个，两个支梁142可以同向延伸且分别设置于基架141两侧。

可选地，支梁142的数量可以为三个，其中两个支梁142可以均沿第一方向延伸且分别设置于基架141两侧，另一个支梁142的延伸方向可以垂直于第一方向。当然，三个支梁142也可以环绕基架141等间隔分布，也在本发明的保护范围之内。

在一些可选的实施例中，本发明实施例提供的MEMS压力芯片，可以包括多个桁架结构140，可选地，桁架结构140的数目可以为两个，两个桁架结构140可以间隔设置。

在一些可选的实施例中，本发明实施例提供的MEMS压力芯片，还可以包括压敏电阻组件120，压敏电阻组件120包括引线121和通过引线121电连接的多个压敏电阻122，压敏电阻122与感应层130接触连接，压敏电阻组件120能够根据感应层130的形变产生电信号，进而实现对相对外界压力的测量。

作为一种可选的实施方式，可以将压敏电阻122设置于桁架结构140的应力集中区域，能够显著的改善压力芯片对微小量程压力变化进行测量时的性能指标，具体表现为：设置有桁架结构140的压力芯片和未设置桁架结构140的压力芯片具有相同灵敏度时，设置有桁架结构140的压力芯片的线性度特性会更优异。

可选地，可以将压敏电阻122设置于支梁142与支撑部110的连接位置处。MEMS压力芯片在受到压力负载时，支梁142与支撑部110的连接位置处应力更集中。

可选地，支梁142的数量可以与压敏电阻122的数量一致，且压敏电阻122与支梁142一一对应设置。

压敏电阻组件120包括多个压敏电阻122，在一些可选的实施例中，压敏电阻122的数量可以为四个，四个压敏电阻122可以通过引线121电连接为惠斯通电桥，使得压力芯片能够精确测量压力变化。

可选地，压敏电阻组件120的各压敏电阻122通过引线121电连接为惠斯通电桥时，支撑部110的通腔的横截面为方形，压敏电阻122设置在支撑部110内边缘的中心位置处，桁架结构140可以包括基架141和四个支梁142，各支梁142的一端连接至基架141，另一端分别延伸至支撑部110的四个侧边的中心位置处。

在一些可选的实施例中，MEMS压力芯片的支撑部110、感应层130和桁架结构140可以为一体式结构，结构强度和稳定性更高。可选地，MEMS压力芯片的支撑部110、感应层130和桁架结构140可以由一个支撑衬底图案化形成，以方便制造，降低制造成本。

可选地，支撑衬底可以选用SOI(Silicon-On-Insulator)硅衬底。

可选地，可以通过离子注入或热扩散工艺于支撑部110在自身厚度方向上的第一表面选择预定的区域进行P型轻掺杂进而形成压敏电阻122，通过离子注入或热扩散工艺在支撑部110的第一表面选择预定的区域进行P型重掺杂进而形成引线121，且该引线121将多个压敏电阻122相互电连接。

在一些可选的实施例中，本发明实施例提供的MEMS压力芯片，还可以包括硅氧化层，硅氧化层位于感应层130设置有桁架结构140的一侧且覆盖桁架结构140以及支撑部110的第一表面。利用硅衬底制作压力芯片时，可以先在硅衬底的表面生长一层二氧化硅形成硅氧化层，再在硅衬底的表层内进行P型掺杂形成引线121和压敏电阻122，可以使P型掺杂在硅衬底的厚度方向上更均匀，使引线121和压敏电阻122电学性能更好。

在一些可选的实施例中，MEMS压力芯片还可以包括图案化的钝化层150，图案化的钝化层150位于感应层130设置有桁架结构140的一侧且至少覆盖支撑部110的第一表面。可选地，钝化层150可以由氧化硅或氮化硅组成，也可以为氧化硅和氮化硅的复合膜层。

在覆盖支撑部110的钝化层150上可以设置有连接孔，连接孔使得至少部分引线121暴露，且连接孔内形成有与引线121连接的焊盘160，通过焊盘160使压敏电阻组件120与外界电路连通。

可选地，焊盘160的材料可以为选用Al、Cu、Ti、Ni、Ta、Au、Pt等金属中的一种或几种的组合。

可以理解的是，支撑部110的第一表面和桁架结构140背离感应层130的一侧表面形成有硅氧化层时，硅氧化层位于支撑部110的第一表面与钝化层150之间，连接孔贯穿钝化层150和硅氧化层。

在一些可选的实施例中，钝化层150同时覆盖支撑部110的第一表面和桁架结构140，以增加桁架结构140的刚度。

请参阅图5，图5示出本发明另一实施例提供的MEMS压力芯片的层结构示意图。

在一些可选的实施例中，为进一步提高压力芯片的温飘、时飘稳定性，在支撑部110远离桁架结构140的第二表面可以设置有连接衬底20，连接衬底20封闭通腔远离桁架结构140一侧的腔口。可以将通腔位于感应层30远离桁架结构140的一侧的部分定义为背腔111。

可选地，连接衬底20可以是玻璃衬底。连接衬底20可以是通过阳极键合工艺与支撑部110的第二表面接合。

根据上述本发明实施例提供的MEMS压力芯片，连接衬底20封闭背腔111的腔口时，压力芯片所处环境内气体的不同气压使感应层130产生不同的形变，不同形变量的感应层130使得与感应层130连接的压敏电阻组件120产生不同的电信号，进而实现对外界压力的测量。该电信号可以是压敏电阻组件120的压敏电阻122的电阻值的变化信号。

在一些可选的实施例中，连接衬底20具有连通外界与背腔111的进气通道201，在垂直于厚度方向的平面上，进气通道201的尺寸小于背腔111的尺寸。

进气通道201连通外界与背腔111时，压力芯片所处环境内的气体能够通过进气通道201进入支撑部110的背腔111，感应层130两侧不同的气压差使感应层130产生不同的形变，与感应层130连接的压敏电阻组件120则会产生不同的电信号，进而实现对相对压力的测量。

另外，本发明实施例还提供了一种MEMS压力芯片的制备方法，以下将以上述本发明实施例提供的MEMS压力芯片的制作过程为例对MEMS压力芯片的制备方法进行说明。

请一并参考图6以及图7a至图7k，图6示出本发明实施例提供的机电系统压力芯片的制备方法的流程图，图7a至图7k分别示出本发明实施例提供的MEMS压力芯片的制备方法的各个阶段的截面示意图。

本发明实施例提供的MEMS压力芯片的制备方法，具体包括如下步骤：

S1：提供支撑衬底10。

S2：根据预设的第一图形，于支撑衬底10在自身厚度方向上的第一表面向内移除部分材料，形成与预设的第一图形匹配的具有至少一个第一镂空区域143以及至少两个第二镂空区域144的桁架结构140。

S3：于支撑衬底10在自身厚度方向上的第二表面向内移除部分材料，形成背腔111以及设于背腔111与桁架结构140之间的具有预设厚度的感应层130。

需要说明的是，上述形成桁架结构140的步骤和形成背腔111的步骤不分先后。

可以理解的是，可以根据所需桁架结构140的具体形状来选择预设的第一图形，本申请对第一图形的形状不作具体限定。可选地，桁架结构140可以设置于感应层130背离背腔111的一侧表面上，桁架结构140可以包括基架141和至少两个支梁142，基架141上设有第一镂空区域143，各支梁142的一端连接至基架141，另一端延伸至支撑衬底10的边缘区，支梁142、基架141与支撑衬底10的边缘区之间围设形成至少两个第二镂空区域144，感应层130背离背腔111的一侧面通过第一镂空区域143和第二镂空区域144暴露。

作为一种可选的实施例，桁架结构140可以包括基架141和四个支梁142，基架141上设有第一镂空区域143，四个支梁142的一端均连接至基架141，另一端延伸至支撑衬底10的边缘区，四个支梁142、基架141与支撑衬底10的边缘区之间围设形成四个第二镂空区域144。

在一些可选的实施例中，本发明实施例提供的MEMS压力芯片的制备方法，在步骤S2之前，还可以包括：根据预设的第二图形，于支撑衬底10的第一表面进行重掺杂，形成引线层121a；根据预设的第三图形，于引线层121a上进行轻掺杂，形成引线121和通过引线121电连接的多个压敏电阻122；于支撑衬底10的第一表面上设置钝化层150；根据预设的第四图形，于钝化层150上形成使引线121的至少部分暴露的多个连接孔，并于连接孔中设置金属层。此时，步骤S2可以为根据预设的第一图形，自钝化层150背离支撑衬底10的一侧表面图案化钝化层150和支撑衬底10，形成桁架结构140。

可以理解的是，可以根据所需引线层121a和压敏电阻122的结构来选择预设的第二图形和预设的第三图形。可选地，引线层121a和压敏电阻122可以位于支撑衬底10的边缘区，各压敏电阻122通过引线121电连接进而形成压敏电阻组件120，压敏电阻122可以与支撑衬底10的中心区连接，使得形成感应层130后，压敏电阻122与感应层130接触连接，压敏电阻组件120能够根据感应层130的形变产生电信号。

可以理解的是，也可以先在支撑衬底10的第一表面上进行轻掺杂，形成多个压敏电阻122，再在支撑衬底10的第一表面进行重掺杂，形成连接各压敏电阻122的引线121，也在本申请的保护范围之内。

需要说明的是，可以根据所需金属层的位置和结构来选择预设的第四图形，本申请对第四图形的形状不作具体限定。

在一些可选的实施例中，本发明实施例提供的MEMS压力芯片的制备方法，在步骤“根据预设的第二图形，于支撑衬底10的第一表面进行重掺杂，形成引线层121a”之前，还可以包括：于支撑衬底10的第一表面形成遮蔽层。

可选地，遮蔽层可以是硅氧化层，形成遮蔽层的工艺可以是低压化学气相沉积、等离子体化学气相沉积或热氧化等工艺。在支撑衬底10的第一表面形成硅氧化层，可以使P型掺杂在支撑衬底10的厚度方向上更均匀，使引线121和压敏电阻122电学性能更好。

在一些可选的实施例中，本发明实施例提供的MEMS压力芯片的制备方法，还可以包括步骤S4：于支撑衬底10的在自身厚度方向上的第二表面接合连接衬底20，以进一步提高压力芯片的温飘、时飘稳定性。

下面结合图7a至图7k对本发明实施例提供的MEMS压力芯片的制备方法进行具体说明。

如图7a，提供支撑衬底10。该支撑衬底10具有在自身厚度方向上相对的上表面10a和下表面10b。支撑衬底10包括中心区和围绕中心区的边缘区。

可选地，支撑衬底10可以为SOI(Silicon-On-Insulator)硅衬底。

如图7b，在支撑衬底10的包括上表面10a的表层内形成引线层121a。其中，引线层121a位于支撑衬底10的边缘区。

形成引线层121a的方式可以是通过光刻工艺以及离子注入工艺。具体地，制作引线层121a时，先在支撑衬底10的上表面10a先形成光刻胶作为掩膜层，通过光刻工艺将光刻胶图案化，其中光刻胶上的开口图案与引线层121a的图案对应；之后，在光刻胶的开口处进行离子注入，形成层121a。形成引线层121a后，可以通过干法或湿法去胶工艺将光刻胶剥离。其中，引线层121a可以为重掺杂引线层121a，引线层121a的掺杂类型可以是P型重掺杂。当然，也可以通过光刻工艺以及热扩散工艺形成引线层121a，也在本申请的保护范围之内。

如图7c，在引线层121a上进行轻掺杂，形成引线121和通过引线121电连接的多个压敏电阻122。其中，压敏电阻组件120的各压敏电阻122均位于支撑衬底10的边缘区，且压敏电阻122与支撑衬底10的中心区连接；各压敏电阻122通过引线121电连接形成压敏电阻组件120。

可选地，压敏电阻组件120的各压敏电阻122可以通过引线121电连接为惠斯通电桥。

形成压敏电阻122的方式有多种，可以是通过光刻工艺以及离子注入工艺，与前述过程类似，在此不再详述。其中，压敏电阻122的掺杂类型可以是P型轻掺杂。当然，也可以是通过光刻工艺以及热扩散工艺形成压敏电阻122，也在本申请的保护范围之内。

如图7d，在支撑衬底10的上表面10a形成图案化的钝化层150。

可选地，钝化层150可以由氧化硅或氮化硅组成，也可以为氧化硅和氮化硅的复合膜层。

钝化层150的形成方式可以是，先通过热氧化工艺在支撑衬底10的上表面10a生长一层二氧化硅绝缘层，再通过化学气相沉积设备在表面沉积一层氮化硅。图案化钝化层150的过程可以是在钝化层150上通过光刻工艺形成图案化的光刻胶，之后以该图案化的光刻胶为掩膜进行干法刻蚀或湿法刻蚀工艺，在钝化层150上形成使至少部分引线121暴露的连接孔。

如图7e，在连接孔内形成连接至引线121的焊盘160，通过焊盘160使压敏电阻组件120与外界电路连通。

可选地，可以先采用物理气相沉积的方法在沉积金属薄膜在钝化层150上形成金属层，然后通过金属剥离工艺形成图形化的焊盘160。

可选地，焊盘160的材料可以为选用Al、Cu、Ti、Ni、Ta、Au、Pt等金属中的一种或几种的组合。

如图7f，自钝化层150背离支撑衬底10的一侧表面图案化钝化层150和支撑衬底10，形成位于支撑衬底10中心区的桁架结构140。其中，桁架结构140包括基架141以及与基架141连接的至少两个支梁142，基架141上设有第一镂空区域143，各支梁142的一端连接至基架141，另一端延伸至支撑衬底10的边缘区，以使支梁142、基架141与支撑衬底10的边缘区之间围设形成至少两个第二镂空区域144。

形成桁架结构140的过程具体可以为，在钝化层150背离支撑衬底10的一侧表面通过光刻工艺制备出与桁架的图形化结构对应的图案化的光刻胶，然后以该图案化的光刻胶为掩膜使用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺对钝化层150和支撑衬底10表层的部分硅结构进行刻蚀去除，形成桁架结构140。

可选地，压敏电阻组件120的压敏电阻122可以位于桁架结构140的支梁142与支撑衬底10的边缘区的连接位置处，且压敏电阻组件120的各压敏电阻122可以与支梁142一一对应设置。

可选地，形成桁架结构140时，支撑衬底10上通过刻蚀去除的硅结构的厚度可以为1μm至18μm。

如图7g₁，自支撑衬底10的下表面10b图案化支撑衬底10的中心区，形成具有背腔111的支撑部110以及通过支撑部110支撑且悬空于背腔111的感应层130，其中，感应层130通过第一镂空区域143和第二镂空区域144暴露，压敏电阻组件120根据感应层130的形变产生电信号。

形成支撑部110和感应层130的方式可以为，通过双面光刻工艺在支撑衬底10的下表面10b制备出背腔111的图形化结构，然后使用干法刻蚀工艺，对支撑衬底10进行深刻蚀，至剩余一定厚度的硅结构层，形成截面为方形的背腔111以及悬空于背腔111的感应层130。

进行背腔111加工时，也可以采用硅的各向异性湿法腐蚀，这种工艺方法不需要昂贵的深硅干法刻蚀设备，仅使用简单的湿法工作台即可对支撑衬底10进行批量化加工，制备工艺更简单。如图7g₂，采用硅的各向异性湿法腐蚀方式形成的背腔111，其截面通常为梯形。

需要说明的是，上述对支撑衬底10的上表面10a的加工过程和对支撑衬底10的下表面10b和加工过程之间没有必须的先后顺序，从而能够以任意的顺序进行。

在一些可选的实施例中，如图7h，完成上述步骤后，可以在支撑衬底10的下表面10b接合连接衬底20。连接衬底20可以是通过阳极键合等键合工艺与支撑衬底10的下表面10b接合。

可选地，连接衬底20上可以具有进气通道201，进气通道201贯穿连接衬底20相对的两个表面，以使连接衬底20与支撑衬底10的下表面10b接合后，背腔111能够通过进气通道201与外界连通。

如图7i，提供连接衬底20。连接衬底20可以是玻璃衬底。

如图7j，根据预设的第五图形，图案化连接衬底20，形成贯穿连接衬底20相对的两个表面的进气通道201。该进气通道201可以通过湿法刻蚀等工艺形成。可以理解的是，可以根据进气通道201的形状选择预设的第五图形。

如图7k，将连接衬底20与支撑衬底10的下表面10b接合，其中进气通道201与背腔111连通。连接衬底20可以是通过阳极键合等键合工艺与支撑衬底10的下表面10b接合。

至此，完成本发明实施例提供的MEMS压力芯片的制作。需要说明的是，上述对支撑衬底10的加工过程和对连接衬底20的加工过程之间没有必须的先后顺序，从而能够以任意的顺序进行。

根据上述本发明实施例提供的制备方法制得的MEMS压力芯片，支撑部110、感应层130和桁架结构140为一体式结构，桁架结构140增加了感应层130整体的刚度和有效表面积，能够改善压力芯片的温飘性能和时飘性能，而桁架结构140的基架141具有第一镂空区域143，能够减小因桁架结构140引入的附加质量对压力芯片的输出造成的加速度干扰。

依照本发明如上文所述的实施例，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (13)

1.一种MEMS压力芯片，其特征在于，包括：

支撑部，具有通腔；

感应层，悬空于所述通腔且通过所述支撑部支撑；

桁架结构，设置于所述感应层的一侧表面上，所述桁架结构包括基架以及至少两个支梁，所述基架上设有至少一个使所述感应层暴露的第一镂空区域，各所述支梁的一端连接至所述基架，另一端延伸至所述支撑部，使得所述支梁、所述基架与所述支撑部之间围设形成至少两个使所述感应层暴露的第二镂空区域。

2.根据权利要求1所述的MEMS压力芯片，其特征在于，所述支梁的数量为两个，两个所述支梁同向延伸且分别设置于所述基架两侧；或，

所述支梁的数量为三个，其中两个所述支梁沿第一方向延伸且分别设置于所述基架两侧，另一个所述支梁的延伸方向垂直于所述第一方向。

3.根据权利要求1所述的MEMS压力芯片，其特征在于，所述支撑部的所述通腔的横截面为方形，所述支梁的数量为四个，四个所述支梁的一端均连接至所述基架，另一端分别延伸至所述支撑部的四个侧边；

优选地，所述基架设置于所述感应层的中心，各所述支梁环绕所述基架等间隔分布。

4.根据权利要求1所述的MEMS压力芯片，其特征在于，所述桁架结构的数目为至少两个，两个所述桁架结构间隔设置。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的MEMS压力芯片，其特征在于，所述支撑部、所述感应层和所述桁架结构为一体式结构。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的MEMS压力芯片，其特征在于，还包括压敏电阻组件，所述压敏电阻组件包括引线和通过所述引线电连接的多个压敏电阻，所述压敏电阻与所述感应层接触连接，所述压敏电阻组件根据所述感应层的形变产生电信号；

优选地，所述压敏电阻组件的各所述压敏电阻通过所述引线电连接为惠斯通电桥；

优选地，所述压敏电阻设置于所述桁架结构的应力集中区域。

7.根据权利要求1至4任意一项所述的MEMS压力芯片，其特征在于，还包括钝化层，所述钝化层位于所述感应层设置有所述桁架结构的一侧且覆盖所述桁架结构以及所述支撑部在自身厚度方向上的第一表面；

优选地，覆盖所述支撑部的所述钝化层设置有使至少部分所述引线暴露的连接孔，所述连接孔内形成有与所述引线连接的焊盘。

8.根据权利要求7所述的MEMS压力芯片，其特征在于，还包括硅氧化层，所述硅氧化层位于所述感应层设置有所述桁架结构的一侧且覆盖所述桁架结构以及所述支撑部的所述第一表面，所述硅氧化层位于所述支撑部的所述第一表面与所述钝化层之间。

9.根据权利要求1至4任意一项所述的MEMS压力芯片，其特征在于，所述支撑部远离所述桁架结构的第二表面设置有连接衬底，所述连接衬底封闭所述通腔远离所述桁架结构一侧的腔口；

优选地，所述连接衬底具有连通外界与所述通腔的进气通道，在垂直于厚度方向的平面上，所述进气通道的尺寸小于所述通腔的尺寸。

10.一种MEMS压力芯片的制备方法，其特征在于，包括：

提供支撑衬底；根据预设的第一图形，于所述支撑衬底在自身厚度方向上的第一表面向内移除部分材料，形成与所述预设的第一图形匹配的具有至少一个第一镂空区域以及至少两个第二镂空区域的桁架结构；于所述支撑衬底在自身厚度方向上的第二表面向内移除部分材料，形成背腔以及设于所述背腔与所述桁架结构之间的具有预设厚度的感应层。

11.根据权利要求10所述的MEMS压力芯片的制备方法，其特征在于，所述于所述支撑衬底在自身厚度方向上的第一表面向内移除部分材料，形成桁架结构之前还包括：

根据预设的第二图形，于所述支撑衬底的所述第一表面进行重掺杂，形成引线层；根据预设的第三图形，于所述引线层上进行轻掺杂，形成引线和通过所述引线电连接的多个压敏电阻；于所述支撑衬底的所述第一表面上设置钝化层；根据预设的第四图形，于所述钝化层上形成使所述引线层的至少部分暴露的多个连接孔，并于所述连接孔中设置金属层；

所述于所述支撑衬底在自身厚度方向上的第一表面向内移除部分材料，形成桁架结构包括：

根据预设的第一图形，由所述钝化层至所述支撑衬底方向进行刻蚀，形成所述桁架结构。

12.根据权利要求11所述的MEMS压力芯片的制备方法，其特征在于，所述根据预设的第二图形，于所述支撑衬底的所述第一表面进行重掺杂，形成引线层之前还包括：

于所述支撑衬底的所述第一表面设置硅氧化层。

13.根据权利要求10至12任意一项所述的MEMS压力芯片的制备方法，其特征在于，还包括：

提供连接衬底；

根据预设的第五图形，图案化所述连接衬底，形成贯穿所述连接衬底相对的两个表面的进气通道；

将所述连接衬底与所述支撑衬底在自身厚度方向上的第二表面接合，其中所述进气通道与所述背腔连通。

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