CN115326249A - 一种mems压力传感器及其的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MEMS压力传感器及其的制作方法，所述MEMS压力传感器包括：排列在第一平面上的四个条状凸起，其中每个所述条状凸起均包括P型浓掺杂层；多个电极，其中各所述电极用于各所述条状凸起接入输入电信号和输出电信号，各所述电极和各所述条状凸起构成惠斯通电桥；应变薄膜层，其设置于腔体与所述惠斯通电桥之间。该结构以实现提高压力传感器的灵敏度和稳定性，并减小压力传感器的尺寸。

Description

一种MEMS压力传感器及其的制作方法

本发明是申请号：202110710324.4，申请日为：2021年6月25日，发明名称为：一种MEMS压力传感器及其的制作方法。

技术领域

本发明实施例涉及传感器技术领域，尤其涉及一种MEMS压力传感器及其的制作方法。

背景技术

压力传感器广泛应用于国防军工、汽车电子、石油化工、航空航天、医疗器械及消费电子等众多行业。占整个传感器市场的三分之一。按照工作原理不同，压力传感器可分为压阻式、电容式、压电式、声表面波式、霍尔效应式等等。其中，基于MEMS技术制作的压阻式压力传感器以其高灵敏度、低成本得到广泛应用。

传统的MEMS压阻式压力传感器中的压敏电阻是在N型轻掺杂器件层制作出一定区域的P型轻掺杂区作为压阻条，在P型轻掺杂区的欧姆接触位置再制作出P型浓掺杂区，欧姆接触孔形成于P型浓掺杂区，实现金属互联层与惠斯通电桥的欧姆接触。此种传统方法所形成的P型轻掺杂区和P型浓掺杂区是嵌入N型轻掺杂器件层的，这种PN结结构由于寄生参数和表面缺陷较多，导致击穿电压较低，漏电流大，在长期使用时压力传感器的测量稳定性会产生问题。另外，这种结构难以将压敏电阻条宽做得很小，为保证惠斯通电桥桥臂一定的阻值，只能用P型轻掺杂形成桥臂电阻，这将导致传感器灵敏度温漂较大。再者对于传统嵌入式压敏电阻，应变薄膜受力变形时，应力并不能很好地集中于压敏电阻本身，导致传感器灵敏度较低。最后，传统嵌入式PN结结构需至少3层光罩，成本较高。

发明内容

本发明提供一种MEMS压力传感器及其的制作方法，以实现提高压力传感器的灵敏度和稳定性，并减小压力传感器的尺寸。

为实现上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种MEMS压力传感器，包括：排列在第一平面上的四个条状凸起，其中每个所述条状凸起均包括P型浓掺杂层；多个电极，其中各所述电极用于各所述条状凸起接入输入电信号和输出电信号，各所述电极和各所述条状凸起构成惠斯通电桥；应变薄膜层，其设置于腔体与所述惠斯通电桥之间。

根据本发明的一个实施例，所述四个条状凸起下方为N型器件层，所述N型器件层为低掺杂N型硅层，四条凸起的侧壁至少暴露所述P型浓掺杂层。

根据本发明的一个实施例，每个条状凸起还包括：位于所述P型浓掺杂层下方的P型轻掺杂层，四条凸起的侧壁至少暴露所述P型浓掺杂层和所述P型轻掺杂层，所述四个条状凸起下方为N型器件层，所述N型器件层为低掺杂N型硅层。

根据本发明的一个实施例，各所述条状凸起均包括压敏电阻部和两个导线部；所述压敏电阻部的两端分别与一个所述导线部连接；其中，沿所述第一方向反方向，所述压敏电阻部线宽小于所述导线部线宽。

根据本发明的一个实施例，所述四个条状凸起平行排列，依次包括第一条状凸起、第二条状凸起、第三条状凸起和第四条状凸起；各所述条状凸起均包括第一导线部和第二导线部，所述第一导线部和所述第二导线部对称设置，所述第一导线部和所述第二导线部均相对于对称轴偏移预设距离，用于连接所述压敏电阻部。

根据本发明的一个实施例，所述第一条状凸起中的所述压敏电阻部外突于所述第一条状凸起远离所述第二条状凸起的一侧；所述第二条状凸起中的所述压敏电阻部外突于所述第二条状凸起远离所述第一条状凸起的一侧；所述第三条状凸起中的所述压敏电阻部外突于所述第三条状凸起远离所述第四条状凸起的一侧；所述第四条状凸起中的所述压敏电阻部外突于所述第四条状凸起远离所述第三条状凸起的一侧。

根据本发明的一个实施例，所述压敏电阻部包括一条压敏电阻；各所述条状凸起中的所述压敏电阻的形状为U字形、V字形或由多个V字形或U字形组成的级联形状中其中的一种，所述压敏电阻的排列的形状均以所述对称轴为中轴成轴对称分布。

根据本发明的一个实施例，各所述条状凸起中的所述压敏电阻的形状均相同。

根据本发明的一个实施例，所述压敏电阻部包括多个条形压敏电阻和用于串联多个条形压敏电阻的第三导线部；所述条形压敏电阻线宽小于所述第三导线部线宽；多个所述条形压敏电阻均平行于所述对称轴，且以所述对称轴为中轴对称分布，多个所述第三导线部均垂直于所述对称轴。

根据本发明的一个实施例，四个所述条状凸起平行排列，依次包括第一条状凸起、第二条状凸起、第三条状凸起和第四条状凸起；多个所述电极包括：第一输入电极、第二输入电极、第一输出电极、第二输出电极、第一接地电极和第二接地电极；

所述第一条状凸起的一端与所述第一输入电极连接，另一端与所述第一输出电极连接；所述第二条状凸起的一端与所述第一输出电极连接，另一端与所述第一接地电极连接；所述第三条状凸起的一端与所述第二输入电极连接，另一端与所述第二输出电极连接；所述第四条状凸起的一端与所述第二输出电极连接，另一端与所述第二接地电极连接。

根据本发明的一个实施例，所述第一输入电极、所述第二输入电极、所述第一输出电极、所述第二输出电极、所述第一接地电极和所述第二接地电极均为金属电极。

根据本发明的一个实施例，所述第一输入电极、所述第二输入电极、所述第一输出电极、所述第二输出电极、所述第一接地电极和所述第二接地电极均与所述第一条状凸起、所述第二条状凸起、所述第三条状凸起和所述第四条状凸起为同层设置。

根据本发明的一个实施例，排列在所述第一平面上的四个条状凸起区域、第一输入电极区域、第一输出电极区域、第二输出电极区域、第二输入电极区域、第一接地电极区域和第二接地电极区域，各所述电极区域之间使用沟槽隔离开。

为实现上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种MEMS压力传感器的制作方法，应用于如前所述的MEMS压力传感器，包括以下步骤：提供一衬底，其中，所述衬底包括N型器件层；对所述N型器件层的一侧表面整面进行P型浓掺杂形成P型浓掺杂层；采用刻蚀工艺形成四个条状凸起，其中，四个所述条状凸起的侧壁至少暴露所述P型浓掺杂层；形成多个电极，各所述电极用于各所述条状凸起接入电信号和输出电信号；各所述电极和各所述条状凸起构成惠斯通电桥；刻蚀所述衬底形成腔体，所述腔体与所述惠斯通电桥之间形成应变薄膜层。

根据本发明实施例提出的MEMS压力传感器及其的制作方法，通过设置四个条状凸起，使得应变薄膜层受到压力时，对于应变薄膜层的边缘和中心位置，应力最大，应力更加集中于凸起条状压敏电阻的表面，灵敏度高、线性度好。另外，浓掺层与衬底之间的寄生参数更小，与衬底之间更接近于理想的PN结，因此有更高的击穿电压、更低的漏电流，进而拥有更高的可靠性和长期稳定性。由于条状凸起表面掺杂浓度较高，器件可以实现更低的灵敏度温漂。该MEMS压力传感器结构简单，压敏电阻条的制备过程只需1次光罩，工艺成本低，可批量化生产。另外本发明两个实施例中，第一腔体为开放腔体的实施例可用于测量相对的差压；第一腔体为真空密封腔体的实施例可用于测量绝对压强。

附图说明

图1是本发明实施例提出的MEMS压力传感器的俯视图；

图2是图1中一个实施例沿AA’方向的剖面图；

图3是图1中另一个实施例沿AA’方向的剖面图；

图4是图1中又一个实施例沿AA’方向的剖面图；

图5是本发明一个实施例提出的MEMS压力传感器的俯视图；

图6是本发明另一个实施例提出的MEMS压力传感器的俯视图；

图7是本发明又一个实施例提出的MEMS压力传感器的俯视图；

图8是本发明再一个实施例提出的MEMS压力传感器的俯视图；

图9是本发明又一个实施例提出的MEMS压力传感器的俯视图；

图10是本发明一个实施例提出的MEMS压力传感器中惠斯通电桥的电路原理图；

图11是本发明一个实施例提出的MEMS压力传感器的结构示意图；

图12是本发明又一个实施例提出的MEMS压力传感器的俯视图；

图13是本发明实施例提出的MEMS压力传感器的制作方法的流程图；

图14是本发明一个实施例提出的MEMS压力传感器的制作方法的流程图；

图15是本发明另一个实施例提出的MEMS压力传感器的制作方法的流程图；

图16是本发明又一个实施例提出的MEMS压力传感器的制作方法的流程图；

图17是本发明一个实施例提出的MEMS压力传感器的制作方法的步骤图；

图18是本发明一个实施例提出的MEMS压力传感器的制作方法的步骤图；

图19是本发明一个实施例提出的MEMS压力传感器的制作方法的步骤图；

图20是本发明一个实施例提出的MEMS压力传感器的制作方法的步骤图；

图21是本发明一个实施例提出的MEMS压力传感器的制作方法的步骤图；

图22是本发明另一个实施例提出的MEMS压力传感器的制作方法的步骤图；

图23是本发明另一个实施例提出的MEMS压力传感器的制作方法的步骤图；

图24是本发明又一个实施例提出的MEMS压力传感器的制作方法的步骤图；

图25是本发明又一个实施例提出的MEMS压力传感器的制作方法的步骤图；

图26是本发明又一个实施例提出的MEMS压力传感器的制作方法的步骤图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提出的MEMS压力传感器的俯视图。结合图1和图2所示，该MEMS压力传感器100包括：

沿第一方向依次层叠设置的支撑层101、绝缘层102、N型器件层103和P型浓掺杂层104；其中，第一方向为支撑层101垂直指向P型浓掺杂层104的方向；

排列在第一平面上的四个条状凸起，沿第一方向，每个条状凸起均至少包括P型浓掺杂层104，第一平面为垂直于第一方向的平面；

多个电极112，各电极112用于各条状凸起接入输入电信号和输出电信号；各电极和各条状凸起构成惠斯通电桥105；

支撑层101设置有第一腔体106，第一腔体106与惠斯通电桥105之间设置有应变薄膜层107。

需要说明的是，第一腔体106底面在绝缘层102上的垂直投影覆盖惠斯通电桥105在绝缘层102上的垂直投影。进而使得应变薄膜层107通过第一腔体106发生形变时，位于应变薄膜层107上方的惠斯通电桥105中的四个条状凸起也可以发生形变，由于四个条状凸起发生形变，阻值发生变化，且位于应变薄膜层107边缘的条状凸起与位于应变薄膜层107中心位置的条状凸起由于受力方向相反(如图1中所示，如果应变薄膜层107的受力方向向上，那么位于中心的条状凸起受张应力，边缘的条状凸起的受压应力；反之，位于中心的条状凸起受压应力，边缘的条状凸起的受张应力。图2仅示出了其中一种示例，圆圈带一点为垂直纸面向外，圆圈带叉号为垂直纸面向里)，电阻变化极性相反。根据惠斯通电桥的特性，由各条状凸起构成的惠斯通电桥的两个输出端口有电势差输出，且输出的电势差与应变薄膜层107受到的压力呈正比关系，从而检测出应变薄膜层107受到压力值。

其中，支撑层101可以为硅层，绝缘层102可以为二氧化硅层，N型器件层103可以为低掺杂N型硅层。轻掺杂元素可以是硼元素。P型浓掺杂层104可以为P型浓掺杂硅层，其中，浓掺杂元素可以是硼元素。

可以理解的是，沿第一方向(即图2中的y方向)，支撑层101、绝缘层102和N型器件层103共同构成衬底，如图1所示，该衬底可以为矩形。四个条状凸起(第一条状凸起108、第二条状凸起109、第三条状凸起110和第四条状凸起111)排列在第一平面上，其中，四个条状凸起的电阻值等值，第一平面可以为衬底的上表面。由于四个条状凸起突出于衬底表面，在应变薄膜层107受力发生形变之后，感应的应力更集中于四个条状凸起的压敏电阻部表面的P型浓掺层，从而使得压力传感器的灵敏度更高，线性度更好。

各条状凸起表面掺杂浓度越高，压力传感器的灵敏度温度系数越低，温漂越小，而且较高的掺杂浓度可以实现较高的掺杂均匀性，进而实现更好的器件一致性。因此四个条状凸起均至少包括P型浓掺杂层104，实现了较低的传感器灵敏度温度系数和较高的线性度。从而，P型浓掺杂层104作为惠斯通电桥105中的电阻，使得MEMS压力传感器对温度变化的敏感度相对下降，受环境温度变化的影响更小。低灵敏度温度系数和高线性度使得检测结果更加精准，拓宽了压力传感器的使用环境。

P型浓掺杂层104与N型器件层103之间形成的PN结为平行平面结，并且凸起的P型浓掺杂层104与N型器件层103之间的寄生参数更小，可视为理想的PN结，此种PN结的漏电流更低，击穿电压更高，表现在压力传感器上，压力传感器具有更好的长期可靠性以及更高的耐受工作温度，进而拓宽了压力传感器的使用环境。

根据本发明的一个实施例，如图2所示，第一腔体106位于支撑层101背离绝缘层102一侧的表面，第一腔体106为开放腔体；进而，该结构的MEMS压力传感器可以测量开放式差压。

或者，如图3所示，第一腔体106位于支撑层101近邻绝缘层102一侧的表面，该结构中，第一腔体106被绝缘层102和支撑层101密封，形成真空密封腔体，可以测量绝对压强。

根据本发明的一个实施例，如图4所示，沿第一方向，各条状凸起还包括：P型轻掺杂层113，P型轻掺杂层113位于N型器件层103和P型浓掺杂层104之间。

可以理解的是，P型轻掺杂层113可以为P型轻掺杂硅层，其中，轻掺杂元素可以是硼元素。其中，在第一平面上，P型轻掺杂层113、P型浓掺杂层104与N型器件层103之间形成PN结，包括P型轻掺杂层113的PN结的结深更深，因此击穿电压更高。

根据本发明的一个实施例，如图5所示，各条状凸起均包括压敏电阻部114和两个导线部115；压敏电阻部114的两端分别与一个导线部连接；其中，沿第一方向反方向，压敏电阻部114线宽小于导线部115线宽。

可以理解的是，压敏电阻部114线宽远小于导线部115线宽，这样使得压敏电阻部114的电阻远大于导线部115的电阻，实现了导线部和压敏电阻部同层设置。

根据本发明的一个实施例，如图5所示，四个条状凸起平行排列，依次包括第一条状凸起108、第二条状凸起109、第三条状凸起110和第四条状凸起111；各条状凸起均包括第一导线部1151和第二导线部1152，第一导线部1151和第二导线部1152对称设置，第一导线部1151和第二导线部1152均相对于对称轴偏移预设距离，用于连接压敏电阻部114。

四个条状凸起均相对于衬底的横向轴线对称，使得惠斯通电桥105的两侧的电阻对称分布，以实现精准检测结果。

根据本发明的一个实施例，如图5所示，第一条状凸起108中的压敏电阻部114外突于第一条状凸起108远离第二条状凸起109的一侧；第二条状凸起109中的压敏电阻部114外突于第二条状凸起109远离第一条状凸起108的一侧；第三条状凸起110中的压敏电阻部114外突于第三条状凸起110远离第四条状凸起111的一侧；第四条状凸起111中的压敏电阻部114外突于第四条状凸起111远离第三条状凸起110的一侧。

可以理解的是，当应变薄膜层107受到压力发生形变时，应变薄膜层表面受力主要集中在应变薄膜层的中心以及边缘中部，进而将第二条状凸起109和第三条状凸起110中的压敏电阻部114设置在如图5的中心，并且将第一条状凸起108和第四条状凸起111的压敏电阻部114设置在边缘，使得应力分布更集中的分布在压敏电阻部114上，可提高压力传感器的灵敏度。

根据本发明的一个实施例，如图6所示，压敏电阻部114包括一条压敏电阻1141；各条状凸起中的压敏电阻1141排列形状为U字形、V字形或由多个V字形或U字形组成的级联形状中其中的一种，压敏电阻1141的排列的形状均以对称轴为中轴成轴对称分布。需要说明的是，各条状凸起中的压敏电阻1141排列形状还可以为一字形，第一条状凸起108和第四条状凸起111中的压敏电阻1141不能为一字形状，如果为一字形状直接连接两个导线，则在应变薄膜层107发生形变时，压敏电阻1141处的应力方向是沿对称轴的，若垂直于对称轴设置压敏电阻则在对称轴方向无应力分量，检测不到形变信号。由此，第一条状凸起108和第四条状凸起11中的压敏电阻1141不能为一字形状，需要在沿对称轴的方向上有分量。而第二条状凸起109和第三条状凸起110中压敏电阻的应力分布是各个方向都有，因此第二条状凸起109和第三条状凸起110中压敏电阻的形状可以为一字形。

另外，第一条状凸起108和第四条状凸起111中的压敏电阻1141的形状为U字形、V字形或多个V字形或U字形组成的级联形状中其中的一种，第二条状凸起109和第三条状凸起110中的压敏电阻1141为一字形、U字形、V字形或多个V字形或U字形组成的级联形状中其中的一种。四个条状凸起中的压敏电阻的形状可以自由搭配，任意组合，只要保证惠斯通电桥105沿对称轴的两侧电阻的阻值分别相同即可。图6中仅是一种示例。即，第一条状凸起108和第四条状凸起111中的压敏电阻1141的形状为U字形，第二条状凸起109和第三条状凸起110中的压敏电阻1141的形状为一字形。

根据本发明的一个实施例，如图7所示，各条状凸起中的所述压敏电阻的形状均相同。

为了提高压力传感器的检测精度，可以保持四个条状凸起的电阻值均相同，也就是说，每个条状凸起的压敏电阻部的形状设置的均相同。图7中仅是一种示例。即，各条状凸起中的压敏电阻1141均为2个V字形级联。

在其他的实施例中，压敏电阻部114的形状还可以为波浪形或者折线形，这样，可以增加压敏电阻部114中的压敏电阻1141的电阻，并且设置为波浪形或者折线形可以进一步减小压力传感器的尺寸。

根据本发明的一个实施例，如图5所示，压敏电阻部114包括多个条形压敏电阻和用于串联多个条形压敏电阻的第三导线部；条形压敏电阻线宽远小于第三导线部线宽；多个条形压敏电阻均平行于对称轴，且以对称轴为中轴成轴对称分布，多个第三导线部均垂直于对称轴。

以两个条形压敏电阻和一个第三导线部为例来说，如图8所示，压敏电阻部114包括第一条形压敏电阻1142、第二条形压敏电阻1143和第三导线部1144，第一条形压敏电阻1142、第二条形压敏电阻1143的电阻远大于第三导线部1144的电阻，第三导线部1144可以视为导线，另外，第一条形压敏电阻1142、第二条形压敏电阻1143沿对称轴方向的长度可以根据实际需求进行调整，需求电阻阻值越大，设置长度越长。

在其他的实施例中，可以设置多个条形压敏电阻，之间通过第三导线部串联。

每个条形压敏电阻均平行于对称轴，第三导线部均垂直于对称轴，根据实际需求有利于通过长度调整整个条状凸起的总阻值。

下面来介绍惠斯通电桥105中的电极。

根据本发明的一个实施例，如图9所示，四个条状凸起平行排列，依次包括第一条状凸起108、第二条状凸起109、第三条状凸起110和第四条状凸起111；多个电极112包括：第一输入电极1121、第二输入电极1122、第一输出电极1123、第二输出电极1124、第一接地电极1125和第二接地电极1126；

第一条状凸起108的一端与第一输入电极1121连接，另一端与第一输出电极1123连接；第二条状凸起109的一端与第一输出电极1123连接，另一端与第一接地电极1125连接；第三条状凸起110的一端与第二输入电极1122连接，另一端与第二输出电极1124连接；第四条状凸起111的一端与第二输出电极1124连接，另一端与第二接地电极1126连接。

其中，第一输入电极1121和第二输入电极1122的输入电信号相同，可为同一电极。第一接地电极1125和第二接地电极1126可为同一电极。如图10和图11所示，四个条状凸起和各个电极形成惠斯通电桥。其中，第一输入电极1121和第二输入电极1122为Vcc电极，第一输出电极1123为Vout+电极，第二输出电极1124为Vout-电极，第一接地电极1125和第二接地电极1126为GND电极。

根据本发明的一个实施例，第一输入电极1121、第二输入电极1122、第一输出电极1123、第二输出电极1124、第一接地电极1125和第二接地电极1126均为金属电极。

其中，金属电极的材料可以为Cu或Pt或Au等。

根据本发明的一个实施例，第一输入电极1121、第二输入电极1122、第一输出电极1123、第二输出电极1124、第一接地电极1125和第二接地电极1126均与第一条状凸起108、第二条状凸起109、第三条状凸起110和第四条状凸起111为同层设置。

根据本发明的一个实施例，如图12所示，排列在第一平面上的四个条状凸起区域、第一输入电极1121区域、第一输出电极1122区域、第二输出电极1123区域、第二输入电极1124区域、第一接地电极1125区域和第二接地电极1126区域，各电极区域之间使用沟槽116隔离开。可知的，图10中实线所围成的区域均为沟槽。由于P型浓掺杂层104的导电性较好，进而可以直接利用P型浓掺杂层104作为电极，增加材料的利用率。

根据本发明的一个实施例，沿第一方向反方向，沟槽116的底面至少接触N型器件层103未受到P型掺杂的背离绝缘层102的一侧表面。

也就是说，沟槽116的深度至少与各条状凸起的高度相同。需要说明的是，沟槽116的深度需大于掺杂层的整体厚度。从而可以将各个条状凸起分立开。

根据本发明的一个实施例，支撑层101可以为硅层、绝缘层102可以为二氧化硅层、N型器件层103可以为低掺杂N型硅层、P型浓掺杂层104可以为P型浓掺杂硅层，P型轻掺杂层113可以为P型轻掺杂硅层。其中，绝缘层102的设置，可以对支撑层101电绝缘。支撑层101、绝缘层102和N型器件层103可以构成为SOI衬底。

图13是本发明实施例提出的MEMS压力传感器的制作方法的流程图。该方法应用于如前的MEMS压力传感器。如图13所示，该方法包括以下步骤：

S101，提供一衬底，其中，衬底包括支撑层101、绝缘层102和N型器件层103；衬底可以为SOI衬底。

S102，对N型器件层103背离绝缘层102的一侧表面整面进行P型浓掺杂形成P型浓掺杂层104(无需光罩)；需要说明的是，P型浓掺杂层104的形成可以通过扩散掺杂或者离子注入的方式以及本领域技术人员熟知的掺杂方式来实现，本发明对此不作具体限定。

其中，P型浓掺杂层104掺杂元素可以为硼元素。有利于降低压力传感器表面的灵敏度温度系数，减小温漂，提高压力传感器的检测精度。

S103，采用刻蚀工艺形成四个条状凸起，其中，四个条状凸起的侧壁至少暴露P型浓掺杂层104；其中，刻蚀的工艺可以为干法刻蚀或者湿法刻蚀，形成的四个条状凸起突出于N型器件层103的表面，有利于应力集中分布在四个条状凸起上，提高压力传感器的灵敏度。通过刻蚀的方式可控制四个条状凸起的线宽，从而可将四个条状凸起部分中的压敏电阻做的很细，增大每个条状凸起的阻值，减小压力传感器的尺寸，有利于降低成本。

S104，形成多个电极，各电极用于各条状凸起接入电信号和输出电信号；各电极和各条状凸起构成惠斯通电桥105；惠斯通电桥105可以实现力与电信号的转换，从而实现压力传感器的功能。

S105，在支撑层101背离绝缘层102的一侧表面刻蚀形成第一腔体106，第一腔体106与惠斯通电桥105之间形成应变薄膜层107。应变薄膜层107的厚度与压力传感器尺寸和被测压力大小有关，如需要检测的压强较大，那么应变薄膜层107可以较厚一些，反之，如需要检测的压强较小，那么应变薄膜层107可以较薄一些。第一腔体106的深度最大刻蚀穿支撑层101，优选深度范围为20微米-800微米。四个条状凸起的侧壁至少暴露P型浓掺杂层104，至多可以刻蚀穿N型器件层103。具体数值根据实际需求进行设置。进而，使得在相同量程的条件下，可以进一步减小芯片面积，降低成本，或者在相同的芯片面积的情况下采用更厚的应变薄膜层，提高压力传感器的线性度。

根据本发明的另一个实施例，该方法包括以下步骤：

提供一衬底，作为支撑层101；

在支撑层101一侧表面刻蚀形成第一腔体106；

提供一N型单晶硅片作为N型器件层103，在器件层103一侧表面形成绝缘层102；

支撑层101刻蚀有第一腔体106一侧外表面与绝缘层102远离器件层103一侧表面在真空环境下键合连接，使第一腔体106为真空密闭腔体；

减薄器件层103；

对N型器件层103背离绝缘层102的一侧表面整面进行P型浓掺杂形成P型浓掺杂层104；

采用刻蚀工艺形成四个条状凸起，其中，四个条状凸起的侧壁至少暴露P型浓掺杂层104；

形成多个电极，各电极用于各条状凸起接入电信号和输出电信号；各电极和各条状凸起构成惠斯通电桥105；

第一腔体106与惠斯通电桥105之间形成应变薄膜层107。

该实施例与前一实施例不同的是，在制作惠斯通电桥105之前，先在支撑层101近邻绝缘层102的一侧表面制作第一腔体106，在制作第一腔体106之后，支撑层101与绝缘层102键合连接，在绝缘层102上形成N型器件层103，再在N型器件层103上形成惠斯通电桥105，该结构可以测量绝对压强。

根据本发明的一个实施例，如图14所示，在S102对N型器件层背离绝缘层的一侧表面整面进行P型浓掺杂形成P型浓掺杂层之前，还包括：

S1011，对N型器件层103背离绝缘层102的一侧表面整面进行P型轻掺杂形成P型轻掺杂层113(无需光罩)；

在S102对N型器件层103背离绝缘层102的一侧表面整面进行P型浓掺杂形成P型浓掺杂层104之后，还包括：

S1031，采用刻蚀工艺形成四个条状凸起，其中，四个条状凸起的侧壁至少暴露P型轻掺杂层113和P型浓掺杂层104。

P型轻掺杂层113可以为P型轻掺杂硅层，其中，轻掺杂元素可以是硼元素。其中，在第一平面上，P型轻掺杂层113、P型浓掺杂层104与N型器件层103之间形成PN结，包括P型轻掺杂层113的PN结的结深更深，为体击穿，并且击穿电压更高从而使得MEMS压力传感器可以工作在温度更高(例如175度的环境温度中)。另外，P型浓掺杂层104的设置使得温漂更小，从而使传感器校准精度更高，测试校准成本更低。

根据本发明的一个实施例，如图15所示，S104形成多个电极包括：

S1041，采用电镀或者溅射的方式形成多个电极。

根据本发明的一个实施例，如图16所示，S104形成多个电极包括：

S1042，采用刻蚀的方式形成多个电极，各电极之间的沟槽侧壁至少暴露至未进行P型掺杂的N型器件层103背离绝缘102的一侧表面。

其中，在该实施例中，形成多个电极和形成四个条状凸起由同一步骤完成，从而节省工艺步骤，简化工艺流程。其中，四个条状凸起的结构与结构实施例中的相同。

具体来说，图17至图21为本发明一个实施例提出的MEMS压力传感器的制作方法的流程图。图17、图18、图19、图22、图23为本发明另一个实施例提出的MEMS压力传感器的制作方法的流程图。图24至图26为本发明又一个实施例提出的MEMS压力传感器的制作方法的流程图。在该实施例中与前两个实施例相同的步骤未示出，请参考前两个实施例。前述各示例中均仅使用一次光罩，非常容易实现较小的芯片面积，工艺成本低，可批量化生产。

综上所述，根据本发明实施例提出的MEMS压力传感器及其的制作方法，MEMS压力传感器包括沿第一方向依次层叠设置的支撑层、绝缘层、N型器件层和P型浓掺杂层；其中，第一方向为支撑层垂直指向P型浓掺杂层的方向；排列在第一平面上的四个条状凸起，沿第一方向，每个条状凸起均包括P型浓掺杂层，第一平面为垂直于第一方向的平面；多个电极，各电极用于各条状凸起接入电信号和输出电信号；各电极和各条状凸起构成惠斯通电桥；支撑层设置有第一腔体，第一腔体与惠斯通电桥之间设置有应变薄膜层，从而，通过设置四个条状凸起，使得应变薄膜层受到压力时，对于应变薄膜层的边缘中部和中心位置，表面应力最大，应力更加集中于凸起条状压敏电阻的表面，灵敏度高、线性度好。另外，P型浓掺层与衬底之间的寄生参数更小，与衬底之间更接近于理想的PN结，因此有更高的击穿电压、更低的漏电流，另外，在P型浓掺层和N型器件层之间引入P型轻掺层，加深了PN结的结深，也进一步提高了击穿电压，进而拥有更高的可靠性和长期稳定性。由于条状凸起表面掺杂浓度较高，器件可以实现更低的灵敏度温漂。该MEMS压力传感器结构简单，压敏电阻条的制备过程只需1次光罩，工艺成本低，可批量化生产。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (14)

1.一种MEMS压力传感器，其特征在于，包括：

排列在第一平面上的四个条状凸起，其中每个所述条状凸起均包括P型浓掺杂层；

多个电极，其中各所述电极用于各所述条状凸起接入输入电信号和输出电信号，各所述电极和各所述条状凸起构成惠斯通电桥；

设置于腔体与所述惠斯通电桥之间的应变薄膜层。

2.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述四个条状凸起下方为N型器件层，所述N型器件层为低掺杂N型硅层，

四条凸起的侧壁至少暴露所述P型浓掺杂层。

3.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器，其特征在于，每个条状凸起还包括：位于所述P型浓掺杂层下方的P型轻掺杂层，四条凸起的侧壁至少暴露所述P型浓掺杂层和所述P型轻掺杂层，

所述四个条状凸起下方为N型器件层，所述N型器件层为低掺杂N型硅层。

4.根据权利要求1或3所述的MEMS压力传感器，其特征在于，各所述条状凸起均包括压敏电阻部和两个导线部；所述压敏电阻部的两端分别与一个所述导线部连接；其中，所述压敏电阻部线宽小于所述导线部线宽。

5.根据权利要求4所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述四个条状凸起平行排列，依次包括第一条状凸起、第二条状凸起、第三条状凸起和第四条状凸起；各所述条状凸起均包括第一导线部和第二导线部，所述第一导线部和所述第二导线部对称设置，所述第一导线部和所述第二导线部均相对于对称轴偏移预设距离，用于连接所述压敏电阻部。

6.根据权利要求5所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述第一条状凸起中的所述压敏电阻部外突于所述第一条状凸起远离所述第二条状凸起的一侧；所述第二条状凸起中的所述压敏电阻部外突于所述第二条状凸起远离所述第一条状凸起的一侧；所述第三条状凸起中的所述压敏电阻部外突于所述第三条状凸起远离所述第四条状凸起的一侧；所述第四条状凸起中的所述压敏电阻部外突于所述第四条状凸起远离所述第三条状凸起的一侧。

7.根据权利要求6所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述压敏电阻部包括一条压敏电阻；各所述条状凸起中的所述压敏电阻排列形状为U字形、V字形或由多个V字形或U字形组成的级联形状中其中的一种，所述压敏电阻的排列的形状均以所述对称轴为中轴成轴对称分布。

8.根据权利要求7所述的MEMS压力传感器，其特征在于，各所述条状凸起中的所述压敏电阻的形状均相同。

9.根据权利要求6所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述压敏电阻部包括多个条形压敏电阻和用于串联多个条形压敏电阻的第三导线部；所述条形压敏电阻的线宽远小于所述第三导线部线宽；多个所述条形压敏电阻均平行于所述对称轴，且以所述对称轴为中轴成轴对称分布，多个所述第三导线部均垂直于所述对称轴。

10.根据权利要求1或3所述的MEMS压力传感器，其特征在于，四个所述条状凸起平行排列，依次包括第一条状凸起、第二条状凸起、第三条状凸起和第四条状凸起；多个所述电极包括：第一输入电极、第二输入电极、第一输出电极、第二输出电极、第一接地电极和第二接地电极；

所述第一条状凸起的一端与所述第一输入电极连接，另一端与所述第一输出电极连接；所述第二条状凸起的一端与所述第一输出电极连接，另一端与所述第一接地电极连接；所述第三条状凸起的一端与所述第二输入电极连接，另一端与所述第二输出电极连接；所述第四条状凸起的一端与所述第二输出电极连接，另一端与所述第二接地电极连接。

11.根据权利要求10所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述第一输入电极、所述第二输入电极、所述第一输出电极、所述第二输出电极、所述第一接地电极和所述第二接地电极均为金属电极。

12.根据权利要求10所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述第一输入电极、所述第二输入电极、所述第一输出电极、所述第二输出电极、所述第一接地电极和所述第二接地电极均与所述第一条状凸起、所述第二条状凸起、所述第三条状凸起和所述第四条状凸起为同层设置。

13.根据权利要求12所述的MEMS压力传感器，其特征在于，排列在所述第一平面上的四个条状凸起区域、第一输入电极区域、第一输出电极区域、第二输出电极区域、第二输入电极区域、第一接地电极区域和第二接地电极区域，各所述电极区域之间使用沟槽隔离开。

14.一种MEMS压力传感器的制作方法，其特征在于，应用于如权利要求1-13任一项所述的MEMS压力传感器，包括以下步骤：

提供一衬底，其中，所述衬底包括N型器件层；

对所述N型器件层的一侧表面进行P型浓掺杂形成P型浓掺杂层；

采用刻蚀工艺形成四个条状凸起，其中，四个所述条状凸起的侧壁至少暴露所述P型浓掺杂层；

形成多个电极，各所述电极用于各所述条状凸起接入电信号和输出电信号；各所述电极和各所述条状凸起构成惠斯通电桥；

刻蚀所述衬底形成腔体，所述腔体与所述惠斯通电桥之间形成应变薄膜层。

Images