CN116242525A - 一种mems压力传感器及其制备方法、电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种MEMS压力传感器及其制备方法、电子装置，所述方法包括：提供第一衬底和第二衬底，第一衬底包括第一基底层、第一绝缘层和第一敏感膜层，第一敏感膜层中设置有第一压敏电阻，第二衬底包括第二基底层、第二绝缘层和第二敏感膜层，在第二敏感膜层中形成有空腔；将第二衬底与第一衬底相接合；对第二衬底进行减薄处理；在第二敏感膜层中形成第二压敏电阻；刻蚀第一衬底以形成背腔并露出第一敏感膜层。本发明的方法通过将不同量程的敏感膜层集成到单个芯片上，降低了生产成本，促进了多量程MEMS压力传感器的应用。

Description

一种MEMS压力传感器及其制备方法、电子装置

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种MEMS压力传感器及其制备方法、电子装置。

背景技术

MEMS压力传感器是在MEMS工艺基础上发展起来的前沿研究领域，其适用于高冲击、高过载、导电、腐蚀、辐射等恶劣环境，并广泛应用于航空航天、电子、工业等领域。

MEMS压力传感器是能感受压力信号，并将压力信号转换成电信号的MEMS器件，如图1所示，常规的MEMS压力传感器包括：基底层100、绝缘层101、敏感膜层102、导线结构103、介电层104、空腔105、焊盘106、导电接触107、压敏电阻108和背腔109。然而该MEMS压力传感器只能实现单个固定量程的应用，在很多需要多量程的应用场景中会受到限制。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

针对目前存在的问题，本发明一方面提供一种MEMS压力传感器的制备方法，包括：

提供第一衬底和第二衬底，所述第一衬底包括依次层叠的第一基底层、第一绝缘层和第一敏感膜层，在所述第一敏感膜层上设置有多个第一压敏电阻，所述第二衬底包括依次层叠的第二基底层、第二绝缘层和第二敏感膜层，在所述第二敏感膜层中形成有空腔；

将所述第二衬底形成有所述空腔的一侧与所述第一衬底的第一敏感膜层的一侧相接合；

对所述第二衬底进行减薄处理，以露出所述第二敏感膜层；

在所述第二敏感膜层与所述空腔对应的部分区域上形成多个第二压敏电阻；

刻蚀所述第一基底层和所述第一绝缘层，以形成背腔并露出所述第一敏感膜层，多个所述第一压敏电阻和所述背腔相对应，其中，与所述空腔对应的第二敏感膜层具有和所述背腔对应的所述第一敏感膜层不同的厚度。

示例性地，将所述第二衬底形成有所述空腔的一侧与所述第一衬底的第一敏感膜层的一侧相接合之前，在所述第一敏感膜层和所述第一压敏电阻上覆盖有第一介电层，在所述第一介电层中形成有和所述第一压敏电阻电连接的第一导电结构，其中，形成所述第一介电层和所述第一导电结构的方法包括：

在所述第一敏感膜层上覆盖第一介电材料层；

形成贯穿所述第一介电材料层的第一接触孔，并在所述第一接触孔中填充金属以形成第一导电接触，其中，所述第一导电接触电连接所述第一压敏电阻；

在所述第一介电材料层上形成第一焊盘，所述第一焊盘电连接所述第一导电接触，其中，所述第一导电结构包括所述第一导电接触和与所述第一导电接触电连接的所述第一焊盘；

形成第二介电材料层覆盖所述第一介电材料层和所述第一焊盘，并对所述第二介电材料层进行平坦化，其中，所述第一介电层包括所述第一介电材料层和所述第二介电材料层。

示例性地，在形成多个所述第二压敏电阻之后，刻蚀所述第一基底层和所述第一绝缘层之前，所述方法还包括：

形成第二介电层覆盖所述第二敏感膜层和所述第二压敏电阻；

形成与所述第二压敏电阻电连接的第二导电结构，所述第二导电结构贯穿所述第二介电层并覆盖部分所述第二介电层的表面；

在所述空腔的外侧形成通孔，并在所述通孔的底部和侧壁、以及所述第二介电层的部分表面形成再布线层，所述再布线层电连接所述第一导电结构，所述通孔底部露出所述第一焊盘，且所述再布线层与所述第一焊盘的表面接触而电连接。

示例性地，所述减薄处理包括依次去除所述第二基底层和所述第二绝缘层的步骤。

示例性地，形成与所述第二压敏电阻电连接的第二导电结构，所述第二导电结构贯穿所述第二介电层并覆盖部分所述第二介电层的表面，包括：

刻蚀所述第二介电层以形成第二接触孔，在所述接触孔中填充金属以形成第二导电接触，所述第二导电接触电连接所述第二压敏电阻；

在所述第二介电层上形成第二焊盘，每个所述第二焊盘通过所述第二导电接触电连接对应的所述第二压敏电阻，其中，所述第二导电结构包括所述第二导电接触和与所述第二导电接触电连接的第二焊盘。

示例性地，所述第一敏感膜层中还形成有与所述第一压敏电阻电连接的第一导线结构，所述第一导线结构将多个所述第一压敏电阻电连接构成惠斯通电桥部件。

示例性地，所述第二敏感膜层中还形成有与所述第二压敏电阻电连接的第二导线结构，所述第二导线结构将多个所述第二压敏电阻电连接构成惠斯通电桥部件。

本发明另一方面提供一种MEMS压力传感器，包括：

第一衬底，所述第一衬底包括第一基底层、第一绝缘层和第一敏感膜层，在所述第一敏感膜层中设置有多个第一压敏电阻；

第二敏感膜层，所述第二敏感膜层中形成有空腔，所述第二敏感膜层中形成有空腔的一侧和所述第一衬底的第一敏感膜层的一侧相接合，且所述第二敏感膜层与所述空腔对应的部分区域中形成有多个第二压敏电阻；

背腔，形成于所述第一衬底中，以及贯穿所述第一基底层和所述第一绝缘层且露出所述第一敏感膜层，其中，与所述空腔对应的第二敏感膜层具有和所述背腔对应的所述第一敏感膜层不同的厚度。

示例性地，所述MEMS压力传感器还包括：

第一介电层，覆盖所述第一敏感膜层和所述第一压敏电阻，所述

第一介电层包括依次层叠的第一介电材料层和第二介电材料层；

第二介电层，覆盖所述第二敏感膜层和所述第二压敏电阻；

第一导电结构，所述第一导电结构包括第一导电接触和第一焊盘，所述第一导电接触位于所述第一介电材料层中，所述第一焊盘位于所述第二介电材料层中，且所述第一焊盘电连接所述第一导电接触；

第二导电结构，所述第二导电结构包括第二导电接触和第二焊盘，所述第二导电接触位于第二介电层中，所述第二焊盘位于所述第二介电层上，且所述第二焊盘电连接所述第二导电接触；

第一导线结构，位于所述第一敏感膜层中，所述第一导线结构将多个所述第一压敏电阻电连接构成惠斯通电桥部件，其中，所述第一导电接触电连接所述第一导线结构；

第二导线结构，位于所述第二敏感膜层中，所述第二导线结构将多个所述第二压敏电阻电连接构成惠斯通电桥部件，所述第二导电接触电连接所述第二导线结构；

通孔，位于所述空腔外侧,所述通孔底部露出所述第一焊盘；

再布线层，覆盖所述通孔的底部和侧壁、以及所述第二介电层的部分表面，并电连接所述第一压敏电阻。

本发明再一方面还提供一种电子装置，所述电子装置包括前述的MEMS压力传感器。

本发明实施例的MEMS压力传感器及其制备方法，通过将不同量程的压力传感器集成到单个芯片上，实现了多量程的测量，降低了生产成本，促进了多量程MEMS压力传感器的应用。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1示出了现有的一种MEMS压力传感器制备方法实施所获得器件的剖面示意图；

图2示出了本发明一具体实施例方式的MEMS压力传感器的制备方法的流程图；

图3A-3L示出了本发明一具体实施例方式的MEMS压力传感器的制备方法依次实施所获得器件的剖面示意图。

具体实施方式

接下来，将结合附图更加完整地描述本发明，附图中示出了本发明的实施例。但是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该规格书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

这里参考作为本发明的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例。这样，可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的从所示形状的变化。因此，本发明的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造导致的形状偏差。例如，显示为矩形的注入区在其边缘通常具有圆的或弯曲特征和/或注入浓度梯度，而不是从注入区到非注入区的二元改变。同样，通过注入形成的埋藏区可导致该埋藏区和注入进行时所经过的表面之间的区中的一些注入。因此，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不意图显示器件的区的实际形状且并不意图限定本发明的范围。

除非另外定义，在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明领域的普通技术人员所通常理解的相同的含义。还将理解，诸如普通使用的字典中所定义的术语应当理解为具有与它们在相关领域和/或本规格书的环境中的含义一致的含义，而不能在理想的或过度正式的意义上解释，除非这里明示地这样定义。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细步骤以及结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

因此，鉴于前述技术问题的存在，本发明提出一种MEMS压力传感器的制备方法，如图2所示，其主要包括以下步骤：

步骤S1，提供第一衬底和第二衬底，所述第一衬底包括依次层叠的第一基底层、第一绝缘层和第一敏感膜层，在所述第一敏感膜层上设置有多个第一压敏电阻，所述第二衬底包括依次层叠的第二基底层、第二绝缘层和第二敏感膜层，在所述第二敏感膜层中形成有空腔；

步骤S2，将所述第二衬底形成有所述空腔的一侧与所述第一衬底形成有所述第一介电层的一侧相接合；

步骤S3，对所述第二衬底进行减薄处理，以露出所述第二敏感膜层；

步骤S4，在所述第二敏感膜层与所述空腔对应的部分区域上形成多个第二压敏电阻；

步骤S5，刻蚀所述第一基底层和所述第一绝缘层，以形成背腔并露出所述第一敏感膜层，多个所述第一压敏电阻和所述背腔相对应，其中，与所述空腔对应的第二敏感膜层具有和所述背腔对应的所述第一敏感膜层不同的厚度。

本发明的MEMS压力传感器的制备方法，通过将不同量程的敏感膜层集成到单个芯片上，实现了多量程的测量，降低了生产成本，促进了多量程MEMS压力传感器的应用。

实施例一

下面，参考图2至图3H对本发明的MEMS压力传感器的制备方法做详细描述，其中，图2示出了本发明一具体实施例方式的MEMS压力传感器的制备方法的流程图，图3A-3H示出了本发明一具体实施例方式的MEMS压力传感器的制备方法依次实施所获得器件的剖面示意图。

示例性地，本发明的MEMS压力传感器的制备方法包括以下步骤：

首先，执行步骤S1，提供第一衬底和第二衬底，所述第一衬底包括依次层叠的第一基底层、第一绝缘层和第一敏感膜层，在所述第一敏感膜层中设置有多个第一压敏电阻，所述第二衬底包括依次层叠的第二基底层、第二绝缘层和第二敏感膜层，在所述第二敏感膜层中形成有空腔，优选地，该空腔为真空腔，该MEMS压力传感器为绝压压力传感器。

具体地，如图3A所示，提供第一衬底，第一衬底包括第一基底层300、第一绝缘层301和第一敏感膜层302。

第一衬底可以为绝缘体上硅(SOI)衬底，在一些实施例中，第一衬底可采用任意适合的方式制备获得，例如注氧隔离技术或键合技术来制得。第一衬底还可以是其他适合的衬底。

第一绝缘层301可以包括数种电介质材料中的任何一种，非限制性实例包括氧化物、氮化物和氮氧化物，尤其是硅的氧化物、氮化物和氮氧化物，但不包括其他元素的氧化物、氮化物和氮氧化物。可以采用数种方法中的任何一种形成第一绝缘层301，非限制性实例包括离子注入方法、热或等离子氧化或氮化方法、化学汽相沉积方法和物理汽相沉积方法。第一绝缘层301的厚度通常为0.1微米至2微米，但在该实施例中本领域技术人员可以根据实际的需要进行相应地调整。

在第一绝缘层301上形成有第一敏感膜层302，可选地，第一敏感膜层302为单晶硅层。敏感膜层的厚度会影响到MEMS压力传感器的量程，通常来说，敏感膜层越薄，压力测量的量程越小；敏感膜层越厚，压力测量的量程越大。在该实施例中，本领域的技术人员应当理解到第一敏感膜层302的厚度应根据实际需要选择合适的厚度。

在一个示例中，如图3A所示，通过离子注入的方式在第一敏感膜层302中形成多个第一导线结构303和多个第一压敏电阻304，或者可以通过其他适合的方式形成第一导线结构，例如通过沉积金属的方式形成第一导线结构303。

在一个实施例中，可在第一敏感膜层302中形成四个第一压敏电阻304。可选地，四个第一压敏电阻304分别分布在第一敏感膜层302的四个端部中央，相邻的两个第一压敏电阻304相互垂直，相对的两个第一压敏电阻304相互平行。或者，也可以是其他适合的排布方式。

在一个示例中，如图3A所示，多个第一导线结构303将多个第一压敏电阻304电连接而构成惠斯通电桥部件。当第一敏感膜层302受到压力变化而发生形变时，位于第一敏感膜层302中的多个第一压敏电阻304的阻值也会发生变化，惠斯通电桥的差分输出为非零值，即输出与压力成比例的电压值，以实现压力的测量。本领域的技术人员应该认识到由于形成敏感膜层、压敏电阻和导线结构的工艺已经非常成熟，所以在此不对其详细工艺加以赘述，可参考本领域的常规设计与工艺参数。

在一个示例中，如图3B所示，在第一敏感膜层302上形成第一介电材料层305，刻蚀第一介电材料层305以形成第一接触孔，第一接触孔贯穿第一介电材料层305并露出部分第一导线结构303。第一介电材料层305可以包括数种电介质材料中的任何一种，非限制性实例包括氧化物、氮化物和氮氧化物，尤其是硅的氧化物、氮化物和氮氧化物。在该实施例中，第一介电材料层305可以选用二氧化硅。

在一个示例中，如图3C所示，在第一接触孔中填充金属以形成第一导电接触306，在第一介电材料层305上形成第一焊盘307，第一焊盘307通过第一导电接触306和第一导线结构303电连接对应的第一压敏电阻304，且第一焊盘307作为压力传感器芯片输入与输出的端口与外部电路连接。第一导电接触306和第一焊盘307共同组成第一导电结构。可选地，第一焊盘307的材料可以选用铝、铜、金、钛、钠、铂等金属中的一种或几种。

在一些实施例中，第一导线结构303可以包括第一引出部和第二引出部，其中第一引出部和第二引出部分别位于第一压敏电阻所构成的惠斯通电桥部件的两侧，用于将惠斯通电桥部件的输入端和输出端分别，而第一导电结构的数量可以有两个，其分别电连接第一引出部和第二引出部。

在一个示例中，本申请的方法还包括：如图3D所示，沉积第二介电材料层308，第二介电材料层308覆盖第一介电材料层305和第一焊盘307。第二介电材料层308可以选用与第一介电材料层305相同的材质或不同的材质。在该实施例中，第二介电材料层308选用二氧化硅。随后对第二介电材料层308进行平坦化处理，以获得平坦的表面，为后续工艺做准备。第一介电材料层305和第二介电材料层308共同构成第一介电层。

在一个示例中，如图3E所示，提供第二衬底，第二衬底包括第二基底层309、第二绝缘层310和第二敏感膜层311。

在一些实施例中，第二衬底可以为绝缘体上硅(SOI)衬底，在一些实施例中，第二衬底可采用任意适合的方式制备获得，例如注氧隔离技术或键合技术来制得。第二衬底还可以是其他适合的衬底。

第二绝缘层310可以包括数种电介质材料中的任何一种，非限制性实例包括氧化物、氮化物和氮氧化物，尤其是硅的氧化物、氮化物和氮氧化物，但不包括其他元素的氧化物、氮化物和氮氧化物。可以采用数种方法中的任何一种形成第二绝缘层310，非限制性实例包括离子注入方法、热或等离子氧化或氮化方法、化学汽相沉积方法和物理汽相沉积方法。第二绝缘层310的厚度通常为0.1微米至2微米，但在该实施例中本领域技术人员可以根据实际的需要进行相应地调整。

在第二绝缘层310上形成有第二敏感膜层311，可选地，第二敏感膜层311为单晶硅层。且第二敏感膜层311可以具有与第一敏感膜层302不同的厚度或者相同的厚度，敏感膜层的厚度会影响到MEMS压力传感器的量程，通常来说，敏感膜层越薄，压力测量的量程越小；敏感膜层越厚，压力测量的量程越大。在该实施例中，本领域的技术人员应当理解到第二敏感膜层311的厚度应根据实际需要选择合适的厚度。

在一个示例中，如图3E所示，刻蚀第二敏感膜层311以形成空腔312，可以采用本领域技术人员熟知的任意适合的方法进行刻蚀，再此不做具体限定。

随后，执行步骤S2，将所述第二衬底形成有所述空腔的一侧与所述第一衬底的第一敏感膜层的一侧相接合。

在一个示例中，如图3F所示，使用键合工艺将第二衬底形成有所述空腔的一侧与第一衬底的第一敏感膜层的一侧相接合，以形成一个整体。在该实施例中，第二衬底形成有所述空腔的一侧与第一衬底的第一敏感膜层的一侧之间还形成有第一介电层，为间接接合，或者，在一些实施例中，第二衬底形成有所述空腔的一侧与第一衬底的第一敏感膜层的一侧直接接合。更具体地，使用键合工艺将第二敏感膜层311与第二介电材料层308相接合，以形成一个整体。可选地，在键合工艺之前，可在第二衬底形成有所述空腔的一侧形成键合层。键合层的材质可以选用硅的氧化物、氮化物和氮氧化物。键合后第二敏感膜层311位于第二介电材料层308上方。可选地，键合工艺可以使用低温无静电键合、阳极键合等键合工艺中的一种。

随后，执行步骤S3，对所述第二衬底进行减薄处理，以露出所述第二敏感膜层。

具体地，如图3G所示，对第二衬底进行减薄处理以依次去除第二基底层和第二绝缘层，以露出第二敏感膜层311。其中，减薄处理的方法可以使用包括但不限于化学机械研磨或刻蚀工艺等。

随后，执行步骤S4，在所述第二敏感膜层与所述空腔对应的部分区域上形成多个第二压敏电阻。

具体地，如图3H所示，通过离子注入的方式在第二敏感膜层311中形成多个第二导线结构313和多个第二压敏电阻314。

在该实施例中，可在第二敏感膜层311中形成四个第二压敏电阻314。可选地，四个第二压敏电阻314分别分布在第二敏感膜层311的四个端部中央，相邻的两个第二压敏电阻314相互垂直，相对的两个第二压敏电阻314相互平行。或者，也可以是其他适合的排布方式。

在一个示例中，如图3H所示，多个第二导线结构313将多个第二压敏电阻314电连接而构成惠斯通电桥部件。当第二敏感膜层311受到压力变化而发生形变时，位于第二敏感膜层311中的多个第二压敏电阻314的阻值也会发生变化，惠斯通电桥的差分输出为非零值，即输出与压力成比例的电压值，以实现压力的测量。

在一些实施例中，在形成多个所述第二压敏电阻后，所述方法还包括以下步骤：形成第二介电层覆盖所述第二敏感膜层和所述第二压敏电阻；形成与所述第二压敏电阻电连接的第二导电结构，所述第二导电结构贯穿所述第二介电层并覆盖部分所述第二介电层的表面；在所述空腔的外侧形成通孔，并在所述通孔的底部和侧壁、以及所述第二介电层的部分表面形成再布线层，所述再布线层电连接所述第一导电结构。

具体地，如图3I所示，在第二敏感膜层311上形成第二介电层315。第二介电层315可以包括数种电介质材料中的任何一种，非限制性实例包括氧化物、氮化物和氮氧化物，尤其是硅的氧化物、氮化物和氮氧化物。在该实施例中，第二介电层315可以选用二氧化硅。类似地，也可以采用多种方法中的任何一个形成第二介电层315。非限制性实例包括化学气相沉积方法和物理气相沉积方法。

在一个示例中，如图3I所示，刻蚀第二介电层315以形成第二接触孔，第二接触孔贯穿第二介电层315并露出部分第二导线结构313，例如第二导线结构313的第一引出部和第二引出部，第一引出部和第二引出部可以将第二敏感膜层311中的惠斯通电桥部件的输入端和输出端分别引出。

在一个示例中，如图3J所示，在第二接触孔中填充金属以形成第二导电接触316，在第二介电层315上形成第二焊盘317，第二焊盘317通过第二导电接触316和第二导线结构313电连接，从而通过第二导线结构313和对应的第二压敏电阻314。第二导电接触316和第二焊盘317共同组成第二导电结构，第二导电结构贯穿第二介电层315并覆盖部分第二介电层315的表面。第二导电结构的数量可以是多个，例如可以是两个，以将第二敏感膜层311中的惠斯通电桥部件的输入端和输出端分别引出，而第二焊盘317可以作为第二敏感膜层对应的压力传感器的输入与输出的端口与外部电路连接。

在一个示例中，如图3K所示，刻蚀第二介电层315、第二敏感膜层311和部分第一介电层以形成通孔318，通孔318贯穿第二介电层315、第二敏感膜层311并露出第一焊盘307的部分表面。在该实施例中，刻蚀工艺可以选用深反应离子刻蚀工艺。

随后，在通孔318的侧壁和底部、以及第二介电层315的部分表面形成再布线层319，其中再布线层319与第一焊盘307的上表面接触而电连接第一导电结构。

可选地，形成再布线层319的方法包括：

在通孔318的底部和侧壁上沉积种子层；

通过电镀在种子层上形成再布线层319。

可选地，可以采用电镀或化学镀的方式生长形成种子层。在一些实施例中，可以采用物理气相沉积或合适的技术形成种子层。需要说明的是，种子层是金属层，其可以包括一层或多层金属层。例如，种子层可以包括第一金属层和位于第一金属层上的第二金属层，第一金属层可以是钛层，第二金属层可以是铜层。在一些实施例中，种子层也可以选用其他合适的金属。在该实施例中，再布线层319可以是多层，多层再布线层319可以是重复采取电镀工艺制作形成的。

通过位于空腔两侧的两个再布线层319可以分别作为第一敏感膜层对应的压力传感器的输入与输出的端口与外部电路连接。

最后，执行步骤S5，刻蚀所述第一基底层和所述第一绝缘层，以形成背腔并露出所述第一敏感膜层，多个所述第一压敏电阻和所述背腔相对应，其中，与所述空腔对应的第二敏感膜层具有和所述背腔对应的所述第一敏感膜层不同的厚度。

具体地，如图3L所示，刻蚀第一基底层300和第一绝缘层301以形成背腔320，并露出第一敏感膜层302。其中，为了实现多量程的测量，与空腔312对应的第二敏感膜层311具有和背腔320对应的第一敏感膜层302不同的厚度。敏感膜层的厚度会影响到MEMS压力传感器的量程，通常来说，敏感膜层越薄，压力测量的量程越小；敏感膜层越厚，压力测量的量程越大。在该实施例中，可以是背腔320对应的第一敏感膜层302不同的厚度大于与空腔312对应的第二敏感膜层311的厚度，也可以是与空腔312对应的第二敏感膜层311的厚度大于背腔320对应的第一敏感膜层302不同的厚度。背腔320对应的第一敏感膜层302的厚度可以通过在形成背腔时对第一敏感膜层302进行刻蚀而调整，或者，也可以是在形成第一压敏电阻之前对第一敏感膜层302进行减薄，同理，与空腔312对应的第二敏感膜层311的厚度可以通过在形成空腔时对第二敏感膜层311进行刻蚀而调整，或者，也可以是在形成第二压敏电阻之前对第二敏感膜层311进行减薄。

通过以上制备方法，在背腔一侧形成了一压力传感器，而在与背腔背离的一侧形成了另一压力传感器，两个压力传感器具有不同的量程。也即，在背腔一侧，背腔320、第一敏感膜层302、第一压敏电阻304、第一导电结构、再布线层319等构成了第一压力传感器，而在背离该背腔的一侧，空腔312、第二敏感膜层311、第二压敏电阻314、第二导电结构等构成了第二压力传感器。第一压力传感器用于背面感压，即测量来自于背腔一侧、第一敏感膜层302下方的压力；而第二压力传感器用于正面感压，即测量背离于背腔一侧、第二敏感膜层311上方的压力。在该实施例中，第一压力传感器和第二压力传感器只能测量流体的压力，即当流体压力作用于MEMS压力传感器芯片上时，分别引起第一敏感膜层302和/或第二敏感膜层311发生形变，使得第一压敏电阻304和/或第二压敏电阻314由于压阻效应而产生阻值的变化，并通过惠斯通电桥将压力信号转换为电信号，实现多量程的测量。

至此完成了对本发明的MEMS压力传感器的制备方法的关键步骤的描述，对于完整的MEMS压力传感器的制备还可以包括其他的步骤，在此不做一一赘述，值得一提的是上述步骤顺序在不冲突的前提下可以进行调整。

综上，本发明的MEMS压力传感器的制备方法，通过将不同量程的敏感膜层集成到单个芯片上，实现了多量程的测量，降低了生产成本，促进了多量程MEMS压力传感器的应用。

实施例二

本发明还提供一种MEMS压力传感器，该MEMS压力传感器由前述实施例一中的方法制备获得，如图3L所示，本发明的MEMS压力传感器包括：

第一衬底，所述第一衬底包括第一基底层300、第一绝缘层301和第一敏感膜层302，在所述第一敏感膜层302中设置有多个第一压敏电阻304；

第二敏感膜层311，所述第二敏感膜层311中形成有空腔312，所述第二敏感膜层311中形成有空腔312的一侧和所述第一衬底的第一敏感膜层302的一侧相接合，且所述第二敏感膜层311与所述空腔312对应的部分区域中形成有多个第二压敏电阻314；

背腔320，形成于所述第一衬底中，以及贯穿所述第一基底层300和所述第一绝缘层301且露出所述第一敏感膜层302，其中，与所述空腔312对应的第二敏感膜层311具有和所述背腔320对应的所述第一敏感膜层302不同的厚度，分别对应不同的压力传感量程。

在一个示例中，如图3L所示，第一绝缘层301可以包括数种电介质材料中的任何一种，非限制性实例包括氧化物、氮化物和氮氧化物，尤其是硅的氧化物、氮化物和氮氧化物，但不包括其他元素的氧化物、氮化物和氮氧化物。可以采用数种方法中的任何一种形成第一绝缘层301，非限制性实例包括离子注入方法、热或等离子氧化或氮化方法、化学汽相沉积方法和物理汽相沉积方法。第一绝缘层301的厚度通常为0.1微米至2微米，但在该实施例中本领域技术人员可以根据实际的需要进行相应地调整。

在该实施例中，第一敏感膜层302和第二敏感膜层311可以是单晶硅层。

进一步地，如图3L所示，在一些实施例中，本发明的MEMS压力传感器还包括：

第一介电层，覆盖所述第一敏感膜层302和所述第一压敏电阻304，第一介电层包括依次层叠的第一介电材料层305和第二介电材料层308；第二衬底形成有所述空腔的一侧与第一衬底的第一敏感膜层的一侧通过第一介电层间接接合；

第二介电层315，覆盖所述第二敏感膜层311和所述第二压敏电阻314；

第一导电结构，所述第一导电结构包括第一导电接触306和第一焊盘307，所述第一导电接触306位于所述第一介电材料层305中，所述第一焊盘307位于所述第二介电材料层308中，且所述第一焊盘307电连接所述第一导电接触306；

第二导电结构，所述第二导电结构包括第二导电接触316和第二焊盘317，所述第二导电接触316位于第二介电层315中，所述第二焊盘位于所述第二介电层315上，且所述第二焊盘317电连接所述第二导电接触316；

第一导线结构303，位于所述第一敏感膜层302中，所述第一导线结构303将多个所述第一压敏电阻304电连接构成惠斯通电桥部件，其中，所述第一导电接触电连接所述第一导线结构；

第二导线结构313，位于所述第二敏感膜层311中，所述第二导线结构313将多个所述第二压敏电阻314电连接构成惠斯通电桥部件，所述第二导电接触316电连接所述第二导线结构313；

通孔318，位于所述空腔312外侧,所述通孔底部露出所述第一焊盘；

再布线层319，覆盖所述通孔318的底部和侧壁、以及所述第二介电层315的部分表面，并电连接所述第一压敏电阻304。

在一个示例中，如图3L所示，第一介电层包括第一介电材料层305和第二介电材料层308。第一介电材料层305、第二介电材料层308和第二介电层315可以包括数种电介质材料中的任何一种，非限制性实例包括氧化物、氮化物和氮氧化物，尤其是硅的氧化物、氮化物和氮氧化物。在该实施例中，第一介电层和第二介电层可以选用二氧化硅。

如图3L所示，在该实施例中，可以是背腔320对应的第一敏感膜层302不同的厚度大于与空腔312对应的第二敏感膜层311的厚度，也可以是与空腔312对应的第二敏感膜层311的厚度大于背腔320对应的第一敏感膜层302不同的厚度，以实现不同量程的压力传感器集成在一个芯片上。

也即，在背腔一侧，背腔320、第一敏感膜层302、第一压敏电阻304、第一导电结构、再布线层319等构成了第一压力传感器，而在背离该背腔的一侧，空腔312、第二敏感膜层311、第二压敏电阻314、第二导电结构等构成了第二压力传感器，第一压力传感器和第二压力传感器具有不同的量程，例如第一压力传感器的量程小于第二压力传感器的量程，或者第二压力传感器的量程小于第一压力传感器的量程。

至此完成了对本发明的MEMS压力传感器的结构的介绍，对于完整的器件还可能包括其他的组成结构，在此不做一一赘述。

由于本发明的MEMS压力传感器形成有不同量程的敏感膜层，实现了不同量程的压力传感器集成在一个芯片上，满足了多量程压力的测量需求，降低了生产成本，促进了多量程MEMS压力传感器的应用。

实施例三

本发明另一实施例中还提供了一种电子装置，包括实施例二所述的MEMS压力传感器。其中，MEMS压力传感器为实施例二所述的MEMS压力传感器，或根据实施例一所述的制备方法得到的MEMS压力传感器。

本实施例的电子装置，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、VCD、DVD、导航仪、照相机、摄像机、录音笔、MP3、MP4、PSP等任何电子产品或设备，也可为任何包括所述MEMS压力传感器的中间产品。本发明实施例的电子装置，由于使用了上述的MEMS压力传感器，因而具有更好的性能。

尽管本文中描述了多个实施例，但是应该理解，本领域技术人员可以想到多种其他修改和实施例，他们都将落入本发明公开的构思的精神和范围内。更特别地，在本发明公开、附图、以及所附权利要求的范围内，可以在主题的结合排列的排列方式和/或组成部分方面进行各种修改和改变。除了组成部分和/或排列方式的修改和改变以外，可替换方式的使用对于本领域技术人员来说也是显而易见的选择。

Claims (10)

1.一种MEMS压力传感器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

提供第一衬底和第二衬底，所述第一衬底包括依次层叠的第一基底层、第一绝缘层和第一敏感膜层，在所述第一敏感膜层上设置有多个第一压敏电阻，所述第二衬底包括依次层叠的第二基底层、第二绝缘层和第二敏感膜层，在所述第二敏感膜层中形成有空腔；

将所述第二衬底形成有所述空腔的一侧与所述第一衬底的第一敏感膜层的一侧相接合；

对所述第二衬底进行减薄处理，以露出所述第二敏感膜层；

在所述第二敏感膜层与所述空腔对应的部分区域上形成多个第二压敏电阻；

刻蚀所述第一基底层和所述第一绝缘层，以形成背腔并露出所述第一敏感膜层，多个所述第一压敏电阻和所述背腔相对应，其中，与所述空腔对应的第二敏感膜层具有和所述背腔对应的所述第一敏感膜层不同的厚度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述第二衬底形成有所述空腔的一侧与所述第一衬底的第一敏感膜层的一侧相接合之前，在所述第一敏感膜层和所述第一压敏电阻上覆盖有第一介电层，在所述第一介电层中形成有和所述第一压敏电阻电连接的第一导电结构，其中，形成所述第一介电层和所述第一导电结构的方法包括：

在所述第一敏感膜层上覆盖第一介电材料层；

形成贯穿所述第一介电材料层的第一接触孔，并在所述第一接触孔中填充金属以形成第一导电接触，其中，所述第一导电接触电连接所述第一压敏电阻；

在所述第一介电材料层上形成第一焊盘，所述第一焊盘电连接所述第一导电接触，其中，所述第一导电结构包括所述第一导电接触和与所述第一导电接触电连接的所述第一焊盘；

形成第二介电材料层覆盖所述第一介电材料层和所述第一焊盘，并对所述第二介电材料层进行平坦化，其中，所述第一介电层包括所述第一介电材料层和所述第二介电材料层。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在形成多个所述第二压敏电阻之后，刻蚀所述第一基底层和所述第一绝缘层之前，所述方法还包括：

形成第二介电层覆盖所述第二敏感膜层和所述第二压敏电阻；

形成与所述第二压敏电阻电连接的第二导电结构，所述第二导电结构贯穿所述第二介电层并覆盖部分所述第二介电层的表面；

在所述空腔的外侧形成通孔，并在所述通孔的底部和侧壁、以及所述第二介电层的部分表面形成再布线层，所述再布线层电连接所述第一导电结构，所述通孔底部露出所述第一焊盘，且所述再布线层与所述第一焊盘的表面接触而电连接。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述减薄处理包括依次去除所述第二基底层和所述第二绝缘层的步骤。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，形成与所述第二压敏电阻电连接的第二导电结构，所述第二导电结构贯穿所述第二介电层并覆盖部分所述第二介电层的表面，包括：

刻蚀所述第二介电层以形成第二接触孔，在所述接触孔中填充金属以形成第二导电接触，所述第二导电接触电连接所述第二压敏电阻；

在所述第二介电层上形成第二焊盘，每个所述第二焊盘通过所述第二导电接触电连接对应的所述第二压敏电阻，其中，所述第二导电结构包括所述第二导电接触和与所述第二导电接触电连接的第二焊盘。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一敏感膜层中还形成有与所述第一压敏电阻电连接的第一导线结构，所述第一导线结构将多个所述第一压敏电阻电连接构成惠斯通电桥部件。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二敏感膜层中还形成有与所述第二压敏电阻电连接的第二导线结构，所述第二导线结构将多个所述第二压敏电阻电连接构成惠斯通电桥部件。

8.一种MEMS压力传感器，其特征在于，所述MEMS压力传感器包括：

第一衬底，所述第一衬底包括第一基底层、第一绝缘层和第一敏感膜层，在所述第一敏感膜层上设置有多个第一压敏电阻；

第二敏感膜层，所述第二敏感膜层中形成有空腔，所述第二敏感膜层中形成有空腔的一侧和所述第一衬底的第一敏感膜层的一侧相接合，且所述第二敏感膜层与所述空腔对应的部分区域中形成有多个第二压敏电阻；

背腔，形成于所述第一衬底中，以及贯穿所述第一基底层和所述第一绝缘层且露出所述第一敏感膜层，其中，与所述空腔对应的第二敏感膜层具有和所述背腔对应的所述第一敏感膜层不同的厚度，分别对应不同的压力传感量程。

9.根据权利要求8所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述MEMS压力传感器还包括：

第一介电层，覆盖所述第一敏感膜层和所述第一压敏电阻，所述第一介电层包括依次层叠的第一介电材料层和第二介电材料层；

第二介电层，覆盖所述第二敏感膜层和所述第二压敏电阻；

第一导电结构，所述第一导电结构包括第一导电接触和第一焊盘，所述第一导电接触位于所述第一介电材料层中，所述第一焊盘位于所述第二介电材料层中，且所述第一焊盘电连接所述第一导电接触；

第二导电结构，所述第二导电结构包括第二导电接触和第二焊盘，所述第二导电接触位于第二介电层中，所述第二焊盘位于所述第二介电层上，且所述第二焊盘电连接所述第二导电接触；

第一导线结构，位于所述第一敏感膜层中，所述第一导线结构将多个所述第一压敏电阻电连接构成惠斯通电桥部件，其中，所述第一导电接触电连接所述第一导线结构；

第二导线结构，位于所述第二敏感膜层中，所述第二导线结构将多个所述第二压敏电阻电连接构成惠斯通电桥部件，所述第二导电接触电连接所述第二导线结构；

通孔，位于所述空腔外侧,所述通孔底部露出所述第一焊盘；

再布线层，覆盖所述通孔的底部和侧壁、以及所述第二介电层的部分表面，并电连接所述第一压敏电阻。

10.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括权利要求8至9之一所述的MEMS压力传感器。

Images