CN1193218C - Mems压阻式压力传感器芯片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种MEMS压阻式压力传感器芯片及其制备方法。MEMS压阻式压力传感器芯片，是一个杯状结构，包括一个方形感压膜和周围的支撑部分在感压膜的最大应变区之作了四个压敏电阻，组成点桥来敏感压力的变化，所述压敏电阻是采用离子注入工艺制作的，压敏电阻周围增加有一圈n⁺隔离区，感压膜的边缘制作了可以监控感压膜厚度的对准标记。采用离子注入工艺制作压阻，精度远高于以往采用的扩散工艺，可以提高压阻的控制精度及一致性，减小零点输出和零点温度漂移；压阻周围增加一圈n⁺隔离区，提高了芯片的长期稳定性；膜的边缘制作了可以监控膜厚度的对准标记，使腐蚀敏感膜的可控性增强，提高了感压膜厚度控制精度和芯片检测精度。

Description

MEMS压阻式压力传感器芯片及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种MEMS(微电子机械系统)器件，尤其涉及一种MEMS压阻式压力传感器芯片。

背景技术：

微电子机械系统(Micro electro mechanical Systems—美国惯用词)，又称微机械(Micromachine—日本惯用词)和微系统(Microsystems—欧洲惯用词)，是指用微机械加工技术制作的包括微传感器、微执行器、微能源等微机械基本部分以及高性能的电子集成线路组成的微机电器件与装置。以微机械为研究对象的微机电系统涉及多种学科，主要有微机械学、微电子学、自动控制、物理、化学、生物以及材料科学等基本内容，是一个多学科、高技术的边缘学科。简单讲，微机电系统是一种集成了微电子电路和微机械致动器的微小器件，它可根据电路信息的指令，控制致动器实现机械操作；还可以利用传感器接收外部信息，将转换出来的信号经电路处理放大，再由致动器变为机械操作，去执行信息命令。可以说，微机电系统是一种获取、处理信息和执行机械操作的集成器件。

MEMS(微电子机械系统)压力传感器是微电子机械系统中最早的产品之一。按原理分类包括压阻式、电容式、压电式等几种，压阻式压力传感器以其输出信号大、后续处理简单、可以大批量生产等优点得到人们的青睐。其结构如图1所示。有关压阻的工作机理和加工方法有很多的实验研究(参见Kim S C.WeiseK.IEEE Transaction on Electron Devices，ED-30 1983，802～810；Heiman F P.IEEETrans Electron Devices，ED-14，1967，781；Kandar.Agraphical Representation of thePiezoresistance Coefficients in Silicon，IEEE Trans Electron Devices，ED-29，1982，64～70)。然而，尽管压阻式传感器早已形成产品，但作为其核心的MEMS压阻芯片却由于压阻的一致性差、漏电流难于控制、感压膜厚度均匀性差等问题限制了MEMS压阻式压力传感器的大量应用。

发明内容：

本发明的目的是提供一种MEMS压阻式压力传感器芯片及其制备方法，提高压阻的一致性、减小漏电流、采用特殊的检查标记来控制膜的厚度。

本发明的技术方案如下：

MEMS压阻式压力传感器芯片，是一个杯状结构，包括一个方形感压膜和周围的支撑部分在感压膜的最大应变区制作了四个压敏电阻，组成点桥来敏感压力的变化，所述压敏电阻是采用离子注入工艺制作的，在压敏电阻周围增加有一圈n+隔离区，在感压膜的边缘制作了可以监控感压膜厚度的对准标记。

MEMS压阻式压力传感器芯片的制作方法，包括下列步骤：

(1)版图设计：找出感压膜上的最佳压阻位置，增加一块n⁺版，用p⁺将压阻引出敏感膜，通过双面光刻腐蚀背腔，刻出引线孔后溅射铝形成电气连接；

(2)生长氧化层；

(3)用离子注入工艺形成压阻；

(4)扩散浓硼形成p⁺连接区，同时形成监控感压膜厚度的对准标记；

(5)扩散浓磷形成n⁺隔离区；

(6)腐蚀背腔形成感压膜；

(7)检查感压膜厚度；

(8)刻引线孔，溅射金属，合金，完成芯片的电气连接；

(9)检查桥臂电阻和零点输出；

(10)键合、划片，终测，装盒，入库。

本发明的优点与积极效果：本发明的MEMS压阻式压力传感器芯片采用离子注入工艺制作压阻，由于离子注入工艺的注入精度远高于以往采用的扩散工艺，故此可以大大提高压阻的控制精度及一致性，减小了零点输出和零点温度漂移；在压阻周围增加一圈n⁺隔离区，利用PN界的反偏隔离效应减小压阻的漏电流，提高了芯片的长期稳定性；在膜的边缘制作了可以监控膜厚度的对准标记，使腐蚀敏感膜的可控性增强，提高了感压膜厚度控制的精确度，提高了MEMS压阻式压力传感器芯片检测精度，从而提高芯片的成品率。

附图说明：

图1为现有压阻式压力传感器结构示意图；

图2为本发明的压阻式压力传感器结构示意图；

图3本发明的压阻式压力传感器部分工艺示意图；其中：(a)为P^-离子注入，(b)为n⁺扩散隔离，(c)为KOH腐蚀背腔，(d)为溅射铝、合金。

图中：1---硅杯，2---压阻，3---p⁺连接，4---金属引线，5---n⁺区，6---膜厚检查标记，7---背腔。

具体实施方式：

采用4英寸400微米厚N型<100>双面抛光单晶硅片，电阻率2-4Ωcm。

1、硅片清洗后进行原始氧化300-350nm；

2、采用离子注入工艺制备高精度压阻，注入条件为：

90-120KeV、1.0×10¹⁴cm^-2-2.0×10¹⁴cm^-2，然后进行硼驱入，条件为1000-1500℃，80-120分钟；

3、浓硼扩散形成p⁺连接区，同时形成监控感压膜厚度的对准标记，退火后体浓度＞5.0×10¹⁸cm^-3；

4、浓磷扩散形成n⁺隔离区，退火后体浓度＞1.0×10¹⁹cm^-3；

5、KOH腐蚀背腔，用感压膜正面的标记来控制膜的厚度；

6、刻引线孔，溅射铝，合金，400-420℃，30分钟；

7、键合，划片，终测，装盒入库。

整套工艺要注意各工序之间的兼容性，合理分配加热时间和加热温度，离子注入后应避免长时间高温引起压阻的浓度及结深的变化，从而影响传感器的性能。

Claims (2)

1.MEMS压阻式压力传感器芯片，是一个杯状结构，包括一个方形感压膜和周围的支撑部分，在感压膜的最大应变区制作了四个压敏电阻，组成电桥来敏感压力的变化，其特征在于：所述压敏电阻是采用离子注入工艺制作的，在压敏电阻周围增加有一圈n⁺隔离区，在感压膜的边缘制作了可以监控感压膜厚度的对准标记。

2.权利要求1所述的MEMS压阻式压力传感器芯片的制作方法，包括下列步骤：

(1)版图设计：找出感压膜上的最佳压阻位置，增加一块n⁺版，用p⁺将压阻引出敏感膜，通过双面光刻腐蚀背腔，刻出引线孔后溅射金属形成电气连接；

(2)生长氧化层；

(3)用离子注入工艺形成压阻；

(4)扩散浓硼形成p⁺连接区，同时形成监控感压膜厚度的对准标记；

(5)扩散浓磷形成n⁺隔离区；

(6)腐蚀背腔形成感压膜；

(7)检查感压膜厚度；

(8)刻引线孔，溅射金属，合金，完成芯片的电气连接；

(9)检查桥臂电阻和零点输出；

(10)键合、划片，即得到传感器芯片。

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