CN202018355U - 一种微型高温压力传感器结构 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种微型高温压力传感器结构，包括有半导体衬底，为矩形；绝缘层，沉积在半导体衬底上；半导体，键合在绝缘层上；所述的半导体为梳齿状；阻挡层，溅射在半导体的中间梳齿上；金属层，溅射在阻挡层上；保护层，溅射在金属层上；绝缘层，沉积在保护层上；半导体敏感元件，键合在半导体的两端梳齿上；阻挡层，溅射在金属引线口上；金属层，溅射在阻挡层上；金属层，设于金属引线口上，并与右侧的半导体敏感元件相连接；所述的金属层上溅射有保护层。本实用新型的优点在于：能够有效增大电容两极板间的相对面积，增大电容输出值，提高器件的灵敏度和线性度，实现微型化、降低生产成本。

Description

一种微型高温压力传感器结构
技术领域
本实用新型涉及MEMS传感器技术领域，尤其涉及到一种微型高温压力传感器结构。
背景技术
通常MEMS压力传感器有硅压阻式压力传感器和硅电容式压力传感器。其都是在硅片上制成微机电传感器。与压阻式压力传感器相比，电容式压力传感器灵敏度高、过载能力强、对高温、辐射、强振等恶劣条件适应性好，成为高温压力传感器的主流。典型的电容式压力传感器由上、下电极，绝缘层和衬底构成。如图1，图1所示为现有压力传感器示意图。
半导体硅衬底10上沉积有绝缘层20，绝缘层20可为SiO2介质层，介质层上沉积有Al金属层30作为电容式压力传感器的下电极，金属层30上面沉积有绝缘层40作为顶柱，上电极也就是压力敏感元件50是半导体薄膜，它可以由单晶硅、多晶硅等利用半导体加工工艺制作而成。上下电极之间真空室60作为敏感膜在压力作用下往下形变的空间。
虽然传统MEMS电容式传感器结构简单，但存在明显的不足。由于膜片的挠度在中心是最大的，而且随着与中心距离的增大而减小，膜片上各点的挠度与这个距离的四次方成反比，因此电容与上下电极之间的距离的关系为非线性，压力与电容关系为非线性。真空腔的空间小，敏感膜形变的范围有限，所以输出电容值非常小，达到PF的数量级，而且灵敏度受到制约。消除非线性可以采用具有补偿功能的测量电路对输出电容进行非线性补偿，也可以改变电容器本身的结构，使之在一定压力范围内非线性减小甚至呈线性。通过具有补偿功能的测量电路以输出电容进行线性补偿并进行电容放大，增加传感器制造成本，而且对于特殊环境下的测量也产生一定的局限。增大电容器的尺寸可以增大输出电容值和灵敏度，但影响线性度，而且增大芯片的尺寸，这与芯片日渐微型化的要求背道而驰，同时芯片尺寸的增大势必造成同一圆晶片上的芯片数量的减少，降低了产量并提高了生产的成本。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服上述缺陷，提供一种梳齿状电极结构、提高器件的灵敏度和线性度、实现微型化、降低生产成本的微型高温压力传感器结构。
本实用新型是通过如下方式实现的：
一种微型高温压力传感器结构，其特征在于：包括有
半导体衬底100，为矩形；
绝缘层110，沉积在半导体衬底100上；
半导体120，键合在绝缘层110上；所述的半导体120为梳齿状；
阻挡层130，溅射在半导体120的中间梳齿上；
金属层140，溅射在阻挡层130上；
保护层150，溅射在金属层140上；
绝缘层160，沉积在保护层150上；
半导体敏感元件170，键合在半导体120的两端梳齿上；所述的半导体敏感元件170上附有敏感膜240；
金属引线口250，设于敏感膜240上；
阻挡层190，溅射在金属引线口250上；
金属层200，溅射在阻挡层190上；
金属引线口210，设于保护层150右侧上；
金属层220，设于金属引线口210上，并与右侧的半导体敏感元件170相连接；所述的金属层220上溅射有保护层230。
所述的敏感膜240与绝缘层160之间形成真空腔180。
所述的阻挡层130、金属层140、保护层150、绝缘层160为梳齿状。
本实用新型通过湿法腐蚀和等离子体刻蚀，将单晶硅或多晶硅硅片表面刻蚀出梳状叉齿结构，并利用磁控溅射法和浓硼扩散法制备上下电极。这种梳状叉齿式传感器结构，增大了电容器两极板的相对面积，减小敏感元件的挠度，从而增大电容器的输出电容值，提高传感器的灵敏度和线性度。本实用新型的工艺和CMOS工艺兼容，能实现规模化、集成化生产，提高芯片生产效益，降低集成电路成本。
本实用新型的优点在于：能够有效增大电容两极板间的相对面积，增大电容输出值，提高器件的灵敏度和线性度，实现微型化、降低生产成本。
附图说明
图1现有技术的微型高温压力传感器结构示意图；
图2本实用新型结构示意图。
具体实施方式
现结合附图详述本实用新型具体实施例：
如图2所示，一种微型高温压力传感器结构，其特征在于：包括有
半导体衬底100，为矩形；
绝缘层110，沉积在半导体衬底100上；
半导体120，键合在绝缘层110上；所述的半导体120为梳齿状；
阻挡层130，溅射在半导体120的中间梳齿上；
金属层140，溅射在阻挡层130上；
保护层150，溅射在金属层140上；
绝缘层160，沉积在保护层150上；
半导体敏感元件170，键合在半导体120的两端梳齿上；所述的半导体敏感元件170上附有敏感膜240；
金属引线口250，设于敏感膜240上；
阻挡层190，溅射在金属引线口250上；
金属层200，溅射在阻挡层190上；
金属引线口210，设于保护层150右侧上；
金属层220，设于金属引线口210上，并与右侧的半导体敏感元件170相连接；所述的金属层220上溅射有保护层230。
所述的敏感膜240与绝缘层160之间形成真空腔180。
所述的阻挡层130、金属层140、保护层150、绝缘层160为梳齿状。
本实用新型通过湿法腐蚀和等离子体刻蚀，将单晶硅或多晶硅硅片表面刻蚀出梳状叉齿结构，并利用磁控溅射法和浓硼扩散法制备上下电极。这种梳状叉齿式传感器结构，增大了电容器两极板的相对面积，减小敏感元件的挠度，从而增大电容器的输出电容值，提高传感器的灵敏度和线性度。本实用新型的工艺和CMOS工艺兼容，能实现规模化、集成化生产，提高芯片生产效益，降低集成电路成本。
本实用新型较佳实施例，所述绝缘层110为氧化硅层；所述梳状结构半导体120为n型硅半导体，梳齿长度为2～3um，梳齿厚度为4～5um，宽度为40～50um，齿间距为10～15um；阻挡层130为Ti，其厚度为200A°～300A°；金属层140为Al层，其厚度为3000A°～4000A°；保护层150为Au，其厚度为200A°～300A°；绝缘层160为氮化硅层，其厚度为1200A°～1500A°；敏感元件170为硅半导体，通过重掺杂及自停止腐蚀形成P+敏感膜240，其厚度为4000A°～6000A°；真空腔180，其高度为4～6um；阻挡层190为Ti，其厚度为200A°～300A；金属层200为Al层，其厚度为3000A°～4000A°。
本实用新型实施例工艺与CMOS工艺兼容，在钝化工艺后，钝化光刻开出需要连接铜金属层的电极引线孔210，增加一次光刻定义铜金属层的图形，经过电镀，将1～5um铜金属层制备在芯片上，形成铜金属层220，由于铜易氧化性，为了键合的可靠性，铜金属层的上面需要金属保护层230，如Ni和Sn或Au。
综上所述，本实用新型提出的梳齿状电极结构的微电容式高温压力传感器与传统结构的不同之处是：
1.梳齿长度为2～3um，梳齿厚度为4～5um，宽度为40～50um，齿间距为10～15um的梳齿状电极作为电容式压力传感器的上下电极，有别于传统的平板式电极结构。
2.上薄膜电极通过等离子体刻蚀梳状结构后进行浓离子扩散，与下电极键合后经自停止腐蚀得到敏感梳状单层薄膜，比传统的机械刨光后沉积电极得到的薄膜更均匀致密，单层膜结构的机械特性和高温稳定性更好。
3.电镀形成的厚铜金属层可减少器件的金属层电阻，并可直接作铜线封装，而与传统器件不同。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用于限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，可当作各种的更动与润饰。

Claims (3)

1.一种微型高温压力传感器结构，其特征在于：包括有半导体衬底(100)，为矩形；
绝缘层(110)，沉积在半导体衬底(100)上；
半导体(120)，键合在绝缘层(110)上；所述的半导体(120)为梳齿状；
阻挡层(130)，溅射在半导体(120)的中间梳齿上；
金属层(140)，溅射在阻挡层(130)上；
保护层(150)，溅射在金属层(140)上；
绝缘层(160)，沉积在保护层(150)上；
半导体敏感元件(170)，键合在半导体(120)的两端梳齿上；所述的半导体敏感元件(170)上附有敏感膜(240)；
金属引线口(250)，设于敏感膜(240)上；
阻挡层(190)，溅射在金属引线口(250)上；
金属层(200)，溅射在阻挡层(190)上；
金属引线口(210)，设于保护层(150)右侧上；
金属层(220)，设于金属引线口(210)上，并与右侧的半导体敏感元件(170)相连接；所述的金属层(220)上溅射有保护层(230)。
2.根据权利要求1所述的一种微型高温压力传感器结构，其特征在于：所述的敏感膜(240)与绝缘层(160)之间形成真空腔(180)。
3.根据权利要求1所述的一种微型高温压力传感器结构，其特征在于：所述的阻挡层(130)、金属层(140)、保护层(150)、绝缘层(160)为梳齿状。
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