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高靈敏度硅壓阻壓力傳感器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種壓力傳感器及其制備方法，尤其是一種高靈敏度硅壓阻壓力傳感器及其制備方法，屬于半導(dǎo)體壓力傳感器的【技術(shù)領(lǐng)域】。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述高靈敏度硅壓阻壓力傳感器，包括硅基底；所述硅基底上貼合有應(yīng)變膜，且應(yīng)變膜將硅基底內(nèi)的上部密封形成真空腔；應(yīng)變膜的中心區(qū)凹設(shè)有應(yīng)力集中區(qū)，所述應(yīng)力集中區(qū)位于真空腔的正上方；應(yīng)變膜上設(shè)置用于形成惠斯通電橋橋臂的應(yīng)變電阻，所述應(yīng)變電阻位于應(yīng)力集中區(qū)的外圈且位于真空腔的上方；應(yīng)變膜上的應(yīng)變電阻通過應(yīng)變膜上方的金屬電極電連接后形成惠斯通電橋；金屬電極與應(yīng)變膜間通過保護(hù)層相隔離。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，在不增大壓力傳感器面積和工藝難度下提高了靈敏度，安全可靠。
【專利說明】高靈敏度硅壓阻壓力傳感器及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壓力傳感器及其制備方法，尤其是一種高靈敏度硅壓阻壓力傳感器及其制備方法，屬于半導(dǎo)體壓力傳感器的【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]由于半導(dǎo)體傳感器具有體積小、重量輕、精度高、溫度特性好、制造工藝與半導(dǎo)體集成電路工藝兼容等特點(diǎn)，現(xiàn)已被應(yīng)用到非常廣闊的領(lǐng)域，如汽車、醫(yī)學(xué)、航天、環(huán)境等。
[0003]近年來，MEMS壓力傳感器在汽車電子、消費(fèi)電子和工業(yè)電子領(lǐng)域逐漸取代傳統(tǒng)的機(jī)械量傳感器，具有廣闊的市場(chǎng)前景，例如輪胎壓力監(jiān)測(cè)壓力傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力傳感器、汽車剎車系統(tǒng)空氣壓力傳感器和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管壓力傳感器等都廣泛應(yīng)用了 MEMS技術(shù)。
[0004]硅壓阻式壓力傳感器包括一個(gè)感壓膜和其周圍的支撐部分，并在感壓膜邊界內(nèi)的最大應(yīng)變區(qū)制作了四個(gè)壓敏電阻，組成惠斯通電橋來感應(yīng)壓力的變化。從壓阻式壓力傳感器的原理知道橋臂電阻的變化量AR/R與膜的應(yīng)力成正比，所以應(yīng)力越大，靈敏度越高。對(duì)同一壓力，膜的應(yīng)力與膜厚成反比，與膜的面積成正比。對(duì)于要求高靈敏度的傳感器，在不增加面積的情況下只有通過減小膜的厚度來提高靈敏度，但這增加了減薄工藝的難度，且隨著膜的厚度減小，應(yīng)力隨位置變化率變大，對(duì)于要得到相同性能的壓力傳感器，這大大增大了制作壓敏電阻的工藝難度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種高靈敏度硅壓阻壓力傳感器及其制備方法，其結(jié)構(gòu)緊湊，在不增大壓力傳感器面積和工藝難度下提高了靈敏度，安全可靠。
[0006]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述高靈敏度硅壓阻壓力傳感器，包括硅基底；所述硅基底上貼合有應(yīng)變膜，且應(yīng)變膜將硅基底內(nèi)的上部密封形成真空腔；應(yīng)變膜的中心區(qū)凹設(shè)有應(yīng)力集中區(qū)，所述應(yīng)力集中區(qū)位于真空腔的正上方；應(yīng)變膜上設(shè)置用于形成惠斯通電橋橋臂的應(yīng)變電阻，所述應(yīng)變電阻位于應(yīng)力集中區(qū)的外圈且位于真空腔的上方；應(yīng)變膜上的應(yīng)變電阻通過應(yīng)變膜上方的金屬電極電連接后形成惠斯通電橋；金屬電極與應(yīng)變膜間通過保護(hù)層相隔離。
[0007]所述應(yīng)變電阻的外側(cè)設(shè)置有離子注入導(dǎo)線，所述離子注入導(dǎo)線通過金屬連接導(dǎo)線與金屬電極電連接，以將應(yīng)變膜上的應(yīng)變電阻連接形成惠斯通電橋；金屬電極與金屬連接導(dǎo)線為同一工藝制造層。
[0008]所述金屬電極與保護(hù)層之間設(shè)置有接觸層，所述保護(hù)層支撐在應(yīng)變膜上，保護(hù)層以及金屬連接導(dǎo)線上覆蓋有鈍化層。
[0009]所述硅基底內(nèi)的上部設(shè)有凹槽，在所述凹槽的側(cè)壁、底壁以及硅基底的表面上均設(shè)置有鍵合層；應(yīng)變膜與鍵合層硅硅鍵合，以使得應(yīng)變膜貼合在硅基底上，應(yīng)變膜將凹槽密封形成真空腔。
[0010]所述接觸層為TiN層，接觸層的厚度為0.05 μ πΓΟ.5 μ m，保護(hù)層為氧化硅層，鈍化層為氮化娃層。
[0011]一種高靈敏度硅壓阻壓力傳感器的制備方法，所述壓力傳感器的制備方法包括如下步驟:
a、提供上部具有凹槽的硅基底，所述硅基底上貼合應(yīng)變膜，以通過應(yīng)變膜將硅基底內(nèi)的凹槽密封形成真空腔；
b、在上述應(yīng)變膜上進(jìn)行離子注入，以形成若干應(yīng)變電阻區(qū)，所述應(yīng)變電阻區(qū)位于真空腔的上方；
C、在上述應(yīng)變膜上再次進(jìn)行離子注入，以形成注入導(dǎo)線區(qū)，所述注入導(dǎo)線區(qū)與應(yīng)變電阻區(qū)相接觸；
d、將上述形成注入導(dǎo)線區(qū)的應(yīng)變膜及硅基底進(jìn)行退火，以在應(yīng)變膜上形成離子注入導(dǎo)線以及用于形成惠斯通電橋橋臂的應(yīng)變電阻，離子注入導(dǎo)線與相對(duì)應(yīng)的應(yīng)變電阻接觸；
e、在上述應(yīng)變膜的上方淀積保護(hù)層，所述保護(hù)層覆蓋在應(yīng)變膜、離子注入導(dǎo)線以及應(yīng)變電阻上；
f、選擇性地掩蔽和刻蝕上述保護(hù)層，以在離子注入導(dǎo)線的上方形成貫通保護(hù)層的窗口，所述窗口位于真空腔的外側(cè)；
g、在上述保護(hù)層上設(shè)置接觸膜層，所述接觸膜層覆蓋在保護(hù)層上，并覆蓋窗口的側(cè)壁及底壁；
h、在上述接觸膜層上設(shè)置金屬層，所述金屬層通過接觸膜層與保護(hù)層相隔離；
1、選擇性地掩蔽和刻蝕上述金屬層，以去除真空腔正上方對(duì)應(yīng)的金屬層以及接觸膜層，以在應(yīng)變膜上得到接觸層以及金屬導(dǎo)體；金屬導(dǎo)體通過接觸層與保護(hù)層隔離，且金屬導(dǎo)體通過接觸層與離子注入導(dǎo)線電連接；
j、在上述應(yīng)變膜的上方淀積鈍化層，所述鈍化層覆蓋在金屬導(dǎo)體、接觸層以及保護(hù)層上；
k、選擇性地掩蔽和刻蝕鈍化層，并刻蝕真空腔中心區(qū)上方的保護(hù)層及應(yīng)變膜，以在金屬導(dǎo)體的上方形成貫通鈍化層的電極窗口，并在真空腔的上方形成應(yīng)力集中區(qū)，應(yīng)變電阻位于應(yīng)力集中區(qū)的外圈。
[0012]所述步驟a包括如下步驟:
al、提供具有兩個(gè)相對(duì)主面的硅基底，所述兩個(gè)主面包括第一主面以及第二主面；在硅基底的第一主面上刻蝕得到凹槽；
a2、在上述硅基底的第一主面上熱氧化得到鍵合層，所述鍵合層覆蓋凹槽的側(cè)壁、底壁以及硅基底的第一主面；
a3、提供應(yīng)變膜硅基，并將所述應(yīng)變膜硅基與鍵合層通過硅硅鍵合，以使得應(yīng)變膜硅基貼合在硅基底上；硅基底內(nèi)的凹槽通過應(yīng)變膜硅基密封后形成真空腔；a4、將上述應(yīng)變膜硅基進(jìn)行減薄，以在硅基底上形成所需的應(yīng)變膜。
[0013]所述保護(hù)層為氧化硅層，所述保護(hù)層的厚度為0.1 μ πΓ? μ m。
[0014]所述步驟d中，退火的溫度為900°C?1100°C。
[0015]所述金屬層的材料為鋁銅或鋁硅銅合金，金屬層的厚度為I μ πΓ4 μ m。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):真空腔通過刻蝕硅基底，然后將硅基底與應(yīng)變膜硅基硅硅鍵合形成，應(yīng)變膜通過減薄應(yīng)變膜硅基得到，應(yīng)變電阻通過離子注入工藝形成，鈍化層和保護(hù)層保護(hù)了下方的應(yīng)變電阻以及離子注入導(dǎo)線，提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性。通過在應(yīng)變膜內(nèi)設(shè)置應(yīng)力集中區(qū)，從而使應(yīng)力從應(yīng)力集中區(qū)到應(yīng)變膜上，增大應(yīng)變電阻的阻值變化，從而提高了壓力傳感器的靈敏度，降低了工藝難度，方法簡(jiǎn)單，提高了產(chǎn)品的良率和可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的立體圖。
[0018]圖2為本發(fā)明去除鈍化層以及保護(hù)層后的立體圖。
[0019]圖3為本發(fā)明的截面剖視圖。
[0020]圖4為本發(fā)明的剖視圖。
[0021]圖5?圖21為本發(fā)明的具體實(shí)施工藝步驟剖視圖，其中圖5為本發(fā)明硅基底的剖視圖。
[0022]圖6為本發(fā)明在硅基底上得到凹槽后的剖視圖。
[0023]圖7為本發(fā)明得到鍵合層后的剖視圖。
[0024]圖8為本發(fā)明應(yīng)變膜硅基的剖視圖。
[0025]圖9為本發(fā)明應(yīng)變膜硅基鍵合在硅基底上的剖視圖。
[0026]圖10為本發(fā)明將應(yīng)變膜硅基減薄得到應(yīng)變膜后的剖視圖。
[0027]圖11為本發(fā)明在應(yīng)變膜上得到應(yīng)變電阻區(qū)后的剖視圖。
[0028]圖12為本發(fā)明在應(yīng)變膜上得到注入導(dǎo)線區(qū)后的剖視圖。
[0029]圖13為本發(fā)明在應(yīng)變膜上得到應(yīng)變電阻以及離子注入導(dǎo)線后的剖視圖。
[0030]圖14為本發(fā)明得到保護(hù)層后的剖視圖。
[0031]圖15為本發(fā)明得到窗口后的剖視圖。
[0032]圖16為本發(fā)明得到接觸膜層后的剖視圖。
[0033]圖17為本發(fā)明得到金屬層后的剖視圖。
[0034]圖18為本發(fā)明得到金屬導(dǎo)體后的剖視圖。
[0035]圖19為本發(fā)明得到鈍化層后的剖視圖。
[0036]圖20為本發(fā)明得到金屬電極后的剖視圖。
[0037]圖21為本發(fā)明得到應(yīng)變集中區(qū)后的剖視圖。
[0038]附圖標(biāo)記說明:1_硅基底、2-鍵合層、3-應(yīng)變膜、4-應(yīng)變集中區(qū)、5-真空腔、6-應(yīng)變電阻、7-離子注入導(dǎo)線、8-接觸層、9-保護(hù)層、10-金屬電極、11-金屬導(dǎo)線、12-鈍化層、13-凹槽、14-應(yīng)變膜硅基、15-窗口、16-接觸膜層、17-金屬層、18-第一主面、19-第二主面、20-應(yīng)變電阻區(qū)、21-注入導(dǎo)線區(qū)及22-金屬導(dǎo)體。

【具體實(shí)施方式】
[0039]下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0040]如圖1、圖2、圖3和圖4所示:為了能在不增大壓力傳感器面積和工藝難度下提高了靈敏度，本發(fā)明包括硅基底I ;所述硅基底I上貼合有應(yīng)變膜3，且應(yīng)變膜3將硅基底I內(nèi)的上部密封形成真空腔5 ;應(yīng)變膜3的中心區(qū)凹設(shè)有應(yīng)力集中區(qū)4，所述應(yīng)力集中區(qū)4位于真空腔5的正上方；應(yīng)變膜3上設(shè)置用于形成惠斯通電橋橋臂的應(yīng)變電阻6，所述應(yīng)變電阻6位于應(yīng)力集中區(qū)4的外圈且位于真空腔5的上方；應(yīng)變膜3上的應(yīng)變電阻6通過應(yīng)變膜3上方的金屬電極10電連接后形成惠斯通電橋；金屬電極10與應(yīng)變膜3間通過保護(hù)層9相隔離。
[0041]具體地，應(yīng)力集中區(qū)4位于應(yīng)變膜3的中心區(qū)，通過對(duì)應(yīng)變膜3的中心區(qū)進(jìn)行刻蝕得到，即應(yīng)力集中區(qū)4對(duì)應(yīng)的應(yīng)變膜3的厚度低于應(yīng)變膜3其他部分的厚度，使得整個(gè)壓力傳感器工作時(shí)的應(yīng)力會(huì)集中在應(yīng)力集中區(qū)4，從而會(huì)提高檢測(cè)的靈敏度。應(yīng)變膜3貼合在硅基底I上后，通過真空腔5能保證壓力傳感器在工作時(shí)檢測(cè)到的壓力為絕對(duì)壓力值。為了能夠形成惠斯通電橋，在應(yīng)變膜3上設(shè)置四組均勻分布的應(yīng)變電阻6，所述應(yīng)變電阻6通過金屬電極10連接后形成惠斯通電橋，通過惠斯通電橋能夠感應(yīng)壓力的變化。
[0042]所述應(yīng)變電阻6的外側(cè)設(shè)置有離子注入導(dǎo)線7，所述離子注入導(dǎo)線7通過金屬連接導(dǎo)線11與金屬電極10電連接，以將應(yīng)變膜3上的應(yīng)變電阻6連接形成惠斯通電橋；金屬電極10與金屬連接導(dǎo)線11為同一工藝制造層。
[0043]為了能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)變電阻6與金屬電極10之間的電連接，本發(fā)明實(shí)施例中，在應(yīng)變膜3內(nèi)還設(shè)置有離子注入導(dǎo)線7，所述離子注入導(dǎo)線7分布于每組應(yīng)變電阻6的外側(cè)，金屬電極10通過同一工藝制造層的金屬連接導(dǎo)線11與離子注入導(dǎo)線7接觸電連接，從而能夠使得金屬電極10與應(yīng)變電阻6對(duì)應(yīng)電連接。當(dāng)應(yīng)變膜3上的應(yīng)變電阻6與對(duì)應(yīng)的金屬電極10電連接后，能夠在應(yīng)變膜3上得到惠斯通電橋。
[0044]所述金屬電極10與保護(hù)層9之間設(shè)置有接觸層8，所述保護(hù)層9支撐在應(yīng)變膜3上，保護(hù)層9以及金屬連接導(dǎo)線11上覆蓋有鈍化層12。
[0045]本發(fā)明實(shí)施例中，金屬電極10以及金屬連接導(dǎo)線11的材料采用鋁銅合金或鋁硅銅合金，為了防止硅鋁互熔，在金屬電極10與保護(hù)層9之間設(shè)置接觸層8，且金屬連接導(dǎo)線11與離子注入導(dǎo)線7間間隔有接觸層8，接觸層8采用TiN層，接觸層8的厚度為
0.05 μ πΓθ.5 μ m,保護(hù)層9為氧化娃層。鈍化層12為氮化娃層。
[0046]所述硅基底I內(nèi)的上部設(shè)有凹槽13，在所述凹槽13的側(cè)壁、底壁以及硅基底I的表面上均設(shè)置有鍵合層2 ;應(yīng)變膜3與鍵合層2硅硅鍵合，以使得應(yīng)變膜3貼合在硅基底I上，應(yīng)變膜3將凹槽13密封形成真空腔5。
[0047]為了能夠形成真空腔5以及能讓應(yīng)變膜3貼合在硅基底I上，本發(fā)明實(shí)施例中，硅基底I內(nèi)的上部設(shè)置凹槽13，通過熱氧化在硅基底I上新村鍵合層2，鍵合層2為氧化硅層。硅基底I通過鍵合層2與應(yīng)變膜3硅硅鍵合，應(yīng)變膜3通過硅硅鍵合后固定在硅基底I上后，應(yīng)變膜3將凹槽13密封，以形成所需的真空腔5。
[0048]如圖5?圖21所示，上述結(jié)構(gòu)的高靈敏度硅壓阻壓力傳感器可以通過下述步驟制備得到，具體地，包括如下步驟:
a、提供上部具有凹槽13的硅基底I，所述硅基底I上貼合應(yīng)變膜3，以通過應(yīng)變膜3將硅基底I內(nèi)的凹槽13密封形成真空腔5 ；
具體地，所述步驟a包括如下步驟:
al、提供具有兩個(gè)相對(duì)主面的硅基底1，所述兩個(gè)主面包括第一主面18以及第二主面19 ;在硅基底I的第一主面18上刻蝕得到凹槽13 ；
如圖5和圖6所示，硅基底I的厚度為300 μ πΓ800 μ m,利用干法或濕法刻蝕，在硅基底I內(nèi)的上部刻蝕盲孔，以得到凹槽13，所述凹槽13的深度為5 μ πΓ?ΟΟ μ m,寬度為100 μ m，凹槽13位于硅基底I的中心區(qū)。
[0049]a2、在上述硅基底I的第一主面18上熱氧化得到鍵合層2，所述鍵合層2覆蓋凹槽13的側(cè)壁、底壁以及硅基底I的第一主面18 ；
如圖7所示，通過熱氧化的方式，在硅基底I的第一主面18上得到鍵合層2，鍵合層2為0.5 μ πΓ2 μ m的氧化硅層，在具體實(shí)施時(shí)，硅基底I的第二主面上也會(huì)存在鍵合層2，通過鍵合層2能夠?qū)崿F(xiàn)硅基底I與后續(xù)的應(yīng)變膜硅基進(jìn)行硅硅鍵合。
[0050]a3、提供應(yīng)變膜硅基14，并將所述應(yīng)變膜硅基14與鍵合層2通過硅硅鍵合，以使得應(yīng)變膜硅基14貼合在硅基底I上；硅基底I內(nèi)的凹槽13通過應(yīng)變膜硅基13密封后形成真空腔5 ;
如圖8和圖9所示，應(yīng)變膜硅基14可以為N型或P型硅，應(yīng)變膜硅基14的厚度無具體厚度要求，只需負(fù)荷能與硅基底I進(jìn)行硅硅鍵合即可。應(yīng)變膜硅基14通過與鍵合層2硅硅鍵合工藝過程中，能夠保證凹槽13形成真空腔5。
[0051]a4、將上述應(yīng)變膜硅基14進(jìn)行減薄，以在硅基底I上形成所需的應(yīng)變膜3。
[0052]如圖10所示，將應(yīng)變膜硅基14進(jìn)行減薄，形成應(yīng)變膜3，應(yīng)變膜硅基14減薄的厚度在具體實(shí)施時(shí)壓力傳感器的量程決定，對(duì)應(yīng)變膜硅基14減薄的方法可以采用本【技術(shù)領(lǐng)域】常用的減薄方法，具體不再贅述。
[0053]b、在上述應(yīng)變膜3上進(jìn)行離子注入，以形成若干應(yīng)變電阻區(qū)20，所述應(yīng)變電阻區(qū)20位于真空腔5的上方；
如圖11所示，通過應(yīng)變電阻區(qū)20能在高溫退火后形成應(yīng)變電阻6，形成的應(yīng)變電阻6一般的方塊電阻為150到250歐姆，注入的離子濃度、工藝條件根據(jù)需要，應(yīng)變電阻6的阻值在4000到6000歐姆左右。
[0054]C、在上述應(yīng)變膜3上再次進(jìn)行離子注入，以形成注入導(dǎo)線區(qū)21，所述注入導(dǎo)線區(qū)21與應(yīng)變電阻區(qū)20相接觸；
如圖12所示，注入導(dǎo)線區(qū)21的離子濃度高于上述應(yīng)變電阻區(qū)20的離子注入濃度，注入導(dǎo)線區(qū)21注入的離子類型與應(yīng)變電阻區(qū)20的離子類型一致，但注入導(dǎo)線區(qū)21注入的離子濃度為應(yīng)變電阻區(qū)20的離子濃度的10倍以上。通過對(duì)注入導(dǎo)線區(qū)21進(jìn)行高溫退火后，能夠形成離子注入導(dǎo)線7。
[0055]d、將上述形成注入導(dǎo)線區(qū)21的應(yīng)變膜3及硅基底I進(jìn)行退火，以在應(yīng)變膜3上形成離子注入導(dǎo)線7以及用于形成惠斯通電橋橋臂的應(yīng)變電阻6，離子注入導(dǎo)線7與相對(duì)應(yīng)的應(yīng)變電阻6接觸；
如圖13所示，對(duì)應(yīng)變膜3以及硅基底I進(jìn)行退火的溫度為900°C?1100°C，進(jìn)行高溫退火以將注入的離子擴(kuò)散到應(yīng)變膜3中，最終形成應(yīng)變電阻6以及離子注入導(dǎo)線7，離子注入導(dǎo)線7位于應(yīng)變電阻6的外圈，離子注入導(dǎo)線7與應(yīng)變電阻6的邊緣區(qū)域相交，保證離子注入導(dǎo)線7與應(yīng)變電阻6之間的導(dǎo)通性能。應(yīng)變電阻6位于真空腔5的上方，離子注入導(dǎo)線7有部分位于真空腔5的外側(cè)。應(yīng)變膜3上的應(yīng)變電阻6能夠用于形成惠斯通電橋的四個(gè)橋臂，應(yīng)變電阻6通過離子注入導(dǎo)線7能夠方便應(yīng)變電阻6的連接。
[0056]e、在上述應(yīng)變膜3的上方淀積保護(hù)層9，所述保護(hù)層9覆蓋在應(yīng)變膜3、離子注入導(dǎo)線7以及應(yīng)變電阻6上； 如圖14所示，保護(hù)層9為氧化硅層，所述保護(hù)層9的厚度為0.1 μ πΓ? μ m。通過保護(hù)層9能夠保護(hù)應(yīng)變電阻6以及離子注入導(dǎo)線7。
[0057]f、選擇性地掩蔽和刻蝕上述保護(hù)層9，以在離子注入導(dǎo)線7的上方形成貫通保護(hù)層9的窗口 15,所述窗口 15位于真空腔5的外側(cè)；
如圖15所示，對(duì)保護(hù)層9進(jìn)行選擇性地刻蝕后，得到貫通所述保護(hù)層8并位于離子注入導(dǎo)線7上方的窗口 15，所述窗口 15位于離子注入導(dǎo)線7對(duì)應(yīng)遠(yuǎn)離應(yīng)變電阻6的一側(cè)，SP窗口 15遠(yuǎn)尚應(yīng)變電阻6。
[0058]g、在上述保護(hù)層9上設(shè)置接觸膜層16，所述接觸膜層16覆蓋在保護(hù)層9上，并覆蓋窗口 15的側(cè)壁及底壁；
如圖16所示，在上述保護(hù)層9上濺射接觸膜層16，接觸膜層16的材料為TiN，接觸膜層16的厚度為0.05 μ πΓθ.5 μ m,通過接觸膜層16能夠形成接觸層8 ;在濺射接觸膜層16時(shí)，所述接觸膜層16也會(huì)填充在窗口 15內(nèi)，即會(huì)覆蓋窗口 15的側(cè)壁以及底壁，接觸膜層16的填充厚度要小于窗口 15的深度，以留出允許金屬層17嵌置的空間。
[0059]h、在上述接觸膜層16上設(shè)置金屬層17，所述金屬層17通過接觸膜層16與保護(hù)層9相隔尚；
如圖17所示，在接觸膜層16上濺射金屬材料，得到金屬層17，所述金屬層17的材料為鋁銅或鋁硅銅合金，金屬層17的厚度為I μ πΓ4 μ m。在得到金屬層17后，金屬層17能填充在窗口 15內(nèi)并覆蓋在接觸膜層16上。
[0060]1、選擇性地掩蔽和刻蝕上述金屬層17，以去除真空腔5正上方對(duì)應(yīng)的金屬層17以及接觸膜層16，以在應(yīng)變膜3上得到接觸層8以及金屬導(dǎo)體22 ;金屬導(dǎo)體22通過接觸層8與保護(hù)層9隔離，且金屬導(dǎo)體22通過接觸層8與離子注入導(dǎo)線7電連接；
如圖18所示，在用干法或濕法刻蝕金屬層17時(shí)，需要將金屬層17下方的接觸膜層16同時(shí)刻蝕去除，在去除真空腔5正上方對(duì)應(yīng)的接觸膜層16后，得到接觸層8，在對(duì)金屬層17刻蝕后，能得到金屬導(dǎo)體22。金屬導(dǎo)體22通過接觸層8與下方的保護(hù)層9相間隔，金屬導(dǎo)體22通過接觸層8與離子注入導(dǎo)線7相接觸。本發(fā)明實(shí)施例中，金屬導(dǎo)體22與接觸層8均位于真空腔5的外側(cè)。
[0061]j、在上述應(yīng)變膜3的上方淀積鈍化層12，所述鈍化層12覆蓋在金屬導(dǎo)體22、接觸層8以及保護(hù)層9上；
如圖19所示，鈍化層12為氮化硅層，鈍化層的厚度為0.ΙμπΓΟ.5μπι，鈍化層11同時(shí)會(huì)覆蓋在金屬導(dǎo)體22、接觸層8以及保護(hù)層9，以對(duì)金屬導(dǎo)體22、接觸層8以及保護(hù)層9進(jìn)行保護(hù)。在淀積鈍化層12后，需要進(jìn)行退火處理，退火溫度為700°C到800°C左右，進(jìn)行退火以固化氮化硅，消除氮化硅層薄膜的應(yīng)力，能讓金屬導(dǎo)體22內(nèi)結(jié)合的更為緊密。
[0062]k、選擇性地掩蔽和刻蝕鈍化層12，并刻蝕真空腔5中心區(qū)上方的保護(hù)層9及應(yīng)變膜3，以在金屬導(dǎo)體22的上方形成貫通鈍化層12的電極窗口，并在真空腔5的上方形成應(yīng)力集中區(qū)4，應(yīng)變電阻6位于應(yīng)力集中區(qū)4的外圈。
[0063]如圖20和圖21所示，采用干法刻蝕鈍化層12，在金屬導(dǎo)體22的上方形成貫通鈍化層12的電極窗口，本發(fā)明實(shí)施例中，與電極窗口相對(duì)應(yīng)的金屬導(dǎo)體22形成金屬電極10,被鈍化層12覆蓋的金屬導(dǎo)體22部分形成金屬連接導(dǎo)線11，金屬電極10用于與外部進(jìn)行連接，金屬電極10以及金屬連接導(dǎo)線11均與接觸層8接觸，金屬連接導(dǎo)線11位于窗口 15內(nèi)的部分通過接觸層8與離子注入導(dǎo)線7電連接。
[0064]為了能夠形成應(yīng)力集中區(qū)4，在刻蝕鈍化層12時(shí)，需要對(duì)真空腔5中心區(qū)上方的保護(hù)層9以及應(yīng)變膜3進(jìn)行對(duì)應(yīng)刻蝕，即將真空腔5上方相對(duì)應(yīng)的保護(hù)層9刻蝕掉，將應(yīng)變膜3相對(duì)應(yīng)的區(qū)域變薄，應(yīng)變膜3內(nèi)的應(yīng)力集中區(qū)4的厚度由壓力傳感器的量程決定，應(yīng)力集中區(qū)4的寬度小于真空腔5的寬度，即在真空腔5的正上方依然具有保護(hù)層9及應(yīng)變膜3。
[0065]如圖f圖21所示:工作時(shí)，應(yīng)變膜3感受到壓力后產(chǎn)生應(yīng)力，由于應(yīng)力集中區(qū)4的厚度較薄，因此應(yīng)力從應(yīng)力集中區(qū)4集中到應(yīng)變膜3的應(yīng)變電阻6所在的區(qū)域,應(yīng)變電阻6的阻值產(chǎn)生變化，由應(yīng)變電阻6組成的惠斯通電橋會(huì)將電阻的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，輸出的電信號(hào)與受到的壓力成線性關(guān)系，由此能夠完成壓力的檢測(cè)。
[0066]本發(fā)明真空腔5通過刻蝕硅基底I，然后將硅基底I與應(yīng)變膜硅基14硅硅鍵合形成，應(yīng)變膜3通過減薄應(yīng)變膜硅基14得到，降低了硅硅鍵合后減薄工藝的難度，應(yīng)變電阻6通過離子注入工藝形成，鈍化層12和保護(hù)層9保護(hù)了下方的應(yīng)變電阻6以及離子注入導(dǎo)線7，提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性。通過在應(yīng)變膜3內(nèi)設(shè)置應(yīng)力集中區(qū)4，從而使應(yīng)力從應(yīng)力集中區(qū)4到應(yīng)變膜3上，增大應(yīng)變電阻6的阻值變化，從而通過刻蝕應(yīng)變膜3形成應(yīng)力集中區(qū)4的方法提高了應(yīng)變膜3在相同厚度下的靈敏度，降低了工藝難度，方法簡(jiǎn)單，提高了產(chǎn)品的良率和可靠性。
【權(quán)利要求】
1.一種高靈敏度硅壓阻壓力傳感器，包括硅基底(I);其特征是:所述硅基底(I)上貼合有應(yīng)變膜(3)，且應(yīng)變膜(3)將硅基底(I)內(nèi)的上部密封形成真空腔(5);應(yīng)變膜(3)的中心區(qū)凹設(shè)有應(yīng)力集中區(qū)(4)，所述應(yīng)力集中區(qū)(4)位于真空腔(5)的正上方；應(yīng)變膜(3)上設(shè)置用于形成惠斯通電橋橋臂的應(yīng)變電阻(6)，所述應(yīng)變電阻(6)位于應(yīng)力集中區(qū)(4)的外圈且位于真空腔(5)的上方；應(yīng)變膜(3)上的應(yīng)變電阻(6)通過應(yīng)變膜(3)上方的金屬電極(10)電連接后形成惠斯通電橋；金屬電極(10)與應(yīng)變膜(3)間通過保護(hù)層(9)相隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏度硅壓阻壓力傳感器，其特征是:所述應(yīng)變電阻(6)的外側(cè)設(shè)置有離子注入導(dǎo)線(7)，所述離子注入導(dǎo)線(7)通過金屬連接導(dǎo)線(11)與金屬電極(10)電連接，以將應(yīng)變膜(3)上的應(yīng)變電阻(6)連接形成惠斯通電橋；金屬電極(10)與金屬連接導(dǎo)線(11)為同一工藝制造層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高靈敏度硅壓阻壓力傳感器，其特征是:所述金屬電極(10)與保護(hù)層(9)之間設(shè)置有接觸層(8)，所述保護(hù)層(9)支撐在應(yīng)變膜(3)上，保護(hù)層(9)以及金屬連接導(dǎo)線(11)上覆蓋有鈍化層(12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏度硅壓阻壓力傳感器，其特征是:所述硅基底(I)內(nèi)的上部設(shè)有凹槽(13)，在所述凹槽(13)的側(cè)壁、底壁以及硅基底(I)的表面上均設(shè)置有鍵合層(2);應(yīng)變膜(3)與鍵合層(2)硅硅鍵合，以使得應(yīng)變膜(3)貼合在硅基底(I)上，應(yīng)變膜(3)將凹槽(13)密封形成真空腔(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高靈敏度硅壓阻壓力傳感器，其特征是:所述接觸層(8)為TiN層，接觸層(8)的厚度為0.05 μ πΓΟ.5 μ m，保護(hù)層(9)為氧化硅層，鈍化層(12)為氮化娃層。
6.一種高靈敏度硅壓阻壓力傳感器的制備方法，其特征是，所述壓力傳感器的制備方法包括如下步驟: (a)、提供上部具有凹槽(13)的硅基底(1)，所述硅基底(I)上貼合應(yīng)變膜(3)，以通過應(yīng)變膜(3)將硅基底(I)內(nèi)的凹槽(13)密封形成真空腔(5)； (b)、在上述應(yīng)變膜(3)上進(jìn)行離子注入，以形成若干應(yīng)變電阻區(qū)(20)，所述應(yīng)變電阻區(qū)(20)位于真空腔(5)的上方； (C)、在上述應(yīng)變膜(3)上再次進(jìn)行離子注入，以形成注入導(dǎo)線區(qū)(21)，所述注入導(dǎo)線區(qū)(21)與應(yīng)變電阻區(qū)(20)相接觸； (d)、將上述形成注入導(dǎo)線區(qū)(21)的應(yīng)變膜(3)及硅基底(I)進(jìn)行退火，以在應(yīng)變膜(3)上形成離子注入導(dǎo)線(7)以及用于形成惠斯通電橋橋臂的應(yīng)變電阻(6)，離子注入導(dǎo)線(7)與相對(duì)應(yīng)的應(yīng)變電阻(6)接觸； (e)、在上述應(yīng)變膜(3)的上方淀積保護(hù)層(9)，所述保護(hù)層(9)覆蓋在應(yīng)變膜(3)、離子注入導(dǎo)線(7)以及應(yīng)變電阻(6)上； (f)、選擇性地掩蔽和刻蝕上述保護(hù)層(9)，以在離子注入導(dǎo)線(7)的上方形成貫通保護(hù)層(9)的窗口(15)，所述窗口(15)位于真空腔(5)的外側(cè)； (g)、在上述保護(hù)層(9)上設(shè)置接觸膜層(16)，所述接觸膜層(16)覆蓋在保護(hù)層(9)上，并覆蓋窗口(15)的側(cè)壁及底壁； (h)、在上述接觸膜層(16)上設(shè)置金屬層(17)，所述金屬層(17)通過接觸膜層(16)與保護(hù)層(9)相隔離； (i)、選擇性地掩蔽和刻蝕上述金屬層(17)，以去除真空腔(5)正上方對(duì)應(yīng)的金屬層(17)以及接觸膜層(16)，以在應(yīng)變膜(3)上得到接觸層(8)以及金屬導(dǎo)體(22);金屬導(dǎo)體(22)通過接觸層(8)與保護(hù)層(9)隔離，且金屬導(dǎo)體(22)通過接觸層(8)與離子注入導(dǎo)線(7)電連接； (j)、在上述應(yīng)變膜(3)的上方淀積鈍化層(12)，所述鈍化層(12)覆蓋在金屬導(dǎo)體(22)、接觸層(8)以及保護(hù)層(9)上； (k)、選擇性地掩蔽和刻蝕鈍化層(12)，并刻蝕真空腔(5)中心區(qū)上方的保護(hù)層(9)及應(yīng)變膜(3)，以在金屬導(dǎo)體(22)的上方形成貫通鈍化層(12)的電極窗口，并在真空腔(5)的上方形成應(yīng)力集中區(qū)(4)，應(yīng)變電阻(6)位于應(yīng)力集中區(qū)(4)的外圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述高靈敏度硅壓阻壓力傳感器的制備方法，其特征是，所述步驟(a)包括如下步驟: (al )、提供具有兩個(gè)相對(duì)主面的硅基底(I )，所述兩個(gè)主面包括第一主面(18)以及第二主面(19);在硅基底(I)的第一主面(18)上刻蝕得到凹槽(13)； (a2 )、在上述硅基底(I)的第一主面(18 )上熱氧化得到鍵合層(2 )，所述鍵合層(2 )覆蓋凹槽(13)的側(cè)壁、底壁以及硅基底(I)的第一主面(18)； (a3)、提供應(yīng)變膜硅基(14)，并將所述應(yīng)變膜硅基(14)與鍵合層(2)通過硅硅鍵合，以使得應(yīng)變膜硅基(14)貼合在硅基底(I)上；硅基底(I)內(nèi)的凹槽(13)通過應(yīng)變膜硅基(13)密封后形成真空腔(5)； (a4 )、將上述應(yīng)變膜硅基(14 )進(jìn)行減薄，以在硅基底(I)上形成所需的應(yīng)變膜(3 )。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述高靈敏度硅壓阻壓力傳感器的制備方法，其特征是，所述保護(hù)層(9)為氧化硅層，所述保護(hù)層(9)的厚度為0.1 μ πΓ? μ m。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述高靈敏度硅壓阻壓力傳感器的制備方法，其特征是，所述步驟Cd)中，退火的溫度為900°C?1100°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述高靈敏度硅壓阻壓力傳感器的制備方法，其特征是，所述金屬層(17)的材料為鋁銅或鋁硅銅合金，金屬層(17)的厚度為I μ πΓ4 μ m。
【文檔編號(hào)】G01L9/04GK104296899SQ201410510901
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】繆建民 申請(qǐng)人:繆建民