專利名稱：一種mems壓力敏感芯片及其制作方法
技術領域：
本發明涉及微電子機械系統(MEMS)壓力傳感器領域，具體為一種MEMS壓力敏感芯片，本發明還涉及該芯片的制作方法。
背景技術：
基于微電子機械系統(MEMS)的微機械敏感器件以其體積小、成本低、結構簡單、可 與處理電路集成等優點得到廣泛應用和迅速發展。MEMS壓力傳感器，是微電子機械系統(MEMS)中最早的商業產品，由于MEMS壓力敏 感芯片具有輸出信號大、信號處理簡單等優點，已經得到了越來越廣泛的應用，目前市場上 的MEMS壓力敏感芯片，其包括MEMS相對壓力敏感芯片、MEMS絕對壓力敏感芯片，其中MEMS 絕對壓力敏感芯片以真空做為基準，傳感器內封裝了一個真空腔，以這個真空腔里的真空 為基準；MEMS相對壓力敏感芯片底部的空腔可連通有一定壓力的的接口，將該有一定壓力 的接口作為基準。目前壓力敏感芯片主要采用硅-玻璃鍵合的芯片，然而由于硅和玻璃的膨脹系數 不匹配，受壓力時其變形量不同，易造成壓力敏感芯片的不穩定，從而導致其誤差大、精度 低。
發明內容
針對上述問題，本發明提供了一種MEMS壓力敏感芯片，其能有效提高芯片的穩定 性，其誤差小、精度高。其技術方案是這樣的
一種MEMS壓力敏感芯片，其包括硅片、基底、敏感電阻排布區、敏感電阻排布區外部電 氣連接件，其特征在于所述基底具體為襯底硅片，所述襯底硅片的上表面和下表面的中心 部分均開有淺槽，所述襯底硅片的上表面為二氧化硅(SiO2)的氧化層，所述硅片的底面鍵 合于所述襯底硅片的上表面。其進一步特征在于
所述硅片的正面排布有敏感電阻排布區、敏感電阻排布區外部電氣連接件； 所述敏感電阻排布區內包括壓敏電阻、P+連接、金屬引線；
所述MEMS壓力敏感芯片為MEMS相對壓力敏感芯片，所述相對壓力敏感芯片其通氣孔 貫穿所述襯底硅片；
所述通氣孔位于所述淺槽的中心位置。MEMS壓力敏感芯片的制作方法，其包括硅片、敏感電阻、P+連接和金屬引線，其特 征在于在襯底硅片雙面光刻腐蝕出淺槽后，將硅片的底面和襯底硅片上表面鍵合在一起， 通過對硅片進行減薄、拋光后得到由理論分析確定的薄膜，之后通過離子注入工藝形成敏 感電阻、P+連接，進而完成所述硅片的正面的金屬引線、電氣連接。其進一步特征在于MEMS壓力敏感芯片為MEMS絕對壓力敏感芯片，其具體工藝步驟如下
(1)根據壓力傳感器量程及芯片尺寸的要求進行理論分析，在硅片上確定壓力敏感膜 的尺寸及壓力敏感膜上最大的線性應力區，布置敏感電阻排布區，制作光刻版；
(2)在襯底硅片雙面生長二氧化硅(SiO2)的氧化層；
(3)利用雙面光刻在襯底硅片雙面腐蝕出淺槽，淺槽深度為5μ πΓΙΟ μ m，其中一面的淺 槽作為壓力傳感器背腔，另一面的淺槽作為后續光刻工藝對準的標記；
(4)在襯底硅片上表面生長二氧化硅(SiO2)的氧化層，將硅片的底面和襯底硅片上表 面鍵合在一起；
(5)對硅片進行減薄、拋光后得到由理論分析確定的薄膜厚度；
(6)在硅片的正面生長二氧化硅(SiO2)的氧化層，采用離子注入工藝分別在敏感電阻 排布區注入形成敏感電阻、P+連接；
(7)采用低壓化學氣相淀積(LPCVD)工藝在硅片的正面淀積氮化硅層，在硅片的正面光 刻引線孔；
(8 )淀積金屬并反刻，然后進行合金化，生成金屬引線，進而完成芯片的電氣連接。MEMS壓力敏感芯片為MEMS相對壓力敏感芯片，其具體工藝步驟如下
(1)根據壓力傳感器量程及芯片尺寸的要求進行理論分析，在硅片上確定壓力敏感膜 的尺寸及壓力敏感膜上最大的線性應力區，布置敏感電阻排布區，制作光刻版；
(2)在襯底硅片雙面生長二氧化硅(SiO2)的氧化層；
(3)利用雙面光刻在襯底硅片雙面腐蝕出淺槽，淺槽深度為5 10μπι，其中一面的淺槽 作為壓力傳感器背腔，另一面的淺槽作為后續光刻工藝對準的標記；
(4)利用各向異性腐蝕在襯底硅片上表面腐蝕出通氣孔的上半部分；
(5 )在襯底硅片上表面生長二氧化硅(SiO2)的氧化層，將硅片的底面和襯底硅片上表 面鍵合在一起；
(6)對硅片進行減薄、拋光后得到由理論分析確定的薄膜厚度；
(7)在襯底硅片的下表面、硅片的正面生長二氧化硅(SiO2)的氧化層，采用離子注入工 藝分別在敏感電阻排布區注入形成敏感電阻、P+連接；
(8)采用低壓化學氣相淀積(LPCVD)工藝在襯底硅片的下表面和硅片的正面淀積氮化 硅層，在硅片的正面光刻引線孔；
(9 )淀積金屬并反刻，然后進行合金化，生成金屬引線，進而完成芯片的電氣連接； (10)對硅片的正面保護，襯底硅片的下表面進行通氣孔下半部分的腐蝕，最后利用干 法刻蝕將襯底硅片的下表面的氮化硅層、二氧化硅(SiO2)的氧化層去除。在本發明中，由于硅片的底面鍵合于所述襯底硅片的上表面，故上層硅片和底部 的襯底硅片的材質均為硅，受力時，由于其膨脹系數相同，進而其變形量相同，故其能有效 提高芯片的穩定性，其誤差小、精度高。此外，由于在制作方法中，通過對硅片進行減薄、拋光的方式控制薄膜的厚度，能 夠使得薄膜的厚度均勻，使得壓力的傳導的精度更高。
圖1是MEMS絕對壓力敏感芯片主視圖的結構示意2是MEMS絕對壓力敏感芯片的制作工藝流程圖； 圖3是MEMS相對壓力敏感芯片主視圖的結構示意圖；圖4是MEMS相對壓力敏感芯片的制作工藝流程圖。
具體實施例方式具體實施例一 MEMS絕對壓力敏感芯片
其結構見圖1 其包括硅片1、基底、敏感電阻排布區、敏感電阻排布區外部電氣連接 件，基底具體為襯底硅片2，襯底硅片2的上表面和下表面的中心部分均開有淺槽3，襯底硅 片2的上表面為SiO2的氧化層4，硅片1的底面鍵合于襯底硅片2的上表面 ’硅片1的正面 排布有敏感電阻排布區、敏感電阻排布區外部電氣連接件；敏感電阻排布區內包括壓敏電 阻5、P+連接6、金屬引線8。其制作工藝流程見圖2:
其具體步驟為(1)根據壓力傳感器量程及芯片尺寸的要求進行理論分析，在硅片1上 確定壓力敏感膜的尺寸及壓力敏感膜上最大的線性應力區，布置敏感電阻排布區，制作光 刻版；
(2)在襯底硅片2雙面生長二氧化硅(SiO2)的氧化層7；
(3)利用雙面光刻在襯底硅片2雙面腐蝕出淺槽3，淺槽3深度為5μ m，其中一面的淺 槽3作為壓力傳感器背腔，另一面的淺槽3作為鍵合對準的標記；
(4)在襯底硅片2上表面生長二氧化硅(SiO2)的氧化層4，將硅片1的底面和襯底硅片 2上表面鍵合在一起；
(5)對硅片1進行減薄、拋光后得到由理論分析確定的薄膜厚度；
(6)在硅片1的正面生長二氧化硅(SiO2)的氧化層9，采用離子注入工藝離子分別在敏 感電阻排布區注入形成敏感電阻5、P+連接6 ；
(7)采用低壓化學氣相淀積(LPCVD)工藝在硅片1的正面淀積氮化硅層10，在硅片1的 正面光刻引線孔11 ；
(8 )淀積金屬并反刻鋁，然后進行合金化，生成金屬引線8，進而完成芯片的電氣連接。具體實施例二 MEMS相對壓力敏感芯片
其結構見圖3 其包括硅片1、基底、敏感電阻排布區、敏感電阻排布區外部電氣連接 件，基底具體為襯底硅片2，襯底硅片2的上表面和下表面的中心部分均開有淺槽3，襯底硅 片2的上表面為SiO2的氧化層4，硅片1的底面鍵合于襯底硅片2的上表面 ’硅片1的正面 排布有敏感電阻排布區、敏感電阻排布區外部電氣連接件；敏感電阻排布區內包括壓敏電 阻5、P+連接6、金屬引線8 ；通氣孔12貫穿襯底硅片2 ；通氣孔12位于淺槽3的中心位置。其制作工藝流程見圖4: 其具體步驟為
(1)根據壓力傳感器量程及芯片尺寸的要求進行理論分析，在硅片1上確定壓力敏感 膜的尺寸及壓力敏感膜上最大的線性應力區，布置敏感電阻排布區，制作光刻版；
(2)在襯底硅片2雙面生長二氧化硅(SiO2)的氧化層7；
(3)利用雙面光刻在襯底硅片2雙面腐蝕出淺槽3，淺槽3深度為10μ m，其中一面的淺 槽3作為壓力傳感器背腔，另一面的淺槽3作為鍵合對準的標記；(4)利用各向異性腐蝕在襯底硅片2上表面腐蝕出通氣孔12的上半部分；
(5)在襯底硅片2上表面生長二氧化硅(SiO2)的氧化層4，將硅片1的底面和襯底硅片2上表面鍵合在一起；
(6)對硅片1進行減薄、拋光后得到由理論分析確定的薄膜厚度；
(7)在襯底硅片2的下表面、硅片1的正面生長二氧化硅(SiO2)的氧化層9，采用離子 注入工藝離子分別在敏感電阻排布區注入形成敏感電阻5、P+連接6 ；
(8)采用低壓化學氣相淀積(LPCVD)工藝在襯底硅片2的下表面和硅片1的正面淀積 氮化硅層10，在硅片1的正面光刻引線孔11 ；
(9 )淀積金屬并反刻鋁，然后進行合金化，生成金屬引線8，進而完成芯片的電氣連接； (10)對硅片1的正面保護，襯底硅片2的下表面進行通氣孔12下半部分的腐蝕，最后 利用干法刻蝕將襯底硅片2的下表面的氮化硅層10、二氧化硅(SiO2)的氧化層9去除。
權利要求
一種MEMS壓力敏感芯片，其包括硅片、基底、敏感電阻排布區、敏感電阻排布區外部電氣連接件，其特征在于所述基底具體為襯底硅片，所述襯底硅片的上表面和下表面的中心部分均開有淺槽，所述襯底硅片的上表面為二氧化硅(SiO2)的氧化層，所述硅片的底面鍵合于所述襯底硅片的上表面。
2.根據權利要求1所述的一種MEMS壓力敏感芯片，其特征在于所述硅片的正面排布 有敏感電阻排布區、敏感電阻排布區外部電氣連接件。
3.根據權利要求1或2所述的一種MEMS壓力敏感芯片，其特征在于所述敏感電阻排 布區內包括壓敏電阻、P+連接、金屬引線。
4.根據權利要求1所述的一種MEMS壓力敏感芯片，其特征在于所述MEMS壓力敏感 芯片為MEMS相對壓力敏感芯片，所述相對壓力敏感芯片其通氣孔貫穿所述襯底硅片。
5.根據權利要求4所述的一種MEMS壓力敏感芯片，其特征在于所述通氣孔位于所述 淺槽的中心位置。
6.MEMS壓力敏感芯片的制作方法，其包括硅片、敏感電阻、P+連接和金屬引線，其特征 在于在襯底硅片雙面光刻腐蝕出淺槽后，將硅片的底面和襯底硅片上表面鍵合在一起，通 過對硅片進行減薄、拋光后得到由理論分析確定的薄膜，之后通過離子注入工藝形成敏感 電阻、P+連接，進而完成所述硅片的正面的金屬引線、電氣連接。
7.根據權利要求6所述的MEMS壓力敏感芯片的制作方法，其特征在于MEMS壓力敏感芯片為MEMS絕對壓力敏感芯片，其具體工藝步驟如下(1)根據壓力傳感器量程及芯片尺寸的要求進行理論分析，在硅片上確定壓力敏感膜 的尺寸及壓力敏感膜上最大的線性應力區，布置敏感電阻排布區，制作光刻版；(2)在襯底硅片雙面生長二氧化硅(Si02)的氧化層；(3)利用雙面光刻在襯底硅片雙面腐蝕出淺槽，淺槽深度為5u nTlO u m，其中一面的淺 槽作為壓力傳感器背腔，另一面的淺槽作為后續光刻工藝對準的標記；(4)在襯底硅片上表面生長二氧化硅(Si02)的氧化層，將硅片的底面和襯底硅片上表 面鍵合在一起；(5)對硅片進行減薄、拋光后得到由理論分析確定的薄膜厚度；(6)在硅片的正面生長二氧化硅(Si02)的氧化層，采用離子注入工藝分別在敏感電阻 排布區注入形成敏感電阻、P+連接；(7)采用低壓化學氣相淀積(LPCVD)工藝在硅片的正面淀積氮化硅層，在硅片的正面光 刻引線孔；(8 )淀積金屬并反刻，然后進行合金化，生成金屬引線，進而完成芯片的電氣連接。
8.根據權利要求6所述的MEMS壓力敏感芯片的制作方法，其特征在于MEMS壓力敏感芯片為MEMS相對壓力敏感芯片，其具體工藝步驟如下(1)根據壓力傳感器量程及芯片尺寸的要求進行理論分析，在硅片上確定壓力敏感膜 的尺寸及壓力敏感膜上最大的線性應力區，布置敏感電阻排布區，制作光刻版；(2)在襯底硅片雙面生長二氧化硅(Si02)的氧化層；(3)利用雙面光刻在襯底硅片雙面腐蝕出淺槽，淺槽深度為SlOym，其中一面的淺槽 作為壓力傳感器背腔，另一面的淺槽作為后續光刻工藝對準的標記；(4)利用各向異性腐蝕在襯底硅片上表面腐蝕出通氣孔的上半部分；(5)在襯底硅片上表面生長二氧化硅(Si02)的氧化層，將硅片的底面和襯底硅片上表 面鍵合在一起；(6)對硅片進行減薄、拋光后得到由理論分析確定的薄膜厚度；(7)在襯底硅片的下表面、硅片的正面生長二氧化硅(Si02)的氧化層，采用離子注入工 藝分別在敏感電阻排布區注入形成敏感電阻、P+連接；(8)采用低壓化學氣相淀積(LPCVD)工藝在襯底硅片的下表面和硅片的正面淀積氮化 硅層，在硅片的正面光刻引線孔；(9 )淀積金屬并反刻，然后進行合金化，生成金屬引線，進而完成芯片的電氣連接； (10)對硅片的正面保護，襯底硅片的下表面進行通氣孔下半部分的腐蝕，最后利用干 法刻蝕將襯底硅片的下表面的氮化硅層、二氧化硅(Si02)的氧化層去除。
全文摘要
本發明提供了一種MEMS壓力敏感芯片。其能有效提高芯片的穩定性，其誤差小、精度高。其包括硅片、基底、敏感電阻排布區、敏感電阻排布區外部電氣連接件，其特征在于所述基底具體為襯底硅片，所述襯底硅片的上表面和下表面的中心部分均開有淺槽，所述襯底硅片的上表面為二氧化硅(SiO2)的氧化層，所述硅片的底面鍵合于所述襯底硅片的上表面。
文檔編號G01L1/18GK101825505SQ20101015289
公開日2010年9月8日 申請日期2010年4月22日 優先權日2010年4月22日
發明者周剛, 沈紹群, 王樹娟, 郭玉剛 申請人:無錫市納微電子有限公司