硅島膜結構的mems壓力傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及壓力傳感器技術領域，尤其涉及一種硅島膜結構的MEMS壓力傳感器。
【背景技術】
[0002]MEMS硅壓力傳感器是目前工業生產中最為重要的一類傳感器，廣泛應用于汽車工業、航天工業、軍事、醫療衛生等領域。目前，國內市場上的硅壓力傳感器的量程大都在1KPa以上，更低量程的產品主要依靠國外進口。
[0003]壓阻式壓力傳感器是目前最為廣泛的一類壓力傳感器，利用硅的良好的機械性能和電學性能，通過擴散或者離子注入的方法將力敏電阻注入到敏感薄膜中實現了感壓元件和轉換電路的集成。評測傳感器的最重要的兩個性能參數是靈敏度和線性度。對于傳統的C型硅杯結構式壓力傳感器，周邊固支的平膜作為敏感膜時，通常采用減薄敏感薄膜厚度來提高其感壓能力，在減薄敏感薄膜的同時，薄膜表面的壓力應力變換引起的非線性也會嚴重增大，因此，這種平膜結構不適合于低量程壓力傳感器，一般適用范圍為中高量程。如專利名稱為:壓力傳感器件，公開號是CN103837289A，公開日是2014年6月4日，所述壓力傳感器包括一中間設有空腔的多層SOI材料制備的壓力傳感器芯片和兩端設有導通孔的正面玻璃和一用于應力匹配的背面玻璃，通過硅玻璃鍵合將三層連接在一起，其制作芯片的多層SOI材料成本昂貴，工藝復雜，適合于一些特殊場合使用。
[0004]為了解決這一問題，必須減小敏感薄膜的厚度以提高靈敏度，這就給器件的加工工藝提出了更高的要求。島膜結構在相同的膜厚下可以獲得比平膜結構更高的靈敏度。島膜結構的芯片受壓時，應力會高度集中于島與邊緣之間的溝槽區域，從而使靈敏度獲得顯著提高，而且它還可實現過壓保護和非線性內補償。此外，為了保證壓力測試的頻率響應輸出，避免環境因素對測試的干擾，硅島高度受到了嚴格控制，一般小于ΙΟΟμπι，但這種結構的制備由于受到了高深寬比深槽結構上制備干法刻蝕掩膜層工藝的限制，大多采用各項異性體硅濕法腐蝕工藝制備島膜結構，此工藝腐蝕后腔體側壁與底部會形成大于90°的夾角，不利于縮小芯片面積，降低了硅片利用率，這也是島膜結構壓力傳感器發展受到制約的一個重要原因。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種硅島膜結構的MEMS壓力傳感器，所述傳感器具有測量靈敏度高、精度高的特點，能夠保證在300°C高溫環境下正常工作。
[0006]為解決上述技術問題，本實用新型所采取的技術方案是:一種硅島膜結構的MEMS壓力傳感器，其特征在于:所述傳感器包括第二硅層，所述第二硅層的下表面設有硅島膜結構，所述第二硅層的上表面設有第三絕緣層，所述第三絕緣層的上表面設有四個壓阻，四個壓阻通過金屬布線進行互聯構成惠斯通電橋，所述第三絕緣層的上表面設有引線孔。
[0007]進一步的技術方案在于:所述硅島膜結構包括間隔設置的左硅島膜組件、中間硅島膜組件和右硅島膜組件，左硅島膜組件、中間硅島膜組件和右硅島膜組件從上到下為第二絕緣層和第一硅層，所述左硅島膜組件和右硅島膜組件的結構相同，所述左硅島膜組件和右硅島膜組件上的第一硅層的厚度大于中間硅島膜組件上的第一硅層的厚度。
[0008]進一步的技術方案在于:所述左硅島膜組件與中間硅島膜組件之間以及中間硅島膜組件與右硅島膜組件之間形成間隔，所述壓阻與上述間隔相對。
[0009]采用上述技術方案所產生的有益效果在于:本實用新型采用單片SOI材料制備壓力傳感器，芯片尺寸可以做到ImmX 1臟，與相同規格的硅杯型壓力傳感器相比，晶圓上的管芯數有一個數量級上的提高；采用硅島膜結構的傳感模式，測量靈敏度提高；制備工藝簡單，傳感器成本大幅下降；利用SOI材料device layer層(第二硅層)厚度誤差小(膜厚誤差在±0.5ym)的特點制備傳感膜，測量靈敏度、精度均有提高；雙掩膜刻蝕方式避免了因一次刻蝕后形成大臺階而影響后續光刻工藝的光刻膠覆蓋不上的問題，不僅可簡化工藝步驟，還為高深寬比刻蝕工藝提供了另一種解決辦法；此外，本實用新型的壓力傳感器的壓阻在絕緣層上形成，能夠保證在300°C高溫環境下正常工作，提高了所述傳感器的使用范圍。
【附圖說明】
[0010]圖1是本實用新型經過步驟I)后的結構示意圖；
[0011]圖2是本實用新型經過步驟2)后的結構示意圖；
[0012]圖3是本實用新型經過步驟3)后的結構示意圖；
[0013]圖4是本實用新型經過步驟4)后的結構示意圖；
[0014]圖5是本實用新型經過步驟5)后的結構示意圖；
[0015]圖6是本實用新型經過步驟6)后的結構示意圖；
[0016]圖7是本實用新型經過步驟7)后的結構示意圖；
[0017]圖8是本實用新型經過步驟8)后的結構示意圖；
[0018]圖9-10是本實用新型經過步驟9)后的結構示意圖；
[0019]圖11-12是本實用新型經過步驟10)后的結構示意圖；
[0020]其中:1、第一絕緣層2、第一硅層3、第二絕緣層4、第二硅層5、第三絕緣層6、壓阻層7、壓阻8、鈍化層9、引線孔10、第一掩膜層11、第二掩膜層。
【具體實施方式】
[0021]下面結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0022]在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本實用新型，但是本實用新型還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本實用新型內涵的情況下做類似推廣，因此本實用新型不受下面公開的具體實施例的限制。
[0023]如圖12所示，本實用新型公開了一種硅島膜結構的MEMS壓力傳感器，所述傳感器包括第二硅層4，所述第二硅層4的下表面設有硅島膜結構，所述第二硅層4的上表面設有第三絕緣層5，所述第三絕緣層5的上表面設有四個壓阻，四個壓阻通過金屬布線進行互聯構成惠斯通電橋，所述第三絕緣層5的上表面設有引線孔9。