一种mems多晶硅纳米膜压力传感器芯片及其制作方法
一种mems多晶硅纳米膜压力传感器芯片及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种传感器芯片及其制作方法，特别是涉及一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片及其制作方法。
【背景技术】
[0002]MEMS(微机电系统)压力传感器是利用半导体材料的压阻效应和良好的弹性，用集成电路工艺和微机械加工技术制备的传感器。具有体积小和灵敏度高的优点，是应用最为广泛的传感器之一。MEMS压力传感器主要分为电容式和压阻式，电容式由于工艺复杂，工艺稳定性要求高，因此，全球90%以上MEMS压力传感器都为硅压阻式。
[0003]硅压阻式压力传感器按加工工艺分为体硅微机械和面微机械加工技术两种。体硅微机械(也称扩散硅)技术特点是工艺成熟，但不易小型化和集成化。表面微机械加工技术(也称牺牲层技术)特点是成本低、易集成和小型化。随着智能手机、平板电脑、可穿戴设备的兴起，以及较为成熟的汽车电子和工业控制领域的巨大市场对小型和集成化传感器的需求，面微机械压力传感器蓬勃发展。
[0004]通常，面微机械压力传感器按结构分为平坦型和台阶型两种。平坦型压力传感器密闭空腔是由对单晶硅衬底刻蚀的凹槽与平坦的多晶硅膜构成，台阶型压力传感器密闭空腔是由单晶硅衬底与凸型(感压面与支撑面构成)的多晶硅膜构成。平坦型线性度好，台阶型灵敏度高。
[0005]面微机械加工的压力传感器力敏电阻一般采用普通多晶硅薄膜电阻(膜厚大于
0.3μπι)，该电阻温度特性好，但灵敏度较扩散硅压力传感器低，因此，普通多晶硅薄膜制约了面微机械半导体压力传感器优越结构性能。
[0006]多晶硅纳米膜是膜厚接近或小于lOOnm的多晶硅薄膜。厚度为80nm?lOOnm多晶硅纳米薄膜在掺杂浓度为3X102() cm—3附近时具有显著的隧道压阻效应，表现出比常规多晶硅纳米薄膜更优越的压阻特性，应变因子可达到34，比普通多晶硅薄膜高25%以上；电阻温度系数可小于10—4/°C，比普通薄膜小接近一个数量级；应变因子温度系数可小于10—3/°C，比普通薄膜小一倍以上。该材料在体硅压力传感器中应用比普通多晶硅薄膜比较灵敏度明显改善。
[0007]为了提高传感器灵敏度，人们采用在SOI芯片上，以外延生长单晶硅为结构层，以S0I的二氧化硅为牺牲层，扩散硅为力敏电阻制造压力传感器。但由于采用S0I芯片，成本比单晶硅芯片大幅增加。
[0008]当前，面微机械压力传感器存在如下问题:
(1)由于面微机械压力传感器体积小和感压膜薄，线性度稍差；
(2)面微机械压力传感器通常采用普通多晶硅薄膜为力敏电阻，与扩散硅相比，温度特性好但灵敏度比低。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片及其制作方法，本发明采用平坦型面微机械结构使传感器的成本低、线性度高;采用多晶硅纳米薄膜作为力敏电阻提高了灵敏度和温度特性好;制备工艺与集成电路完全兼容，易集成化;采用合适腔体高度，提高过载能力;采用绝缘介质隔离扩大了工作温度范围。
[0010]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片，所述芯片包括单晶硅衬底，在单晶硅衬底上设置剖面为平坦型的感压膜，感压膜与单晶硅衬底相连并在二者之间构成密闭空腔，感压膜边缘外四周设置有腐蚀孔，在感压膜上面设有四个力敏电阻，四个力敏电阻通过金属导线连接成惠斯通电桥，将压力转换成电压输出。
[0011]所述的一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片，所述感压膜、力敏电阻与金属导线之间设有绝缘层。
[0012]所述的一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片，所述空腔中形成真空。
[0013]所述的一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片，所述力敏电阻为P型多晶硅纳米膜电阻。
[0014]所述的一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片，所述感压膜为多晶硅，其俯视形状为矩形或圆形。
[0015]—种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片制作方法，所述方法包括以下制备过程:
(1)采用热氧化后腐蚀的方法在硅衬底上形成凹槽，在凹槽中淀积二氧化硅为牺牲层；
(2)淀积第一层多晶硅并退火，刻蚀腐蚀孔；
(3)通过腐蚀孔，选择性湿法腐蚀去除牺牲层并干燥；
(4)淀积第二层多晶硅，密封腐蚀孔，并与第一层多晶硅形成感压膜；
(5)在感压膜上淀积或氧化形成绝缘层作为隔离层，再淀积多晶硅纳米薄膜，硼离子离子注入杂质和退火，刻蚀完成4个多晶硅纳米薄膜电阻；
(6 )刻引线孔，溅射金属，刻蚀完成电气连接。
[0016]本发明的优点与效果是:
1.对于本发明压力传感器，采用平坦型面微机械结构使传感器的成本低、线性度高;采用多晶硅纳米薄膜作为力敏电阻提高了灵敏度和温度特性好;制备工艺与集成电路完全兼容，易集成化;采用合适腔体高度，提高过载能力;采用绝缘介质隔离扩大了工作温度范围。
[0017]2.本发明采用平坦型面微机械结构提高线性度和小型化，采用多晶硅纳米膜为力敏电阻提高灵敏度，采用集成电路兼容工艺实现传感器易集成。
[0018]3.本发明传感器的主要结构由硅衬底、感压膜、腔体、腐蚀孔和力敏电阻构成。感压膜由多晶硅构成，腔体采用面微机械加工技术，即牺牲层技术，用氢氟酸通过腐蚀孔去掉二氧化硅牺牲层而成，用多晶硅封闭腐蚀孔，感压膜和硅衬底构成封闭腔体，近似为真空。在感压膜上淀积二氧化硅为绝缘层，然后，在感压膜的边缘和中心各设置两个P型多晶硅纳米薄膜力敏电阻，并连接成惠斯通电桥，电路采用恒压源或恒流源供电。当压力作用时，传感器膜片都发生弯曲，膜片应变作用于力敏电阻产生压阻效应，电桥输出差动电压信号与压力值对应。当压力在传感器量程范围时，传感器输出与压力成线性关系的电压值，当压力超过量程达某一值时，传感器的感压膜与衬底接触，减缓膜片应力随压力变化趋势，保证大压力下膜片不断裂，提高过载能力。通过改变本发明传感器膜片厚度和膜片尺寸，可设计出各种量程的压力传感器。
【附图说明】
[0019]图1是本发明传感器俯视图；
图2是本发明传感器剖面图；
图3是本发明第一次热氧化工艺剖面图；
图4是本发明第二 次热氧化工艺剖面图；
图5是本发明淀积第一层多晶硅工艺剖面图；
图6是本发明刻蚀腔体工艺剖面图；
图7是本发明形成密封腔工艺剖面图。
[0020]其中:1.单晶硅衬底，2.空腔，3.腐蚀孔，4.感压膜，5.力敏电阻，6.金属导线，7.绝缘层，101.第一层多晶硅，102.第二层多晶硅，103.氮化硅，104.二氧化硅。
【具体实施方式】
[0021 ]下面结合实施例对本发明进行详细说明。
[0022]实施例1
本发明是一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片，如图1和图2中所示。传感器包括:单晶硅衬底1;在单晶硅衬底1上设置有剖面为平坦型的感压膜4，膜厚为3μπι，面积为200μπιΧΙΟΟμπι;感压膜4与单晶硅衬底1相连并在二者之间构成密闭空腔2，腔体高度为Ιμπι;感压膜4边缘外四周设置有腐蚀孔3，腐蚀去除牺牲层后用多晶硅封闭形成近似真空腔体;在感压膜4上面设有四个力敏电阻5，力敏电阻为Ρ型多晶硅纳米膜；四个力敏电阻5通过金属导线6连接成惠斯通电桥，将压力转换成电压输出。
[0023]实施例2
本发明提出一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片制备方法，包括以下步骤:
(1)图3所示为第一次热氧化工艺。在单晶硅衬底上采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)淀积0.2μηι厚氮化娃作为掩蔽层，再热氧化生长Ιμπι厚二氧化娃，采用磷酸和氢氟酸分别去除氮化硅和二氧化硅，在硅片上形成深度为0.5μηι凹槽。
[0024](2)图4所示为第二次热氧化工艺。重复步骤(1)，在硅片上形成0.5μπι和Ιμπι的两个深度的阶梯型凹槽。
[0025](3)图5所示为淀积第一层多晶硅工艺。采用PECVD在凹槽中淀积二氧化硅，在上面采用低压力化学气相沉积法(LPCVD)淀积Ιμπι厚多晶硅，退火(温度:900°01200°C ；时间:lOmin?180min;氮气保护)。
[0026](4)图6所示为刻蚀腔体工艺。采用干法刻蚀技术制备腐蚀孔，将芯片放到氢氟酸溶液中通过腐蚀孔腐净二氧化硅牺牲层，采用临界干燥法，该方法将腐蚀液逐渐用液态co2代替，之后样品置于C02临界点上，气、液相的界面消失，再干燥硅片。
[0027](5 )图7所示为形成密封腔工艺。采用LPCVD淀积一层2.Ομπι厚多晶硅即第二层多晶硅104，实现多晶硅密封腐蚀孔，形成真空密闭空腔2，两层多晶硅构成感压膜4。
[0028](6)图2所示为形成电阻和金属线工艺。采用PECVD技术淀积一层0.2μπι厚二氧化硅作为绝缘层，实现多晶硅感压膜与电阻隔离。采用LPCVD技术淀积0.09μπι厚多晶硅纳米膜为应变电阻层;采用LPCVD技术淀积一层0.12μπι厚二氧化硅作为绝缘层；用光刻胶作掩蔽膜，采用离子注入技术，实现多晶硅纳米膜应变电阻的硼掺杂，能量为20keV，剂量为2.3 X1015cm—2。通过退火(温度:900°01200°C;时间:lOmin?180min;氮气保护)激活杂质，刻蚀形成多晶硅纳米膜力敏电阻5。光刻多晶硅纳米膜应变电阻引线孔，并通过常规微电子工艺实现铝金属导线6布线，完成芯片制作。
[0029]按上述工艺得到的传感器量程为2MPa，其满量程输出为68mV/V，非线性度<0.1%，热零点漂移为0.01%/°C，热灵敏度漂移为1%/°C，过载压力为8倍满量程，工作温度上限为350°C ο
[0030]本发明压力传感器芯片可广泛用于智能电子产品、物联网、环境控制压力测量以及航空系统、石化、电力等领域中的压力测量。
【主权项】
1.一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片，其特征在于，所述芯片包括单晶硅衬底(1)，在单晶硅衬底(1)上设置剖面为平坦型的感压膜(4)，感压膜(4)与单晶硅衬底(1)相连并在二者之间构成密闭空腔(2)，感压膜(4)边缘外四周设置有腐蚀孔(3)，在感压膜(4)上面设有四个力敏电阻(5)，四个力敏电阻(5)通过金属导线(6)连接成惠斯通电桥，将压力转换成电压输出。2.根据权利要求1所述的一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片，其特征在于，所述感压膜(4)、力敏电阻(5)与金属导线(6)之间设有绝缘层。3.根据权利要求1所述的一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片，其特征在于，所述空腔(2)中形成真空。4.根据权利要求1所述的一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片，其特征在于，所述力敏电阻(5)为P型多晶硅纳米膜电阻。5.—种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片，其特征在于，所述感压膜(4)为多晶硅，其俯视形状为矩形或圆形。6.—种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片制作方法，其特征在于，所述方法包括以下制备过程: (1)采用热氧化后腐蚀的方法在硅衬底上形成凹槽，在凹槽中淀积二氧化硅为牺牲层； (2 )淀积第一层多晶硅并退火，刻蚀腐蚀孔； (3 )通过腐蚀孔，选择性湿法腐蚀去除牺牲层并干燥； (4)淀积第二层多晶硅，密封腐蚀孔，并与第一层多晶硅形成感压膜； (5)在感压膜上淀积或氧化形成绝缘层作为隔离层，再淀积多晶硅纳米薄膜，硼离子离子注入杂质和退火，刻蚀完成4个多晶硅纳米薄膜电阻； (6 )刻引线孔，溅射金属，刻蚀完成电气连接。
【专利摘要】一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片及其制作方法，涉及一种传感器芯片及其制作方法，本发明传感器包括单晶硅衬底(1),在硅衬底上设置剖面为平坦型多晶硅的感压膜（4）,以二氧化硅为牺牲层在感压膜和衬底之间形成的密闭空腔(2)，在感压膜（4）上表面设有四个多晶硅纳米膜力敏电阻（5），力敏电阻（5）、感压膜（4）与金属导线之间为绝缘层（7）隔离，四个力敏电阻（5）通过金属导线连接成惠斯通电桥，将压力转换成电压输出，感压膜（4）边缘外设置有密封的腐蚀孔（3）。本传感器制备方法与集成电路工艺兼容，易集成。本发明传感器具有线性度和灵敏度高、工作温度范围宽、过载能力强、易集成和成本低等特点。
【IPC分类】G01L1/18, G01L9/06
【公开号】CN105486435
【申请号】CN201610000841
【发明人】王健, 揣荣岩
【申请人】沈阳化工大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月4日
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种传感器芯片及其制作方法，特别是涉及一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片及其制作方法。
【背景技术】
[0002]MEMS(微机电系统)压力传感器是利用半导体材料的压阻效应和良好的弹性，用集成电路工艺和微机械加工技术制备的传感器。具有体积小和灵敏度高的优点，是应用最为广泛的传感器之一。MEMS压力传感器主要分为电容式和压阻式，电容式由于工艺复杂，工艺稳定性要求高，因此，全球90%以上MEMS压力传感器都为硅压阻式。
[0003]硅压阻式压力传感器按加工工艺分为体硅微机械和面微机械加工技术两种。体硅微机械(也称扩散硅)技术特点是工艺成熟，但不易小型化和集成化。表面微机械加工技术(也称牺牲层技术)特点是成本低、易集成和小型化。随着智能手机、平板电脑、可穿戴设备的兴起，以及较为成熟的汽车电子和工业控制领域的巨大市场对小型和集成化传感器的需求，面微机械压力传感器蓬勃发展。
[0004]通常，面微机械压力传感器按结构分为平坦型和台阶型两种。平坦型压力传感器密闭空腔是由对单晶硅衬底刻蚀的凹槽与平坦的多晶硅膜构成，台阶型压力传感器密闭空腔是由单晶硅衬底与凸型(感压面与支撑面构成)的多晶硅膜构成。平坦型线性度好，台阶型灵敏度高。
[0005]面微机械加工的压力传感器力敏电阻一般采用普通多晶硅薄膜电阻(膜厚大于
0.3μπι)，该电阻温度特性好，但灵敏度较扩散硅压力传感器低，因此，普通多晶硅薄膜制约了面微机械半导体压力传感器优越结构性能。
[0006]多晶硅纳米膜是膜厚接近或小于lOOnm的多晶硅薄膜。厚度为80nm?lOOnm多晶硅纳米薄膜在掺杂浓度为3X102() cm—3附近时具有显著的隧道压阻效应，表现出比常规多晶硅纳米薄膜更优越的压阻特性，应变因子可达到34，比普通多晶硅薄膜高25%以上；电阻温度系数可小于10—4/°C，比普通薄膜小接近一个数量级；应变因子温度系数可小于10—3/°C，比普通薄膜小一倍以上。该材料在体硅压力传感器中应用比普通多晶硅薄膜比较灵敏度明显改善。
[0007]为了提高传感器灵敏度，人们采用在SOI芯片上，以外延生长单晶硅为结构层，以S0I的二氧化硅为牺牲层，扩散硅为力敏电阻制造压力传感器。但由于采用S0I芯片，成本比单晶硅芯片大幅增加。
[0008]当前，面微机械压力传感器存在如下问题:
(1)由于面微机械压力传感器体积小和感压膜薄，线性度稍差；
(2)面微机械压力传感器通常采用普通多晶硅薄膜为力敏电阻，与扩散硅相比，温度特性好但灵敏度比低。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片及其制作方法，本发明采用平坦型面微机械结构使传感器的成本低、线性度高;采用多晶硅纳米薄膜作为力敏电阻提高了灵敏度和温度特性好;制备工艺与集成电路完全兼容，易集成化;采用合适腔体高度，提高过载能力;采用绝缘介质隔离扩大了工作温度范围。
[0010]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片，所述芯片包括单晶硅衬底，在单晶硅衬底上设置剖面为平坦型的感压膜，感压膜与单晶硅衬底相连并在二者之间构成密闭空腔，感压膜边缘外四周设置有腐蚀孔，在感压膜上面设有四个力敏电阻，四个力敏电阻通过金属导线连接成惠斯通电桥，将压力转换成电压输出。
[0011]所述的一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片，所述感压膜、力敏电阻与金属导线之间设有绝缘层。
[0012]所述的一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片，所述空腔中形成真空。
[0013]所述的一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片，所述力敏电阻为P型多晶硅纳米膜电阻。
[0014]所述的一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片，所述感压膜为多晶硅，其俯视形状为矩形或圆形。
[0015]—种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片制作方法，所述方法包括以下制备过程:
(1)采用热氧化后腐蚀的方法在硅衬底上形成凹槽，在凹槽中淀积二氧化硅为牺牲层；
(2)淀积第一层多晶硅并退火，刻蚀腐蚀孔；
(3)通过腐蚀孔，选择性湿法腐蚀去除牺牲层并干燥；
(4)淀积第二层多晶硅，密封腐蚀孔，并与第一层多晶硅形成感压膜；
(5)在感压膜上淀积或氧化形成绝缘层作为隔离层，再淀积多晶硅纳米薄膜，硼离子离子注入杂质和退火，刻蚀完成4个多晶硅纳米薄膜电阻；
(6 )刻引线孔，溅射金属，刻蚀完成电气连接。
[0016]本发明的优点与效果是:
1.对于本发明压力传感器，采用平坦型面微机械结构使传感器的成本低、线性度高;采用多晶硅纳米薄膜作为力敏电阻提高了灵敏度和温度特性好;制备工艺与集成电路完全兼容，易集成化;采用合适腔体高度，提高过载能力;采用绝缘介质隔离扩大了工作温度范围。
[0017]2.本发明采用平坦型面微机械结构提高线性度和小型化，采用多晶硅纳米膜为力敏电阻提高灵敏度，采用集成电路兼容工艺实现传感器易集成。
[0018]3.本发明传感器的主要结构由硅衬底、感压膜、腔体、腐蚀孔和力敏电阻构成。感压膜由多晶硅构成，腔体采用面微机械加工技术，即牺牲层技术，用氢氟酸通过腐蚀孔去掉二氧化硅牺牲层而成，用多晶硅封闭腐蚀孔，感压膜和硅衬底构成封闭腔体，近似为真空。在感压膜上淀积二氧化硅为绝缘层，然后，在感压膜的边缘和中心各设置两个P型多晶硅纳米薄膜力敏电阻，并连接成惠斯通电桥，电路采用恒压源或恒流源供电。当压力作用时，传感器膜片都发生弯曲，膜片应变作用于力敏电阻产生压阻效应，电桥输出差动电压信号与压力值对应。当压力在传感器量程范围时，传感器输出与压力成线性关系的电压值，当压力超过量程达某一值时，传感器的感压膜与衬底接触，减缓膜片应力随压力变化趋势，保证大压力下膜片不断裂，提高过载能力。通过改变本发明传感器膜片厚度和膜片尺寸，可设计出各种量程的压力传感器。
【附图说明】
[0019]图1是本发明传感器俯视图；
图2是本发明传感器剖面图；
图3是本发明第一次热氧化工艺剖面图；
图4是本发明第二 次热氧化工艺剖面图；
图5是本发明淀积第一层多晶硅工艺剖面图；
图6是本发明刻蚀腔体工艺剖面图；
图7是本发明形成密封腔工艺剖面图。
[0020]其中:1.单晶硅衬底，2.空腔，3.腐蚀孔，4.感压膜，5.力敏电阻，6.金属导线，7.绝缘层，101.第一层多晶硅，102.第二层多晶硅，103.氮化硅，104.二氧化硅。
【具体实施方式】
[0021 ]下面结合实施例对本发明进行详细说明。
[0022]实施例1
本发明是一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片，如图1和图2中所示。传感器包括:单晶硅衬底1;在单晶硅衬底1上设置有剖面为平坦型的感压膜4，膜厚为3μπι，面积为200μπιΧΙΟΟμπι;感压膜4与单晶硅衬底1相连并在二者之间构成密闭空腔2，腔体高度为Ιμπι;感压膜4边缘外四周设置有腐蚀孔3，腐蚀去除牺牲层后用多晶硅封闭形成近似真空腔体;在感压膜4上面设有四个力敏电阻5，力敏电阻为Ρ型多晶硅纳米膜；四个力敏电阻5通过金属导线6连接成惠斯通电桥，将压力转换成电压输出。
[0023]实施例2
本发明提出一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片制备方法，包括以下步骤:
(1)图3所示为第一次热氧化工艺。在单晶硅衬底上采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)淀积0.2μηι厚氮化娃作为掩蔽层，再热氧化生长Ιμπι厚二氧化娃，采用磷酸和氢氟酸分别去除氮化硅和二氧化硅，在硅片上形成深度为0.5μηι凹槽。
[0024](2)图4所示为第二次热氧化工艺。重复步骤(1)，在硅片上形成0.5μπι和Ιμπι的两个深度的阶梯型凹槽。
[0025](3)图5所示为淀积第一层多晶硅工艺。采用PECVD在凹槽中淀积二氧化硅，在上面采用低压力化学气相沉积法(LPCVD)淀积Ιμπι厚多晶硅，退火(温度:900°01200°C ；时间:lOmin?180min;氮气保护)。
[0026](4)图6所示为刻蚀腔体工艺。采用干法刻蚀技术制备腐蚀孔，将芯片放到氢氟酸溶液中通过腐蚀孔腐净二氧化硅牺牲层，采用临界干燥法，该方法将腐蚀液逐渐用液态co2代替，之后样品置于C02临界点上，气、液相的界面消失，再干燥硅片。
[0027](5 )图7所示为形成密封腔工艺。采用LPCVD淀积一层2.Ομπι厚多晶硅即第二层多晶硅104，实现多晶硅密封腐蚀孔，形成真空密闭空腔2，两层多晶硅构成感压膜4。
[0028](6)图2所示为形成电阻和金属线工艺。采用PECVD技术淀积一层0.2μπι厚二氧化硅作为绝缘层，实现多晶硅感压膜与电阻隔离。采用LPCVD技术淀积0.09μπι厚多晶硅纳米膜为应变电阻层;采用LPCVD技术淀积一层0.12μπι厚二氧化硅作为绝缘层；用光刻胶作掩蔽膜，采用离子注入技术，实现多晶硅纳米膜应变电阻的硼掺杂，能量为20keV，剂量为2.3 X1015cm—2。通过退火(温度:900°01200°C;时间:lOmin?180min;氮气保护)激活杂质，刻蚀形成多晶硅纳米膜力敏电阻5。光刻多晶硅纳米膜应变电阻引线孔，并通过常规微电子工艺实现铝金属导线6布线，完成芯片制作。
[0029]按上述工艺得到的传感器量程为2MPa，其满量程输出为68mV/V，非线性度<0.1%，热零点漂移为0.01%/°C，热灵敏度漂移为1%/°C，过载压力为8倍满量程，工作温度上限为350°C ο
[0030]本发明压力传感器芯片可广泛用于智能电子产品、物联网、环境控制压力测量以及航空系统、石化、电力等领域中的压力测量。
【主权项】
1.一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片，其特征在于，所述芯片包括单晶硅衬底(1)，在单晶硅衬底(1)上设置剖面为平坦型的感压膜(4)，感压膜(4)与单晶硅衬底(1)相连并在二者之间构成密闭空腔(2)，感压膜(4)边缘外四周设置有腐蚀孔(3)，在感压膜(4)上面设有四个力敏电阻(5)，四个力敏电阻(5)通过金属导线(6)连接成惠斯通电桥，将压力转换成电压输出。2.根据权利要求1所述的一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片，其特征在于，所述感压膜(4)、力敏电阻(5)与金属导线(6)之间设有绝缘层。3.根据权利要求1所述的一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片，其特征在于，所述空腔(2)中形成真空。4.根据权利要求1所述的一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片，其特征在于，所述力敏电阻(5)为P型多晶硅纳米膜电阻。5.—种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片，其特征在于，所述感压膜(4)为多晶硅，其俯视形状为矩形或圆形。6.—种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片制作方法，其特征在于，所述方法包括以下制备过程: (1)采用热氧化后腐蚀的方法在硅衬底上形成凹槽，在凹槽中淀积二氧化硅为牺牲层； (2 )淀积第一层多晶硅并退火，刻蚀腐蚀孔； (3 )通过腐蚀孔，选择性湿法腐蚀去除牺牲层并干燥； (4)淀积第二层多晶硅，密封腐蚀孔，并与第一层多晶硅形成感压膜； (5)在感压膜上淀积或氧化形成绝缘层作为隔离层，再淀积多晶硅纳米薄膜，硼离子离子注入杂质和退火，刻蚀完成4个多晶硅纳米薄膜电阻； (6 )刻引线孔，溅射金属，刻蚀完成电气连接。
【专利摘要】一种MEMS多晶硅纳米膜压力传感器芯片及其制作方法，涉及一种传感器芯片及其制作方法，本发明传感器包括单晶硅衬底(1),在硅衬底上设置剖面为平坦型多晶硅的感压膜（4）,以二氧化硅为牺牲层在感压膜和衬底之间形成的密闭空腔(2)，在感压膜（4）上表面设有四个多晶硅纳米膜力敏电阻（5），力敏电阻（5）、感压膜（4）与金属导线之间为绝缘层（7）隔离，四个力敏电阻（5）通过金属导线连接成惠斯通电桥，将压力转换成电压输出，感压膜（4）边缘外设置有密封的腐蚀孔（3）。本传感器制备方法与集成电路工艺兼容，易集成。本发明传感器具有线性度和灵敏度高、工作温度范围宽、过载能力强、易集成和成本低等特点。
【IPC分类】G01L1/18, G01L9/06
【公开号】CN105486435
【申请号】CN201610000841
【发明人】王健, 揣荣岩
【申请人】沈阳化工大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月4日
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