專利名稱：一種微型高溫壓力傳感器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及MEMS傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種微型高溫壓力傳感器結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
通常MEMS壓力傳感器有硅壓阻式壓力傳感器和硅電容式壓力傳感器。其都是在硅片上制成微機(jī)電傳感器。與壓阻式壓力傳感器相比，電容式壓力傳感器靈敏度高、過載能力強(qiáng)、對高溫、輻射、強(qiáng)振等惡劣條件適應(yīng)性好，成為高溫壓力傳感器的主流。典型的電容式壓力傳感器由上、下電極，絕緣層和襯底構(gòu)成。如圖1，圖1所示為現(xiàn)有壓力傳感器示意圖。半導(dǎo)體硅襯底10上沉積有絕緣層20，絕緣層20可為SW2介質(zhì)層，介質(zhì)層上沉積有 Al金屬層30作為電容式壓力傳感器的下電極，金屬層30上面沉積有絕緣層40作為頂柱， 上電極也就是壓力敏感元件50是半導(dǎo)體薄膜，它可以由單晶硅、多晶硅等利用半導(dǎo)體加工工藝制作而成。上下電極之間真空室60作為敏感膜在壓力作用下往下形變的空間。雖然傳統(tǒng)MEMS電容式傳感器結(jié)構(gòu)簡單，但存在明顯的不足。由于膜片的撓度在中心是最大的，而且隨著與中心距離的增大而減小，膜片上各點(diǎn)的撓度與這個(gè)距離的四次方成反比，因此電容與上下電極之間的距離的關(guān)系為非線性，壓力與電容關(guān)系為非線性。真空腔的空間小，敏感膜形變的范圍有限，所以輸出電容值非常小，達(dá)到PF的數(shù)量級，而且靈敏度受到制約。消除非線性可以采用具有補(bǔ)償功能的測量電路對輸出電容進(jìn)行非線性補(bǔ)償， 也可以改變電容器本身的結(jié)構(gòu)，使之在一定壓力范圍內(nèi)非線性減小甚至呈線性。通過具有補(bǔ)償功能的測量電路以輸出電容進(jìn)行線性補(bǔ)償并進(jìn)行電容放大，增加傳感器制造成本，而且對于特殊環(huán)境下的測量也產(chǎn)生一定的局限。增大電容器的尺寸可以增大輸出電容值和靈敏度，但影響線性度，而且增大芯片的尺寸，這與芯片日漸微型化的要求背道而馳，同時(shí)芯片尺寸的增大勢必造成同一圓晶片上的芯片數(shù)量的減少，降低了產(chǎn)量并提高了生產(chǎn)的成本。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服上述缺陷，提供一種梳齒狀電極結(jié)構(gòu)、提高器件的靈敏度和線性度、實(shí)現(xiàn)微型化、降低生產(chǎn)成本的微型高溫壓力傳感器結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型是通過如下方式實(shí)現(xiàn)的—種微型高溫壓力傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于包括有半導(dǎo)體襯底100，為矩形；絕緣層110，沉積在半導(dǎo)體襯底100上；半導(dǎo)體120，鍵合在絕緣層110上；所述的半導(dǎo)體120為梳齒狀；阻擋層130，濺射在半導(dǎo)體120的中間梳齒上；金屬層140，濺射在阻擋層130上；保護(hù)層150，濺射在金屬層140上；[0014]絕緣層160，沉積在保護(hù)層150上；半導(dǎo)體敏感元件170，鍵合在半導(dǎo)體120的兩端梳齒上；所述的半導(dǎo)體敏感元件 170上附有敏感膜MO ；金屬引線口 250，設(shè)于敏感膜240上；阻擋層190，濺射在金屬引線口 250上；金屬層200，濺射在阻擋層190上；金屬引線口 210，設(shè)于保護(hù)層150右側(cè)上；金屬層220，設(shè)于金屬引線口 210上，并與右側(cè)的半導(dǎo)體敏感元件170相連接；所述的金屬層220上濺射有保護(hù)層230。所述的敏感膜240與絕緣層160之間形成真空腔180。所述的阻擋層130、金屬層140、保護(hù)層150、絕緣層160為梳齒狀。本實(shí)用新型通過濕法腐蝕和等離子體刻蝕，將單晶硅或多晶硅硅片表面刻蝕出梳狀叉齒結(jié)構(gòu)，并利用磁控濺射法和濃硼擴(kuò)散法制備上下電極。這種梳狀叉齒式傳感器結(jié)構(gòu)， 增大了電容器兩極板的相對面積，減小敏感元件的撓度，從而增大電容器的輸出電容值，提高傳感器的靈敏度和線性度。本實(shí)用新型的工藝和CMOS工藝兼容，能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?、集成化生產(chǎn)，提高芯片生產(chǎn)效益，降低集成電路成本。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于能夠有效增大電容兩極板間的相對面積，增大電容輸出值，提高器件的靈敏度和線性度，實(shí)現(xiàn)微型化、降低生產(chǎn)成本。

圖1現(xiàn)有技術(shù)的微型高溫壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖詳述本實(shí)用新型具體實(shí)施例如圖2所示，一種微型高溫壓力傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于包括有半導(dǎo)體襯底100，為矩形；絕緣層110，沉積在半導(dǎo)體襯底100上；半導(dǎo)體120，鍵合在絕緣層110上；所述的半導(dǎo)體120為梳齒狀；阻擋層130，濺射在半導(dǎo)體120的中間梳齒上；金屬層140，濺射在阻擋層130上；保護(hù)層150，濺射在金屬層140上；絕緣層160，沉積在保護(hù)層150上；半導(dǎo)體敏感元件170，鍵合在半導(dǎo)體120的兩端梳齒上；所述的半導(dǎo)體敏感元件 170上附有敏感膜MO ；金屬引線口 250，設(shè)于敏感膜240上；阻擋層190，濺射在金屬引線口 250上；金屬層200，濺射在阻擋層190上；金屬引線口 210，設(shè)于保護(hù)層150右側(cè)上；[0041]金屬層220，設(shè)于金屬引線口 210上，并與右側(cè)的半導(dǎo)體敏感元件170相連接；所述的金屬層220上濺射有保護(hù)層230。所述的敏感膜240與絕緣層160之間形成真空腔180。所述的阻擋層130、金屬層140、保護(hù)層150、絕緣層160為梳齒狀。本實(shí)用新型通過濕法腐蝕和等離子體刻蝕，將單晶硅或多晶硅硅片表面刻蝕出梳狀叉齒結(jié)構(gòu)，并利用磁控濺射法和濃硼擴(kuò)散法制備上下電極。這種梳狀叉齒式傳感器結(jié)構(gòu)， 增大了電容器兩極板的相對面積，減小敏感元件的撓度，從而增大電容器的輸出電容值，提高傳感器的靈敏度和線性度。本實(shí)用新型的工藝和CMOS工藝兼容，能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?、集成化生產(chǎn)，提高芯片生產(chǎn)效益，降低集成電路成本。本實(shí)用新型較佳實(shí)施例，所述絕緣層110為氧化硅層；所述梳狀結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體120 為η型硅半導(dǎo)體，梳齒長度為2 3um，梳齒厚度為4 5um，寬度為40 50um，齒間距為 10 15um;阻擋層130為Ti，其厚度為200A。 300A。；金屬層140為Al層，其厚度為 3000A。 4000A。；保護(hù)層150為Au，其厚度為200A。 300A。；絕緣層160為氮化硅層， 其厚度為1200A。 1500A。；敏感元件170為硅半導(dǎo)體，通過重?fù)诫s及自停止腐蝕形成P+ 敏感膜對0，其厚度為4000A。 6000A。；真空腔180，其高度為4 6um ；阻擋層190為 Ti，其厚度為200A。 300A;金屬層200為Al層，其厚度為3000A。 4000A。。本實(shí)用新型實(shí)施例工藝與CMOS工藝兼容，在鈍化工藝后，鈍化光刻開出需要連接銅金屬層的電極引線孔210，增加一次光刻定義銅金屬層的圖形，經(jīng)過電鍍，將1 5um銅金屬層制備在芯片上，形成銅金屬層220，由于銅易氧化性，為了鍵合的可靠性，銅金屬層的上面需要金屬保護(hù)層230，如Ni和Sn或Au。綜上所述，本實(shí)用新型提出的梳齒狀電極結(jié)構(gòu)的微電容式高溫壓力傳感器與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同之處是1.梳齒長度為2 3um，梳齒厚度為4 5um，寬度為40 50um，齒間距為10 15um的梳齒狀電極作為電容式壓力傳感器的上下電極，有別于傳統(tǒng)的平板式電極結(jié)構(gòu)。2.上薄膜電極通過等離子體刻蝕梳狀結(jié)構(gòu)后進(jìn)行濃離子擴(kuò)散，與下電極鍵合后經(jīng)自停止腐蝕得到敏感梳狀單層薄膜，比傳統(tǒng)的機(jī)械刨光后沉積電極得到的薄膜更均勻致密，單層膜結(jié)構(gòu)的機(jī)械特性和高溫穩(wěn)定性更好。3.電鍍形成的厚銅金屬層可減少器件的金屬層電阻，并可直接作銅線封裝，而與傳統(tǒng)器件不同。雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用于限定本實(shí)用新型。本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，可當(dāng)作各種的更動(dòng)與潤飾。
權(quán)利要求1.一種微型高溫壓力傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于包括有半導(dǎo)體襯底(100)，為矩形； 絕緣層(110)，沉積在半導(dǎo)體襯底(100)上；半導(dǎo)體(120)，鍵合在絕緣層(110)上；所述的半導(dǎo)體(120)為梳齒狀；阻擋層(130)，濺射在半導(dǎo)體(120)的中間梳齒上；金屬層(140)，濺射在阻擋層(130)上；保護(hù)層(150)，濺射在金屬層(140)上；絕緣層(160)，沉積在保護(hù)層(150)上；半導(dǎo)體敏感元件(170)，鍵合在半導(dǎo)體(120)的兩端梳齒上；所述的半導(dǎo)體敏感元件 (170)上附有敏感膜(240)；金屬引線口 050)，設(shè)于敏感膜(MO)上； 阻擋層(190)，濺射在金屬引線口(250)上； 金屬層000)，濺射在阻擋層(190)上； 金屬引線口 (210)，設(shè)于保護(hù)層(150)右側(cè)上；金屬層020)，設(shè)于金屬引線口(210)上，并與右側(cè)的半導(dǎo)體敏感元件(170)相連接； 所述的金屬層(220)上濺射有保護(hù)層(230)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型高溫壓力傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的敏感膜 (240)與絕緣層(160)之間形成真空腔(180)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型高溫壓力傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的阻擋層 (130)、金屬層(140)、保護(hù)層(150)、絕緣層(160)為梳齒狀。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種微型高溫壓力傳感器結(jié)構(gòu)，包括有半導(dǎo)體襯底，為矩形；絕緣層，沉積在半導(dǎo)體襯底上；半導(dǎo)體，鍵合在絕緣層上；所述的半導(dǎo)體為梳齒狀；阻擋層，濺射在半導(dǎo)體的中間梳齒上；金屬層，濺射在阻擋層上；保護(hù)層，濺射在金屬層上；絕緣層，沉積在保護(hù)層上；半導(dǎo)體敏感元件，鍵合在半導(dǎo)體的兩端梳齒上；阻擋層，濺射在金屬引線口上；金屬層，濺射在阻擋層上；金屬層，設(shè)于金屬引線口上，并與右側(cè)的半導(dǎo)體敏感元件相連接；所述的金屬層上濺射有保護(hù)層。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于能夠有效增大電容兩極板間的相對面積，增大電容輸出值，提高器件的靈敏度和線性度，實(shí)現(xiàn)微型化、降低生產(chǎn)成本。
文檔編號B81B3/00GK202018355SQ20112009092
公開日2011年10月26日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者鄭志霞, 黃國燦 申請人:福建省安特半導(dǎo)體有限公司