一种压力传感器及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种压力传感器及其制造方法，在压力敏感膜中形成了掺杂的压阻条，该压阻条的旁侧的压力敏感膜中形成有凹陷区，这样，使得压阻条与同一平面上的压力敏感膜分隔开，在纵向上仅形成压阻条与衬底之间的理想平行平面PN结，阻止压阻条与横向的压力敏感膜形成PN结，从而，降低或避免由该横向非理想的PN结导致的漏电，提高传感器的稳定性及长期可靠性。

A pressure sensor and its manufacturing method

The invention provides a pressure sensor and a manufacturing method thereof, in which a doped piezoresistive strip is formed in the pressure sensitive film, and a depression area is formed in the pressure sensitive film on the side of the piezoresistive strip, so that the piezoresistive strip is separated from the pressure sensitive film on the same plane, and only an ideal parallel plane PN junction between the piezoresistive strip and the substrate is formed in the longitudinal direction to prevent the piezoresistive strip and the transverse piezoresistive strip The force sensitive film forms a PN junction, so as to reduce or avoid the leakage caused by the horizontal non ideal PN junction, and improve the stability and long-term reliability of the sensor.

【技术实现步骤摘要】
一种压力传感器及其制造方法
本专利技术涉及微机电系统及其制造领域，特别涉及一种压力传感器及其制造方法。
技术介绍
微机电系统(MEMS，MicroElectromechanicalSystem)是基于半导体制造技术，其融合了光刻、腐蚀、沉积、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的电子机械器件。MEMS的压阻式压力传感器得到了广泛的应用，其具有工艺简单、应用广泛以及可靠性好等特性。压阻式压力传感器是通过离子注入的方法，在压力敏感膜上形成压敏电阻条，当外界压力发生变化时，使得压力敏感膜发生拉伸或者压缩应力，导致压敏电阻条的阻值发生变化，从而，可以通过检测到电阻条的阻值变化值，而获得外界压力的变化值。然而，利用掺杂的压阻条的电学绝缘性能较低，尤其是在高温条件下，压阻条容易向硅衬底漏电，而产生漏电流，这会大大降低传感器的稳定性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种压力传感器及其制造方法，减少压阻条的漏电，提高传感器的稳定性。为实现上述目的，本专利技术有如下技术方案：一种压力传感器，包括：支撑结构，所述支撑结构中设置有参考压力腔；所述支撑结构上的半导体层，所述参考压力腔之上的半导体层为压力敏感膜；位于所述压力敏感膜上的掺杂的压阻条；位于所述压阻条旁侧的压力敏感膜中的凹陷区。可选地，还包括：覆盖所述压阻条表面的绝缘层；覆盖所述绝缘层的导电层。可选地，还包括：与所述半导体层电连接的引出层。可选地，所述引出层沿所述支撑结构的边缘延伸。可选地，所述压阻条为多个，多个压阻条用于形成惠斯通电桥。可选地，所述压阻条与所述压力敏感膜为一体的半导体结构且具有相反的掺杂类型，所述压阻条突出于所述压力敏感膜表面。可选地，在压力敏感膜中还设置有减薄开口。可选地，还包括分别与所述压阻条的两端连接的连线层，以及与所述连线层连接的焊垫，所述焊垫位于参考压力腔的外围区域之上。可选地，所述参考压力腔为密闭真空腔；或者，所述参考压力腔为大气压力腔。可选地，所述凹陷区的高度大于掺杂的压阻条的深度。一种压力传感器的制造方法，包括：提供衬底堆叠，所述衬底堆叠包括依次层叠的第一衬底以及第二半导体衬底，所述第一衬底中设置有空腔，所述第一衬底为支撑结构，所述空腔之上的第二半导体衬底为压力敏感膜；在所述压力敏感膜的表层中形成掺杂的压阻条以及在压阻条旁侧的压力敏感膜中形成凹陷区。可选地，还包括：形成覆盖所述凹陷区表面以及压阻条表面的绝缘层；形成覆盖所述绝缘层的导电层。可选地，还包括：形成与所述第二半导体衬底电连接的引出层。可选地，在所述压力敏感膜的表层中形成掺杂的压阻条以及在压阻条旁侧的压力敏感膜中形成凹陷区，包括：在所述第二半导体衬底上形成掩膜层，所述掩膜层具有压阻条的图案；以所述掩膜层为掩蔽，进行掺杂工艺，以在所述压力敏感膜的表层中形成掺杂的压阻条；去除所述压阻条旁侧部分厚度的压力敏感膜，以形成凹陷区。可选地，还包括：形成贯穿所述第一衬底至所述空腔的参考压力腔。可选地，还包括：在压阻条的旁侧的压力敏感膜中形成减薄开口。本专利技术实施例提供的压力传感器及其制造方法，在压力敏感膜中形成了掺杂的压阻条，该压阻条的旁侧的压力敏感膜中形成有凹陷区，这样，使得压阻条与同一平面上的压力敏感膜分隔开，在纵向上形成压阻条与压力敏感膜之间理想的平行平面PN结，阻止压阻条与横向的压力敏感膜形成PN结，从而，降低或避免由该非理想的PN结导致的漏电，提高传感器的稳定性。进一步地，在该凹陷区以及压阻条的表面上依次形成有绝缘层和导电层，从而可以构成由导电层、绝缘层以及半导体层组成的MOS电容，通过压力传感器上电工作时，当MOS电容的导电层接地，而半导体敏感膜接电源电压时，该MOS电容在压力敏感膜中将形成的耗尽层，可以进一步抑制压阻条向压力敏感膜的漏电。进一步地，还可以设置与压力敏感膜电连接的引出层，这样，还可以给MOS电容的导电层施加不同的电压、甚至是负电压，进一步增加MOS电容在敏感膜中的耗尽层，从而抑制压阻条向压力敏感膜的漏电。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1示出了根据本专利技术实施例的压力传感器的俯视结构示意图；图2示出了图1中的AA向剖面示意图；图3示出了根据本专利技术实施例的另一压力传感器的俯视结构示意图；图4-13示出了根据本专利技术实施例的制造方法形成压力传感器的过程中的剖面结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。其次，本专利技术结合示意图进行详细描述，在详述本专利技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。正如
技术介绍
中的描述，MEMS的压阻式压力传感器中，通过离子注入的方法，在压力敏感膜上形成压敏电阻条，在压力传感器上电工作时PN结不可避免地产生漏电，尤其是在高温条件下，压阻条与硅衬底之间的漏电流会更大，这会大大降低传感器的稳定性。基于此，本申请提出一种压力传感器及其制造方法，以减少压阻条与敏感膜所在衬底之间的漏电，提高传感器的稳定性。参考图1和图2所示，其中，图1是本申请实施例的压阻式压力传感器的俯视结构示意图，图2为图1沿AA方向的剖面示意图，该压阻式压力传感器包括：支撑结构100，所述支撑结构100中设置有参考压力腔120；所述支撑结构100上的半导体层200，所述参考压力腔120之上的半导体层200为压力敏感膜202；位于所述压力敏感膜202上的掺杂的压阻条204；位于所述压阻条204旁侧的压力敏感膜202中的凹陷区210。在本申请实施例中，支撑结构100用于传感器件的支撑，同时，支撑结构100中还形成有参考压力腔120，以提供参考压力，支撑结构与其上的传感器件电隔离。在一些应用中，支撑结构100本身可以为绝缘材料，例如氧化硅或树脂材料等，在另一些应用中，支撑结构100可以由半导体衬底提供，在支撑结构100与其上的传感器件之间可以通过绝缘层110隔离，该绝缘层110可以为介质材料，例如可以为氧化硅、氮化硅或他们的叠层等。支撑结构100中的参考压力腔120可以为密闭真空腔，参考图13所示，以提供真空的参考压力，密闭真空腔的数量可以为多个，还可以为大气压力腔，即该参考压力腔120具有开口，可以与大气相通，参考图2所示，可以应用于压差传感器中。半导体层200可以为任意具有压变特性的半导体材料，典型地，该半导体层200的材料可以为硅。当外界压力发生变化时，位于参考压力腔120之上的半导体层200发生拉伸或者压缩应力，可以作为为压力敏感膜202。在压力敏感膜202的上形成有掺杂的压阻条204，也就是说，该压阻条2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压力传感器，其特征在于，包括：支撑结构，所述支撑结构中设置有参考压力腔；所述支撑结构上的半导体层，所述参考压力腔之上的半导体层为压力敏感膜；位于所述压力敏感膜上的掺杂的压阻条；位于所述压阻条旁侧的压力敏感膜中的凹陷区。

【技术特征摘要】
1.一种压力传感器，其特征在于，包括：支撑结构，所述支撑结构中设置有参考压力腔；所述支撑结构上的半导体层，所述参考压力腔之上的半导体层为压力敏感膜；位于所述压力敏感膜上的掺杂的压阻条；位于所述压阻条旁侧的压力敏感膜中的凹陷区。2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，还包括：覆盖所述压阻条表面的绝缘层；覆盖所述绝缘层的导电层。3.根据权利要求1或2所述的压力传感器，其特征在于，还包括：与所述半导体层电连接的引出层。4.根据权利要求3所述的压力传感器，其特征在于，所述引出层沿所述支撑结构的边缘延伸。5.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述压阻条为多个，多个压阻条用于形成惠斯通电桥。6.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述压阻条与所述压力敏感膜为一体的半导体结构且具有相反的掺杂类型，所述压阻条突出于所述压力敏感膜表面。7.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，在压力敏感膜中还设置有减薄开口。8.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，还包括分别与所述压阻条的两端连接的连线层，以及与所述连线层连接的焊垫，所述焊垫位于参考压力腔的外围区域之上。9.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述参考压力腔为密闭真空腔；或者，所述参考压力腔为大气压力腔。10.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈巧，
申请(专利权)人：苏州知芯传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32