一种MEMS基底及MEMS压力传感器制造技术

本实用新型专利技术提出了一种MEMS基底及MEMS压力传感器，该MEMS基底包括内腔局部减薄结构，通过在空腔的内部设置内腔局部减薄结构，该内腔局部减薄结构位于基底内部之中，使得该结构在应变膜结构制备完成后仍保持了衬底表面的平整性，易于传感器与电路集成的制造。易于传感器与电路集成的制造。易于传感器与电路集成的制造。

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS基底及MEMS压力传感器


[0001]本技术属于微电子机械系统(MEMS)传感器设计领域，涉及一种MEMS基底及MEMS压力传感器。

技术介绍

[0002]MEMS(Micro Electro Mechanical System)即微电子机械系统，是一种新兴的跨学科高新
，融合了多种微加工技术，能够实现多种信息量的获取、处理与转化。在利用MEMS技术制造一些传感器器件时，会用到薄膜结构，是在硅晶圆的表面或背面用半导体加工工艺加工出空腔，再通过与衬底键合或填充材料等方式形成密封腔，形成薄膜与空腔的结构。其形成空腔的方法主要包括，一是使用干法或者湿法方式对硅片背面进行各向异性腐蚀，使得局部衬底形成数微米到几十微米厚度的应变膜结构，再将腐蚀过后的硅片与玻璃进行阳极键合形成密封腔；二是采用MEMS牺牲层技术在硅片表面形成真空的腔体，具体为先在衬底表面淀积牺牲层材料，再在牺牲层上淀积一层应力膜材料，再利用光刻在两侧制作出孔洞进行牺牲层的释放，最后将通孔密封形成密封腔；三是使用两块硅片，其中一块作为器件层，另一块作为衬底，将衬底热氧化形成一层二氧化硅，再在衬底上制作腐蚀制作出腔体，作为器件层的硅片则与带有腔体的衬底进行键合，再通过减薄器件层的厚度到所需的应变膜，形成类似SOI硅片的结构和密封腔；四是采用单晶硅或多晶硅作为衬底，首先通过各向异性刻蚀在硅衬底上刻蚀浅槽，其次在对浅槽侧壁进行保护后进行各向同性腐蚀生成互通的空腔，然后采用外延单晶硅或多晶硅方式在衬底上形成了密封腔，最后通过机械抛光使得硅衬底的表面平整。
[0003]在密封腔与应变膜结构的基础上通过离子注入等方法在晶圆表面制作压敏电阻，通过对压敏电阻施加电压，将因外界压力等因素产生的薄膜形变引起的压敏电阻阻值变化，转化为输出电压的变化，基于这一结构和原理，可以制造多种类型的传感器。在制造此类拥有薄膜结构的高灵敏度传感器件时，除了减小应变膜厚度外，通常会将应变膜结构的局部减薄，设置为十字梁结构，来进一步提高器件的灵敏度，其原理是利用应力集中原理，使应力往十字梁区域集中。其优势在于，十字梁结构实现了应力集中提高了器件的灵敏度，同时增大了结构整体的刚度，改善了传感器的线性度和动态响应特性。
[0004]但上述一些结构也存在着缺点，利用各向异性腐蚀制作空腔和应变膜，由于其工艺条件较为苛刻，导致器件的一致性和重复性难以保证，难以精确控制应变膜厚度，同时形成的空腔的侧面与硅应变膜存在倾角使得空腔的底部所需要的尺寸远远大于硅应变膜的尺寸，不利于压力传感器的微型化设计；而利用MEMS牺牲层技术制作的空腔结构，其应变膜通常存在残余应力以及应力梯度，这导致了传感器的灵敏度不高和迟滞误差大等问题；同时，为了提高灵敏度，十字梁结构在制备时，需要在硅片的器件层表面进行腐蚀或刻蚀，导致表面会不平整，不易于后续传感器与电路的集成。

技术实现思路

[0005]本技术的目标在于针对上述问题，提出了一种MEMS基底及MEMS压力传感器，通过在基底空腔的内部设置内腔局部减薄结构，该内腔局部减薄结构位于基底内部之中，使得该结构在具有传统十字梁结构的优点的同时，在应变膜结构制备完成后仍保持了衬底表面的平整性，易于传感器与电路集成的制造。
[0006]具体地，本技术的技术方案如下：
[0007]一种MEMS基底，包括：
[0008]叠置的第一衬底及第二衬底，以及封闭在所述第一衬底及第二衬底之间的内腔；
[0009]其中，所述第一衬底包括相对的第一表面及第二表面；
[0010]所述第一衬底的第一表面包括第一凹槽；
[0011]第二衬底包括相对的第三表面及第四表面；
[0012]所述第二衬底的第三表面包括局部减薄结构；
[0013]所述第一凹槽与所述局部减薄结对置构成所述内腔。
[0014]可选地，所述第二衬底包括单晶硅或者SOI衬底。
[0015]可选地，所述局部减薄结构设置在所述SOI衬底的顶硅层上。
[0016]可选地，所述局部减薄结构包括形成在所述第二衬底的第三表面的十字梁结构或者半岛梁膜结构。
[0017]可选地，所述内腔顶面包括部分露出的SOI埋氧层。
[0018]可选地，所述局部减薄结构在所述第一凹槽的投影位于所述第一凹槽内。
[0019]本技术还提出一种MEMS压力传感器，包括本技术所提出的MEMS基底。
[0020]可选地，还包括设置在所述第二衬底的第四表面的压敏电阻。
[0021]可选地，所述压敏电阻组成惠斯通电桥。
[0022]可选地，所述第四表面为SOI衬底的底层硅的减薄层或者是去除SOI埋氧层的顶硅层。
[0023]与现有技术相比，本技术所提出的技术方案至少具有以下有益效果：
[0024](1)MEMS内腔局部减薄工艺的压阻式压力传感器具有灵敏度高、量程大的优点，相比于传统的平膜结构的压阻式压力传感器，通过设置局部减薄结构，利用了应力集中原理，使应力往局部减薄区域集中，提高了传感器的灵敏度；
[0025](2)通过设置隆起的质量块，增大了结构的整体刚度，抑制了硅应变膜大的形变，改善了传感器的线性度和动态响应特性，同时提高了传感器的量程，从而实现了高灵敏度、高线性度、宽量程。
[0026](3)相比于传统的正面十字梁结构的压阻式压力传感器，局部减薄的结构通过将空腔设置在第一衬底上，将空腔尺寸控制到与应变膜尺寸相等，解决了因各向异性腐蚀导致的空腔底面面积大于应变膜尺寸的问题，减小了芯片面积；
[0027](4)通过将第二衬底有局部减薄结构的面与带有空腔的第一衬底键合，形成了具有内腔局部减薄结构的基底，可以通过对基底的非键合面的减薄来控制应变膜的厚度，使得应变膜厚度不受到SOI片的顶层硅厚度限制，并且相比于传统的湿法腐蚀形成空腔，精确度更高、一致性更好；另外，键合过后的后续工艺中没有腐蚀工艺，基底表面保持平整，有利于电路与传感器的集成。
附图说明
[0028]一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
[0029]图1为本技术的MEMS内腔局部减薄工艺方法制作的压阻式压力传感器的俯视结构示意图；
[0030]图2
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13为本技术的MEMS内腔局部减薄工艺方法沿图1中A
‑
A
’
方向和B
‑
B
’
方向的工艺流程剖面示意图；
[0031]图14
‑
19为以本技术的MEMS基底制备压阻式压力传感器沿图1中B
‑
B
’
方向的工艺流程剖面示意图。
具体实施方式
[0032]为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MEMS基底，其特征在于，包括：叠置的第一衬底及第二衬底，以及封闭在所述第一衬底及第二衬底之间的内腔；其中，所述第一衬底包括相对的第一表面及第二表面；所述第一衬底的第一表面包括第一凹槽；第二衬底包括相对的第三表面及第四表面；所述第二衬底的第三表面包括局部减薄结构；所述第一凹槽与所述局部减薄结对置构成所述内腔。2.根据权利要求1所述的一种MEMS基底，其特征在于：所述第二衬底包括单晶硅或者SOI衬底。3.根据权利要求2所述的一种MEMS基底，其特征在于：所述局部减薄结构设置在所述SOI衬底的顶硅层上。4.根据权利要求1所述的一种MEMS基底，其特征在于：所述局部减薄结构包括形成在所述第二衬底的第三表面的十字梁结构或者半岛梁膜结构。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，
申请(专利权)人：南京芯源麦姆斯科技有限公司，
类型：新型
国别省市：