Mems压力传感器及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子机械系统(Micro-Electro-MechanicalSystems, MEMS)领域，尤其涉及一种MEMS压力传感器及其制造方法。
【背景技术】
[0002]MEMS压力传感器是一种薄膜元件，适于用来感测压力，具有体积小、重量轻、精度高、灵敏度高、成本低的优点，在很多领域已取代传统的传感器。随着微电子技术的快速发展，MEMS压力传感器的应用范围越来越广泛，目前广泛应用于汽车系统中来测量气囊压力、燃油压力、发动机机油压力、进气管道压力及轮胎压力等，其还可以应用于医疗市场及其他工业领域的压力测量。
[0003]目前，主流的MEMS压力传感器是基于压敏电阻原理的，当外部压力作用在硅压敏膜片时，会引起硅材料晶格压缩和拉伸，进而压敏电阻的阻值会发生减小和增加的变化。一般来说，压敏电阻制作在压力敏感膜的上表面上，图1A所示为MEMS压敏电阻式压力传感器传统结构的示意图，包括一压力敏感膜1、四压敏电阻2、多个连接键3和一衬底4，其中所述压敏电阻2设于所述压力敏感膜I的正面并形成一惠斯通电桥，以感测压力，所述压力敏感膜I与所述衬底4相连接，以使得所述衬底4得以支撑所述压力敏感膜1，所述连接键3也设于所述压力敏感膜I上，以便于将所述MEMS压力传感器连接于其他电路，适于封装后用于压力检测。
[0004]在MEMS器件中需要考虑比较多的一个问题是其对温度和压力的敏感性，对于压敏电阻式MEMS压力传感器，尤其要考虑这样的问题，因此，MEMS压力传感器依然存在一些问题和缺陷，这是由于在传统的结构中，四个电阻的阻值相等，相邻电阻的压阻系数相反，正对的两个电阻压阻系数相同，但通常由于工艺误差的限制或外界的干扰因素，四个电阻的静态值不会完全匹配，造成四个电阻不完全相等，惠斯通电桥不平衡。因此，在MEMS压力传感器工作的过程中，随着温度的变化，阻值不相等的电阻随温度的变化量不相同，结果就会造成压力传感器的绝对基准发生变化。此外，惠斯通电桥的四个压敏电阻在MEMS芯片上是绝对对称的，但对于整个封装后的芯片，四个压敏电阻并不对称，当温度或应力变化时，引起压力敏感膜的形变，进而引起压敏电阻的变化，但压敏电阻的变化值不会完全相同。上述情况的结果会导致在无压力变化的情况下，压力传感器的输出依然会变化，造成输出的不稳定性，表现为温漂比较大。
[0005]传统的MEMS压力传感器存在的问题和缺陷限制了其应用范围，随着科学技术的不断发展，对MEMS的需求也越来越大，因此，解决现有技术中存在的问题并进一步研究精度更高的MEMS压力传感器势在必行。本发明针对MEMS压敏电阻式压力传感器传统结构的问题和缺陷，提出针对性的改进，以提高其精度。
【发明内容】
[0006]本发明的一个目的在于提供一种MEMS压力传感器及其制造方法，通过对传统的组成惠斯通电桥的四个压敏电阻进行修正，使其具有更好的对称性和一致性，能更好的抵抗外界温度和应力变化对其造成的输出变化，以提高MEMS压力传感器的精度。
[0007]本发明的另一目的在于提供一种MEMS压力传感器及其制造方法，通过在压力敏感膜的正面和背面相对应的位置分别设置四个压敏电阻，使得相对应位置的正面和背面的压敏电阻的阻值相等，阻值随压力的变化方向相反，以进行修正，提高其输出的稳定性。
[0008]本发明的另一目的在于提供一种MEMS压力传感器及其制造方法，压力敏感膜的正面和背面的压敏电阻各形成一个惠斯通电桥，分别进行输出，以完全差分的方式，对两组惠斯通电桥进行连接，达到不对外界应力、温度敏感，很大程度的提高了 MEMS压力传感器的输出稳定性。
[0009]本发明的另一目的在于提供一种MEMS压力传感器及其制造方法，通过将两组惠斯通电桥配合使用，可以有效的减小由于电阻值不匹配对输出造成的不良影响。
[0010]本发明的另一目的在于提供一种MEMS压力传感器及其制造方法，将正面和背面不同位置的压敏电阻两两串联，对不同位置的压敏电阻做平均，再重新组成一个惠斯通电桥，以抵消传统的压敏电阻之间存在的误差。
[0011]本发明的另一目的在于提供一种MEMS压力传感器及其制造方法，通过在所述压力敏感膜的正面和背面刻蚀形成梯形槽来增加压力敏感膜敏感区域的敏感性，并有利于排布金属引线和压敏电阻，以延长MEMS压力传感器的使用寿命。
[0012]本发明的另一目的在于提供一种MEMS压力传感器及其制造方法，工艺简单，与常规的工艺流程兼容。
[0013]本发明的另一目的在于提供一种MEMS压力传感器及其制造方法，和传统的MEMS相比，不需要增加成本，因此在成本较低的基础上实现了高精度和输出的稳定性。
[0014]本发明的另一目的在于提供一种MEMS压力传感器及其制造方法，可以在保持原有体积较小的基础上，提高MEMS压力传感器的精度。
[0015]本发明的另一目的在于提供一种MEMS压力传感器及其制造方法，灵敏度和精度都较高，扩大了 MEMS压力传感器的应用范围。
[0016]为满足本发明的以上目的以及本发明的其他目的和优势，本发明提供一种MEMS压力传感器，包括:
[0017]一压力敏感膜，具有一正面和一背面；
[0018]至少四正面压敏电阻；以及
[0019]至少四背面压敏电阻，每所述正面压敏电阻和每所述背面压敏电阻分别设于所述压力敏感膜的正面和背面，其中每所述正面压敏电阻和每所述背面压敏电阻电连接后得以感测压力。
[0020]根据本发明一实施例，每所述正面压敏电阻与每所述背面压敏电阻被设于所述压力敏感膜正面和背面相对应的位置，通过将不同位置的一个所述正面压敏电阻和一个所述背面压面电阻相串联，全部按预定方式串联后形成四压敏电阻对，将每所述压敏电阻对电连接形成一个惠斯通电桥。
[0021]优选地，所述压敏电阻对电连接形成惠斯通电桥后进而电连接于一集成电路，进行信号输出，得到所述MEMS压力传感器的信号值。
[0022]优选地，将压阻系数相同的所述正面压敏电阻和所述背面压敏电阻相串联。
[0023]优选地，通过在所述压力敏感膜内部预置导电材料来连接每所述正面压敏电阻和每所述背面压敏电阻。
[0024]根据本发明一实施例，每所述正面压敏电阻与每所述背面压敏电阻被设于所述压力敏感膜正面和背面相对应的位置，每所述正面压敏电阻电连接形成一个惠斯通电桥，每所述背面压敏电阻电连接形成一个惠斯通电桥。
[0025]优选地，所述正面压敏电阻和所述背面压敏电阻各自电连接后形成的惠斯通电桥分别电连接于一集成电路并分别进行信号输出，对两组输出的信号值取平均值，得到所述MEMS压力传感器的信号值。
[0026]优选地，设于所述压力敏感膜的正面和背面的相对应位置的所述正面压敏电阻的阻值与所述背面压敏电阻的阻值相等，其阻值随压力的变化是相反的。
[0027]优选地，所述压力敏感膜的背面包括二背面台阶和具有一背面键合槽，其中所述背面台阶围在所述背面键合槽的边缘，其中所述压力敏感膜适于通过所述背面台阶与一衬底相连接，所述背面键合槽适于排布所述背面压敏电阻。
[0028]一种MEMS压力传感器的制造方法，所述制造方法包括以下步骤:
[0029](a)将至少四正面压敏电阻和至少四背面压敏电阻分别相对应地设于一压力敏感膜的正面和背面；
[0030](b)排布金属引线以电连接所述正面压敏电阻和/或所述背面压敏电阻，得以感测压力；以及
[0031](c)设置多个连接键，使得所述MEMS压力传感器适于电连接于至少一集成电路进行信号输出。
[0032]根据本发明一实施例，在所述步骤(b)中，将不同位置的一个所述正面压敏电阻和一个所述背面压敏电阻相串联，全部按预定方式串联后形成四压敏电阻对，所述压敏电阻对通过所述金属引线电连接形成一个惠斯通电桥，进一步电连接于一个所述集成电路，进行信号输出得到所述MEMS压力传感器的信号值。
[0033]优选地，将压阻系数相同的所述正面压敏电阻和所述背面压敏电阻相串联。
[0034]优选地，在所述压力敏感膜中预置导电材料，以串联不同位置的所述正面压敏电阻和所述背面压敏电阻。
[0035]根据本发明一实施例，在所述步骤(b)中，所述正面压敏电阻通过所述金属引线依次电连接形成一个惠斯通电桥，所述背面压敏电阻通过所述金属引线依次电连接形成一个惠斯通电桥，两个惠斯通电桥各自连接于所述集成电路并分别进行信号输出，对两组输出的信号值取平均值，得到所述MEMS压力传感器的信号值。
[0036]优选地，设于所述压力敏感膜的正面和背面的相对应位置的所述正面压敏电阻的阻值与所述背面压敏电阻的阻值相等，其阻值随压力的变化是相反的。
[0037]优选地，在所述步骤(a)之前，进一步包括二步骤:利用湿法刻蚀，在所述压力敏感膜的背面中部刻蚀出一背面梯形槽，并在所述压力敏感膜的边缘形成二背面台阶，所述压力敏感膜适于通过所述背面台阶与