Mems压力传感器及其制造方法_3

文档序号:9429538阅读:来源:国知局
个所述压敏电阻对再重新组成一个惠斯通电桥,并将惠斯通电桥与一个所述ASIC通路相连接,以进行信号采集。
[0065]在该种连接方式中,相当于将所述压力敏感膜10正面和背面的不同位置的压敏电阻串联在一起,等同于对不同位置的压敏电阻做平均,可以很好的解决传统的MEMS压力传感器在无压力输入的情况下,输出不为零的问题,并能够抵消各电阻之间的误差,解决传统的MEMS压力传感器输出不稳定的问题,使得本发明提供的所述MEMS压力传感器的输出更加稳定,且精度较高。
[0066]值得一提的是,设于所述压力敏感膜10的相对应位置的所述正面压敏电阻20与所述背面压敏电阻30阻值相等,其阻值随压力的变化方向是相反的,即电阻Ru-l/Ru-3、Rd-2/Rd-4增加或减小时,电阻Ru-2/Ru-4、Rd-1/Rd-3减小或增加,即当电阻Ru-1增加或减小时,与其相对应的电阻Rd-1减小或增加;当电阻Ru-2增加或减小时,与其相对应的电阻Rd-2减小或增加;当电阻Ru-3增加或减小时,与其相对应的电阻Rd-3减小或增加;当电阻Ru-4增加或减小时,与其相对应的电阻Rd-4减小或增加。
[0067]总之,设于所述压力敏感膜10正面的所述正面压敏电阻20拉伸/压缩时,与其相对应的设于所述压力敏感膜10背面的所述背面压敏电阻30是压缩/拉伸的,或者说设于所述压力敏感膜10正面的所述正面压敏电阻20的阻值增加/减小时,与其相对应的设于所述压力敏感膜10背面的所述背面压敏电阻30的阻值是减小/增加的,所述正面压敏电阻20与所述背面压敏电阻30的相对应的压敏电阻的变化是相反的,将压阻系数正负号相同的所述正面压敏电阻20和所述背面压敏电阻30两两连接在一起,使得所述背面压敏电阻30可以对所述正面压敏电阻20进行修正,使得各压敏电阻具有更好的对称性和一致性,以增加所述MEMS压力传感器输出的稳定性。
[0068]图3A和图3B所示为所述正面压敏电阻20和所述背面压敏电阻30的另一种连接方式,如图3A和图3B所示,所述压力敏感膜10的两面形成两个惠斯通电桥,每个惠斯通电桥各包括四个压敏电阻,即所述正面压敏电阻20和所述背面压敏电阻30分别形成惠斯通电桥,分别连接于ASIC通路,两组惠斯通电桥的信号分别输出,取平均值后得到所述MEMS压力传感器的信号值。
[0069]具体地,四个所述正面压敏电阻20分别为电阻Ru-1、电阻Ru-2、电阻Ru_3和电阻Ru-4,四个所述背面压敏电阻30分别为电阻Rd-1、电阻Rd-2、电阻Rd_3和电阻Rd_4,其中电阻Ru和Rd后面的数字1、2、3、4分别表示不同位置的电阻,且电阻Ru-1与电阻Rd-1是位于所述压力敏感膜10两面的相对应位置的电阻,即电阻Ru-1与电阻Ru-2为位于同一位置上的正面和背面的压敏电阻,以下均是如此,电阻Ru-2与电阻Rd-2为位于同一位置上的正面和背面的压敏电阻,电阻Ru-3与电阻Rd-3为位于同一位置上的正面和背面的压敏电阻,电阻Ru-4与电阻Rd-4为位于同一位置上的正面和背面的压敏电阻。
[0070]值得一提的是,设于所述压力敏感膜10正面和背面的所述正面压敏电阻20与所述背面压敏电阻30的阻值的变化方向相反,即电阻Ru-1与电阻Rd-1的变化方向相反,电阻Ru-2与电阻Rd-2的变化方向相反,电阻Ru-3与电阻Rd_3的变化方向相反,电阻Ru_4与电阻Rd-4的变化方向相反。换句话说,电阻Ru-l/Ru-3、Rd-2/Rd_4增加或减小时,电阻Ru-2/Ru-4、Rd-1/Rd-3减小或增加,即当电阻Ru-1增加或减小时,与其相对应的电阻Rd-1减小或增加;当电阻Ru-2增加或减小时,与其相对应的电阻Rd-2减小或增加;当电阻Ru-3增加或减小时,与其相对应的电阻Rd-3减小或增加;当电阻Ru-4增加或减小时,与其相对应的电阻Rd-4减小或增加。
[0071]在图3A和图3B中,所述正面压敏电阻20和所述背面压敏电阻30组成的两组惠斯通电桥的输入均采用统一输入Vin,输出分别为Voutl和Vout2,最终将Voutl和Vout2作和求平均,得到最终输出的Vout,即所述MEMS压力传感器输出的信号值。
[0072]在该种连接方式中,由于所述正面压敏电阻20的各压敏电阻及与其相对应的所述背面压敏电阻30的阻值相等,其阻值随压力的变化方向是相反的,使得所述背面压敏电阻30得以对所述正面压敏电阻20进行修正,达到不对外界应力、温度敏感,可有效减小电阻值不匹配对输出造成的影响,很大程度的提高了所述MEMS压力传感器的稳定性和精度。
[0073]如图4A至图5F所示为本发明提供的所述MEMS压力传感器的制造工艺,通过下述工艺制作具有双面压敏电阻条的所述MEMS压力传感器。本实施例以所述正面压敏电阻20与相对应的所述背面压敏电阻30串联后形成一个惠斯通电桥的所述MEMS压力传感器为例进行说明。
[0074]⑷准备一带有娃穿孔(TSV)的晶元(wafer)作为所述MEMS压力传感器的敏感层,即所述压力敏感膜10。
[0075]其中所述压力敏感膜10具有一正面11和一背面12,且预先在所述压力敏感膜10内部设置多条导线13,其中所述导线13通过导电材料来形成,是在所述晶元上做出硅穿孔后,填充导电材料,所述导电材料形成所述导线13,即所述正面压敏电阻20和所述背面压敏电阻30是通过预置于所述压力敏感膜10的所述导电材料进行电连接的。
[0076](B)形成背面的槽。包括两个步骤:
[0077](B.1)在所述压力敏感膜10的背面12处刻蚀一背面梯形槽122,所述背面12的其余部分则形成二背面台阶121,其中所述背面梯形槽122可通过湿法刻蚀来腐蚀进行实施,所述背面台阶12围成所述背面梯形槽122,并位于所述压力敏感膜10的边缘,所述压力敏感膜10适于通过所述背面台阶121与所述衬底40相键合。优选地,利用湿法刻蚀腐蚀出3 μπι左右深度的所述背面梯形槽122,利于后续排布所述背面金属引线15。
[0078](B.2)在所述背面梯形槽122的底部进一步刻蚀一背面键合槽123,其中所述背面键合槽123可通过湿法刻蚀来腐蚀进行实施。优选地,所述背面键合槽123是约为15 μπι左右深度的梯形状的槽,以利于所述背面压敏电阻30的注入和所述背面金属引线15的排线。
[0079]值得一提的是,所述背面梯形槽122的深度为3 μ m以及所述背面键合槽123的深度为15 μπι只是作为举例,并不限于该尺寸,本领域的技术人员可以根据实际情况制作其他尺寸的槽。
[0080](C)所述背面压敏电阻30的制备。包括三个步骤:
[0081](C.1)利用离子注入法形成所述背面压敏电阻30,即采用离子注入的方法按预定排列相间隔地将离子注入到所述压力敏感膜10背面的所述背面键合槽123的底部,形成所述背面压敏电阻30的雏形,并通过后续的退火、激活等步骤形成所述背面压敏电阻30。
[0082](C.2)沉积所述背面金属引线15,具体地,利用蒸镀或溅射工艺将所述背面金属引线15沉积到所述压力敏感膜10的背面12,其中所述背面金属引线15沉积到所述背面台阶121、所述背面梯形槽122及所述背面键合槽123,并将每所述背面压敏电阻30依次进行电连接。
[0083](C.3)对所述背面金属引线15进行刻蚀,即对所述背面台阶121的金属引线及所述背面压敏电阻30之间的金属引线进行部分刻蚀,以使得每所述背面压敏电阻30之间按照预定方式进行连接,进而使得各所述背面压敏电阻30得以感测压力。
[0084](D)键合,将所述压力敏感膜10翻转,使得所述压力敏感膜10的所述背面台阶121与所述衬底40进行键合,以使得所述衬底40得以支撑所述压力敏感膜10,便于后续将所述MEMS压力传感器安装到特定场合进行应用。
[0085]值得一提的是,所述压力敏感膜10与所述衬底40相键合后,则所述背面梯形槽122及所述背面键合槽123位于二者之间,利于所述压力敏感膜10上下自由移动。
[0086](E)形成正面梯形槽112,其中所述正面梯形槽112可通过在所述正面11上利用湿法刻蚀来腐蚀进行实施,且所述正面梯形槽112有利于降低所述压力敏感膜10的压力敏感区域的厚度,以增加灵敏度,其中所述正面11的其他部分则形成正面台阶111。
[0087]值得一提的是,当晶元的厚度较大时,在形成所述正面梯形槽112之前,可先将作为所述压力敏感层的晶元减薄,以使其达到能够对外界压力敏感的厚度。
[0088]更值得一提的是,当所述压力敏感膜10足以能够对外界压力敏感时,可以不用形成所述正面梯形槽112,即只需要在所述压力敏感膜10的背面形成梯形槽,通过所述背面梯形槽122和/或背面键合槽123与所述衬底40形成密闭空腔即可,所述压力敏感膜的10的正面可以是平整的。本优选实施例之所以在所述压力敏感膜10的正面和背面中部设置所述正面梯形槽112、背面梯形槽122以及背面键合槽123,除了上述介绍的众多优点外,还有利于增加所述压力敏感膜10的压力敏感区域的敏感性
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