本发明涉及微机电系统(mems)传感器，尤其是涉及一种mems压阻式压力传感器及其制备方法。
背景技术：
1、mems由集成电路(ic)技术发展而来，与传统的ic设计所采用的平面工艺相比，mems设计采用三维加工工艺，以形成梁、薄膜、沟道等立体结构。利用mems技术制作的换能器(传感器和驱动器)，广泛应用于工业、航空航天、生物医疗、消费电子等领域。
2、半导体在受到应力作用时电阻会发生变化的现象称为压阻效应。mems压阻式压力传感器具有尺寸小、高性能、高可靠性、高产量、低成本且信号调理电路简单等优点。mems压阻式压力传感器主要由敏感薄膜、压敏电阻和输出电路组成，外界压力使敏感薄膜发生形变，产生的应力使通过离子注入在薄膜上形成的压敏电阻的阻值发生变化，然后通过惠斯通电桥将阻值变化体现在电压变化上，从而完成将物理量转变为电学量的转换。
3、传统的压阻式压力传感器的敏感膜片多采用平膜，在厚度一定的情况下，传感器的灵敏度和非线性均随薄膜尺寸的增加而增加，并且非线性增加得更加迅速。在微小压力的测量中，对高灵敏度的需求需要膜片具有较大的长厚比，同时带来了较高的非线性，这极大得影响了传感器的性能。
4、鉴于此，特提出本发明。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种mems压阻式压力传感器及其制备方法，该传感器能够克服压阻式压力传感器高灵敏度和高线性度的矛盾，提高压阻式压力传感器在小量程测量范围的灵敏度和线性度，并可以使用成熟的标准体硅加工工艺，具有高稳定性、低成本的优点。
2、本发明的第一方面，提供一种mems压阻式压力传感器，包括：具有正面梁-岛结构和背面短梁结构的敏感薄膜、压敏电阻、重掺杂引线、金属引线和玻璃底座；所述敏感薄膜为硅衬底经过背面刻蚀产生背腔后形成的硅膜；所述正面梁-岛结构位于敏感薄膜的正面，且与敏感薄膜的边缘连接；所述压敏电阻位于正面梁-岛结构端部；所述背面短梁结构位于敏感薄膜的背面且与敏感薄膜的边缘之间具有间隙；所述重掺杂引线与金属引线在敏感薄膜的正面形成欧姆接触；所述玻璃底座与敏感薄膜的背面进行键合。
3、优选的，所述正面梁-岛结构包括：依次连接的短梁和方岛；所述短梁与敏感薄膜的边缘连接。
4、优选的，所述短梁的形状为方形，所述方岛的形状为方形。
5、优选的，所述背面短梁结构与所述正面梁-岛结构的位置相对应，分别与敏感薄膜的四边相互垂直且具有间隙。
6、优选的，所述背面短梁结构的形状为方形。
7、优选的，所述敏感薄膜的形状为方形；所述正面梁-岛结构的数量为四个，四个正面梁-岛结构的短梁分别与所述敏感薄膜的四边中部相连接；所述背面短梁结构的数量为四个，四个背面短梁结构分别与敏感薄膜的四边相互垂直且具有间隙。
8、优选的，所述背面短梁结构在刻蚀敏感薄膜背面部分硅后，与背腔同步刻蚀形成。
9、优选的，所述压敏电阻分布于正面梁-岛结构与敏感薄膜的连接处。
10、优选的，每组压敏电阻可包含1～n(n为大于等于2的正整数)个对称分布的压敏电阻，其间采用重掺杂引线连接。
11、优选的，所述压敏电阻连接重掺杂引线，所述重掺杂引线连接金属引线，所述金属引线连接pad，所述pad为金属引线与外界电路相连的部分。
12、优选的，所述硅衬底为n型100晶面的单晶硅片或soi(silicon on insulator)硅片。
13、本发明的第二方面，提供一种mems压阻式压力传感器的制备方法，包括如下步骤：
14、s1、制作硅衬底背面保护层。
15、优选的，在硅衬底两个表面制备一层sio2和si3n4薄膜，然后除去硅衬底正面的sio2和si3n4。
16、优选的，sio2可采用热氧化、apcvd、lpcvd、pecvd等工艺制备，si3n4可采用apcvd、lpcvd、pecvd等工艺制备；更优选的，sio2和si3n4的制备采用lpcvd工艺；正面的si3n4可采用干法刻蚀去除，正面的sio2可采用湿法腐蚀去除。
17、s2、在硅衬底的正面制作形成相互连接的压敏电阻和重掺杂引线。
18、优选的，采用离子注入工艺，在压敏电阻区进行p型轻掺杂，在重掺杂引线区进行p型重掺杂。
19、s3、在硅衬底的正面制作形成欧姆接触和金属引线。
20、优选的，在硅衬底的正面淀积sio2和si3n4作为介质层，干法刻蚀出欧姆接触区域，淀积金属ti，退火形成欧姆接触，再淀积金属al形成互连，淀积si3n4作为钝化层，并刻蚀出pad。
21、s4、在硅衬底的正面制作形成敏感薄膜的正面梁-岛结构。
22、优选的，使用干法刻蚀在硅衬底的正面刻蚀形成敏感薄膜的正面梁-岛结构；更优选的，使用反应离子刻蚀(rie)在硅衬底的正面刻蚀出敏感薄膜的正面梁-岛结构。
23、s5、在硅衬底的背面制作形成背腔和敏感薄膜的背面短梁结构。
24、优选的，使用深反应离子刻蚀(drie)在硅衬底的背面刻蚀出背腔和敏感薄膜的背面短梁结构。
25、s6、将硅衬底的背面与玻璃底座进行键合。
26、优选的，玻璃底座为bf33硼硅玻璃，键合工艺采用阳极键合。
27、有益效果：
28、本发明采用正面梁-岛结构和背面短梁结构与敏感薄膜结合的方式，通过在敏感薄膜正面引入正面梁-岛结构，增加了短梁端部的应力集中效应，将压敏电阻放置于该区域，提高了灵敏度；同时增加了敏感薄膜部分区域的厚度，增加了刚度，减小了挠度，从而减小了非线性；并且在敏感薄膜背面引入不与敏感薄膜边缘连接的背面短梁结构，更加使应力集中于敏感薄膜边缘位置，同时增加刚度以减小了非线性；此外，本发明可以使用成熟的标准体硅加工工艺，具有高稳定性、低成本的优点。
1.一种mems压阻式压力传感器，其特征在于，包括：具有正面梁-岛结构(2)和背面短梁结构(7)的敏感薄膜(1)、压敏电阻(3)、重掺杂引线(4)、金属引线(5)和玻璃底座(11)；所述敏感薄膜(1)为硅衬底(8)经过背面刻蚀产生背腔(12)后形成的硅膜；所述正面梁-岛结构(2)位于敏感薄膜(1)的正面，且与敏感薄膜(1)的边缘连接；所述压敏电阻(3)位于正面梁-岛结构(2)端部；所述背面短梁结构(7)位于敏感薄膜(1)的背面且与敏感薄膜(1)的边缘之间具有间隙；所述重掺杂引线(4)与金属引线(5)在敏感薄膜(1)的正面形成欧姆接触(13)；所述玻璃底座(11)与敏感薄膜(1)的背面进行键合。
2.根据权利要求1所述的mems压阻式压力传感器，其特征在于，所述正面梁-岛结构(2)包括：依次连接的短梁和方岛；所述短梁与敏感薄膜(1)的边缘连接；所述背面短梁结构(7)与所述正面梁-岛结构(2)的位置相对应，且与敏感薄膜(1)的边缘之间具有间隙。
3.根据权利要求2所述的mems压阻式压力传感器，其特征在于，所述敏感薄膜(1)的形状为方形；所述正面梁-岛结构(2)的数量为四个，四个正面梁-岛结构(2)的短梁分别与所述敏感薄膜(1)的四边中部相连接；所述背面短梁结构(7)的数量为四个，四个背面短梁结构(7)分别与敏感薄膜(1)的四边相互垂直且具有间隙。
4.根据权利要求1所述的mems压阻式压力传感器，其特征在于，所述背面短梁结构(7)在刻蚀敏感薄膜(1)背面部分硅后，与背腔(12)同步刻蚀形成。
5.根据权利要求1所述的mems压阻式压力传感器，其特征在于，所述压敏电阻(3)分布于正面梁-岛结构(2)与敏感薄膜(1)的连接处。
6.根据权利要求1所述的mems压阻式压力传感器，其特征在于，所述压敏电阻(3)连接重掺杂引线(4)，所述重掺杂引线(4)连接金属引线(5)，所述金属引线(5)连接pad(6)，所述pad(6)为金属引线(5)与外界电路相连的部分。
7.根据权利要求1所述的mems压阻式压力传感器，其特征在于，所述硅衬底(8)为n型100晶面的单晶硅片或soi硅片。
8.根据权利要求1-7任一项所述的mems压阻式压力传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的mems压阻式压力传感器的制备方法，其特征在于，步骤s4中，使用反应离子刻蚀在硅衬底(8)的正面刻蚀出敏感薄膜(1)的正面梁-岛结构(2)。
10.根据权利要求8所述的mems压阻式压力传感器的制备方法，其特征在于，步骤s5中，使用深反应离子刻蚀在硅衬底(8)的背面刻蚀出敏感薄膜(1)的背面短梁结构(7)和背腔(12)。