[发明专利]一种绝对压力传感器芯片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅微机械传感器领域，特别是涉及一种绝对压力传感器芯片及其制作方法。

背景技术

压阻效应由C.S.Smith在1954年首次发现，压阻式压力传感器就是根据这一机理设计加工而成的微传感器。典型的压阻式压力传感器结构采用电化学或者选择性掺杂、各向异性腐蚀等加工技术制作成平面薄膜。最初的压力传感器采用金属膜片作为敏感元件，在其上布置硅应变电阻条。微电子机械系统(Micro Electro Mechanical systems，MEMS)技术的成功应用促使人们利用硅的良好机械性能来制作微型的传感器与执行器，金属薄膜被单晶硅材料代替，应变电阻条也改为硅扩散电阻条。首先问世的硅压力传感器用单晶硅制作成半导体应变片，使灵敏度得到了极大的提高。由于其制造工艺简单，线性度好，占据了MEMS压力传感器的主流市场。单晶硅材料与金属相比，具有优秀的机械性能。这样就可以采用硅加工技术来设计、加工薄膜，例如硼离子注入，各向异性腐蚀，重掺杂自停止化学腐蚀，PN结自停止腐蚀，硅-玻璃键合以及硅-硅键合等等。采用硅微加工技术，传感器的尺寸得到了降低，可以批量加工，并且降低了成本。

目前，通过硅微加工技术制造绝对压力传感器的常规工艺存在某些缺点。首先，传统的硅压阻式压力传感器采用扩散或离子注入方法形成敏感电阻，其对温度很敏感，灵敏度相对较低，无法适用于对传感器稳定性和灵敏度要求更高的场合。此外，传统的硅压阻式压力传感器制造工艺与标准CMOS工艺兼容性差，要实现传感器芯片的单片集成的成本高昂，故无法满足高端市场的需求。

因此人们尝试采用其他的敏感方式，比如电容式、压电式、谐振式来制作绝对压力传感器。MEMS电容式压力传感器具有高灵敏度，低功耗，更好的温度性能，无开启温度漂移，坚实的结构，受外应力的影响更小等特点，作为新一代压力传感器的前景广阔。

发明内容

基于此，有必要提供一种基于CMOS标准制造工艺、性能可靠的电容式绝对压力传感器芯片。

一种绝对压力传感器芯片，其包括绝对压力传感器集成在所述CMOS芯片上；所述绝对压力传感器包含压力敏感单元，所述压力敏感单元包括含有浮栅的场效应管，和嵌入了多晶硅或金属材料作栅极用以感应绝对压力变化的振动膜，所述浮栅嵌入CMOS芯片的介质层中，所述振动膜形成有空腔并被密封。

在其中一个实施例中，所述CMOS芯片所在的掺杂硅衬底的背面形成电气连接焊盘。

在其中一个实施例中，所述振动膜为金属层与介质层材料(如氧化硅)的复合层。

在其中一个实施例中，所述振动膜上覆盖有保护膜。

在其中一个实施例中，所述保护膜为聚合物薄膜。

此外，还提供一种绝对压力传感器芯片的制作方法，包括如下步骤：

步骤一、提供CMOS标准集成电路工艺制造的半成品，所述半成品以掺杂硅为衬底，所述衬底生成有集成电路CMOS芯片；

步骤二、在振动膜上形成腐蚀孔，同时牺牲层暴露出来；

步骤三、通过腐蚀孔去除所述牺牲层，使振动膜与下极板之间形成空腔；

步骤四、在振动膜上覆盖保护膜，封闭所述腐蚀孔。

在其中一个实施例中，步骤一中，在所述CMOS芯片所在的掺杂硅衬底的背面形成电气连接焊盘。

在其中一个实施例中，所述振动膜为金属层与介质层材料(如氧化硅)的复合层。

在其中一个实施例中，采用湿法腐蚀或干法反应离子刻蚀去除所述牺牲层，进而形成所述空腔。

在其中一个实施例中，所述保护膜为物理气相沉淀或化学气相沉淀工艺形成的聚合物薄膜。

在其中一个实施例中，所述场效应管为N型场效应管，直接内置于衬底上。由于栅极悬空，降低了栅极泄露电流和亚阈值电流造成的噪声，从而提高输出电流并保持低的噪声。

上述电容式绝对压力传感器芯片及其制作方法中，系在CMOS标准制造工艺的集成电路的金属导电层上制作牺牲层及可导电的振动膜，并用聚合物薄膜材料密封振动膜上的腐蚀孔，最终制成传感器微单元，不改变现有CMOS工艺，兼容性好，可靠性高；传感器压力敏感单元包括含有浮栅的场效应管，和嵌入了多晶硅或金属材料作栅极用以感应绝对压力变化的振动膜，振动膜的振动，从而引起浮栅与金属栅极间耦合电容的变化，导致场效应管的漏极电流变化，通过测量电流就可以获知压力信息，具有极高的灵敏度。

附图说明

图1为一实施方式的绝对压力传感器芯片的制作方法的流程图；