MEMS压力传感器-EDA365

MEMS压力传感器

硅直接键合技术广泛应用于压力传感器和加速度计，是一种制备密封腔的重要的工艺手段。硅-硅直接键合技术制备压力传感器具有很大的优势：成本低，应力小，性能高，可以大规模生产。压力传感器分为两种，一种是基于压阻的变化，一种是基于电容的改变。压阻式压力传感器是在密封腔上面悬空的硅层上制备压敏电阻，随着压力的变化，硅膜的应力变化，相应的压阻发生变化，键合压阻式压力传感器如图1.19所示。主要的工艺工艺步骤为：（1）衬底硅片进行腐蚀，腐蚀出要求的密封腔；（2）把衬底和另外一个硅片键合，并经过1000~1200℃的高温退火，使键合界面达到一体化；（3）把键合好的硅片进行减薄和抛光达到要求的厚度（5~25?m或更厚）；（4）按照标准的IC工艺制备压敏电阻器。
电容式压力传感器是在密封腔的底部和上面悬空的硅层上制备电容的上下极板，随着压力的变化，两个极板的距离发生变化，电容也就变化，键合电容式压力传感器如图1.20所示。主要的工艺工艺步骤为：（1）衬底硅片进行腐蚀，腐蚀出要求的密封腔；（2）浓硼扩散，在硅片的表面和腔的底部形成一层P+层，作为电容的下极板。（3）把另外一个硅片氧化，然后与衬底键合，并经过1000~1200℃的高温退火，使键合界面达到一体化；（4）把键合好的硅片进行减薄和抛光达到要求的厚度（5~25?m，或更厚）；（5）光刻下极板引线孔，热氧化形成一层氧化层，再光刻掉引线孔底部的氧化层；（6）淀积金属并光刻出下极板引线和上极板。
键合技术还可以制备高温压力传感器，主要的工艺包括：（1）器件硅片用掩模层（比如光刻胶）掩模光刻后，用离子注入形成P++的压敏电阻器；（2）器件硅片除去光刻胶，与另外一个热氧化的硅片键合，形成了一个SOI结构；（3）器件硅片背面减薄和选择性腐蚀，除去器件硅片的其余硅，留下SiO2上面的P++的压敏电阻器；（4）硅片背面腐蚀出一个空腔；正面淀积高温金属并光刻，就可以制备一个完整的高温压力传感器，如图1.21所示。由于没有p-n结有关的泄漏和离子污染引起的电阻的不稳定性，并且重掺杂的电阻对温度不敏感，应用温度可以超过250℃[37]。