一种MEMS压敏芯片及其制备方法与流程

本申请涉及芯片制备，具体而言，涉及一种mems压敏芯片及其制备方法。

背景技术：

1、传统工业机器人是当前工业领域应用最广的机器人(刚性机器人)，但是在控制机器人的位置时只能应用于严格结构化的场景，这就导致无法很好地处理场景中的不确定性。而柔性机器人作为当前研究热点，其每个关节都配备了一个力传感器，从而兼具了高精度位置控制和高动态力控制，其中高动态力控制指的是力的闭环频率比工业机器人提高一两个数量级，力响应更灵敏；同时模拟肌肉控制的柔顺特性，使机器人具备应对环境不确定性的能力。机器人利用机器人末端的触觉压敏传感器阵列获得力反馈信息，实现机器人位姿精确控制。其中力传感器作为这一领域的核心器件，其性能至关重要。一方面，受机器人关节处的面积的限制，要求力传感器的体积必须足够小；另一方面，要求压敏传感器阵列采集，实现精确“触觉”信息的合成。

2、在各种力传感器中，mems压敏传感器作为最为成熟的微机电系统(mems)元器件由于其小型化，制造成本低的优点得到广泛应用。但目前大部分已经实现产业化的mems压敏传感器都主要用于测量50pa～40mpa的压力，然而测量50pa～60mpa压力的mems传感器受到制备困难和成本较高等客观因素制约尚不常见。

3、在机器人柔顺控制领域，对大量程、高精度、超量程保护的压力传感测试的需求越来越大。对于mems压敏传感器的设计制造，传感器的线性度和灵敏度性能上的平衡一直是制约mems压敏芯体的在该领域大规模应用的关键因素。为了感测微小的压力变化，压敏芯片感压膜(敏感结构)厚度必须做到足够小，才能满足传感器对灵敏度的要求。然而，过薄的膜厚会导致受到压力时，感压膜在感压方向挠度过大，从而导致传感器的线性度降低。同时针对mems压敏传感器在测量大范围压力时，传感器没有超量程保护设计，容易导致芯片损坏。

技术实现思路

1、本申请的目的在于，为了克服现有的技术缺陷，提供了一种mems压敏芯片及其制备方法，通过惠斯通电桥的敏感电阻将压力信号转换为电压信号实现对压力的测量。

2、本申请目的通过下述技术方案来实现：

3、第一方面，本申请提出了一种mems压敏芯片，所述芯片包括从上至下依次布置的第一基底、第二基底、第三基底、第四基底、第五基底以及第六基底，所述第三基底包括压阻器以及半岛-弧边梁结构，压阻器由压敏电阻条和欧姆接触区构成，所述第四基底包括感压膜结构；

4、所述第一基底为钝化保护层，用于保护所述芯片的顶部；

5、所述第二基底为金属层，通过金属互联引线与压阻器的欧姆接触区进行电学导通构成惠斯通电桥压阻电路；

6、设置所述半岛-弧边梁结构的上表面为两组压敏电阻条，两组压敏电阻条基于mems压敏芯片的中心对称排布于半岛-弧边梁结构中半岛区域上的应力集中区域内；

7、所述第五基底的上表面与感压膜结构相连，设置于第五基底中间的孔岛结构的下方及四周均为空腔结构，支撑表框设置于所述第五基底的四周，所述支撑表框的上方连接感压膜结构，所述支撑表框的下方连接第六基底的玻璃基座；

8、所述第六基底通过贴片胶与外壳固定。

9、在一种可能的实施方式中，所述钝化保护层由氧化硅构成，并通过气相沉积工艺所制作。

10、在一种可能的实施方式中，所述金属层由铝、铜或铬金合金构成。

11、在一种可能的实施方式中，所述金属互联引线通过磁控溅射工艺所制作。

12、在一种可能的实施方式中，所述第三基底由单晶硅和氧化硅构成。

13、在一种可能的实施方式中，两组压敏电阻条垂直于芯片边框方向，每组压敏电阻条包括四个压敏电阻条。

14、在一种可能的实施方式中，所述第四基底由单晶硅构成。

15、在一种可能的实施方式中，所述第五基底由单晶硅构成。

16、在一种可能的实施方式中，所述第六基底由玻璃构成。

17、第二方面，本申请提出了一种mems压敏芯片的制备方法，所述方法包括：

18、在单晶硅片正面利用光刻技术形成带压阻器的第三基底，对单晶硅片利用硼掺杂和浓硼掺杂工艺制备出压阻条和欧姆接触区,采用快速退火工艺对注入造成的晶格损伤进行修复；

19、利用等离子体气相沉积工艺在压阻器的一面进行沉积形成金属层，利用刻蚀工艺在金属层上开出欧姆接触的电接触孔，利用溅射工艺在金属层上沉积形成金属薄膜，利用过金属腐蚀工艺刻蚀形成金属互联引线，来确保压阻器之间的电学互联；

20、利用腐蚀工艺在第三基底的上表面氧化层形成半岛-弧边梁结构的图形轮廓,通过反应离子刻蚀rie刻蚀硅形成半岛-弧边梁结构；

21、利用化学气相沉积工艺在金属层的上表面沉积一层氮化铝作为钝化保护层；

22、利用腐蚀工艺在第四基底和第五基底刻蚀出感压膜结构与孔岛结构的区域图形，在区域图形的表面喷涂光刻胶,显影形成孔岛结构图形，利用反应离子深刻蚀drie工艺刻蚀硅,去除剩余的光刻胶得到感压膜结构与孔岛结构的区域图形的氧化层；

23、将感压膜结构与孔岛结构的区域图形的氧化层作为掩膜,使用反应离子深刻蚀drie体硅加工工艺在硅片底面上刻蚀感压膜结构与孔岛结构区域,形成目标尺寸的感压膜结构和孔岛结构；

24、去除背面剩余氧化层，利用阳极键合工艺，在硅片背面键合作为玻璃基座的玻璃片。

25、上述本申请主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本申请可采用并要求保护的方案；且本申请，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本申请方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本申请所要保护的技术方案，在此不做穷举。

26、本申请公开了一种mems压敏芯片及其制备方法，芯片包括从上至下依次布置的第一至第六基底，第一基底保护芯片的顶部，第二基底通过金属互联引线与压阻器的欧姆接触区进行电学导通构成惠斯通电桥压阻电路，两组压敏电阻条基于mems压敏芯片的中心对称排布于半岛-弧边梁结构中半岛区域上的应力集中区域内，第五基底的上表面与感压膜结构相连，设置于第五基底中间的孔岛结构的下方及四周均为空腔结构，支撑表框设置于第五基底的四周，支撑表框的上方连接感压膜结构，支撑表框的下方连接第六基底的玻璃基座，第六基底通过贴片胶与外壳固定。通过惠斯通电桥的敏感电阻将压力信号转换为电压信号实现对压力的测量。

技术特征：

1.一种mems压敏芯片，其特征在于，所述芯片包括从上至下依次布置的第一基底、第二基底、第三基底、第四基底、第五基底以及第六基底，所述第三基底包括压阻器以及半岛-弧边梁结构，压阻器由压敏电阻条和欧姆接触区构成，所述第四基底包括感压膜结构；

2.如权利要求1所述的mems压敏芯片，其特征在于，所述钝化保护层由氧化硅构成，并通过气相沉积工艺所制作。

3.如权利要求1所述的mems压敏芯片，其特征在于，所述金属层由铝、铜或铬金合金构成。

4.如权利要求1所述的mems压敏芯片，其特征在于，所述金属互联引线通过磁控溅射工艺所制作。

5.如权利要求1所述的mems压敏芯片，其特征在于，所述第三基底由单晶硅和氧化硅构成。

6.如权利要求1所述的mems压敏芯片，其特征在于，两组压敏电阻条垂直于芯片边框方向，每组压敏电阻条包括四个压敏电阻条。

7.如权利要求1所述的mems压敏芯片，其特征在于，所述第四基底由单晶硅构成。

8.如权利要求1所述的mems压敏芯片，其特征在于，所述第五基底由单晶硅构成。

9.如权利要求1所述的mems压敏芯片，其特征在于，所述第六基底由玻璃构成。

10.一种mems压敏芯片的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

技术总结本申请公开了一种MEMS压敏芯片及其制备方法，芯片包括从上至下依次布置的第一至第六基底，第一基底保护芯片的顶部，第二基底通过金属互联引线与压阻器的欧姆接触区进行电学导通构成惠斯通电桥压阻电路，两组压敏电阻条基于MEMS压敏芯片的中心对称排布于半岛‑弧边梁结构中半岛区域上的应力集中区域内，第五基底的上表面与感压膜结构相连，设置于第五基底中间的孔岛结构的下方及四周均为空腔结构，支撑表框设置于第五基底的四周，支撑表框的上方连接感压膜结构，支撑表框的下方连接第六基底的玻璃基座，第六基底通过贴片胶与外壳固定。通过惠斯通电桥的敏感电阻将压力信号转换为电压信号实现对压力的测量。技术研发人员：姜世平,王德麾,张宜文,王竹卿,钟勇,宋洋洋,刘奇受保护的技术使用者：四川云盾光电科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/4/7