CN105181217B - Mems压力传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种MEMS压力传感器及其制造方法，包括一压力敏感膜、至少四正面压敏电阻和至少四背面压敏电阻，其中所述压力敏感膜具有一正面和一背面，每所述正面压敏电阻和每所述背面压敏电阻分别设于所述压力敏感膜的正面和背面，电连接后形成至少一惠斯通电桥，设于所述正面和所述背面相对应位置的压敏电阻的阻值随压力的变化方向相反，以抵消各压敏电阻之间由于工艺条件和/或外界因素产生的误差，提高所述MEMS压力传感器输出的稳定性和精度。

Description

MEMS压力传感器及其制造方法

技术领域

本发明涉及微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)领域，尤其涉及一种MEMS压力传感器及其制造方法。

背景技术

MEMS压力传感器是一种薄膜元件，适于用来感测压力，具有体积小、重量轻、精度高、灵敏度高、成本低的优点，在很多领域已取代传统的传感器。随着微电子技术的快速发展，MEMS压力传感器的应用范围越来越广泛，目前广泛应用于汽车系统中来测量气囊压力、燃油压力、发动机机油压力、进气管道压力及轮胎压力等，其还可以应用于医疗市场及其他工业领域的压力测量。

目前，主流的MEMS压力传感器是基于压敏电阻原理的，当外部压力作用在硅压敏膜片时，会引起硅材料晶格压缩和拉伸，进而压敏电阻的阻值会发生减小和增加的变化。一般来说，压敏电阻制作在压力敏感膜的上表面上，图1A所示为MEMS压敏电阻式压力传感器传统结构的示意图，包括一压力敏感膜1、四压敏电阻2、多个连接键3和一衬底4，其中所述压敏电阻2设于所述压力敏感膜1的正面并形成一惠斯通电桥，以感测压力，所述压力敏感膜1与所述衬底4相连接，以使得所述衬底4得以支撑所述压力敏感膜1，所述连接键3也设于所述压力敏感膜1上，以便于将所述MEMS压力传感器连接于其他电路，适于封装后用于压力检测。

在MEMS器件中需要考虑比较多的一个问题是其对温度和压力的敏感性，对于压敏电阻式MEMS压力传感器，尤其要考虑这样的问题，因此，MEMS压力传感器依然存在一些问题和缺陷，这是由于在传统的结构中，四个电阻的阻值相等，相邻电阻的压阻系数相反，正对的两个电阻压阻系数相同，但通常由于工艺误差的限制或外界的干扰因素，四个电阻的静态值不会完全匹配，造成四个电阻不完全相等，惠斯通电桥不平衡。因此，在MEMS压力传感器工作的过程中，随着温度的变化，阻值不相等的电阻随温度的变化量不相同，结果就会造成压力传感器的绝对基准发生变化。此外，惠斯通电桥的四个压敏电阻在MEMS芯片上是绝对对称的，但对于整个封装后的芯片，四个压敏电阻并不对称，当温度或应力变化时，引起压力敏感膜的形变，进而引起压敏电阻的变化，但压敏电阻的变化值不会完全相同。上述情况的结果会导致在无压力变化的情况下，压力传感器的输出依然会变化，造成输出的不稳定性，表现为温漂比较大。

传统的MEMS压力传感器存在的问题和缺陷限制了其应用范围，随着科学技术的不断发展，对MEMS的需求也越来越大，因此，解决现有技术中存在的问题并进一步研究精度更高的MEMS压力传感器势在必行。本发明针对MEMS压敏电阻式压力传感器传统结构的问题和缺陷，提出针对性的改进，以提高其精度。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种MEMS压力传感器及其制造方法，通过对传统的组成惠斯通电桥的四个压敏电阻进行修正，使其具有更好的对称性和一致性，能更好的抵抗外界温度和应力变化对其造成的输出变化，以提高MEMS压力传感器的精度。

本发明的另一目的在于提供一种MEMS压力传感器及其制造方法，通过在压力敏感膜的正面和背面相对应的位置分别设置四个压敏电阻，使得相对应位置的正面和背面的压敏电阻的阻值相等，阻值随压力的变化方向相反，以进行修正，提高其输出的稳定性。

本发明的另一目的在于提供一种MEMS压力传感器及其制造方法，压力敏感膜的正面和背面的压敏电阻各形成一个惠斯通电桥，分别进行输出，以完全差分的方式，对两组惠斯通电桥进行连接，达到不对外界应力、温度敏感，很大程度的提高了MEMS压力传感器的输出稳定性。

本发明的另一目的在于提供一种MEMS压力传感器及其制造方法，通过将两组惠斯通电桥配合使用，可以有效的减小由于电阻值不匹配对输出造成的不良影响。

本发明的另一目的在于提供一种MEMS压力传感器及其制造方法，将正面和背面不同位置的压敏电阻两两串联，对不同位置的压敏电阻做平均，再重新组成一个惠斯通电桥，以抵消传统的压敏电阻之间存在的误差。

本发明的另一目的在于提供一种MEMS压力传感器及其制造方法，通过在所述压力敏感膜的正面和背面刻蚀形成梯形槽来增加压力敏感膜敏感区域的敏感性，并有利于排布金属引线和压敏电阻，以延长MEMS压力传感器的使用寿命。

本发明的另一目的在于提供一种MEMS压力传感器及其制造方法，工艺简单，与常规的工艺流程兼容。

本发明的另一目的在于提供一种MEMS压力传感器及其制造方法，和传统的MEMS相比，不需要增加成本，因此在成本较低的基础上实现了高精度和输出的稳定性。

本发明的另一目的在于提供一种MEMS压力传感器及其制造方法，可以在保持原有体积较小的基础上，提高MEMS压力传感器的精度。

本发明的另一目的在于提供一种MEMS压力传感器及其制造方法，灵敏度和精度都较高，扩大了MEMS压力传感器的应用范围。

为满足本发明的以上目的以及本发明的其他目的和优势，本发明提供一种MEMS压力传感器，包括：

一压力敏感膜，具有一正面和一背面；

至少四正面压敏电阻；以及

至少四背面压敏电阻，每所述正面压敏电阻和每所述背面压敏电阻分别设于所述压力敏感膜的正面和背面，其中每所述正面压敏电阻和每所述背面压敏电阻电连接后得以感测压力。

根据本发明一实施例，每所述正面压敏电阻与每所述背面压敏电阻被设于所述压力敏感膜正面和背面相对应的位置，通过将不同位置的一个所述正面压敏电阻和一个所述背面压面电阻相串联，全部按预定方式串联后形成四压敏电阻对，将每所述压敏电阻对电连接形成一个惠斯通电桥。

优选地，所述压敏电阻对电连接形成惠斯通电桥后进而电连接于一集成电路，进行信号输出，得到所述MEMS压力传感器的信号值。

优选地，将压阻系数相同的所述正面压敏电阻和所述背面压敏电阻相串联。

优选地，通过在所述压力敏感膜内部预置导电材料来连接每所述正面压敏电阻和每所述背面压敏电阻。

根据本发明一实施例，每所述正面压敏电阻与每所述背面压敏电阻被设于所述压力敏感膜正面和背面相对应的位置，每所述正面压敏电阻电连接形成一个惠斯通电桥，每所述背面压敏电阻电连接形成一个惠斯通电桥。

优选地，所述正面压敏电阻和所述背面压敏电阻各自电连接后形成的惠斯通电桥分别电连接于一集成电路并分别进行信号输出，对两组输出的信号值取平均值，得到所述MEMS压力传感器的信号值。

优选地，设于所述压力敏感膜的正面和背面的相对应位置的所述正面压敏电阻的阻值与所述背面压敏电阻的阻值相等，其阻值随压力的变化是相反的。

优选地，所述压力敏感膜的背面包括二背面台阶和具有一背面键合槽，其中所述背面台阶围在所述背面键合槽的边缘，其中所述压力敏感膜适于通过所述背面台阶与一衬底相连接，所述背面键合槽适于排布所述背面压敏电阻。

一种MEMS压力传感器的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：

(a)将至少四正面压敏电阻和至少四背面压敏电阻分别相对应地设于一压力敏感膜的正面和背面；

(b)排布金属引线以电连接所述正面压敏电阻和/或所述背面压敏电阻，得以感测压力；以及

(c)设置多个连接键，使得所述MEMS压力传感器适于电连接于至少一集成电路进行信号输出。

根据本发明一实施例，在所述步骤(b)中，将不同位置的一个所述正面压敏电阻和一个所述背面压敏电阻相串联，全部按预定方式串联后形成四压敏电阻对，所述压敏电阻对通过所述金属引线电连接形成一个惠斯通电桥，进一步电连接于一个所述集成电路，进行信号输出得到所述MEMS压力传感器的信号值。

优选地，将压阻系数相同的所述正面压敏电阻和所述背面压敏电阻相串联。

优选地，在所述压力敏感膜中预置导电材料，以串联不同位置的所述正面压敏电阻和所述背面压敏电阻。

根据本发明一实施例，在所述步骤(b)中，所述正面压敏电阻通过所述金属引线依次电连接形成一个惠斯通电桥，所述背面压敏电阻通过所述金属引线依次电连接形成一个惠斯通电桥，两个惠斯通电桥各自连接于所述集成电路并分别进行信号输出，对两组输出的信号值取平均值，得到所述MEMS压力传感器的信号值。

优选地，设于所述压力敏感膜的正面和背面的相对应位置的所述正面压敏电阻的阻值与所述背面压敏电阻的阻值相等，其阻值随压力的变化是相反的。

优选地，在所述步骤(a)之前，进一步包括二步骤：利用湿法刻蚀，在所述压力敏感膜的背面中部刻蚀出一背面梯形槽，并在所述压力敏感膜的边缘形成二背面台阶，所述压力敏感膜适于通过所述背面台阶与一衬底相连接；和利用湿法刻蚀，在所述压力敏感膜的正面中部刻蚀出一正面梯形槽，以适于排布所述正面压敏电阻和所述金属引线。

优选地，利用湿法刻蚀在所述背面梯形槽中部的底部刻蚀出一背面键合槽，以适于排布所述背面压敏电阻和所述金属引线。

优选地，在上述方法中，通过将离子注入所述压力敏感膜的正面和背面，并退火激活注入的离子和修复晶格来形成所述正面压敏电阻和所述背面压敏电阻。

优选地，在上述方法中，通过蒸镀或溅射工艺在所述压力敏感膜的正面和背面沉积所述金属引线。

优选地，对所述压力敏感膜正面的所述金属引线进行刻蚀形成所述连接键。

附图说明

图1A是一种MEMS压力传感器传统结构的剖面示意图。

图1B是一种MEMS压力传感器中的压敏电阻传统的连接方式示意图。

图2是本发明的一个优选实施例的一种MEMS压力传感器包括的压力敏感膜正面和背面的压敏电阻相串联形成一个惠斯通电桥的示意图。

图3A是本发明的一个优选实施例的一种MEMS压力传感器包括的压力敏感膜正面的压敏电阻连接方式的示意图。

图3B是本发明的一个优选实施例的一种MEMS压力传感器包括的压力敏感膜背面的压敏电阻连接方式的示意图。

图4A是本发明的上述优选实施例的一种MEMS压力传感器包括的压力敏感膜的剖面示意图。

图4B和图4C是本发明的上述优选实施例的一种MEMS压力传感器的背面刻蚀梯形台阶的剖面示意图。

图4D至图4F是本发明的上述优选实施例的一种MEMS压力传感器的背面制作压敏电阻的剖面示意图。

图5A至图5C是本发明的上述优选实施例的一种MEMS压力传感器的正面刻蚀梯形台阶的剖面示意图。

图5D和图5E是本发明的上述优选实施例的一种MEMS压力传感器的正面制作压敏电阻的剖面示意图。

图5F是本发明的上述优选实施例制作完成的一种MEMS压力传感器结构的剖面示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

如图1B所示，对于传统的MEMS压力传感器，在压力敏感膜1上形成一组惠斯通电桥，其包括的四个压敏电阻分别为R1/R2/R3/R4，相邻电阻的压阻系数相反，正对的两个电阻压阻系数相同，在外界压力作用在压力敏感膜1时，薄膜的边缘会有应力存在，而这个应力会造成压敏电阻的阻值变化，R1和R3的电流方向与应力方向平行，R2和R4的电流方向与应力方向垂直，造成在有压力作用在压力敏感膜上时，R1和R3与R2和R4电阻的变化符号相反。当无压力输入时，压敏电阻R1/R2/R3/R4的初始电阻为零，电桥平衡，输出为零，当有外界压力输入，作用在压力敏感膜上时，造成压敏电阻发生变化，R1和R3增加时，R2和R4减小，或者R1和R3减小时，R2和R4增加，则惠斯通电桥不再平衡，有信号输出。但是，MEMS压力传感器器件中需要考虑其对温度和应力的敏感性，传统的MEMS压敏电阻式压力传感器使用四个压敏电阻做成惠斯通电桥，由于四个压敏电阻的阻值并不会完全相等，导致其随温度的变化量不相等，造成压力传感器的绝对基准发生变化，并且由于封装后四个压敏电阻的不对称性，会导致在无压力变化的情况下，压力传感器的输出依然会变化，造成输出的不稳定性。

本发明将压敏电阻制作在压力敏感膜的正面和背面，做成两组惠斯通电桥或将正面和背面的压敏电阻串联后重新组成一个惠斯通电桥，以对组成惠斯通电桥的压敏电阻进行修正，使得压敏电阻具有更好的对称性和一致性，以更好的抵抗外界温度和应力变化对其造成的输出变化。

具体地，如图5F所示，本发明提供一种MEMS压力传感器，包括一压力敏感膜10、至少四正面压敏电阻20、至少四背面压敏电阻30和一衬底40，其中所述压力敏感膜10连接于所述衬底40，使得所述衬底40得以支撑所述压力敏感膜10，每所述正面压敏电阻20和每所述背面压敏电阻30分别设于所述压力敏感膜10具有的一正面11和一背面12，按照预定方式进行电连接进行信号输出，下文将会进一步阐述。

值得一提的是，在所述压力敏感膜10的背面设有二背面台阶121、一背面梯形槽122和一背面键合槽123，其中所述背面台阶121位于所述压力敏感膜10背面的边缘，所述背面梯形槽122位于所述压力敏感膜10的中部，所述背面键合槽123位于所述背面梯形槽122底壁的中部，有利于排布所述背面压敏电阻30和背面金属引线15，以保证所述MEMS压力传感器得以感测外界压力。其中每所述正面压敏电阻20之间和每所述背面压敏电阻30之间通过金属引线进行电连接，所述金属引线包括正面金属引线14和背面金属引线15，其中所述正面金属引线14得以将每所述正面压敏电阻20进行电连接，所述背面金属引线15得以将每所述背面压敏电阻30进行电连接。

值得注意的是，所述背面梯形槽122和所述背面键合槽123只是作为举例，并不限制本发明，本领域的技术人员可以想到其他的变形，所述压力敏感膜10的背面只需要设置一个槽利于所述压力敏感膜10上下自由运动即可，且所述背面压敏电阻30根据实际情况排布在适当位置即可。

进一步地，设于所述压力敏感膜10两面的所述正面压敏电阻20和所述背面压敏电阻30有两种连接和输出方式，一种是将设于所述正面11与所述背面12的所述正面压敏电阻20和所述背面压敏电阻30中的压阻系数相同的电阻一一串联在一起，将所述压力敏感膜10两面的压敏电阻电连接组成一个惠斯通电桥，用单一的ASIC通路(集成电路)输出，得到所述MEMS压力传感器输出的信号值，另一种是将所述正面压敏电阻20和所述背面压敏电阻30各自电连接分别形成一个惠斯通电桥，并分别连接于一ASIC通路(集成电路)，两组惠斯通电桥的信号分别输出，然后对两组输出信号值取平均值，作为所述MEMS压力传感器输出的信号值。

本实施例以四个所述正面压敏电阻20和四个所述背面压敏电阻30为例进行说明。所述正面压敏电阻20和所述背面压敏电阻30分别设于所述压力敏感膜10的正面11和背面12，所述正面压敏电阻20与所述背面压敏电阻30的连接方式如图2所示，形成一组惠斯通电桥，以感测外界压力，其中每所述正面压敏电阻20之间通过正面金属引线14相连接，每所述背面压敏电阻30之间通过所述背面金属引线15相连接，所述正面压敏电阻20和所述背面压敏电阻30之间通过导线13相连接，其中所述导线13是预先设置于所述压力敏感膜10内部的导电材料，所述正面金属引线14和所述背面金属引线15是通过刻蚀形成的，且在所述压力敏感膜10的正面11处设置多个连接键16，以通过所述连接键16使得所述正面压敏电阻20和所述背面压敏电阻30形成的一个惠斯通电桥连接于一个所述ASIC通路，以输出信号。

值得注意的是，本发明中提到的正面、背面、上部、下部等方位性词语都是相对的，是为了更好的解释压敏电阻的相对关系，并不限制本发明。

值得一提的是，所述背面压敏电阻30与所述正面压敏电阻20相对应地设置于所述压力敏感膜10的背面和正面，以修正所述正面压敏电阻20，使其更好的抵抗外界温度和应力变化对其造成的输出变化。换句话说，在所述压力敏感膜10的正面11和背面12，分别相间隔地设有四个所述正面压敏电阻20和四个所述背面压敏电阻30，每所述正面压敏电阻20位于每所述背面压敏电阻30的上部，二者之间夹有所述压力敏感膜10。

如图2所示，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Rd-1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。

所述正面压敏电阻20和所述背面压敏电阻30相连接后的输入输出如图2所示。将所述压力敏感膜10正面和背面不同位置的、压阻系数相同的电阻两两连接在一起，即Ru-1与Rd-2相串联，Ru-2与Rd-3相串联，Ru-3与Rd-4相串联，Ru-4与Rd-1相串联，相串联的两个电阻形成一压敏电阻对，全部按预定方式串联后形成四个所述压敏电阻对，然后将四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。

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。

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-1/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。

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。

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。

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。

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-1/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。

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Vout1和Vout2，最终将Vout1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。

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。

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。

(A)准备一带有硅穿孔(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。

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。

(B)形成背面的槽。包括两个步骤：

(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3μm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。

(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15μm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。

值得一提的是，所述背面梯形槽122的深度为3μm以及所述背面键合槽123的深度为15μm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。

(C)所述背面压敏电阻30的制备。包括三个步骤：

(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。

(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。

(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。

(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。

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。

(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。

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。

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，同时可以保证所述压力敏感膜10的边缘较厚，以增加所述MEMS压力传感器的使用寿命。

(F)所述正面压敏电阻20的制备。包括以下步骤：

(F.1)利用离子注入法形成所述正面压敏电阻20，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正面的所述正面梯形槽112的底部，形成所述正面压敏电阻20的雏形。

(F.2)退火，以激活所述正面11和所述背面12注入的离子，并修复晶格，即激活所述正面压敏电阻20和所述背面压敏电阻30，使其能够感测压力。

(F.3)沉积所述正面金属引线14，具体地，利用蒸镀或溅射工艺将所述正面金属引线14沉积到所述压力敏感膜10的正面11，其中所述正面金属引线14沉积到所述正面台阶111、所述正面梯形槽112，并将各所述正面压敏电阻20依次进行电连接。

(F.4)对所述正面金属引线14进行刻蚀，即对所述正背面台阶111的金属引线及所述正面压敏电阻20之间的金属引线进行部分刻蚀，以使得各所述正面压敏电阻20按照预定方式进行电连接，并刻蚀形成多个所述连接键16，以将位于所述正面11的所述正面压敏电阻20及位于所述背面12的所述背面压敏电阻30引出。

值得一提的是，所述连接键16得以连接至少一ASIC通路，以便于所述MEMS压力传感器与所述ASIC通路电连接进行信号输出，以应用于不同的场合，使得所述正面压敏电阻20及所述背面压敏电阻30将感测的压力传递信号给所述ASIC通路，进行信号输出。

值得一提的是，在上述各步骤中，排布所述导线13、所述正面金属引线14和所述背面金属引线15时，得以使不同位置的所述正面压敏电阻20和所述背面压敏电阻30进行两两串联，然后再形成一个惠斯通电桥，并连接于一个所述ASIC通路，进而得以感测外界压力并进行信号输出。

所述压力敏感膜10、所述衬底40、所述正面压敏电阻20和所述背面压敏电阻30、所述导线13、所述正面金属引线14、所述背面金属引线15以及所述连接键16可以采用传统MEMS压力传感器相应部分的材料和工艺制作，也可以进行适当的变换。

值得注意的是，上述各步骤只是作为举例，并不限制本发明，本领域的技术人员可以根据实际情况将置换上述各步骤的顺序。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (25)

1.一种MEMS压力传感器，其特征在于，包括：

一压力敏感膜，具有一正面和一背面；

至少四正面压敏电阻；以及

至少四背面压敏电阻，每所述正面压敏电阻和每所述背面压敏电阻分别设于所述压力敏感膜的正面和背面，其中每所述正面压敏电阻和每所述背面压敏电阻电连接后得以感测压力；

其中所述压力敏感膜进一步具有一槽，所述槽形成于所述压力敏感膜的所述背面的中部，其中设于所述压力敏感膜的所述背面的每所述背面压敏电阻分别位于所述槽内，其中设于所述压力敏感膜的所述正面的每所述正面压敏电阻分别在所述压力敏感膜的所述正面对应于设于所述压力敏感膜的所述背面的每所述背面压敏电阻。

2.如权利要求1所述的MEMS压力传感器，通过将不同位置的一个所述正面压敏电阻和一个所述背面压敏电阻相串联，全部按预定方式串联后形成四压敏电阻对，将每所述压敏电阻对电连接形成一个惠斯通电桥。

3.如权利要求2所述的MEMS压力传感器，所述压敏电阻对电连接形成惠斯通电桥后进而电连接于一集成电路，进行信号输出，得到所述MEMS压力传感器的信号值。

4.如权利要求2所述的MEMS压力传感器，将压阻系数相同的所述正面压敏电阻和所述背面压敏电阻相串联。

5.如权利要求3所述的MEMS压力传感器，将压阻系数相同的所述正面压敏电阻和所述背面压敏电阻相串联。

6.如权利要求1所述的MEMS压力传感器，每所述正面压敏电阻电连接形成一个惠斯通电桥，每所述背面压敏电阻电连接形成一个惠斯通电桥。

7.如权利要求6所述的MEMS压力传感器，所述正面压敏电阻和所述背面压敏电阻各自电连接后形成的惠斯通电桥分别电连接于一集成电路并分别进行信号输出，对两组输出的信号值取平均值，得到所述MEMS压力传感器的信号值。

8.如权利要求2至7任一所述的MEMS压力传感器，设于所述压力敏感膜的正面和背面的相对应位置的所述正面压敏电阻的阻值与所述背面压敏电阻的阻值相等，其阻值随压力的变化是相反的。

9.如权利要求2至5中任一所述的MEMS压力传感器，通过在所述压力敏感膜内部预置导电材料来连接每所述正面压敏电阻和每所述背面压敏电阻。

10.如权利要求8所述的MEMS压力传感器，所述压力敏感膜的背面包括二背面台阶，所述压力敏感膜的所述槽形成一背面键合槽，其中所述背面台阶围在所述背面键合槽的边缘，其中所述压力敏感膜适于通过所述背面台阶与一衬底相连接，所述背面键合槽适于排布所述背面压敏电阻。

11.一种MEMS压力传感器的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：

(a)将至少四正面压敏电阻和至少四背面压敏电阻分别相对应地设于一压力敏感膜的正面和背面；

(b)排布金属引线以电连接所述正面压敏电阻和/或所述背面压敏电阻，得以感测压力；以及

(c)设置多个连接键，使得所述MEMS压力传感器适于电连接于至少一集成电路进行信号输出；

其中所述压力敏感膜进一步具有一槽，所述槽形成于所述压力敏感膜的所述背面的中部，其中设于所述压力敏感膜的所述背面的每所述背面压敏电阻分别位于所述槽内，其中设于所述压力敏感膜的所述正面的每所述正面压敏电阻分别在所述压力敏感膜的所述正面对应于设于所述压力敏感膜的所述背面的每所述背面压敏电阻。

12.如权利要求11所述的制造方法，其中，在所述步骤(b)中，将不同位置的一个所述正面压敏电阻和一个所述背面压敏电阻相串联，全部按预定方式串联后形成四压敏电阻对，所述压敏电阻对通过所述金属引线电连接形成一个惠斯通电桥，进一步电连接于一个所述集成电路，进行信号输出得到所述MEMS压力传感器的信号值。

13.如权利要求12所述的制造方法，将压阻系数相同的所述正面压敏电阻和所述背面压敏电阻相串联。

14.如权利要求12所述的制造方法，其中在所述压力敏感膜中预置导电材料，以串联不同位置的所述正面压敏电阻和所述背面压敏电阻。

15.如权利要求13所述的制造方法，其中在所述压力敏感膜中预置导电材料，以串联不同位置的所述正面压敏电阻和所述背面压敏电阻。

16.如权利要求11所述的制造方法，其中，在所述步骤(b)中，所述正面压敏电阻通过所述金属引线依次电连接形成一个惠斯通电桥，所述背面压敏电阻通过所述金属引线依次电连接形成一个惠斯通电桥，两个惠斯通电桥各自连接于所述集成电路并分别进行信号输出，对两组输出的信号值取平均值，得到所述MEMS压力传感器的信号值。

17.如权利要求11至16中任一所述的制造方法，其中设于所述压力敏感膜的正面和背面的相对应位置的所述正面压敏电阻的阻值与所述背面压敏电阻的阻值相等，其阻值随压力的变化是相反的。

18.如权利要求17所述的制造方法，在所述步骤(a)之前，进一步包括二步骤：利用湿法刻蚀，在所述压力敏感膜的背面中部刻蚀出一背面梯形槽，并在所述压力敏感膜的边缘形成二背面台阶，所述压力敏感膜适于通过所述背面台阶与一衬底相连接；和利用湿法刻蚀，在所述压力敏感膜的正面中部刻蚀出一正面梯形槽，以适于排布所述正面压敏电阻和所述金属引线。

19.如权利要求18所述的制造方法，进一步包括一步骤：利用湿法刻蚀在所述背面梯形槽中部的底部刻蚀出所述槽，其中所述槽是一背面键合槽，以适于排布所述背面压敏电阻和所述金属引线。

20.如权利要求11至16中任一所述的制造方法，在上述方法中，通过将离子注入所述压力敏感膜的正面和背面，并退火激活注入的离子和修复晶格来形成所述正面压敏电阻和所述背面压敏电阻。

21.如权利要求17所述的制造方法，在上述方法中，通过将离子注入所述压力敏感膜的正面和背面，并退火激活注入的离子和修复晶格来形成所述正面压敏电阻和所述背面压敏电阻。

22.如权利要求19所述的制造方法，在上述方法中，通过将离子注入所述压力敏感膜的正面和背面，并退火激活注入的离子和修复晶格来形成所述正面压敏电阻和所述背面压敏电阻。

23.如权利要求11至16中任一所述的制造方法，在上述方法中，通过蒸镀或溅射工艺在所述压力敏感膜的正面和背面沉积所述金属引线。

24.如权利要求22所述的制造方法，在上述方法中，通过蒸镀或溅射工艺在所述压力敏感膜的正面和背面沉积所述金属引线。

25.如权利要求24所述的制造方法，在上述方法中，对所述压力敏感膜正面的所述金属引线进行刻蚀形成所述连接键。