[发明专利]高灵敏度硅压阻压力传感器及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201410510901.5 申请日: 2014-09-28
公开(公告)号: CN104296899B 公开(公告)日: 2017-04-12
发明(设计)人: 缪建民 申请(专利权)人: 缪建民
主分类号: G01L1/22 分类号: G01L1/22;G01L9/04
代理公司: 无锡市大为专利商标事务所(普通合伙)32104 代理人: 殷红梅,张涛
地址: 江苏省无锡市滨湖区高浪东*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 灵敏度 硅压阻 压力传感器 及其 制备 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种压力传感器及其制备方法,尤其是一种高灵敏度硅压阻压力传感器及其制备方法,属于半导体压力传感器的技术领域。

背景技术

由于半导体传感器具有体积小、重量轻、精度高、温度特性好、制造工艺与半导体集成电路工艺兼容等特点,现已被应用到非常广阔的领域,如汽车、医学、航天、环境等。

近年来,MEMS压力传感器在汽车电子、消费电子和工业电子领域逐渐取代传统的机械量传感器,具有广阔的市场前景,例如轮胎压力监测压力传感器、发动机机油压力传感器、汽车刹车系统空气压力传感器和汽车发动机进气歧管压力传感器等都广泛应用了MEMS技术。

硅压阻式压力传感器包括一个感压膜和其周围的支撑部分,并在感压膜边界内的最大应变区制作了四个压敏电阻,组成惠斯通电桥来感应压力的变化。从压阻式压力传感器的原理知道桥臂电阻的变化量ΔR/R与膜的应力成正比,所以应力越大,灵敏度越高。对同一压力,膜的应力与膜厚成反比,与膜的面积成正比。对于要求高灵敏度的传感器,在不增加面积的情况下只有通过减小膜的厚度来提高灵敏度,但这增加了减薄工艺的难度,且随着膜的厚度减小,应力随位置变化率变大,对于要得到相同性能的压力传感器,这大大增大了制作压敏电阻的工艺难度。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足,提供一种高灵敏度硅压阻压力传感器及其制备方法,其结构紧凑,在不增大压力传感器面积和工艺难度下提高了灵敏度,安全可靠。

按照本发明提供的技术方案,所述高灵敏度硅压阻压力传感器,包括硅基底;所述硅基底上贴合有应变膜,且应变膜将硅基底内的上部密封形成真空腔;应变膜的中心区凹设有应力集中区,所述应力集中区位于真空腔的正上方;应变膜上设置用于形成惠斯通电桥桥臂的应变电阻,所述应变电阻位于应力集中区的外圈且位于真空腔的上方;应变膜上的应变电阻通过应变膜上方的金属电极电连接后形成惠斯通电桥;金属电极与应变膜间通过保护层相隔离。

所述应变电阻的外侧设置有离子注入导线,所述离子注入导线通过金属连接导线与金属电极电连接,以将应变膜上的应变电阻连接形成惠斯通电桥;金属电极与金属连接导线为同一工艺制造层。

所述金属电极与保护层之间设置有接触层,所述保护层支撑在应变膜上,保护层以及金属连接导线上覆盖有钝化层。

所述硅基底内的上部设有凹槽,在所述凹槽的侧壁、底壁以及硅基底的表面上均设置有键合层;应变膜与键合层硅硅键合,以使得应变膜贴合在硅基底上,应变膜将凹槽密封形成真空腔。

所述接触层为TiN层,接触层的厚度为0.05μm~0.5μm,保护层为氧化硅层,钝化层为氮化硅层。

一种高灵敏度硅压阻压力传感器的制备方法,所述压力传感器的制备方法包括如下步骤:

a、提供上部具有凹槽的硅基底,所述硅基底上贴合应变膜,以通过应变膜将硅基底内的凹槽密封形成真空腔;

b、在上述应变膜上进行离子注入,以形成若干应变电阻区,所述应变电阻区位于真空腔的上方;

c、在上述应变膜上再次进行离子注入,以形成注入导线区,所述注入导线区与应变电阻区相接触;

d、将上述形成注入导线区的应变膜及硅基底进行退火,以在应变膜上形成离子注入导线以及用于形成惠斯通电桥桥臂的应变电阻,离子注入导线与相对应的应变电阻接触;

e、在上述应变膜的上方淀积保护层,所述保护层覆盖在应变膜、离子注入导线以及应变电阻上;

f、选择性地掩蔽和刻蚀上述保护层,以在离子注入导线的上方形成贯通保护层的窗口,所述窗口位于真空腔的外侧;

g、在上述保护层上设置接触膜层,所述接触膜层覆盖在保护层上,并覆盖窗口的侧壁及底壁;

h、在上述接触膜层上设置金属层,所述金属层通过接触膜层与保护层相隔离;

i、选择性地掩蔽和刻蚀上述金属层,以去除真空腔正上方对应的金属层以及接触膜层,以在应变膜上得到接触层以及金属导体;金属导体通过接触层与保护层隔离,且金属导体通过接触层与离子注入导线电连接;

j、在上述应变膜的上方淀积钝化层,所述钝化层覆盖在金属导体、接触层以及保护层上;

k、选择性地掩蔽和刻蚀钝化层,并刻蚀真空腔中心区上方的保护层及应变膜,以在金属导体的上方形成贯通钝化层的电极窗口,并在真空腔的上方形成应力集中区,应变电阻位于应力集中区的外圈。

所述步骤a包括如下步骤:

a1、提供具有两个相对主面的硅基底,所述两个主面包括第一主面以及第二主面;在硅基底的第一主面上刻蚀得到凹槽;

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