[发明专利]一种压力传感器及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压力传感器及制备方法。

背景技术

压阻式压力传感器是利用半导体材料硅的压阻效应制成的传感器，具有灵敏度高，动态响应快，测量精度高，稳定性好，工作温度范围宽，易于小型和微型化，便于批量生产和使用方便等特点。因此，它是一种发展迅速，应用广泛的新型传感器。本发明所要研究的是高温压力传感器，高温压力传感器作为传感器中主要的产品之一，被广泛应用于民用和国防领域。一般的采用单晶硅作为可动薄膜的SOI压力传感器都是采用体微加工工艺，对硅衬底背部进行各项异性刻蚀，然后背部和玻璃键合形成空腔。但是这种工艺增大了传感器的厚度，由于背部的梯形空腔也使得传感器横向尺寸变大。并且利用刻蚀孔工艺形成的压阻式压力传感器由于刻蚀孔的存在无法对外延单晶硅进行刻蚀形成隔离区，从而无法使得四个压阻条相互隔离开，从而无法使得传感器工作在高温环境下。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种压力传感器，解决体微加工增大传感器厚度和由于背部梯形空腔使得传感器横向尺寸变大的问题，使得工艺简单易行，并且使得传感器可以工作在高温环境下。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种压力传感器，该压力传感器包括硅衬底、氧化硅掩埋层、单晶硅层、单晶硅外延层、压阻条、刻蚀孔、真空密封腔和隔离区；氧化硅掩埋层生长在硅衬底的上方，单晶硅层生长在氧化硅掩埋层的上方，刻蚀孔位于硅衬底、氧化硅掩埋层和单晶硅层中，真空密封腔位于硅衬底中，刻蚀孔位于真空密封腔正上方，单晶硅外延层生长在单晶硅层上方以及刻蚀孔中；位于真空密封腔正上方的硅衬底、氧化硅掩埋层、单晶硅层和单晶硅外延层形成可动敏感薄膜层；压阻条为四个，且四个压阻条位于单晶硅层和单晶硅外延层中；隔离区位于压阻条之间，将四个压阻条相互隔离；隔离区的底面为氧化硅掩埋层的顶面；四个压阻条之间构成惠斯通电桥；压阻条和隔离区均位于可动敏感薄膜层中。

作为优选例，所述的压力传感器为采用单面腔工艺制作的SOI压阻式压力传感器。

作为优选例，所述的隔离区呈井字形。

作为优选例，所述的真空密封腔的底面为对硅衬底各项同性刻蚀下部的停止面，真空密封腔的顶面为对硅衬底各项同性刻蚀上部的停止面。

作为优选例，所述的四个压阻条位于单晶硅外延层的四周边缘中心处。

一种压力传感器的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

第一步，取一p型<110>晶向的SOI硅片，对SOI硅片中的单晶硅层和氧化硅掩埋层进行反应离子刻蚀，在单晶硅层和氧化硅掩埋层中形成刻蚀孔；

第二步：通过刻蚀孔对SOI硅片中的硅衬底进行干法各项同性刻蚀，在硅衬底中形成空腔；

第三步：在单晶硅层的顶面和刻蚀孔中外延生长单晶硅，形成单晶硅外延层，同时硅衬底中的空腔形成真空密封腔：

第四步：对单晶硅外延层进行磷离子轻掺杂，形成压阻条；

第五步：对各个压阻条之间的区域进行刻蚀，形成的隔离区；

第六步：将压阻条相互连接，形成惠斯通电桥。

作为优选例，所述的压阻条为四个，且四个压阻条位于单晶硅外延层的四周边缘的中心处。

作为优选例，所述的隔离区呈井字形，隔离区将四个压阻条相互隔离。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：解决了体微加工增大传感器厚度的问题和由于背部梯形空腔使得传感器横向尺寸变大的问题，使得工艺简单易行。传统的SOI高温压阻式压力传感器都是采用体微加工工艺制作而成，对硅衬底进行背面掏腔，然后将硅衬底背面与玻璃键合形成真空密封腔。这种工艺方法增大了传感器尺寸，并且由于各向异性刻蚀形成的梯形空腔也使得传感器横向尺寸变大。本发明实施例采用对SOI原片正面刻蚀出孔，然后通过孔对硅衬底进行各项同性刻蚀形成空腔，随后用外延单晶硅密封空腔，解决了上述问题。

附图说明

图1为本发明实施例的剖视图；

图2为本发明实施例中制备方法的第一步的结构示意图；

图3是本发明实施例中制备方法的第二步的结构示意图；

图4是本发明实施例中制备方法的第三步的结构示意图；

图5是本发明实施例中制备方法的第四步的结构示意图；

图6是本发明实施例中制备方法的第五步的结构示意图；

图7是本发明实施例中的刻蚀孔俯视图。