[发明专利]一种MEMS硅压阻式压力传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种MEMS硅压阻式压力传感器，其特征在于，包括从下到上依次设置的硅衬底层（1）、发热Pt电阻层（2）、金属Al热沉结构层（3）、压阻器件层（4）；

在所述硅衬底层（1）的底部设置有压力感受腔体（13）；

在所述发热Pt电阻层（2）内设置环形均匀分布的Pt电阻；在所述硅衬底层（1）、发热Pt电阻层（2）、金属Al热沉结构层（3）上围绕环形均匀分布的Pt电阻（22）外侧设置用于应力缓冲的悬臂梁结构（6）；

在所述金属Al热沉结构层（3）、压阻器件层（4）上位于环形均匀分布的Pt电阻在（22）上端处设置多个通孔（5）；

压阻器件层（4）通过压阻效应来测量电阻随外界压力的变化，且通过通孔（5）分别与发热Pt电阻层（2）上的Pt电阻（22）的发热正向电极VCC+（23）、发热负向电极VCC-（24）连接。

2.如权利要求1所述的一种MEMS硅压阻式压力传感器，其特征在于，所述硅衬底层（1）包括第一SOI晶圆（11），在所述第一SOI晶圆（11）外层热氧生长出第一绝缘层（12）；

在所述第一SOI晶圆（11）的底层刻蚀出压力感受腔体（13）；

所述发热Pt电阻层（2）、金属Al热沉结构层（3）、压阻器件层（4）依次设置在第一绝缘层（12）上；

所述悬臂梁结构（6）从第一SOI晶圆（11）的上层设置到金属Al热沉结构层（3）。

3.如权利要求2所述的一种MEMS硅压阻式压力传感器，其特征在于，所述发热Pt电阻层（2）还包括第二绝缘层（21），所述第二绝缘层（21）为填充在Pt电阻（22）之间及铺设在Pt电阻（22）上的SiO₂。

4.如权利要求3所述的一种MEMS硅压阻式压力传感器，其特征在于，所述金属Al热沉结构层（3）包括溅射在第二绝缘层（12）上的金属Al层（31），在金属Al层（31）上沉积一层SiO₂作为第三绝缘层（32）；

所述悬臂梁结构（6）为从第一SOI晶圆（11）上层直到第三绝缘层（32）通过DRIE刻蚀工艺刻蚀出的悬臂梁。

5.如权利要求4所述的一种MEMS硅压阻式压力传感器，其特征在于，所述压阻器件层（4）包括通过Si-Si键合工艺与第三绝缘层（32）连接的第二SOI晶圆的底部Si层（41），在所述第二SOI晶圆的底部Si层（41）上刻蚀有压敏电阻条（42），并在压敏电阻条（42）上沉积一层SiO₂作为第四绝缘层（45），在第四绝缘层（45）上与压敏电阻条（42）对应的位置刻蚀有引线口（43）；在引线口（43）上设置压敏电阻金属引线（44）；

所述通孔（5）设置在引线口（43）外侧从第四绝缘层（45）向下贯通到第二绝缘层（21）并暴露出Pt电阻（22）的发热正向电极VCC+（23）、发热负向电极VCC-（24）。

6.如权利要求2所述的一种MEMS硅压阻式压力传感器，其特征在于，所述第一SOI晶圆（11）为电阻率为2～4Ω·cm的SOI晶圆。

7.如权利要求5所述的一种MEMS硅压阻式压力传感器，其特征在于，所述第二SOI晶圆为电阻率0.002～0.005Ω·cm的SOI晶圆。

8.如权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的一种MEMS硅压阻式压力传感器，其特征在于，所述压力感受腔体（13）为上窄下宽的向内凹进的梯形腔体，且梯形腔体的侧面斜角的角度为54.74°。

9.一种MEMS硅压阻式压力传感器的制备方法，用于制备权利要求5所述的一种MEMS硅压阻式压力传感器，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：选用一片双面抛光的第一SOI晶圆（11），在第一SOI晶圆（11）的外层热氧生长一层SiO₂作为第一绝缘层（13）；然后将第一SOI晶圆（11）的底部通过KOH或TMAH湿法腐蚀工艺刻蚀出压力感受腔体（13）；通过DRIE刻蚀工艺从第一SOI晶圆（11）的上层开始刻蚀悬臂梁结构（6）；

步骤2：在第一绝缘层（13）上通过蒸发或溅射工艺制备Pt电阻（22），所述Pt电阻（22）设置为环形且均匀分布且对称在第一绝缘层（13）上的结构；然后在Pt电阻（22）之间以及Pt电阻（22）上通过LPCVD工艺沉积一层SiO₂作为第二绝缘层（21）；

步骤3：在第二绝缘层（21）上溅射一层金属Al层（31），并在金属Al层（31）上通过LPCVD工艺沉积一层SiO₂作为第三绝缘层（32），以金属Al层（31）和第三绝缘层（32）共同作为金属Al热沉结构层（3）；继续通过DRIE刻蚀工艺在第一SOI晶圆（11）上层直到第三绝缘层（32）形成完整的悬臂梁结构（6）；

步骤4：选取一片双面抛光的第二SOI晶圆，通过Si-Si键合工艺与第三绝缘层（32）连接；然后将第二SOI晶圆的顶层硅片研磨抛光只留下第二SOI晶圆的底部Si层（41）作为压阻器件层（4）的基础层；然后通过光刻和干法刻蚀在第二SOI晶圆的底部Si层（41）上刻蚀形成压敏电阻条（42）；在压敏电阻条（42）上通过LPCVD工艺沉积一层SiO₂作为第四绝缘层（45）；在第四绝缘层（45）上与压敏电阻条（42）对应的位置刻蚀出引线口（43），在引线口（43）上溅射金属Al形成压敏电阻金属引线（44）；并在引线口（43）外侧从第四绝缘层（45）向下贯通到第二绝缘层（21）形成暴露出Pt电阻（22）的发热正向电极VCC+（23）和发热负向电极VCC-（24）的通孔（5）。