[发明专利]一种MEMS硅压阻式压力传感器及其制备方法

说明书

本发明提出了一种MEMS硅压阻式压力传感器及其制备方法，通过设置硅衬底层、发热Pt电阻层、金属Al热沉结构层和压阻器件层，为MEMS硅压阻芯片提供一个稳定的温度场，利用恒温温度场系统将MEMS敏感元件与外界温度场相隔离，从而在本质上达到解决MEMS压阻式压力传感器的温漂过大的问题。通过本发明可以实现温度隔离，使得传感器的测量更精准，且能适用于更大温度范围的场景，并减小了温度漂移等带来的误差。

技术领域

本发明属于微机电系统MEMS技术领域，具体地说，涉及一种MEMS硅压阻式压力传感器及其制备方法。

背景技术

随着微机电技术的发展，MEMS硅压阻式压力传感器在航空航天、医疗、消费电子等领域具有越来越广泛的应力。MEMS压力传感器由于其封装结构对温度热应力非常敏感，在周围环境温度发生变化时，传感器的输出信号会随着温度变化而发生改变，因而产生温度漂移现象，最终引起性能下降。究其原因在于MEMS压力传感器的封装管壳材料通常选择陶瓷或金属管壳，其与MEMS器件的单晶硅的热膨胀系数不匹配，环境的温度变化会引起MEMS传感器敏感结构上热应力剧烈的改变，最终表现为在环境温度发生变化时，器件的输出信号会随着温度变化，产生温度漂移。为了提高MEMS硅压阻压力传感器的性能，必须研究消除温度漂移的方法。传统抑制温度漂移的方法通常采用外接电路进行硬件温度补偿或者采用DSP与算法相结合的软件温度补偿两种方法，硬件温度补偿通常因为补偿电阻等元器件的温度系数不稳定，计算仿真难度较大而且精度不高。软件温度补偿则通常受限于外界环境温度，在125℃以上的温度环境下，DSP等电子元器件往往无法正常工作，导致软件补偿失效。

发明内容

本发明针对现有技术的上述缺陷及需求，提出了一种MEMS硅压阻式压力传感器及其制备方法，通过设置硅衬底层、发热Pt电阻层、金属Al热沉结构层和压阻器件层，为MEMS硅压阻芯片提供一个稳定的温度场，利用恒温温度场系统将MEMS敏感元件与外界温度场相隔离，从而在本质上达到解决MEMS压阻式压力传感器的温漂过大的问题。通过本发明可以实现温度隔离，使得传感器的测量更精准，且能适用于更大温度范围的场景，并减小了温度漂移等带来的误差。

本发明具体实现内容如下：

本发明提出了一种MEMS硅压阻式压力传感器，所述MEMS硅压阻式压力传感器包括从下到上依次设置的硅衬底层、发热Pt电阻层、金属Al热沉结构层、压阻器件层；

在所述硅衬底层的底部设置有压力感受腔体；

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

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

压阻器件层通过压阻效应来测量电阻随外界压力的变化，且通过通孔分别与发热Pt电阻层上的Pt电阻的发热正向电极VCC+、发热负向电极VCC-连接。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述硅衬底层包括第一SOI晶圆，在所述第一SOI晶圆外层热氧生长出第一绝缘层；

在所述第一SOI晶圆的底层刻蚀出压力感受腔体；

所述发热Pt电阻层、金属Al热沉结构层、压阻器件层依次设置在第一绝缘层上；

所述悬臂梁结构从第一SOI晶圆的上层设置到金属Al热沉结构层。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述发热Pt电阻层还包括第二绝缘层，所述第二绝缘层为填充在Pt电阻之间及铺设在Pt电阻上的SiO₂。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述金属Al热沉结构层包括溅射在第二绝缘层上的金属Al层，在金属Al层上沉积一层SiO₂作为第三绝缘层；

所述悬臂梁结构为从第一SOI晶圆上层直到第三绝缘层通过DRIE刻蚀工艺刻蚀出的悬臂梁。