[发明专利]压力传感器及其制作方法

说明书

本发明涉及MEMS压力传感器及其制作方法技术领域。在单晶硅或者绝缘体上硅衬底的背面设有结构相同平行排布的第一腔体和第二腔体；四个压敏电阻为轻掺压敏电阻，构成惠斯通电桥，压敏电阻形制和阻值相同；第一压敏电阻和第二压敏电阻串联形成第一串联电路，位于第一腔体之上，第一压敏电阻位于第一腔体中心，第二压敏电阻位于第一腔体一侧；第三压敏电阻和第四压敏电阻串联形成第二串联电路，位于第二腔体之上，第三压敏电阻位于第二腔体中心，第四压敏电阻位于与第一腔体同一侧的第二腔体一侧；第二压敏电阻距第一压敏电阻的距离与第四压敏电阻距第三压敏电阻的距离保持一致。该传感器机械稳定性提高，线性度好和精度提高。

技术领域

本发明涉及MEMS压力传感器及其制作方法技术领域。

背景技术

MEMS压力传感器在航空发动机、火箭腔体、油井和新能源汽车等都有着广泛的应用。新能源车热泵需要14MPa的压力传感器，氢能源汽车的多级压力容器，最高压力达到60MPa，柴油发动机高压共轨压力传感器需要200MPa的量程。常规的硅MEMS压力传感器应用在高压场景下，受限于自身的单个硅杯形成单腔结构，机械可靠性和精度降低。硅悬膜是感受外界压力载荷的主要机械部件，常用的3种膜片形状有圆形、方形和矩形。当压力过大时，易造成悬膜塑性变形，甚至破裂。若增加悬膜厚度，导致压阻条在悬膜上应力分布不均匀，而降低线性度和精度。

发明内容

本公开所要解决的一个技术问题是：解决高压压力传感器机械稳定性差的问题。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供压力传感器，包括：衬底和四个压敏电阻，所述衬底为单晶硅晶向晶圆，或者为绝缘体上硅晶向晶圆，或者衬底为在单晶硅衬底上覆盖一层1～3μm的SiO₂绝缘层后，沉积厚度为1～5μm的多晶硅，所述衬底的电阻率为1～20Ω·cm,晶向为(100)，所述四个压敏电阻构成惠斯通电桥，在所述衬底的背面设有结构相同且平行排布的第一腔体和第二腔体；四个压敏电阻为轻掺压敏电阻，分别为第一压敏电阻、第二压敏电阻、第三压敏电阻和第四压敏电阻，四个压敏电阻形制和阻值相同；第一压敏电阻和第二压敏电阻串联形成第一串联电路，第一串联电路位于第一腔体之上，其中第一压敏电阻位于第一腔体中心，第二压敏电阻位于第一腔体一侧；第三压敏电阻和第四压敏电阻串联形成第二串联电路，第二串联电路位于第二腔体之上，其中第三压敏电阻位于第二腔体中心，第四压敏电阻位于与第一腔体同一侧的第二腔体一侧；第二压敏电阻距第一压敏电阻的距离与第四压敏电阻距第三压敏电阻的距离保持一致。

在一些实施例中，所述压力传感器的应用压力范围为5～200MPa，第一腔体和第二腔体相对于相应的刻蚀面呈倒棱台型。

在一些实施例中，每个压敏电阻可以分为N个平行排布小单元结构，N≥2，小单元结构之间串联形成电连接，小单元结构是指形成压阻最小的结构单元，尺寸为1～20μm。

在一些实施例中，所述四个压敏电阻及小单元结构通过重掺杂或者金属引线的方式实现电连接。

在一些实施例中，还包括绝缘层，绝缘层包括二氧化硅或/和氮化硅，覆盖衬底上的轻掺压敏电阻和重掺杂，开孔露出部分重掺杂端口。

在一些实施例中，当衬底为N型，重掺杂为P型掺杂，轻掺压敏电阻为P型掺杂；当衬底为P型，重掺杂为N型掺杂，轻掺压敏电阻为N型掺杂。

在一些实施例中，还包括焊盘，压敏电阻四个端口通过金属引线或重掺杂与焊盘相连，作为压敏电阻电气信号的引入和输出，第一串联电路和第二串联电路并联，其中一端用于连接电源电压，为高电势输入端口，另一端用于接地，第一压敏电阻和第二压敏电阻中间的节点与第三压敏电阻和第四压敏电阻中间的节点为两个电势差输出端口。

在一些实施例中，还包括钝化层，钝化层包括二氧化硅或/和氮化硅，覆盖金属引线和金属电极，露出焊盘部分。