[發明專利]高靈敏度硅壓阻壓力傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201410510901.5
• 申請日: 2014-09-28
• 公開（公告）號: CN104296899B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 繆建民
• 申請（專利權）人: 繆建民
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22;G01L9/04
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙)32104
• 代理人: 殷紅梅,張濤

1.一種高靈敏度硅壓阻壓力傳感器，包括硅基底（1）；其特征是：所述硅基底（1）上貼合有應變膜（3），且應變膜（3）將硅基底（1）內的上部密封形成真空腔（5）；應變膜（3）的中心區凹設有應力集中區（4），所述應力集中區（4）位于真空腔（5）的正上方；應變膜（3）上設置用于形成惠斯通電橋橋臂的應變電阻（6），所述應變電阻（6）位于應力集中區（4）的外圈且位于真空腔（5）的上方；應變膜（3）上的應變電阻（6）通過應變膜（3）上方的金屬電極（10）電連接后形成惠斯通電橋；金屬電極（10）與應變膜（3）間通過保護層（9）相隔離。

2.根據權利要求1所述的高靈敏度硅壓阻壓力傳感器，其特征是：所述應變電阻（6）的外側設置有離子注入導線（7），所述離子注入導線（7）通過金屬連接導線（11）與金屬電極（10）電連接，以將應變膜（3）上的應變電阻（6）連接形成惠斯通電橋；金屬電極（10）與金屬連接導線（11）為同一工藝制造層。

3.根據權利要求2所述的高靈敏度硅壓阻壓力傳感器，其特征是：所述金屬電極（10）與保護層（9）之間設置有接觸層（8），所述保護層（9）支撐在應變膜（3）上，保護層（9）以及金屬連接導線（11）上覆蓋有鈍化層（12）。

4.根據權利要求1所述的高靈敏度硅壓阻壓力傳感器，其特征是：所述硅基底（1）內的上部設有凹槽（13），在所述凹槽（13）的側壁、底壁以及硅基底（1）的表面上均設置有鍵合層（2）；應變膜（3）與鍵合層（2）硅硅鍵合，以使得應變膜（3）貼合在硅基底（1）上，應變膜（3）將凹槽（13）密封形成真空腔（5）。

5.根據權利要求3所述的高靈敏度硅壓阻壓力傳感器，其特征是：所述接觸層（8）為TiN層，接觸層（8）的厚度為0.05μm~0.5μm，保護層（9）為氧化硅層，鈍化層（12）為氮化硅層。

6.一種高靈敏度硅壓阻壓力傳感器的制備方法，其特征是，所述壓力傳感器的制備方法包括如下步驟：

（a）、提供上部具有凹槽（13）的硅基底（1），所述硅基底（1）上貼合應變膜（3），以通過應變膜（3）將硅基底（1）內的凹槽（13）密封形成真空腔（5）；

（b）、在上述應變膜（3）上進行離子注入，以形成若干應變電阻區（20），所述應變電阻區（20）位于真空腔（5）的上方；

（c）、在上述應變膜（3）上再次進行離子注入，以形成注入導線區（21），所述注入導線區（21）與應變電阻區（20）相接觸；

（d）、將上述形成注入導線區（21）的應變膜（3）及硅基底（1）進行退火，以在應變膜（3）上形成離子注入導線（7）以及用于形成惠斯通電橋橋臂的應變電阻（6），離子注入導線（7）與相對應的應變電阻（6）接觸；

（e）、在上述應變膜（3）的上方淀積保護層（9），所述保護層（9）覆蓋在應變膜（3）、離子注入導線（7）以及應變電阻（6）上；

（f）、選擇性地掩蔽和刻蝕上述保護層（9），以在離子注入導線（7）的上方形成貫通保護層（9）的窗口（15），所述窗口（15）位于真空腔（5）的外側；

（g）、在上述保護層（9）上設置接觸膜層（16），所述接觸膜層（16）覆蓋在保護層（9）上，并覆蓋窗口（15）的側壁及底壁；

（h）、在上述接觸膜層（16）上設置金屬層（17），所述金屬層（17）通過接觸膜層（16）與保護層（9）相隔離；

（i）、選擇性地掩蔽和刻蝕上述金屬層（17），以去除真空腔（5）正上方對應的金屬層（17）以及接觸膜層（16），以在應變膜（3）上得到接觸層（8）以及金屬導體（22）；金屬導體（22）通過接觸層（8）與保護層（9）隔離，且金屬導體（22）通過接觸層（8）與離子注入導線（7）電連接；

（j）、在上述應變膜（3）的上方淀積鈍化層（12），所述鈍化層（12）覆蓋在金屬導體（22）、接觸層（8）以及保護層（9）上；

（k）、選擇性地掩蔽和刻蝕鈍化層（12），并刻蝕真空腔（5）中心區上方的保護層（9）及應變膜（3），以在金屬導體（22）的上方形成貫通鈍化層（12）的電極窗口，并在真空腔（5）的上方形成應力集中區（4），應變電阻（6）位于應力集中區（4）的外圈。