[發明專利]一種陣列式汽車油箱液位測量壓力傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 202010978512.0
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112067079B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 徐淮良;蘇越
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01F23/14
• 分類號: G01F23/14;G01L9/06
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純

本發明公開了一種陣列式汽車油箱液位測量壓力傳感器及其制備方法，屬于壓力傳感器技術領域，采用飛秒激光光絲實現圖案化高濃度摻雜，制備出壓敏電阻，采用飛秒直寫系統對注入層進行退火處理，沉積鈍化層并通過光刻、刻蝕得到接觸孔，通過光刻、磁控濺射得到金屬鋁導線和焊盤。在背面通過光刻、刻蝕得到硅杯窗口，通過腐蝕得到應變膜。制備好的器件與硼硅玻璃進行鍵合，制備出陣列式硅杯型壓力傳感器，本發明采用飛秒激光光絲摻雜與飛秒激光退火相結合方式，操作簡單、摻雜效率高、選擇性在晶圓表面進行激光處理，可避免熱退火所導致的襯底電學參數變壞、注入雜質再分布以及注入圖形發生畸變的問題，整體采用陣列式結構以便于液面不同高度的檢測。

技術領域

本發明屬于壓力傳感器技術領域，具體涉及一種陣列式汽車油箱液位測量壓力傳感器及其制備方法。

背景技術

在汽車的使用過程中，油箱液位測量是十分必要的，在保證司機實時了解油箱的油量的同時，可以防止汽車油箱泄漏問題所造成的各種事故。早期的油箱液位測量多采用機械原理，然而隨著汽車電子化進程的發展，現在對于油量的測量基于液位改變引起電量或者非電量的物理參數變化來實現的。

目前，液位測量方法主要有光纖傳感技術、導波雷達液位計、電容式真空壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器等。其中，硅壓阻式壓力傳感器基于其精度高、測量范圍廣、壽命長、結構簡單，頻響特性好等優點應用最為廣泛。當流體施加作用在壓敏電阻上時，會引起膜的變形并導致壓敏電阻受到應力的影響，半導體的電阻值發生改變，通過電阻的變化量可以獲取待測流體的壓力值。然而這種傳感器的壓阻系數受溫度的影響比較大，為了利于溫度補償，則需要使用高濃度注入的壓敏電阻。在高濃度注入情況下，壓阻系數跟溫度的相關性比較小，進而可以獲取較小的溫度系數。傳統向硅片引入雜質的方法主要有擴散和離子注入兩種方式，然而這兩種方式都存在自身的弊端，例如擴散方式難以實現選擇性擴散并且擴散濃度分布難以控制，而離子注入的方式耗時較長并且設備昂貴，并且注入的雜質多處于非激活狀態，需要靠熱處理來進行激活。在高溫退火過程中，還會導致注入圖形發生畸變，注入雜質析出等一系列問題。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提出了一種陣列式汽車油箱液位測量壓力傳感器及其制備方法，整體采用高濃度注入的壓敏電阻構成惠斯通電橋結構，橋臂電阻采用飛秒激光光絲實現高效快速圖案化高濃度摻雜，基于飛秒激光直寫系統對注入層進行退火處理。

本發明通過如下技術方案實現：

一種陣列式汽車油箱液位測量壓力傳感器的制備方法，具體步驟如下：

步驟一：在晶圓表面的正面涂覆一層硼摻雜源，在涂源表面磁控濺射一層厚度為200nm的二氧化硅薄膜，以防止摻雜源在脈沖激光照射時揮發，采用飛秒激光光絲在晶圓表面上實現高效快速圖案化高濃度摻雜，制備出高濃度注入的壓敏電阻，其中激光的運動軌跡通過掃描振鏡進行控制；

步驟二：采用飛秒直寫系統對高濃度注入的壓敏電阻進行退火處理，退火處理后雜質被電激活并且分布均勻，退火過程在氬氣的保護下進行；

步驟三：在晶圓正面及反面均沉積一層Si₃N₄，相比于氧化層會起到更好的鈍化作用，通過光刻、ICP刻蝕得到接觸孔；

步驟四：通過光刻形成金屬電極層的掩膜，然后磁控濺射一層Al薄膜，除去光刻膠完成金屬層剝離后形成導線和焊盤，完成鋁與壓敏電阻歐姆接觸；

步驟五：將正面進行保護，對背面沉積的Si₃N₄層進行光刻刻蝕，進而得到硅杯窗口，經過化學腐蝕得到厚度為25-50μm的應變膜；

步驟六：將制備好的器件與硼硅玻璃進行鍵合，中間形成真空密封腔，制備出硅杯型壓力傳感器。