[發明專利]一種靜壓補償硅諧振微差壓傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202310456021.3
• 申請日: 2023-04-25
• 公開（公告）號: CN116465541A
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 謝波;李星雨;魯毓嵐;姚佳輝;陳德勇;王軍波
• 申請（專利權）人: 中國科學院空天信息創新研究院
• 主分類號: G01L13/02
• 分類號: G01L13/02;G01L13/06
• 代理公司: 北京金信知識產權代理有限公司 11225
• 代理人: 王智

1.一種靜壓補償硅諧振微差壓傳感器，包括復合膜片(240)，所述復合膜片(240)包括由上至下依次設置的封裝層(210)、諧振器層(220)、壓力敏感膜層(230)，其特征在于：

所述諧振器層(220)包括壓敏電阻(222)和兩個諧振器(221)，兩個所述諧振器(221)分別位于敏感膜層(230)的中間區域和邊緣區域；

所述壓敏電阻(222)位于所述壓力敏感膜層(230)邊緣且所述壓敏電阻(222)與所述封裝層(210)相接，所述壓敏電阻用于檢測靜壓大小。

2.根據權利要求1所述的靜壓補償硅諧振微差壓傳感器，其特征在于，所述諧振器層(220)包括填充結構(223)，所述填充結構(223)將所述諧振器(221)、所述壓敏電阻(222)包圍并與二者間隔設置，所述填充結構(223)的上下兩側分別與封裝層(210)和壓力敏感膜層(230)連接實現對諧振器的密封。

3.根據權利要求1或2所述的靜壓補償硅諧振微差壓傳感器，其特征在于，所述諧振器(221)位于靠近所述復合膜片(240)上表面的一側。

4.根據權利要求1或2所述的靜壓補償硅諧振微差壓傳感器，其特征在于，所述壓力敏感膜層(230)包括絕緣層(233)，所述絕緣層(233)與所述諧振器層(220)相接，所述絕緣層(233)的制造材料包括氧化硅；所述諧振器(221)的可動部位懸空。

5.根據權利要求4所述的靜壓補償硅諧振微差壓傳感器，其特征在于，所述壓力敏感膜層(230)包括壓力敏感膜(232)，所述壓力敏感膜(232)位于所述絕緣層(233)下方的薄膜區域，所述薄膜區域與所述諧振器(221)和壓敏電阻(222)所在區域對應，所述壓力敏感膜(232)用于受壓形變將應力傳遞給所述諧振器(221)。

6.根據權利要求5所述的靜壓補償硅諧振微差壓傳感器，其特征在于，所述封裝層(210)包括氧化層(212)，形成于封裝層(210)下表面；所述氧化層(212)包括兩個諧振器凹槽；所述諧振器凹槽與所述諧振器層(220)的諧振梁對應，用于提供諧振梁振動空間。

7.根據權利要求6所述的靜壓補償硅諧振微差壓傳感器，其特征在于，所述氧化層(212)還包括吸氣劑凹槽，所述吸氣劑凹槽內裝有吸氣劑，所述吸氣劑凹槽與諧振器層填充結構對應并與諧振器凹槽連通。

8.根據權利要求7所述的一種靜壓補償硅諧振微差壓傳感器，其特征在于，所述封裝層(210)包括支撐層(211)，所述支撐層(211)形成于封裝層(210)上表面，用于支撐所述氧化層(212)；所述支撐層(211)在復合膜片(240)對應區域為鏤空結構，提供復合膜片(240)變形所需空間；所述支撐層(211)在所述諧振器層(220)的引線電極對應位置具有引線通孔，用于引線互聯。

9.根據權利要求8所述的靜壓補償硅諧振微差壓傳感器，其特征在于，其中，所述傳感器還包括：

上封蓋層(100)，位于封裝層之上，用于傳導并密封待測氣壓，其上有導氣孔和導氣槽，并與所述支撐層(211)的鏤空區域連通；

下封蓋層(300)，位于壓力敏感膜層(230)之上，用于傳導并密封待測氣壓，包括：導氣槽(310)、第一通氣孔(320)和第二通氣孔(330)；所述導氣槽(310)與所述壓力敏感膜(232)所在區域連通；所述第一通氣孔(320)貫穿所述下封蓋層(300)，并與所述導氣槽(310)連通；所述第二通氣孔(330)貫穿所述下封蓋層(300)、所述壓力敏感膜層(230)、所述諧振器層(220)和所述封裝層(210)，并與上封蓋層(100)的導氣孔對應。

10.一種靜壓補償硅諧振微差壓傳感器制備方法，用于制造權利要求1-9任一項所述的靜壓補償硅諧振微差壓傳感器，其特征在于，包括如下步驟：

S1、利用干法刻蝕SOI片，在SOI基底層形成壓力敏感膜(232)，并在SOI器件層刻蝕形成諧振器層結構；

S2、對諧振器(221)釋放，形成諧振器可動部件，形成諧振器層(220)；

S3、將第一硅片雙面氧化，氧化厚度3～5μm，對氧化硅層圖形化并腐蝕，形成諧振器凹槽和吸氣劑凹槽；

S4、在氧化層表面圖形化Cr/Au層，并在吸氣劑凹槽內沉積吸氣劑；

S5、將氧化硅片與SOI在真空條件下鍵合；

S6、利用干法/濕法刻蝕在支撐層壓力敏感膜(232)和引線電極對應區域進行刻蝕/腐蝕，保留氧化硅薄層，形成埋層諧振器復合膜片；

S7、在上封蓋層導氣孔位置對鍵合片進行鉆孔；

S8、將第二硅片雙面氧化，對氧化層圖形化，通過干法刻蝕技術形成導氣孔和導氣槽(310)，并對導氣孔進行鉆孔，制備出下封蓋層(300)；

S9、下封蓋層表面沉積一層Cr/Au金屬，并與SOI基底層鍵合，對壓力敏感膜(232)進行密封封裝；

S10、將第三硅片雙面氧化，對氧化硅層圖形化，通過干法刻蝕技術形成導氣孔和導氣槽，制備出上封蓋層；

S11、上封蓋層表面沉積一層Cr/Au金屬，并與鍵合片的封裝層鍵合，對封裝層(210)進行密封，形成微差壓傳感器芯片。