一种带自检测装置的压阻式压力传感器及其制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种带自检测装置的压阻式压力传感器，包括硅衬底、压敏电阻条、二氧化硅和氮化硅复合层、下电极、弹性敏感薄膜、真空密封腔、上电极、铟凸点、上玻璃基板、玻璃、金属引线、硼离子重掺杂扩散区；二氧化硅和氮化硅复合层生长在硅衬底的顶面；硅衬底中设有与压敏电阻条相连的硼离子重掺杂扩散区；下电极嵌至在二氧化硅和氮化硅复合层中；上玻璃基板固定连接在二氧化硅和氮化硅复合层的顶面；金属引线的一端伸入二氧化硅和氮化硅复合层的电极引出孔中，金属引线的另一端与压敏电阻条连接，构成惠斯通电桥。该压力传感器利用静电力模拟实际检测中的压力值，能够快速实现压力值的改变，在分析传感器性能时，具有更高的效率。

Piezoresistive pressure sensor with self detecting device and preparation method thereof

The present invention discloses a piezoresistive pressure sensor detection device, which comprises a silicon substrate, varistors, silicon dioxide and silicon nitride composite layer, a lower electrode, elastic sensitive film, vacuum sealed cavity, the upper electrode, indium bump, glass substrate, glass, metal wire, heavily doped boron ion diffusion zone; silicon dioxide and silicon nitride composite layer grows on the top surface of the silicon substrate; and a varistor connected to the boron ion diffusion region is provided with a heavily doped silicon substrate; a lower electrode to embedded in silicon dioxide and silicon nitride composite layer; on the glass substrate is fixedly connected on the top surface of the silica and silicon nitride composite layer; one end of the metal wire electrode inserted into the silica and silicon nitride composite layer leads to the hole, and the other end of the pressure sensitive resistance metal wire connection, form a Wheatstone bridge. The static pressure of the pressure sensor is used to simulate the pressure value in the actual detection, and the pressure value can be rapidly changed.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种压力传感器，具体来说，涉及一种带自检测装置的压阻式压力传感器及其制备方法。
技术介绍
压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。目前市面上主流的压力传感器为压阻式压力传感器。在一个传感器正式地投入工业实践应用之前，必须先进行测试、标定等一系列环节来研究传感的性能。传统的检测方法是将压力传感器放置在气压箱，通过设定压力值来模拟实际测量环境。但这传统的方法存在一个弊端，设定的压力值不能剧变，当需要从一个压力值变化到另一个压力值时，往往需要经过很长的变化时间。
技术实现思路
技术问题：本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种带自检测装置的压阻式压力传感器及其制备方法，该压力传感器利用静电力模拟实际检测中的压力值，能够快速实现压力值的改变，在分析传感器性能时，具有更高的效率。同时还提供该传感器的制备方法，简单易行。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种带自检测装置的压阻式压力传感器，该压力传感器包括硅衬底、压敏电阻条、二氧化硅和氮化硅复合层、下电极、弹性敏感薄膜、真空密封腔、上电极、铟凸点、上玻璃基板、玻璃、金属引线、硼离子重掺杂扩散区；硅衬底的底部和玻璃通过阳极键合，真空密封腔位于硅衬底中，真空密封腔的底面为玻璃的顶面；位于真空密封腔正上方的硅衬底为弹性敏感薄膜；二氧化硅和氮化硅层复合层生长在硅衬底的顶面；压敏电阻条位于硅衬底中；硅衬底中还设有与压敏电阻条相连的硼离子重掺杂扩散区；下电极嵌至在二氧化硅和氮化硅复合层中，且下电极的底面与压敏电阻条的顶面相连；下电极通过压焊快引出；上玻璃基板通过铟凸点固定连接在二氧化硅和氮化硅复合层的顶面；上电极固定连接在上玻璃基板的底面；二氧化硅和氮化硅复合层中设有电极引出孔，金属引线的一端伸入二氧化硅和氮化硅复合层的电极引出孔中，与硼离子重掺杂扩散区形成欧姆接触，金属引线的另一端与该硼离子重掺杂扩散区相连的压敏电阻条连接，构成惠斯通电桥。作为优选例，所述的压敏压阻条为四个，四个压敏压阻条位于弹性敏感薄膜层四周边缘的中心处。作为优选例，所述的上电极位于真空密封腔正上方。作为优选例，所述的铟凸点位于上电极和二氧化硅和氮化硅复合层边缘之间。一种带自检测装置的压阻式压力传感器的制备方法，该制备方法包括以下步骤：第一步：对硅片上的单晶硅层中进行硼离子注入，形成压敏电阻条；第二步：对单晶硅层中再次进行硼离子注入，形成与压敏电阻条连接的硼离子重掺杂扩散区；通过硼离子重掺杂扩散区实现压敏电阻条之间的欧姆连接；第三步：在双面抛光的硅片正面和背面各生长二氧化硅和氮化硅复合层，将硅片正面的二氧化硅和氮化硅复合层作为压力传感器的绝缘介质层，硅片背面的二氧化硅和氮化硅复合层作为硅片背面腐蚀的掩膜；第四步：对硅片正面的二氧化硅和氮化硅复合层进行光刻并刻蚀，形成接触孔，用于压敏电阻条的引出；第五步：在硅片正面的二氧化硅和氮化硅复合层上溅射金属铝并光刻图形化，形成金属引线，金属引线通过二氧化硅和氮化硅层中的接触孔与硼离子重掺杂扩散区形成欧姆接触，金属引线的另一端与该硼离子重掺杂扩散区相连的压敏电阻条连接，压敏压阻条通过金属引线相连，构成惠斯通电桥；第六步：对硅片背面的二氧化硅和氮化硅复合层进行光刻并刻蚀，得到硅片腐蚀的窗口；第七步：对硅片从背面进行各向异性湿法腐蚀，通过控制腐蚀时间，得到弹性敏感薄膜；第八步，去除硅片背面的二氧化硅和氮化硅复合层；第九步，将硅片背面与玻璃通过阳极键合技术键合在一起，玻璃上方形成真空密封腔，从而得到压阻式压力传感器芯片；第十步，在上玻璃基板上溅射金属铝并光刻图形化，作为静电检测结构的上电极以及传感器芯片上电极的引出压焊块；第十一步，在含有金属铝层的上玻璃基板上溅射金属铟，将上玻璃基板浸泡在丙酮中进行剥离工艺，在金属铝压焊块区域留下铟凸点；第十二步，利用倒装焊技术，将步骤十一得到的上玻璃基板和步骤九得到的压阻式压力传感器芯片倒装在一起。有益效果：传统的压力传感器性能检测方法都是将压力传感器放置在气压箱，然后给压力箱设定压力值，使得整个压力箱中的压力满足测试条件，通过这一方法来模拟实际压力环境。但是传统的检测方法测试周期长、测试环境系统受限、测试效率低，不能满足随时随地检测的要求。针对传统检测方法，本专利技术实施例采用将静电力应用于压力传感器的检测环节，有效地解决了压力传感器传统检测及标定效率低、耗时长的缺点。本专利技术实施例利用在上电极和下电极施加电压产生的静电力，来方便地模拟实际检测中的压力值，具有更高的效率。本专利技术实施例方便地利用静电力模拟实际检测中的压力值，在分析传感器的性能时，具有更高的效率。附图说明图1为本专利技术实施例的剖视图；图2为本专利技术中制备方法的第一步的结构示意图；图3是本专利技术中制备方法的第二步的结构示意图；图4是本专利技术中制备方法的第三步的结构示意图；图5是本专利技术中制备方法的第四步的结构示意图；图6是本专利技术中制备方法的第五步的结构示意图；图7是本专利技术中制备方法的第六步的结构示意图；图8是本专利技术中制备方法的第七步的结构示意图；图9是本专利技术中制备方法的第八步的结构示意图；图10是本专利技术中制备方法的第九步的结构示意图；图11是本专利技术中制备方法的第十步的结构示意图；图12是本专利技术中制备方法的第十一步的结构示意图；图13是本专利技术中制备方法的第十二步的结构示意图。图中有：硅衬底1、压敏电阻条2、二氧化硅和氮化硅的复合层3、下电极4、弹性敏感薄膜5、真空密封腔6、上电极7、铟凸点8、上玻璃基板9、玻璃10、金属引线11、硼离子重掺杂扩散区12。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细的说明。如图1所示，本专利技术实施例的一种带自检测装置的压阻式压力传感器，该压力传感器包括硅衬底1、压敏电阻条2、二氧化硅和氮化硅复合层3、下电极4、弹性敏感薄膜5、真空密封腔6、上电极7、铟凸点8、上玻璃基板9、玻璃10、金属引线11和硼离子重掺杂扩散区12。硅衬底1的底部和玻璃10通过阳极键合，真空密封腔6位于硅衬底1中，真空密封腔6的底面为玻璃10的顶面。位于真空密封腔6正上方的硅衬底1为弹性敏感薄膜5。二氧化硅和氮化硅层复合层3生长在硅衬底1的顶面。压敏电阻条2位于硅衬底1中。硅衬底1中还设有与压敏电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带自检测装置的压阻式压力传感器，其特征在于，该压力传感器包括硅衬底（1）、压敏电阻条（2）、二氧化硅和氮化硅复合层（3）、下电极（4）、弹性敏感薄膜（5）、真空密封腔（6）、上电极（7）、铟凸点（8）、上玻璃基板（9）、玻璃（10）、金属引线（11）、硼离子重掺杂扩散区（12）；硅衬底（1）的底部和玻璃（10）通过阳极键合，真空密封腔（6）位于硅衬底（1）中，真空密封腔（6）的底面为玻璃（10）的顶面；位于真空密封腔（6）正上方的硅衬底（1）为弹性敏感薄膜（5）；二氧化硅和氮化硅层复合层（3）生长在硅衬底（1）的顶面；压敏电阻条（2）位于硅衬底（1）中；硅衬底（1）中还设有与压敏电阻条（2）相连的硼离子重掺杂扩散区（12）；下电极（4）嵌至在二氧化硅和氮化硅复合层（3）中，且下电极（4）的底面与压敏电阻条（2）的顶面相连；下电极（4）通过压焊快引出；上玻璃基板（9）通过铟凸点（8）固定连接在二氧化硅和氮化硅复合层（3）的顶面；上电极（7）固定连接在上玻璃基板（9）的底面；二氧化硅和氮化硅复合层（3）中设有电极引出孔，金属引线（11）的一端伸入二氧化硅和氮化硅复合层（3）的电极引出孔中，与硼离子重掺杂扩散区（12）形成欧姆接触，金属引线（11）的另一端与该硼离子重掺杂扩散区（12）相连的压敏电阻条（2）连接，构成惠斯通电桥。...

【技术特征摘要】
1.一种带自检测装置的压阻式压力传感器，其特征在于，该压力传感器包括硅衬底
（1）、压敏电阻条（2）、二氧化硅和氮化硅复合层（3）、下电极（4）、弹性敏感薄膜（5）、真空密
封腔（6）、上电极（7）、铟凸点（8）、上玻璃基板（9）、玻璃（10）、金属引线（11）、硼离子重掺杂
扩散区（12）；
硅衬底（1）的底部和玻璃（10）通过阳极键合，真空密封腔（6）位于硅衬底（1）中，真空密
封腔（6）的底面为玻璃（10）的顶面；位于真空密封腔（6）正上方的硅衬底（1）为弹性敏感薄
膜（5）；二氧化硅和氮化硅层复合层（3）生长在硅衬底（1）的顶面；压敏电阻条（2）位于硅衬
底（1）中；硅衬底（1）中还设有与压敏电阻条（2）相连的硼离子重掺杂扩散区（12）；
下电极（4）嵌至在二氧化硅和氮化硅复合层（3）中，且下电极（4）的底面与压敏电阻条
（2）的顶面相连；下电极（4）通过压焊快引出；上玻璃基板（9）通过铟凸点（8）固定连接在二
氧化硅和氮化硅复合层（3）的顶面；上电极（7）固定连接在上玻璃基板（9）的底面；
二氧化硅和氮化硅复合层（3）中设有电极引出孔，金属引线（11）的一端伸入二氧化硅
和氮化硅复合层（3）的电极引出孔中，与硼离子重掺杂扩散区（12）形成欧姆接触，金属引线
（11）的另一端与该硼离子重掺杂扩散区（12）相连的压敏电阻条（2）连接，构成惠斯通电桥。
2.按照权利要求1所述的带自检测装置的压阻式压力传感器，其特征在于，所述的压敏
压阻条（2）为四个，四个压敏压阻条（2）位于弹性敏感薄膜层（5）四周边缘的中心处。
3.按照权利要求1所述的带自检测装置的压阻式压力传感器，其特征在于，所述的上电
极（7）位于真空密封腔（6）正上方。
4.按照权利要求1所述的带自检测装置的压阻式压力传感器，其特征在于，所述的铟凸
点（8）位于上电极（7）和二氧化硅和氮化硅复合层（3）边缘之间。
5.一种权利要求1所述的带自检测装置的压阻式压力传感器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂萌，杨恒山，黄庆安，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32