微机械超小型压阻式压力传感器及其制造方法技术

本发明专利技术提供了在硅晶片制造一个或多个超小型压阻式压力传感器的方法。压阻式压力传感器的膜片是熔融粘结形成。压阻式压力传感器可以由硅沉积、光刻和蚀刻工艺形成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及微机械压阻式压力传感器，尤其涉及一种低压应用的微机械超小型压阻式压力传感器及其制造方法，该传感器是采用晶圆键合技术在蚀刻腔上面形成硅膜片以及深硅蚀刻的方法来确定所要制造的传感器的轮廓。
技术介绍
众所周知，在医疗过程中，对受试者血管诊断或治疗时，监控体内定点的生理参数可以针对受试者的状况为医疗专业人员提供关键信息。冠状动脉血管内的血压就是一个特别重要且有益的生理参数。研究表明，冠状动脉血管内的定点血压可以用于计算血流储备分数（FFR），血流储备分数（FFR）代表了冠状动脉血流在往冠脉狭窄远端流动时潜在的血流的降低。长达数十年的临床研究表明，在冠状动脉血管造影手术和心脏导管插入手术中，血流储备分数（FFR）可以对冠状动脉狭窄的功能严重度的识别提供定量评估，从而帮助医生定量判定所需的进一步治疗。由于冠状动脉血管直径非常小，直径可以小于1毫米，拥有一个非常小的诊断设备来做定点血压测量至关重要，这样诊断设备本身不会对血压产生影响而引起数据失真。在这种情况下，将一种超小型压力传感器安装在一个超小型输送设备（如导引导丝）的远端，形成传感器导引导丝组件。通过将传感器导引导丝组件的远端推送到冠状动脉血管的预定位置，导引导丝远端安装的超小型压力传感器可以对体内冠状动脉血管内进行定点血压测量。传感器导引导丝组件的外径（OD）通常是0.35毫米。因此需要一种可以安装在传感器导引导丝组件远端的超小型传感器。因此很明显地，有必要加工一种微型压力传感器，它能安装在输送设备（如导引导丝）的远端。为了将压力传感器安装在外径约为0.35mm的导引导丝上，传感器的尺寸必须在宽度上小于0.3mm高度上小于0.1mm。制造这种小尺寸的压力传感器在量产时会是一种挑战。
技术实现思路
本专利技术公开了一种压阻式压力传感器的制造方法。更具体地说，它公开的是一种改进后的用于制造压阻式压力传感器的MEMS工艺方法，其包含覆盖在空腔上面的一层薄膜膜片并利用增强工艺来提高可以安装在导引导丝远端的超小型压力传感器的灵敏度。本专利技术一方面提供一种制造压阻式压力传感器的方法，其包括：提供第一绝缘体上硅结构, 其包括第一块状硅层上面第一氧化层上沉积的第一硅层；提供第二绝缘体上硅结构,其包括第二块状硅层上面第二氧化层上沉积的第二硅层；将第一硅层和第二硅层面对面结合在一起；去掉第二块状硅层；去掉第二氧化层，第二绝缘体上硅结构的第二硅层留在第一硅层上；形成一个或多个预定形状和尺寸的开口，以使第二硅层暴露出一部分；在第二硅层的一个或多个开口处形成一个或多个压电电阻器；在第二硅层和第一硅层中成形花纹沟槽，并终止于第一氧化层；去掉第一块状硅层，从而将压阻式压力传感器限定于花纹沟槽的边界内。通过该制造方法，能够精确定义压力传感器尺寸，它可以通过使用光刻技术和蚀刻的沟槽部分包围传感器来定义传感器的尺寸以及不需要切割仅通过施加机械力就可以将传感器释放出来。本专利技术第二方面提供一种制造压阻式压力传感器的方法，其包括：提供第一绝缘体上硅结构, 其包括第一块状硅层上面第一氧化层上沉积的第一硅层,在该绝缘体上硅结构的第一硅层的表面上形成图案空腔；提供第二绝缘体上硅结构,其包括第二块状硅层上面第二氧化层上沉积的第二硅层；将第一硅层和第二硅层面对面结合在一起；去掉第二块状硅层；去掉第二氧化层，留下第二绝缘体上硅结构的第二硅层覆盖在第一硅层上面；形成一个或多个预定形状和尺寸的开口，使第二硅层暴露出一部分；在第二硅层的一个或多个开口处形成一个或多个压电电阻器；在第二硅层和第一硅层中形成花纹沟槽，并终止于第一氧化层；去掉第一块状硅层，在花纹沟槽内形成压阻式压力传感器。通过该制造方法，能够精确定义压力传感器尺寸，它可以通过使用光刻技术和蚀刻的沟槽完全包围传感器来定义传感器的尺寸以及不需要切割仅通过标准的MEMS过程就可以将传感器释放出来。本专利技术第三方面提供一种制造压阻式压力传感器的方法，其包括：提供第一绝缘体上硅结构, 其包括第一块状硅层上面第一氧化层上沉积的第一硅层,在第一硅层的表面上形成图案空腔；提供第二绝缘体上硅结构,其包括第二块状硅层上面第二氧化层上沉积的第二硅层；将第一硅层和第二硅层面对面结合在一起；去掉第二块状硅层；去掉第二氧化层，使得第二绝缘体上硅结构的第二硅层覆盖在第一绝缘体上硅结构的第一硅层上；在去掉第二氧化层后,在第二硅层上面形成一二氧化硅绝缘层；形成一个或多个预定形状和尺寸开口，使第二硅层暴露出一部分；在第二硅层的一个或多个开口上形成一个或多个压电电阻器；在第二硅层和第一硅层中形成花纹沟槽，并终止于第一氧化层；去掉第一块状硅层，在花纹沟槽内形成压阻式压力传感器。另外，本专利技术还提供一种微机械超小型压阻式压力传感器，它包括具有沉积于第一氧化层上的第一硅层的第一绝缘体上硅晶片、膜片，所述膜片包括具有第二硅层的第二绝缘体上硅晶片，所述膜片通过第二硅层与第一硅层面对面的结合而与第一绝缘体上硅晶片键合在一起，所述膜片上开设有一或多个开口，所述一或多个开口使第二硅层暴露出一部分，在一或多个开口中具有一或多个压电电阻器，所述第一硅层和第二硅层中开设一沟槽，所述沟槽的深度终止于第一氧化层，该沟槽限定压阻式压力传感器的边界。附图简要说明本专利技术上述特征详细描述了具体的方法，上面的简要概述可通过参考实例，其中会有一些在附图中表示出来。但应当指出的是，该附图为本专利技术的典型实例，因此不应被视为其范围的限制，因为本专利技术可允许其它等效实例。图1A表示一个典型的压阻式压力传感器的俯视图。图1B表示图1A所示压力传感器的剖视图，剖视图是沿图1A的1A-1A'线剖开。图2A和图2B表示第一绝缘体上硅（SOI）晶片的剖视图，其作为载体晶片在它的硅层上形成空腔。。图3表示的是第二绝缘体上硅（SOI）晶片的剖视图，根据本专利技术的一个实施例，它的硅层用来形成膜片。图4所示的是根据本专利技术的一个实施例的第一和第二SOI晶片结合在一起的结构。图5表示的是根据本专利技术的一个实施例的除掉支撑硅晶片和第二SOI晶片的绝缘层后的结构。图6A表示的是根据本专利技术的一个实施例的压电电阻器形成后的压阻式传感器的俯视图。图6B表示的是压电电阻器成形后压阻式传感器的剖面图，该剖面图是沿图6A中的6A-6A'线剖开的。图7和图8表示的是压电电阻器的形成的步骤。图9A到图10显示了根据本专利技术的一个或多个实施例中的沟槽的形成步骤。图11A和11B反映了根据本专利技术的一个或多个实施例的除掉载体SOI晶片的块状硅层和绝缘层的步骤以及压阻式传感器的释放步骤。具体实施方式以下结合附图对根据专利技术的几个优选实施例进行详细描述。图1A和图1B反映了一种制造微型压力传感器的制造方法以及利用微机电系统（MEMS）技术来完成一个或多个压阻式压力传感器10的制造方法。图1A所示的是一个压阻式压力传感器的俯视图。图1B所示的是压阻式压力传感器的剖视图。图1B的剖视图是沿图1A中的1A-1A'线的剖开。压力传感器10是由一个隔膜膜片13覆盖到空腔11上面形成的。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造压阻式压力传感器的方法，其包括：提供第一绝缘体上硅结构, 其包括第一块状硅层上面第一氧化层上沉积的第一硅层；提供第二绝缘体上硅结构,其包括第二块状硅层上面第二氧化层上沉积的第二硅层；将第一硅层和第二硅层面对面结合在一起；去掉第二块状硅层；去掉第二氧化层，第二绝缘体上硅结构的第二硅层留在第一硅层上；形成一个或多个预定形状和尺寸的开口，以使第二硅层暴露出一部分；在第二硅层的一个或多个开口处形成一个或多个压电电阻器；在第二硅层和第一硅层中成形花纹沟槽，并终止于第一氧化层；去掉第一块状硅层，从而将压阻式压力传感器限定于花纹沟槽的边界内。

【技术特征摘要】
2014.02.22 US 141872211.一种制造压阻式压力传感器的方法，其包括：提供第一绝缘体上硅结构, 其包括第一块状硅层上面第一氧化层上沉积的第一硅层；提供第二绝缘体上硅结构,其包括第二块状硅层上面第二氧化层上沉积的第二硅层；将第一硅层和第二硅层面对面结合在一起；去掉第二块状硅层；去掉第二氧化层，第二绝缘体上硅结构的第二硅层留在第一硅层上；形成一个或多个预定形状和尺寸的开口，以使第二硅层暴露出一部分；在第二硅层的一个或多个开口处形成一个或多个压电电阻器；在第二硅层和第一硅层中成形花纹沟槽，并终止于第一氧化层；去掉第一块状硅层，从而将压阻式压力传感器限定于花纹沟槽的边界内。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述第一硅层的厚度为5微米至100微米。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述第二硅层的厚度为0.5微米至5微米之间。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述第一绝缘体上硅结构具有形成于第一硅层内的图案空腔。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于还包括：在绝缘体上硅结构的第一硅层的表面上形成一图案空腔。
6.根据权利要求4或5的方法，其特征在于：所述第二硅层和第一硅层中的花纹沟槽设置为部分包围位于第一硅层中的图案空腔，留下一区域在所述第二硅层表面上构成一形状，在该区域在表面上构成的形状中，面对所述图案空腔的内边缘比区域的背离图案空腔的外边缘窄。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于：所述内边缘的宽度与所述区域的外边缘的宽度的比率小于或等于0.75。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述第二硅层和第一硅层中的花纹沟槽设置为完全包围在第一硅层中的图案空腔。
9.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述一个或多个压电电阻器是在第二硅层上的开口中通过扩散的方法形成的。
10.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述一个或多个压电电阻器是在第二硅层上的开口中通过离子注入的方法形成的。
11.根据权利要求1的方法，其特征在于还包括：第二氧化层去掉后第二硅层上形成二氧化硅绝缘层。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述二氧化硅绝缘层是在第二硅层上的一个或多个开口上形成一个或多个压电电阻器之前去掉的。
13.根据权利要求11的方法，其特征在于：所述二氧化硅绝缘层在第二硅层上的一个或多个开口上形成一个或多个压电电阻器之前未去掉。
14.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述第一绝缘体上硅结构的第一硅层包含p型硅材料，所述第二硅层包括一n型硅材料。
15.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述第一绝缘体上硅结构的第一硅层包括n型硅材料，所述第二硅层包括p型硅材料。
16.根据权利要求1的方法，其特征在于还包括：去掉所述第一块状硅层后再去掉所述第二氧化层。
17.一种制造压阻式压力传感器的方法，其包括：提供第一绝缘体上硅结构, 其包括第一块状硅层上面第一氧化层上沉积的第一硅层,在该绝缘体上硅结构的第一硅层的表面上形成图案空腔；提供第二绝缘体上硅结构,其包括第...

【专利技术属性】
技术研发人员：漆斌，
申请(专利权)人：苏州亘科医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32