一种压力传感器及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种压力传感器及其制作方法，该压力传感器包括具有相对的第一面及第二面的衬底、设置在衬底的第一面上的感压膜、设置在衬底的第二面上的压力腔、设置在衬底的第二面上的盖板。感压膜上设置有由四个压敏电阻组成的惠斯通电桥。四个压敏电阻包括两个纵向电阻和两个横向电阻；两个纵向电阻的电阻阻值相等，两个横向电阻的电阻阻值相等。纵向电阻的电阻阻值大于横向电阻的电阻阻值。通过设置两个纵向电阻的电阻阻值大于两个横向电阻的电阻阻值，利用惠斯通电桥上两个纵向桥臂与两个横向桥臂的电阻阻值的不对称设计，以引入与原有非线性趋势相反的非线性在电路层面补偿压力传感器的整体非线性，从而减小压力传感器的非线性误差。的非线性误差。的非线性误差。

【技术实现步骤摘要】
一种压力传感器及其制作方法


[0001]本专利技术涉及技术传感器
，尤其涉及一种压力传感器及其制作方法。

技术介绍

[0002]近些年MEMS压力传感器已广泛应用于工业控制、航空航天、海洋、军事、生物医疗等诸多领域。硅压阻式压力传感器是目前使用最广泛、用量最大的传感器之一。它主要利用了硅的压阻效应，通过掺杂在感压膜上形成压敏电阻并将电阻连接成惠斯通电桥，感压膜受压时会产生应变，进而导致压敏电阻的电阻率发生变化，使得惠斯通电桥的输出随压力变化而改变。其具有灵敏度高、信号易于测量、易于小型化、便于批量生产等优点。
[0003]非线性误差是压阻式压力传感器的一个十分重要的技术指标，是基本误差的主要来源，严重影响压力传感器的精度和准确度，尤其对于高量程压力传感器而言。非线性误差的来源主要包括几何非线性误差、物理非线性误差和电路非线性误差。其中，几何非线性误差是由于膜片的大挠度变形造成的应力与压力之间的非线性。物理非线性误差主要是压阻效应本身的非线性，由于压力导致晶格变形使得能带结构发生变化而产生的非线性。电路非线性误差主要是由于掺杂不均、电阻条刻蚀存在工艺误差等原因引起的电桥各桥臂电学参数不对称而引起的非线性。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种压力传感器及其制作方法，用以减小压力传感器的非线性误差。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种压力传感器，该压力传感器包括具有相对的第一面及第二面的衬底、设置在衬底的第一面上的感压膜、设置在衬底的第二面上的压力腔、以及设置在衬底的第二面上且盖合在压力腔上以形成密封腔体的盖板。其中，感压膜上设置有由四个压敏电阻组成的惠斯通电桥。四个压敏电阻包括两个纵向电阻和两个横向电阻；两个纵向电阻的电阻阻值相等，两个横向电阻的电阻阻值相等。且纵向电阻的电阻阻值大于横向电阻的电阻阻值。
[0006]在上述的方案中，通过设置两个纵向电阻的电阻阻值大于两个横向电阻的电阻阻值，利用惠斯通电桥上两个纵向桥臂与两个横向桥臂的电阻阻值的不对称设计，以引入与原有非线性趋势相反的非线性来补偿压力传感器的整体非线性，从而在电路层面减小压力传感器的非线性误差，提高压力传感器的测试精度和准确度，增强压力传感器的性能。
[0007]在一种具体的实施方式中，感压膜的形状为正方形；在感压膜的厚度为定值时，感压膜的边长越小，压力传感器的量程越大，纵向电阻与横向电阻的电阻阻值比越大，以确定较为恰当的纵向电阻与横向电阻的电阻阻值比。
[0008]在一种具体的实施方式中，感压膜的形状为正方形；在感压膜的边长为定值时，感压膜的厚度越大，压力传感器的量程越大，纵向电阻与横向电阻的电阻阻值比越大，以确定较为恰当的纵向电阻与横向电阻的电阻阻值比。
[0009]在一种具体的实施方式中，感压膜的形状为圆形；在感压膜的厚度为定值时，感压膜的半径越小，压力传感器的量程越大，纵向电阻与横向电阻的电阻阻值比越大，以确定较为恰当的纵向电阻与横向电阻的电阻阻值比。
[0010]在一种具体的实施方式中，感压膜的形状为圆形；在感压膜的半径为定值时，感压膜的厚度越大，压力传感器的量程越大，纵向电阻与横向电阻的电阻阻值比越大，以确定较为恰当的纵向电阻与横向电阻的电阻阻值比。
[0011]在一种具体的实施方式中，纵向电阻与横向电阻的初始电阻率为定值；在感压膜受压发生设定形变时，纵向电阻与横向电阻所处位置的应力越大，纵向电阻与横向电阻的电阻阻值比越小，以确定较为恰当的纵向电阻与横向电阻的电阻阻值比。
[0012]在一种具体的实施方式中，在感压膜受压发生设定形变时，纵向电阻与横向电阻的初始电阻率越大，纵向电阻与横向电阻的电阻阻值比越小，以确定较为恰当的纵向电阻与横向电阻的电阻阻值比。
[0013]在一种具体的实施方式中，纵向电阻与横向电阻的电阻阻值比为大于1，且小于或等于2，以确定较为恰当的纵向电阻与横向电阻的电阻阻值比。
[0014]在一种具体的实施方式中，衬底的材质为单晶硅，四个压敏电阻形成于衬底的(100)晶面，且四个压敏电阻沿衬底的<110>晶向排列，提高压力传感器的灵敏度。
[0015]在一种具体的实施方式中，每个压敏电阻为P型电阻；每个P型电阻包括在衬底的第一面掺杂硼形成的P-压阻区，且纵向电阻中P-压阻区的长度大于横向电阻P-压阻区的长度，以便于设置压敏电阻。
[0016]在一种具体的实施方式中，每个P型电阻还包括在衬底的第一面掺杂形成于P-压阻区两侧且与P-压阻区导电连接的P
+
低阻区；四个P-压阻区通过对应的P
+
低阻区连接形成惠斯通电桥；在衬底的第一面上还设置有使惠斯通电桥与外部绝缘隔开的钝化层；且惠斯通电桥上设置有外漏于钝化层外且作为惠斯通电桥的输入端或输出端的管脚。以便于向惠斯通电桥内通电压等输入信号，测量惠斯通电桥的输出电压等输出信号的变化。且防止惠斯通电桥与外部电连接，进而影响压力传感器的测试精度，或损坏压力传感器。
[0017]第二方面，本专利技术还提供了一种压力传感器的制作方法，该制作方法包括：提供具有相对的第一面及第二面的衬底；在衬底的第一面上设置用于组成惠斯通电桥的四个压敏电阻；其中，四个压敏电阻包括两个纵向电阻和两个横向电阻；两个纵向电阻的阻值相等，两个横向电阻的阻值相等；且纵向电阻的电阻阻值大于横向电阻的电阻阻值；在衬底的第二面上设置压力腔；在衬底的第二面上设置盖合在压力腔上以形成密封腔体的盖板。通过设置两个纵向电阻的电阻阻值大于两个横向电阻的电阻阻值，利用惠斯通电桥上两个纵向桥臂与两个横向桥臂的电阻阻值的不对称设计，以引入与原有非线性趋势相反的非线性来补偿压力传感器的非线性，从而减小压力传感器的非线性误差，提高压力传感器的测试精度和准确度，增强压力传感器的性能。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例提供的一种压力传感器的剖面图；
[0019]图2为本专利技术实施例提供的一种压力传感器上四个压敏电阻的分布示意图；
[0020]图3为本专利技术实施例提供的一种压力传感器制作过程中所提供的衬底的剖面示意
图；
[0021]图4为本专利技术实施例提供的一种压力传感器制作过程中掺杂硼形成P-压阻区的示意图；
[0022]图5为本专利技术实施例提供的一种压力传感器制作过程中掺杂形成N
+
隔离区的示意图；
[0023]图6为本专利技术实施例提供的一种压力传感器制作过程中掺杂形成P
+
低阻区的示意图；
[0024]图7为本专利技术实施例提供的一种压力传感器制作过程中在介质层上刻蚀接触孔的示意图；
[0025]图8为本专利技术实施例提供的一种压力传感器制作过程中设置管脚的示意图；
[0026]图9为本专利技术实施例提供的一种压力传感器制作过程中设置钝化层的示意图；
[0027]图10为本专利技术实施例提供的一种压力传感器制作过程中设置压力腔的示意图。
[0028]附图标记：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压力传感器，其特征在于，包括：具有相对的第一面及第二面的衬底；设置在所述衬底的第一面上的感压膜，所述感压膜上设置有由四个压敏电阻组成的惠斯通电桥；所述四个压敏电阻包括两个纵向电阻和两个横向电阻；所述两个纵向电阻的电阻阻值相等，所述两个横向电阻的电阻阻值相等；且所述纵向电阻的电阻阻值大于所述横向电阻的电阻阻值；设置在所述衬底的第二面上的压力腔；设置在所述衬底的第二面上且盖合在所述压力腔上以形成密封腔体的盖板。2.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述感压膜的形状为正方形；在所述感压膜的厚度为定值时，所述感压膜的边长越小，所述纵向电阻与所述横向电阻的电阻阻值比越大。3.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述感压膜的形状为正方形；在所述感压膜的边长为定值时，所述感压膜的厚度越大，所述纵向电阻与所述横向电阻的电阻阻值比越大。4.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述感压膜的形状为圆形；在所述感压膜的厚度为定值时，所述感压膜的半径越小，所述纵向电阻与所述横向电阻的电阻阻值比越大。5.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述感压膜的形状为圆形；在所述感压膜的半径为定值时，所述感压膜的厚度越大，所述纵向电阻与所述横向电阻的电阻阻值比越大。6.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述纵向电阻与所述横向电阻的初始电阻率为定值；在所述感压膜受压发生设定形变时，所述纵向电阻与所述横向电阻所处位置的应力越大，所述纵向电阻与所述横向电阻的电阻阻值比越小。7.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，在所述感压膜受压发生设定形变时，所述纵向电阻与所述横向电阻的初始电阻率越大...

【专利技术属性】
技术研发人员：李婷，尚海平，王玮冰，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：