压力传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种压力传感器，压力传感器包括衬底结构以及顶层结构，顶层结构中，第一硅层用作压力敏感膜；第二硅层用作压阻层；第一硅层的正面形成有用作岛结构的厚半导体材料层；第一硅层的正面还形成有包覆第一硅层与厚半导体材料层的顶层下绝缘层；衬底结构的上表面向下凹陷形成键合槽，厚半导体材料层键合于键合槽内并与键合槽形成间隙；第一硅层与衬底结构之间形成用作自检测的第一电连接通道；第二硅层与衬底结构之间形成用作压阻结构的第二电连接通道；第一电连接通道与第二电连接通道绝缘，第二电连接通道与第一硅层绝缘。该压力传感器在岛结构与衬底结构之间构成电容结构，达到压力传感器的在线自校准的目的。达到压力传感器的在线自校准的目的。达到压力传感器的在线自校准的目的。

【技术实现步骤摘要】
压力传感器


[0001]本技术涉及压力传感器
，特别是涉及一种压力传感器。

技术介绍

[0002]随着物联网等行业的兴起，MEMS(Micro electro Mechanical Systems，微机电系统)传感器由于其体积小、功耗低、重量轻及响应快等优点，有着巨大的应用前景。尤其是MEMS压力传感器，在汽车电子、消费类产品及工业控制等领域有巨大的应用。
[0003]目前，MEMS压力传感器多采用PN结实现力敏压阻元件之间的电隔离。在常温条件下，PN结能有效的防止漏电流的产生，但在高温(一般指大于150摄氏度)条件下，PN结的漏电流明显增大，影响了传感器输出的稳定性，甚至导致传感器失效，因此，采用PN结的MEMS压力传感器只能在低于150℃的环境中工作。
[0004]此外，现有的MEMS压力传感器还多采用压力敏感膜背面感压模式，增加了压力敏感膜的非线性度，但是当被测压力过大时，正面贴装芯片的密封材料会产生漏气，甚至被高压推开，这使得MEMS压力传感器可以测量的压力范围有限，而现有技术也无法避免压力测量非线性增大效应。
[0005]除此之外，现有的压阻式压力传感器一般通过额外的检测装置进行检测，无法进行在线自检测。

技术实现思路

[0006]基于此，本技术提供一种压力传感器，所述岛结构与衬底结构之间构成电容结构，达到压力传感器的在线自校准的目的。
[0007]一种压力传感器，包括衬底结构以及顶层结构，所述顶层结构包括第一硅层、设于所述第一硅层背面的第二硅层以及设于所述第一硅层与第二硅层之间的第一绝缘层；所述第一硅层用作压力敏感膜；所述第二硅层用作压阻层；所述第一硅层的正面形成有与所述第一硅层电导通的厚半导体材料层，所述厚半导体材料层用作岛结构；所述第一硅层的正面还形成有包覆所述第一硅层与所述厚半导体材料层的顶层下绝缘层；
[0008]所述衬底结构的上表面向下凹陷形成键合槽，所述厚半导体材料层键合于所述键合槽内并与所述键合槽形成间隙；
[0009]所述压力传感器上形成有第一电学连接孔及第二电学连接孔；所述第一电学连接孔内填充有导电半导体材料以使所述第一硅层与所述衬底结构之间形成用作自检测的第一电连接通道；所述第二电学连接孔内填充有导电半导体材料以使所述第二硅层与所述衬底结构之间形成用作压阻结构的第二电连接通道；
[0010]所述第一电连接通道与所述第二电连接通道绝缘，所述第二电连接通道与所述第一硅层绝缘。
[0011]上述压力传感器，第一硅层的正面形成有与其导通的用作岛结构的厚半导体材料层，该厚半导体材料层键合于衬底结构的键合槽内并与所述键合槽形成间隙，且所述第一
硅层与所述衬底结构之间形成第一电连接通道，以使所述岛结构与衬底结构之间构成电容结构，当在此电容间施加一个电压值，则静电力可以将岛结构拉向衬底结构，从而带动压力敏感膜(即第一硅层)产生形变，利用这一效应，进行压力传感器的在线自校准。此外，用作岛结构的厚半导体材料层形成于第一硅层的正面，利用压力敏感膜(即第一硅层)的正面感压技术，可避免密封材料产生漏气或被高压推开的现象的发生，同时可降低压力敏感膜的非线性度，增加可测量压力的范围。
[0012]在其中一个实施例中，所述衬底结构包括中部硅材料层以及形成在所述中部硅材料层的上表面的衬底上绝缘层，所述中部硅材料层的下表面掺杂形成掺杂层。
[0013]在其中一个实施例中，所述衬底结构上形成有相互绝缘的第一衬底区域、第二衬底区域以及第三衬底区域，所述第一硅层通过所述第一电学连接孔与所述第一衬底区域导通，所述第二硅层通过所述第二电学连接孔与所述第二衬底区域导通，所述键合槽形成在第三衬底区域内；
[0014]所述压力传感器还包括淀积在所述顶层结构的上表面的第一绝缘保护层以及淀积在所述衬底结构的下表面的第二绝缘保护层；
[0015]所述第二绝缘保护层上形成有与所述第一衬底区域对应的第一导电接触孔、与所述第二衬底区域对应的第二导电接触孔以及与所述第三衬底区域对应的第三导电接触孔。
[0016]在其中一个实施例中，所述第一衬底区域设置有至少一个，所述第二衬底区域设置有至少一个，所述第三衬底区域设置有至少一个；
[0017]所述第一导电接触孔设置有至少一个，所述第二导电接触孔设置有至少一个，所述第三导电接触孔设置有至少一个。
附图说明
[0018]图1为本技术一实施例的压力传感器的纵向剖面示意图；
[0019]图2至图15为图1所示的压力传感器的工艺流程图。
具体实施方式
[0020]为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的较佳实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本技术的公开内容的理解更加透彻全面。
[0021]需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
[0022]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
[0023]如图1所示，其为本技术的一种实施例的基于具有双层“绝缘层上的硅”结构的晶圆(Double
‑
SOI，DSOI)制作的压力传感器，该压力传感器包括：衬底结构1以及顶层结构2，所述顶层结构2包括第一硅层21、设于所述第一硅层21背面的第二硅层22以及设于所
述第一硅层21与第二硅层22之间的第一绝缘层23。所述第一硅层231用作压力敏感膜。所述第二硅层22用作压阻层。所述第一硅层21的正面形成有与所述第一硅层21电导通的厚半导体材料层24，所述厚半导体材料层用作岛结构；所述第一硅层21的正面还形成有包覆所述第一硅层21与所述厚半导体材料层24的顶层下绝缘层25。
[0024]所述衬底结构1的上表面向下凹陷形成键合槽10，所述厚半导体材料层24键合于所述键合槽10内并与所述键合槽10形成间隙。
[0025]所述压力传感器上形成有第一电学连接孔3及第二电学连接孔4；所述第一电学连接孔3内填充有导电半导体材料以使所述第一硅层21与所述衬底结构1之间形成用作自检测的第一电连接通道(如图1中虚线所示)。所述第二电学连接孔4内填充有导电半导体材料以使所述第二硅层22与所述衬底结构1之间形成用作压阻结构的第二电连接通道(如图14中虚线所示)。
[0026]所述第一电连接通道与所述第二电连接通道绝缘，所述第二电连接通道与所述第一硅层21绝缘。
[0027]该压力传感器1，第一硅层21的正面形成有与其导通的用作岛结构的厚半导体材料层24，该厚半导体材料层2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压力传感器，其特征在于：包括衬底结构以及顶层结构，所述顶层结构包括第一硅层、设于所述第一硅层背面的第二硅层以及设于所述第一硅层与第二硅层之间的第一绝缘层；所述第一硅层用作压力敏感膜；所述第二硅层用作压阻层；所述第一硅层的正面形成有与所述第一硅层电导通的厚半导体材料层，所述厚半导体材料层用作岛结构；所述第一硅层的正面还形成有包覆所述第一硅层与所述厚半导体材料层的顶层下绝缘层；所述衬底结构的上表面向下凹陷形成键合槽，所述厚半导体材料层键合于所述键合槽内并与所述键合槽形成间隙；所述压力传感器上形成有第一电学连接孔及第二电学连接孔；所述第一电学连接孔内填充有导电半导体材料以使所述第一硅层与所述衬底结构之间形成用作自检测的第一电连接通道；所述第二电学连接孔内填充有导电半导体材料以使所述第二硅层与所述衬底结构之间形成用作压阻结构的第二电连接通道；所述第一电连接通道与所述第二电连接通道绝缘，所述第二电连接通道与所述第一硅层绝缘。2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于：所述衬底结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志健，刘洪喜，熊娟，
申请(专利权)人：慧石上海测控科技有限公司，
类型：新型
国别省市：