一种高灵敏度薄膜压力传感器芯片制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高灵敏度薄膜压力传感器芯片，包括敏感芯片，其底侧中部设有内腔，在内腔顶侧中部设有环形应力集中结构层；过渡层，布设于敏感芯片顶侧；绝缘层，布设于过渡层顶侧；电极层，布设于绝缘层两侧；下层应变电阻层，布设于绝缘层的中部，下层应变电阻层与电极层电性连接；隔离层，布设于下层应变电阻层的顶侧；上层应变电阻层，布设于隔离层的上方，且与下层应变电阻层的位置相适应；金属应变电阻连接层，分别与下层应变电阻层与上层应变电阻层电性连接；保护层，布设于上层应变电阻层上且能够完全包覆上层应变电阻层。本实用新型专利技术通过双层应变电阻的及环形应力集中结构层的设计，可以将薄膜压力传感器芯片的灵敏度提高一倍以上。度提高一倍以上。度提高一倍以上。

【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏度薄膜压力传感器芯片


[0001]本技术属于微电子机械系统领域，尤其涉及一种高灵敏度薄膜压力传感器芯片。

技术介绍

[0002]压力传感器是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的电信号的器件或装置。其中，薄膜压力传感器具有稳定性好、可适用于恶劣环境等优点，广泛应用于国防、航空航天、工业生产和自动控制等各领域压力参数的测量。
[0003]压力感压膜片是薄膜压力传感器的核心器件，是压力传感器中中直接感受加压力信号的器件，是压力传感器中的敏感元件。压力传感器芯片主要分为不锈钢基底、氧化硅绝缘层、金属惠斯通电桥层、金电极层及保护层几个部分。在压力膜片制备过程中，首先需要将不锈钢基底进行研磨抛光，然后在基底上采用PVD或者CVD的方法沉积氧化硅绝缘层，然后在沉积金属惠斯通电桥层。
[0004]氧化硅绝缘层的主要起电绝缘测作用，使金属不锈钢基底和金属惠斯通电桥层之间断路。
[0005]但是由于金属薄膜压力传感器敏感芯片采用金属应变式原理，故其灵敏度偏低。随着我国导弹武器、运载火箭、卫星、空间站及高铁技术的快速发展，许多军用及民用领域对薄膜压力传感器提出了高灵敏度的要求。因此亟需一种新型薄膜压力传感器，解决现有的薄膜压力传感器灵敏度偏低的问题。

技术实现思路

[0006]技术目的：本技术针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本技术公开了一种高灵敏度薄膜压力传感器芯片，旨在解决现有的薄膜压力传感器灵敏度偏低的问题。
[0007]技术方案：一种高灵敏度薄膜压力传感器芯片，包括：
[0008]敏感芯片，其底侧中部设有内腔，在该内腔的顶侧中部设有环形应力集中结构层；
[0009]过渡层，布设于敏感芯片的顶侧；
[0010]绝缘层，布设于所述过渡层的顶侧；
[0011]电极层，布设于绝缘层的两侧；
[0012]下层应变电阻层，布设于绝缘层的中部，所述下层应变电阻层与所述电极层电性连接；
[0013]隔离层，布设于下层应变电阻层的顶侧；
[0014]上层应变电阻层，布设于隔离层的上方，且与所述下层应变电阻层的位置相适应；
[0015]金属应变电阻连接层，分别与下层应变电阻层与上层应变电阻层电性连接；
[0016]保护层，布设于上层应变电阻层上且能够完全包覆所述上层应变电阻层。
[0017]进一步地，所述敏感芯片为不锈钢敏感芯片或钛敏感芯片。
[0018]进一步地，所述过渡层为卡玛合金层，所述过渡层的厚度为30～50nm。
[0019]进一步地，所述绝缘层为二氧化硅层，所述绝缘层的厚度为2～5μm。
[0020]进一步地，所述电极层为金层，所述电极层的厚度为200～250nm。
[0021]进一步地，所述下层应变电阻层为卡玛合金制成的惠斯通电桥，所述下层应变电阻层的厚度为80～120nm；
[0022]进一步地，所述隔离层为二氧化硅层，所述隔离层的厚度为100nm。
[0023]进一步地，所述金属应变电阻连接层为卡玛合金层，所述金属应变电阻连接层的厚度为120～150nm。
[0024]进一步地，所述上层应变电阻层为卡玛合金制成的惠斯通电桥，所述上层应变电阻层的厚度为80～120nm。
[0025]进一步地，保护层为二氧化硅层，所述保护层的厚度为300～500nm。
[0026]有益效果：本技术公开的一种高灵敏度薄膜压力传感器芯片通过双层应变电阻的及环形应力集中结构层的设计，可以将薄膜压力传感器芯片的灵敏度提高一倍以上。
附图说明
[0027]图1为本技术公开的一种高灵敏度薄膜压力传感器芯片的示意图，
[0028]图2为惠斯通电桥的示意图；
[0029]其中：
[0030]具体实施方式：
[0031]下面对本技术的具体实施方式详细说明。
[0032]具体实施例1
[0033]一种高灵敏度薄膜压力传感器芯片，包括：
[0034]敏感芯片11，其底侧中部设有内腔，在该内腔的顶侧中部设有环形应力集中结构层110；
[0035]过渡层12，布设于敏感芯片11的顶侧；
[0036]绝缘层13，布设于所述过渡层12的顶侧；
[0037]电极层14，布设于绝缘层13的两侧；
[0038]下层应变电阻层15，布设于绝缘层13的中部，所述下层应变电阻层15与所述电极层14电性连接；
[0039]隔离层16，布设于下层应变电阻层15的顶侧；
[0040]上层应变电阻层18，布设于隔离层16的上方，且与所述下层应变电阻层15的位置相适应；
[0041]金属应变电阻连接层17，分别与下层应变电阻层15与上层应变电阻层18电性连接；
[0042]保护层19，布设于上层应变电阻层18上且能够完全包覆所述上层应变电阻层18。
[0043]进一步地，所述敏感芯片11为不锈钢敏感芯片。
[0044]进一步地，所述过渡层12为卡玛合金层，所述过渡层12的厚度为30nm。
[0045]进一步地，所述绝缘层13为二氧化硅层，所述绝缘层13的厚度为2μm。
[0046]进一步地，所述电极层14为金层，所述电极层14的厚度为200nm。
[0047]进一步地，所述下层应变电阻层15为卡玛合金制成的惠斯通电桥，所述下层应变电阻层15的厚度为80nm；
[0048]进一步地，所述隔离层16为二氧化硅层，所述隔离层16的厚度为100nm。
[0049]进一步地，所述金属应变电阻连接层17为卡玛合金层，所述金属应变电阻连接层17的厚度为120nm。
[0050]进一步地，所述上层应变电阻层18为卡玛合金制成的惠斯通电桥，所述上层应变电阻层18的厚度为80nm。
[0051]进一步地，保护层19为二氧化硅层，所述保护层19的厚度为300nm。
[0052]在工作时，被测物体上的压力传递到敏感芯片上，该压力力使敏感芯片发生形变，敏感芯片上方具有通过MEMS工艺制备的惠斯通电桥(包含两个内电阻，两个外电阻)，该电桥将压力引起的芯片形变转化为电信号。
[0053]当金属薄膜压力传感器敏感芯片受到压力时，敏感芯片的中心位置会受沿着切向方向的拉应力，边缘位置会受到沿着轴向方向的压应力，但是拉应力会由沿着圆心到边缘方向逐渐降低，压应力会沿着边缘到圆心方向逐渐降低。故在四个应变电阻布局过程中会将两个内电阻排布在芯片中心位置，将两给外电阻排布在敏感芯片边缘位置具体如图2所示，其中21为第一内电阻，22为第二内电阻，23为第一外电阻，24为第二外电阻。
[0054]一种高灵敏度薄膜压力传感器敏感芯片将传统的敏感芯片应变电阻由单层结构优化为双层结构，从而使四个电阻能够集中在应力最大的区域，从而提高芯片的灵敏度。环形应力集中结构使的敏感芯片在收到压力时其压力更集中加集本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏度薄膜压力传感器芯片，其特征在于，包括：敏感芯片，其底侧中部设有内腔，在该内腔的顶侧中部设有环形应力集中结构层；过渡层，布设于敏感芯片的顶侧；绝缘层，布设于所述过渡层的顶侧；电极层，布设于绝缘层的两侧；下层应变电阻层，布设于绝缘层的中部，所述下层应变电阻层与所述电极层电性连接；隔离层，布设于下层应变电阻层的顶侧；上层应变电阻层，布设于隔离层的上方，且与所述下层应变电阻层的位置相适应；金属应变电阻连接层，分别与下层应变电阻层与上层应变电阻层电性连接；保护层，布设于上层应变电阻层上且能够完全包覆所述上层应变电阻层。2.如权利要求1所述的一种高灵敏度薄膜压力传感器芯片，其特征在于，所述敏感芯片为不锈钢敏感芯片或钛敏感芯片。3.如权利要求1所述的一种高灵敏度薄膜压力传感器芯片，其特征在于，所述过渡层为卡玛合金层，所述过渡层的厚度为30～50nm。4.如权利要求1所述的一种高灵敏度薄膜压力传感器芯片，其特征在于，所述绝缘层为二氧化硅层，所述绝缘层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王立会，邓杨，
申请(专利权)人：广州市智芯禾科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：