一种高过载压力传感器及其制备方法技术

本申请涉及一种高过载压力传感器及其制备方法，所述高过载压力传感器包括：硅杯、硅凸台和玻璃，其中，所述硅杯、所述硅凸台和所述玻璃依次从上至下布置，所述玻璃分别与所述硅杯和所述硅凸台阳极键合，所述硅杯的下表面、所述硅凸台的上表面与所述玻璃的上表面之间形成有真空间隙，所述硅杯的上表面设置有四个压敏电阻，四个所述压敏电阻构成惠斯通电桥。本申请实施例提供的一种高过载压力传感器及其制备方法通过设计压力传感器的结构，可有效增大压力传感器的抗过载能力，增大传感器的稳定性和可靠性，且提供的高过载压力传感器芯片结构简单，成本低，具有广阔的发展前景。具有广阔的发展前景。具有广阔的发展前景。

【技术实现步骤摘要】
一种高过载压力传感器及其制备方法


[0001]本申请涉及压力传感器领域，尤其涉及一种高过载压力传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着我国新兴制造业的发展，对精密测量的需求日益提高，出现了很多新的测量需求和测量要求，导致传感器向着小型化、集成化和智能化趋势发展。MEMS(微机电系统)主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。目前MEMS市场的主导产品为压力传感器、加速度计、微陀螺仪、硅麦克风和硬盘驱动头等，出现这种趋势的原因之一在于MEMS器件微小体积、低成本、可实现批量生产制造，原因之二为新型半导体材料、新型设计的传感器结构的不断涌现以及不断突破的MEMS加工工艺。
[0003]伴随着半导体技术的发展与提高，压力传感器作为传感器的主要分支已广泛应用于工业、医疗、石油化工及国防等各个领域。MEMS压力传感器根据原理可以分为应变式、电容式、压阻式和谐振式，其中，压阻式压力传感器因其具有灵敏度高、成本低、响应速度快、可靠性好、易于集成等优点被广泛应用。MEMS压阻式压力传感器根据硅的压阻特性，通过在硅衬底上形成薄膜压敏电阻，将压敏电阻连接成惠斯通电桥，当传感器受压力时，电阻发生变化，通过检测电路就可得到正比于压力变化的电信号输出。
[0004]当压力传感器应用于航空航天、石油化工、海洋科学等恶劣环境时，传感器需要在高过载环境下工作。普通压力传感器的抗过载能力差，长期处于高过载环境下，可能造成晶片崩坏、压阻结构失效等。通常情况下，压力传感器需在规定的量程范围内工作，但在特殊情况下，如应用于航空航天、石油化工、海洋科学等领域，传感器需在高过载环境下工作。针对这一需求，须在设计制造阶段使压力传感器具有一定的抗过载能力。压力传感器在实际测试过程中，可能出现施加压力超出传感器量程的情况，为避免压力传感器因操作失误等原因造成破损，同样需要其具有一定的抗过载能力。但是现有的压力传感器的抗过载能力较弱。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种高过载压力传感器及其制备方法。
[0006]第一方面，本申请提供了一种高过载压力传感器，包括：硅杯、硅凸台和玻璃，其中，所述硅杯、所述硅凸台和所述玻璃依次从上至下布置，所述玻璃分别与所述硅杯和所述硅凸台阳极键合，所述硅杯的下表面、所述硅凸台的上表面与所述玻璃的上表面之间形成有真空间隙，所述硅杯的上表面设置有四个压敏电阻，四个所述压敏电阻构成惠斯通电桥。
[0007]优选地，所述硅杯为C型结构。
[0008]优选地，所述惠斯通电桥的引出电极为铝电极。
[0009]优选地，所述惠斯通电桥的中心与所述硅杯的中心重合。
[0010]第二方面，本申请提供了一种高过载压力传感器制备方法，所述高过载压力传感器包括如上述中任一所述的高过载压力传感器，所述方法包括步骤：
[0011]键合硅片与玻璃并得到复合结构；
[0012]在所述硅片上制备硅凸台；
[0013]在SOI片上表面制备压敏电阻；
[0014]利用所述SOI片制备硅杯；
[0015]键合所述复合结构和所述硅杯。
[0016]优选地，所述键合硅片与玻璃并得到复合结构包括步骤：
[0017]准备硅片和玻璃；
[0018]清洗所述硅片和所述玻璃；
[0019]将所述硅片和所述玻璃进行阳极键合。
[0020]优选地，所述在所述硅片上制备硅凸台包括步骤：
[0021]在所述硅片的上表面低压化学气相沉积氮化硅薄膜；
[0022]在所述硅片的上表面甩胶并光刻得到硅凸台图形；
[0023]用光刻胶作掩膜并利用反应离子刻蚀去除所述硅凸台之外的所述氮化铝薄膜；
[0024]利用湿法刻蚀形成硅凸台；
[0025]利用干法刻蚀去除所述硅凸台表面的氮化铝薄膜。
[0026]优选地，所述在SOI片上表面制备压敏电阻包括步骤：
[0027]清洗SOI片并对其上层甩胶；
[0028]在胶上光刻出压敏电阻图形；
[0029]用光刻胶作掩膜并利用RIE技术刻蚀硅直至二氧化硅层停止；
[0030]去除光刻胶并得到四个压敏电阻。
[0031]优选地，所述利用所述SOI片制备硅杯包括步骤：
[0032]在所述SOI片的下表面通过LPCVD技术沉积氮化硅；
[0033]用光刻胶作掩膜并利用RIE技术去除下表面待刻蚀空腔部分的氮化铝薄膜；
[0034]刻蚀结束后去除光刻胶；
[0035]对所述SOI片的下表面进行湿法刻蚀并得到硅杯；
[0036]对所述SOI片的下表面进行干法刻蚀并去除剩余氮化硅。
[0037]优选地，所述键合所述复合结构和所述硅杯包括步骤：
[0038]将所述复合结构与所述硅杯进行阳极键合并得到基础结构；
[0039]在所述基础结构的上表面甩胶；
[0040]用光刻胶作掩膜并利用RIE技术刻蚀引线孔；
[0041]刻蚀结束去除光刻胶；
[0042]在所述基础结构的压敏电阻上光刻铝电极。
[0043]本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
[0044]本申请实施例提供的一种高过载压力传感器及其制备方法面向特殊场景的应用需求，针对普通压力传感器测量时抗过载能力差、可靠性差、易于损坏和E型杯结构稳定性差、灵敏度低等缺点，通过设计压力传感器的结构，可有效增大压力传感器的抗过载能力，增大传感器的稳定性和可靠性，且提供的高过载压力传感器芯片结构简单，成本低，具有广
阔的发展前景。
附图说明
[0045]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。
[0046]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0047]图1为本申请实施例提供的一种高过载压力传感器的结构示意图；
[0048]图2为本申请实施例提供的一种高过载压力传感器中惠斯通电桥的电路原理示意图；
[0049]图3为本申请实施例提供的一种高过载压力传感器的制备状态示意图；
[0050]图4为本申请实施例提供的一种高过载压力传感器的制备状态示意图；
[0051]图5为本申请实施例提供的一种高过载压力传感器的制备状态示意图。
具体实施方式
[0052]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高过载压力传感器，其特征在于，包括：硅杯、硅凸台和玻璃，其中，所述硅杯、所述硅凸台和所述玻璃依次从上至下布置，所述玻璃分别与所述硅杯和所述硅凸台阳极键合，所述硅杯的下表面、所述硅凸台的上表面与所述玻璃的上表面之间形成有真空间隙，所述硅杯的上表面设置有四个压敏电阻，四个所述压敏电阻构成惠斯通电桥。2.根据权利要求1所述的高过载压力传感器，其特征在于，所述硅杯为C型结构。3.根据权利要求1所述的高过载压力传感器，其特征在于，所述惠斯通电桥的引出电极为铝电极。4.根据权利要求1所述的高过载压力传感器，其特征在于，所述惠斯通电桥的中心与所述硅杯的中心重合。5.一种高过载压力传感器制备方法，其特征在于，所述高过载压力传感器包括如权利要求1
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4中任一所述的高过载压力传感器，所述方法包括步骤：键合硅片与玻璃并得到复合结构；在所述硅片上制备硅凸台；在SOI片上表面制备压敏电阻；利用所述SOI片制备硅杯；键合所述复合结构和所述硅杯。6.根据权利要求5所述的高过载压力传感器制备方法，其特征在于，所述键合硅片与玻璃并得到复合结构包括步骤：准备硅片和玻璃；清洗所述硅片和所述玻璃；将所述硅片和所述玻璃进行阳极键合。7.根据权利要求5所述的高过载压力传感器制备方法，其特征在于，所述在所述硅片上制备硅凸台包...

【专利技术属性】
技术研发人员：李美朴，申建武，王曦，薛海妮，王淞立，赵虎，
申请(专利权)人：西安思微传感科技有限公司，
类型：发明
国别省市：