MEMS压力传感器及其制备方法技术

本公开的实施例公开了一种MEMS压力传感器及其制备方法。包括：第一衬底，依次设置于其第一表面的缓冲层和发光二极管，依次设置于第一衬底的第二表面的钝化层和第一引线及焊盘，以及围设于发光二极管周围的第一连接层，第一衬底设置有传压窗口；第二衬底，依次设置于其第一表面的压力敏感薄膜和第二连接层；第二衬底设置有贯穿其厚度的空腔，空腔与发光二极管相对应，压力敏感薄膜对应空腔的区域透光；第三衬底，设置于其第一表面并位于空腔内的光敏电阻层，设置于第三衬底的第二表面并与光敏电阻层电连接的第二引线及焊盘；第三衬底的第一表面与第二衬底的第二表面连接。有效提高了传感器的精度与量程和精度。感器的精度与量程和精度。感器的精度与量程和精度。

【技术实现步骤摘要】
MEMS压力传感器及其制备方法


[0001]本公开的实施例属于压力传感器
，具体涉及一种MEMS压力传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]在压力测量领域，MEMS压力传感器具有小尺寸、高灵敏度、快的频率响应等优点而取代了传统压力传感器。其中MEMS压阻式压力传感器是众多MEMS压力传感器中应用最广泛的，它依靠压力敏感薄膜的弯曲在压敏电阻条区域集中产生应力，从而使得压敏电阻条阻值发生改变以实现压力的测量。
[0003]可是，MEMS压阻式压力传感器的压力敏感薄膜具有挠度效应，这使得它在受压弯曲过程中它所受压力(传感器的输入压力)与它所产生的应力之间具有非常复杂的函数关系，而MEMS压阻式压力传感器的输出电压直接决定于压力敏感薄膜上产生的应力。因此MEMS压阻式压力传感器的输出电压与输入压力之间的函数关系也会非常复杂如下述公式所示：
[0004][0005][0006]其中，P为传感器输入压力，V
out
为传感器输出电压，C0为中间变量，K1、K2、K3、K4均为常数。
[0007]显然，上述函数关系无法用于MEMS压阻式压力传感器测试数据的拟合。而当MEMS压阻式压力传感器测试数据的拟合使用线性函数进行替换时，会对MEMS压阻式压力传感器的标定产生误差，进而使得MEMS压阻式压力传感器的测量产生非线性误差，该误差会随MEMS压阻式压力传感器输入压力的增大而增大，严重降低了MEMS压阻式压力传感器的精度与量程。
[0008]此外，MEMS压阻式压力传感器压力敏感薄膜的形成需要在其下方制备密闭空腔，而该密闭空腔的制备则需要将MEMS压阻式压力传感器的硅衬底和玻璃衬底键合在一起形成键合界面，该键合界面会在工作温度下产生键合热应力传递到压力敏感薄膜上，从而导致MEMS压阻式压力传感器产生温漂进一步降低精度。

技术实现思路

[0009]本公开的实施例旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，公开了一种MEMS压力传感器及其制备方法。
[0010]第一方面，本公开的实施例提供一种MEMS压力传感器，所述MEMS压力传感器包括：
[0011]第一衬底，设置于所述第一衬底的第一表面的缓冲层，设置于缓冲层背离所述第一衬底的表面的发光二极管，设置于所述第一衬底的第二表面的钝化层，设置于所述钝化
层背离所述第一衬底的表面并与所述发光二极管电连接的第一引线及焊盘，以及围设于所述发光二极管周围的第一连接层，所述第一衬底与所述钝化层的对应位置处设置有传压窗口；
[0012]第二衬底，设置于所述第二衬底的第一表面的压力敏感薄膜，设置于所述压力敏感薄膜背离所述第二衬底的表面并与所述第一连接层连接的第二连接层；所述第二衬底设置有贯穿其厚度的空腔，所述空腔与所述发光二极管相对应，所述压力敏感薄膜对应所述空腔的区域透光；
[0013]第三衬底，设置于所述第三衬底的第一表面并位于所述空腔内的光敏电阻层，设置于所述第三衬底的第二表面并与所述光敏电阻层电连接的第二引线及焊盘；所述第三衬底的第一表面与所述第二衬底的第二表面连接。
[0014]在一些实施例中，所述光敏电阻层包括外侧光敏电阻和内侧光敏电阻，所述外侧光敏电阻与所述内侧光敏电阻串联形成检测电路。
[0015]在一些实施例中，所述外侧光敏电阻和所述内侧光敏电阻均为未闭合圆环状结构的光敏电阻。
[0016]在一些实施例中，所述外侧光敏电阻和所述内侧光敏电阻的阻值和面积均相等。
[0017]在一些实施例中，所述内侧光敏电阻包括第一内侧光敏电阻以及位于所述第一内侧光敏电阻内侧的第二内侧光敏电阻；
[0018]所述第一内侧光敏电阻与所述第二内侧光敏电阻串联。
[0019]在一些实施例中，所述第三衬底的第一表面与所述第二衬底的第二表面键合连接，所述第二连接层与所述第一连接层键合连接。
[0020]在一些实施例中，所述发光二极管包括依次设置于所述缓冲层的发光二极管N型层、多量子阱层和发光二极管P型层；
[0021]所述发光二极管N型层和所述发光二极管P型层分别与所述第一引线及焊盘电连接。
[0022]在一些实施例中，所述MEMS压力传感器的输入压力和输出电压之间满足下述关系式：
[0023][0024]其中，P为MEMS压力传感器的输入压力，Vout为MEMS压力传感器的输出电压，K5、K6、K7均为常数。
[0025]在一些实施例中，所述压力敏感薄膜的厚度范围为10μm～200μm；和/或，所述光敏电阻层的厚度范围为1μm～50μm。
[0026]第二方面，本公开的实施例提供一种如前文记载的所述的MEMS压力传感器的制备方法，所述方法包括：
[0027]提供第一衬底；
[0028]在所述第一衬底的第一表面沉积缓冲材料层，并对该缓冲材料层进行刻蚀以形成缓冲层；
[0029]在所述第一衬底的第一表面沉积发光二极管N型材料层，并对该N型材料层进行刻蚀以形成发光二极管N型层；
[0030]在所述第一衬底的第一表面的所述发光二极管N型层的外侧沉积并刻蚀形成隔离层，所述隔离层用以隔离所述发光二极管N型层和发光二极管P型层；
[0031]在所述第一衬底的第一表面沉积多量子阱材料层，并对该多量子阱材料层进行刻蚀以形成多量子阱层；
[0032]在所述第一衬底的第一表面沉积发光二极管P型材料层，并对该P型材料层进行刻蚀以形成发光二极管P型层；
[0033]在所述第一衬底的第一表面沉积形成第一连接材料层；
[0034]对所述第一衬底的第二表面进行刻蚀形成深通孔；
[0035]在所述第一衬底的第二表面及所述深通孔内壁沉积钝化材料层以形成钝化层；
[0036]在所述第一衬底的第二表面及所述深通孔中沉积金属材料层，并对所述第一衬底的第二表面上的金属材料层进行刻蚀以形成第一引线及焊盘；
[0037]对所述第一衬底的第一表面的第一连接材料层进行刻蚀以形成第一连接层，并且露出所述发光二极管P型层；
[0038]对所述第一衬底的第二表面的钝化层进行刻蚀，形成两个方形开口用以露出所述第一衬底；
[0039]对裸露的所述第一衬底进行湿法腐蚀以形成传压窗口；
[0040]提供第二衬底；其中，所述第二衬底为SOI片；
[0041]对所述SOI片的器件层进行刻蚀以形成第二连接层，再对所述SOI片的衬底层进行湿法腐蚀以形成压力敏感薄膜和空腔；
[0042]将所述第二衬底的第一表面与所述第一衬底的第一表面进行阳极键合；
[0043]提供第三衬底；
[0044]对所述第三衬底进行刻蚀以形成深通孔，再在所述第三衬底的第二表面溅射并刻蚀金属层以形成第二引线及焊盘；
[0045]在所述第三衬底的第一表面沉积光敏电阻材料层，并对所述光敏电阻材料层进行刻蚀以形成光敏电阻；
[0046]将所述第三衬底的第一表面与所述第二衬底的第二表面进行阳极键本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MEMS压力传感器，其特征在于，所述MEMS压力传感器包括：第一衬底，设置于所述第一衬底的第一表面的缓冲层，设置于缓冲层背离所述第一衬底的表面的发光二极管，设置于所述第一衬底的第二表面的钝化层，设置于所述钝化层背离所述第一衬底的表面并与所述发光二极管电连接的第一引线及焊盘，以及围设于所述发光二极管周围的第一连接层，所述第一衬底与所述钝化层的对应位置处设置有传压窗口；第二衬底，设置于所述第二衬底的第一表面的压力敏感薄膜，设置于所述压力敏感薄膜背离所述第二衬底的表面并与所述第一连接层连接的第二连接层；所述第二衬底设置有贯穿其厚度的空腔，所述空腔与所述发光二极管相对应，所述压力敏感薄膜对应所述空腔的区域透光；第三衬底，设置于所述第三衬底的第一表面并位于所述空腔内的光敏电阻层，设置于所述第三衬底的第二表面并与所述光敏电阻层电连接的第二引线及焊盘；所述第三衬底的第一表面与所述第二衬底的第二表面连接。2.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述光敏电阻层包括外侧光敏电阻和内侧光敏电阻，所述外侧光敏电阻与所述内侧光敏电阻串联形成检测电路。3.根据权利要求2所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述外侧光敏电阻和所述内侧光敏电阻均为未闭合圆环状结构的光敏电阻。4.根据权利要求2所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述外侧光敏电阻和所述内侧光敏电阻的阻值和面积均相等。5.根据权利要求2所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述内侧光敏电阻包括第一内侧光敏电阻以及位于所述第一内侧光敏电阻内侧的第二内侧光敏电阻；所述第一内侧光敏电阻与所述第二内侧光敏电阻串联。6.根据权利要求1至5任一项所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述第三衬底的第一表面与所述第二衬底的第二表面键合连接，所述第二连接层与所述第一连接层键合连接。7.根据权利要求1至5任一项所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述发光二极管包括依次设置于所述缓冲层的发光二极管N型层、多量子阱层和发光二极管P型层；所述发光二极管N型层和所述发光二极管P型层分别与所述第一引线及焊盘电连接。8.根据权利要求1至5任一项所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述MEMS压力传感器的输入压力和输出电压之间满足下述关系式：其中，P为MEM...

【专利技术属性】
技术研发人员：李维平，兰之康，秦磊，
申请(专利权)人：南京高华科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：