MEMS压阻式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压阻式压力传感器及其制备方法，包括第一衬底、第二衬底、第一钝化层、第二钝化层、第一逆压电单元、压阻单元和第一引线及焊盘；第一衬底设置有空腔，并固定于第二衬底；第一钝化层设置于第一衬底背离第二衬底的一侧，内嵌有与空腔相对应的压阻单元；第一逆压电单元设置于第一钝化层背离第二衬底的一侧；第一逆压电单元、第一钝化层以及压阻单元对应空腔的区域形成压力敏感薄膜；第二钝化层设置于第一逆压电单元背离第一衬底的一侧，第二钝化层背离第二衬底的一侧设置有第一引线及焊盘，分别与压阻单元和第一逆压电单元电连接。本公开实施例的压力传感器，能有效提高传感器的线性度、量程以及抗过载能力。载能力。载能力。

【技术实现步骤摘要】
MEMS压阻式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压阻式压力传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]MEMS压阻式压力传感器因其灵敏度高、频率响应好、精度高、稳定性好、尺寸小且易于集成等众多优点而广泛应用于压力测量领域。
[0003]传统MEMS压阻式压力传感器的制备首先是通过在硅衬底表面掺杂形成压敏电阻条，然后在其背面腐蚀出空腔使得压敏电阻条所在方形区域形成压力敏感薄膜，最后将其背面未腐蚀的区域健合在玻璃衬底上。
[0004]对于上述的传统MEMS压阻式压力传感器结构，其压力敏感薄膜的挠度效应会使得传感器的输出电压与输入压力之间呈现非线性关系，使得传感器产生随输入压力增大而增大的非线性误差，导致传感器线性度与量程互相制约，限制了传感器性能的全面提升。此外，传统MEMS压阻式压力传感器硅衬底与玻璃衬底的热膨胀系数存在差异，使得连接两衬底的键合界面会在传感器正常工作温度下产生键合热应力，从而导致传感器产生温漂，降低传感器的测量精度。

技术实现思路

[0005]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压阻式压力传感器及其制备方法。
[0006]第一方面，本公开的实施例提供一种MEMS压阻式压力传感器，所述MEMS压阻式压力传感器包括第一衬底、第二衬底、第一钝化层、第二钝化层、第一逆压电单元、压阻单元和第一引线及焊盘；
[0007]所述第一衬底设置有贯穿其厚度的空腔，并固定于所述第二衬底；
[0008]所述第一钝化层设置于所述第一衬底背离所述第二衬底的一侧，所述第一钝化层内嵌有与所述空腔相对应的所述压阻单元；
[0009]所述第一逆压电单元设置于所述第一钝化层背离所述第二衬底的一侧；其中，所述第一逆压电单元、所述第一钝化层以及所述压阻单元对应所述空腔的区域形成压力敏感薄膜；
[0010]所述第二钝化层设置于所述第一逆压电单元背离所述第一衬底的一侧，所述第二钝化层背离所述第二衬底的一侧设置有所述第一引线及焊盘，所述第一引线及焊盘分别与所述压阻单元和所述第一逆压电单元电连接。
[0011]在一些实施例中，所述第一逆压电单元包括依次层叠设置于所述第一钝化层的第一下极板、第一逆压电层和第一上极板。
[0012]在一些实施例中，所述MEMS压阻式压力传感器还包括第二逆压电单元和第二引线及焊盘；
[0013]所述第二逆压电单元设置于所述第二衬底朝向所述第一衬底的一侧，并与所述空腔相对应；
[0014]所述第二引线及焊盘设置于所述第二衬底背离所述第一衬底的一侧，并与所述第二逆压电单元电连接。
[0015]在一些实施例中，所述第二逆压电单元包括依次层叠设置于所述第二衬底的第二下极板、第二逆压电层和第二上极板。
[0016]在一些实施例中，所述第二衬底朝向所述第一衬底的一侧设置有凹槽，所述凹槽容置有所述第二逆压电单元。
[0017]在一些实施例中，所述第二逆压电单元与所述凹槽之间具有空隙，所述MEMS压阻式压力传感器还包括填充于所述空隙的填充层。
[0018]在一些实施例中，所述压阻单元包括N型压阻单元和P型压阻单元；
[0019]所述N型压阻单元包括N型压敏电阻条、位于所述N型压敏电阻条两端的N型电极引出区、以及设置于所述N型压敏电阻条朝向所述第二衬底一侧的P型区；
[0020]所述P型压阻单元包括P型压敏电阻条、位于所述P型压敏电阻条两端的P型电极引出区、以及设置于所述P型压敏电阻条朝向所述第二衬底一侧的N型区。
[0021]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压阻式压力传感器的制备方法，所述方法包括：
[0022]提供SOI片；其中，所述SOI片包括依次层叠设置的第一衬底、氧化层和器件层；
[0023]对所述SOI片的器件层进行掺杂形成压阻单元；
[0024]对所述压阻单元外侧的器件层区域进行氧化，得到第一钝化层；
[0025]在所述第一钝化层上形成第一逆压电单元，具体为：在所述第一钝化层上形成第一下极板；在所述第一下极板上形成第一逆压电层；在所述第一逆压电层上形成第一上极板；
[0026]在所述第一逆压电单元上形成第二钝化层；
[0027]对所述第二钝化层进行图形化形成第一通孔；
[0028]对所述第一逆压电单元对应所述第一通孔的位置处形成第二通孔；
[0029]在所述第二钝化层上形成第一引线及焊盘，并在所述第一通孔和所述第二通孔中填充金属层，使得所述第一引线及焊盘分别与所述第一逆压电单元和所述压阻单元电连接；
[0030]在所述第一衬底的背面形成空腔，以形成压力敏感薄膜；
[0031]提供第二衬底；
[0032]将所述第二衬底与所述第一衬底进行键合，制备得到MEMS压阻式压力传感器。
[0033]在一些实施例中，在将所述第二衬底与所述第一衬底进行键合之前，所述方法还包括：在所述第二衬底上形成第二逆压电单元，具体为：
[0034]在所述第二衬底的第一表面形成深通孔；
[0035]在所述第二衬底的第二表面形成凹槽；
[0036]在所述凹槽内形成第二下极板；
[0037]在所述第二下极板上形成第二逆压电层；
[0038]在所述凹槽中形成填充层，并对所述填充层进行图形化形成通孔；
[0039]在所述凹槽表面形成第二上极板以及所述填充层通孔中引线；
[0040]刻蚀所述深通孔至漏出所述填充层通孔中引线；
[0041]在所述第二衬底的第一表面形成第二引线及焊盘，使得所述第二引线及焊盘与所述第二逆压电层电连接。
[0042]在一些实施例中，所述对所述SOI片的器件层进行掺杂形成压阻单元，包括：
[0043]对所述SOI片的器件层进行N型掺杂和P型掺杂分别形成N型区和P型区；
[0044]对所述N型区和所述P型区的表面区域进行P型掺杂和N型掺杂分别形成P型压敏电阻条和N型压敏电阻条；
[0045]对所述P型压敏电阻条和所述N型压敏电阻条的两端进行P型重掺杂和N型重掺杂分别形成P型电极引出区和N型电极引出区。
[0046]本公开实施例的MEMS压阻式压力传感器与传统地MEMS压阻式压力传感器相比，具有以下优点：
[0047]1、本公开实施例的MEMS压阻式压力传感器，基于第一逆压电单元而采用了新的工作模式。在该模式下传感器对外界压力进行测量时，其压力敏感薄膜无需发生形变，从而使得传感器的压力敏感薄膜没有挠度效应，传感器的线性度与量程都得到了极大的提高且两者之间不会互相制约；
[0048]2、当本公开实施例的MEMS压阻式压力传感器输入的外界压力超过量程时，传感器的压力敏感薄膜可将其整个形变范围用于容纳过载压力。这对于只能将压力敏感薄膜一小部分形变范围用于容纳过载压力的传统MEMS压阻式压力传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MEMS压阻式压力传感器，其特征在于，所述MEMS压阻式压力传感器包括第一衬底、第二衬底、第一钝化层、第二钝化层、第一逆压电单元、压阻单元和第一引线及焊盘；所述第一衬底设置有贯穿其厚度的空腔，并固定于所述第二衬底；所述第一钝化层设置于所述第一衬底背离所述第二衬底的一侧，所述第一钝化层内嵌有与所述空腔相对应的所述压阻单元；所述第一逆压电单元设置于所述第一钝化层背离所述第二衬底的一侧；其中，所述第一逆压电单元、所述第一钝化层以及所述压阻单元对应所述空腔的区域形成压力敏感薄膜；所述第二钝化层设置于所述第一逆压电单元背离所述第一衬底的一侧，所述第二钝化层背离所述第二衬底的一侧设置有所述第一引线及焊盘，所述第一引线及焊盘分别与所述压阻单元和所述第一逆压电单元电连接。2.根据权利要求1所述的MEMS压阻式压力传感器，其特征在于，所述第一逆压电单元包括依次层叠设置于所述第一钝化层的第一下极板、第一逆压电层和第一上极板。3.根据权利要求1所述的MEMS压阻式压力传感器，其特征在于，所述MEMS压阻式压力传感器还包括第二逆压电单元和第二引线及焊盘；所述第二逆压电单元设置于所述第二衬底朝向所述第一衬底的一侧，并与所述空腔相对应；所述第二引线及焊盘设置于所述第二衬底背离所述第一衬底的一侧，并与所述第二逆压电单元电连接。4.根据权利要求3所述的MEMS压阻式压力传感器，其特征在于，所述第二逆压电单元包括依次层叠设置于所述第二衬底的第二下极板、第二逆压电层和第二上极板。5.根据权利要求3所述的MEMS压阻式压力传感器，其特征在于，所述第二衬底朝向所述第一衬底的一侧设置有凹槽，所述凹槽容置有所述第二逆压电单元。6.根据权利要求5所述的MEMS压阻式压力传感器，其特征在于，所述第二逆压电单元与所述凹槽之间具有空隙，所述MEMS压阻式压力传感器还包括填充于所述空隙的填充层。7.根据权利要求1至6任一项所述的MEMS压阻式压力传感器，其特征在于，所述压阻单元包括N型压阻单元和P型压阻单元；所述N型压阻单元包括N型压敏电阻条、位于所述N型压敏电阻条两端的N型电极引出区、以及设置于所述N型压敏电阻条朝向所述第二衬底一侧的P型区；所述P型压阻单元包括P型压敏电阻条、位于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李维平，兰之康，管武干，
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：