一种MEMS压力传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种MEMS压力传感器，包括衬底，所述衬底在背面处设有一凹槽，所述凹槽的基底部分为传感器薄膜层，所述传感器薄膜层中嵌有四个压阻电阻，所述衬底的正面设有用于将四个压阻电阻连接成惠斯通电桥的金属接触层；所述衬底的表面还键合有一绝缘封装层，所述绝缘封装层在与衬底邻接处设有口径大于传感器薄膜层的空腔，所述绝缘封装层上设有四个分别与金属接触层上的惠斯通电桥的两个输入端和两个输出端对准的通孔，四个通孔内填充有导电材料且四个通孔外分别连接有金属连接端。本实用新型专利技术测量范围大且灵敏度较高，可广泛应用于水深测绘中。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
—种MEMS压力传感器
本技术涉及半导体
，特别是涉及一种MEMS压力传感器。
技术介绍
MEMS压力传感器已广泛应用于生物、汽车和其它工业领域。MEMS微机械压力传感器主要有压阻式和电容式两种。压阻效应是指当电阻受到应变和变形时，电阻会改变阻值。压阻式压力传感器利用压阻电阻块检测传感器薄膜的应力，从而检测出加载在薄膜表面的压力，具有高线性度和检测电路简单等优点，因而得到了广泛的应用。但是目前用于海洋环境中的MEMS压阻式压力传感器的测量范围相对较小，未能满足海洋深度跨度大的需求。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本技术的目的是提供一种测量范围大且灵敏度较高的MEMS压力传感器。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是:—种MEMS压力传感器,包括衬底，所述衬底在背面处设有一凹槽，所述凹槽的基底部分为传感器薄膜层，所述传感器薄膜层中嵌有四个压阻电阻，所述衬底的正面设有用于将四个压阻电阻连接成惠斯通电桥的金属接触层；所述衬底的表面还键合有一绝缘封装层，所述绝缘封装层在与衬底邻接处设有口径大于传感器薄膜层的空腔，所述绝缘封装层上设有四个分别与金属接触层上的惠斯通电桥的两个输入端和两个输出端对准的通孔，四个通孔内填充有导电材料且四个通孔外分别连接有金属连接端。进一步，所述四个压阻电阻分别分布在传感器薄膜层的底面四个边缘的中间处。进一步,所述衬底采用娃衬底,所述绝缘封装层采用Pyrex玻璃。进一步，所述压阻电阻的长度为8(Tl20Mm，宽度为15?25Mm，深度为2?4Mm。进一步,所述压阻电阻的长度为IOOMm,宽度为20Mm,深度为3Mm。进一步，所述传感器薄膜层的边长为60(Tl000Mm，厚度为4(T50Mm。进一步，所述传感器薄膜层的边长为SOOMffl，厚度为45ΜΠ1。本技术的有益效果是:本技术提供了一种MEMS压力传感器，在衬底的正面表层上设有四个用于感应传感器薄膜层应力的压阻电阻，且该四个压阻电阻连接形成惠斯通电桥，从而可通过检测惠斯通电桥的输出端的信号变化来得到传感器所受到的压力变化，本传感器测量范围大且灵敏度较高。【附图说明】下面结合附图和实施例对本技术作进一步说明。图1是本技术的一种MEMS压力传感器的纵截面示意图；图2是本技术的一种MEMS压力传感器的横截面示意图。【具体实施方式】参照图1及图2，本技术提供了一种MEMS压力传感器，包括衬底1，衬底I在背面处设有一凹槽，凹槽的基底部分为传感器薄膜层2，传感器薄膜层2中嵌有四个压阻电阻3，衬底I的正面设有用于将四个压阻电阻3连接成惠斯通电桥的金属接触层4 ；衬底I的表面还键合有一绝缘封装层5，绝缘封装层5在与衬底I邻接处设有口径大于传感器薄膜层2的空腔，绝缘封装层5上设有四个分别与金属接触层4上的惠斯通电桥的两个输入端和两个输出端对准的通孔6，四个通孔6内填充有导电材料且四个通孔6外分别连接有金属连接端7。进一步作为优选的实施方式，四个压阻电阻3分别分布在传感器薄膜层2的底面四个边缘的中间处。进一步作为优选的实施方式,衬底I采用娃衬底，绝缘封装层5采用Pyrex玻璃。进一步作为优选的实施方式，压阻电阻3的长度为8(Tl20Mffl，宽度为15?25Mm，深度为2?4Mm。进一步作为优选的实施方式,压阻电阻3的长度为IOOMm,宽度为20Mm,深度为3μιη0进一步作为优选的实施方式，传感器薄膜层2的边长为60(Tl000Mffl，厚度为40?50触。进一步作为优选的实施方式，传感器薄膜层2的边长为SOOMffl，厚度为45ΜΠ1。本技术的一具体实施例如下:参照图1及图2所示，本技术的一种MEMS压力传感器，包括衬底1，衬底I在背面处设有一凹槽，凹槽的基底部分为传感器薄膜层2，传感器薄膜层2中嵌有四个压阻电阻3，衬底I的正面设有用于将四个压阻电阻3连接成惠斯通电桥的金属接触层4，且四个压阻电阻3分别分布在传感器薄膜层2的底面四个边缘的中间处；压阻电阻3的长度为lOOMm，宽度为20Mm，深度为3Mm。传感器薄膜层2的边长L为800Mm,厚度h为45Mm ；衬底I的表面还键合有一绝缘封装层5，绝缘封装层5在与衬底I邻接处设有口径大于传感器薄膜层2的空腔，绝缘封装层5上设有四个分别与金属接触层4上的惠斯通电桥的两个输入端和两个输出端对准的通孔6，四个通孔6内填充有导电材料且四个通孔6外分别连接有金属连接端7。四个金属连接端7用于将惠斯通电桥的两个输入端和两个输出端的信号引出来，可以将四个金属连接端7焊接到电路板上，以提供激励信号和进行数据采集。衬底I采用硅衬底，绝缘封装层5采用Pyrex玻璃。四个压阻电阻3均嵌入在传感器薄膜层2中，用于感应传感器薄膜层2中由于外加压力所产生的应力。参照图2所示，本实施例中，四个压阻电阻3分别分布在传感器薄膜层2的底面四个边缘的中间处，因为该处为应力最集中的区域，四个压阻电阻3分布在该处使传感器反应更灵敏，而且保证了四个压阻电阻3构成的惠斯通电桥在空闲状态下是平衡的。本实施例的MEMS压力传感器的制作过程如下:步骤一:选择电阻率为2?4Ω，厚度400Mm的N型(100)双面抛光硅片作为衬底I ;步骤二:通过离子注入方式对硅片注入硼离子，在硅片正面形成四个压阻电阻3，其尺寸为IOOMnT 20Mm，深度为3 Mm，离子注入浓度为2l018cm_3 ；步骤三:在硅片的背面进行氢氧化钾各向异性湿法腐蚀，形成梯形凹槽，凹槽的基底部分为传感器薄膜层2，腐蚀后使得传感器薄膜层2的尺寸为800 MnT 800 Mm，厚度为45ΜΠ1。同时采用双面对准技术确保4个压阻电阻3均分别分布在传感器薄膜层2的底面四个边缘的中间处，即4个压阻电阻3分别嵌入在传感器薄膜层2的底面四个边缘的中间处。步骤四:在硅片正面溅射，光刻图形化，形成金属接触层4，金属接触层4将四个压阻电阻3连接成惠斯通电桥，且惠斯通电桥的两个输入端和两个输出端也在金属接触层4上；这里，四个压阻电阻3用于感应传感器薄膜层2的应力；这里须注意，由于工艺的原因，在图1中的结构图中，硅片的上表面实际上为硅片的背面，而硅片的下表面为硅片的正面；步骤五(封装步骤):选用Pyrex玻璃作为绝缘封装层5，在Pyrex玻璃上刻蚀出一个口径大于传感器薄膜层2的空腔，然后将该Pyrex玻璃通过阳极键合与硅片键合到一起(空腔面向硅片)，在Pyrex玻璃上对准金属接触层4上的惠斯通电桥的两个输入端和两个输出端的位置形成四个通孔6，并注入导电材料，然后在通孔6外设置金属连接端7，从而可将惠斯通电桥的两个输入端和两个输出端引出来。空腔位于传感器薄膜层2的正下方，该空腔既可以提供参考气压，也可以为传感器薄膜层2提供过压保护。以上是对本技术的较佳实施进行了具体说明，但本专利技术创造并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本技术精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MEMS压力传感器，其特征在于，包括衬底（1），所述衬底（1）在背面处设有一凹槽，所述凹槽的基底部分为传感器薄膜层（2），所述传感器薄膜层（2）中嵌有四个压阻电阻（3），所述衬底（1）的正面设有用于将四个压阻电阻（3）连接成惠斯通电桥的金属接触层（4）；所述衬底（1）的表面还键合有一绝缘封装层（5），所述绝缘封装层（5）在与衬底（1）邻接处设有口径大于传感器薄膜层（2）的空腔，所述绝缘封装层（5）上设有四个分别与金属接触层（4）上的惠斯通电桥的两个输入端和两个输出端对准的通孔（6），四个通孔（6）内填充有导电材料且四个通孔（6）外分别连接有金属连接端（7）。

【技术特征摘要】
1.一种MEMS压力传感器，其特征在于，包括衬底(1)，所述衬底(I)在背面处设有一凹槽，所述凹槽的基底部分为传感器薄膜层(2)，所述传感器薄膜层(2)中嵌有四个压阻电阻(3)，所述衬底(I)的正面设有用于将四个压阻电阻(3)连接成惠斯通电桥的金属接触层(4)； 所述衬底(I)的表面还键合有一绝缘封装层(5 )，所述绝缘封装层(5 )在与衬底(I)邻接处设有口径大于传感器薄膜层(2)的空腔，所述绝缘封装层(5)上设有四个分别与金属接触层(4)上的惠斯通电桥的两个输入端和两个输出端对准的通孔(6)，四个通孔(6)内填充有导电材料且四个通孔(6)外分别连接有金属连接端(7)。2.根 据权利要求1所述的一种MEMS压力传感器，其特征在于，所述四个压阻电阻(3)分别分布在传感器薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐观荣，陈秋兰，邸思，许鑫，陈贤帅，
申请(专利权)人：广州中国科学院先进技术研究所，
类型：实用新型
国别省市：