一种高过载、可恢复压力传感器及制造方法

摘要

本发明涉及硅基压力传感器，特指一种高过载、高线性度、绝压式、可恢复硅基压力传感器及制造方法。本发明通过压敏电阻排列和凸型梁的放大作用，使本发明制备的硅基压力传感器不经放大的信号输出灵敏度是常规硅基压力传感器的两倍以上，而且可以根据量程选用合适的凸型梁的厚度和宽度比，得到最大信号输出。该发明基于传统硅基压力传感器制备原理，利用微电子器件制造技术和MEMS技术，芯片体积小，成本较低，收益高。

主权项

一种高过载、可恢复压力传感器，其特征在于：采用如下方法制备：1）选择厚度不均匀小于0.01微米的（100）晶向单晶硅基片；2）使步骤1所述的单晶硅基片表面生长0.5微米的SiO2腐蚀保护层，对硅片表面进行光刻，形成方形阱腐蚀窗口，去除窗口SiO2氧化层，然后用KOH腐蚀液做定向腐蚀，对于1´105~1´106Pa量程的传感器，腐蚀深度在20微米到80微米，方形阱腐蚀完成后去除表面全部氧化层，得到表面有方形腐蚀阱的单晶硅基片；3）选择表面不平整度小于0.5纳米（100）晶向的P型单晶硅片，去除有机污染和金属离子污染后，氧化0.5微米厚度的SiO2氧化层，将该氧化后的P型单晶硅片与前述已经形成方形阱且去除表面全部氧化层的单晶硅基片作亲水处理，在氧气氛下将两个作过亲水处理的硅片抛光面相对，即将一片生长SiO2的抛光面与另一片带方形腐蚀阱的表面相对，使其在氧气氛下吸合后推入石英管，再在1180oC的H2/O2合成水气氛下高温键合2小时，形成结合牢固的键合对；4）对上述结合牢固的键合对的无腐蚀坑侧硅片进行减薄与抛光后，成为压力传感器的形变片；5）将减薄抛光后的键合对热氧化，在抛光表面生长0.5微米厚SiO2层，光刻保护传感器形变片上凸型梁的凸出区域，开出腐蚀窗口，腐蚀凸型梁两边的硅达到需要厚度，形成凸型梁结构，凸型梁的宽度和腐蚀深度根据形变片的面积、厚度，用材料力学板壳理论应力计算，凸型梁的宽度为方形腐蚀阱边长的35%~40%，腐蚀深度即凸出高度为未腐蚀时形变片厚度的50%~60%；在SiO2腐蚀液中剥离表面SiO2层，光刻出沿凸型梁宽度方向排列的压敏电阻桥窗口，以光刻胶作屏蔽，用离子注入掺杂制备阻值为5~10KΩ的压敏电阻，压敏电阻必须满足R1=R2=R3=R4 且同方向排列， R2，R3尽量对称靠近凸型梁的X方向上的中线，R1与R4相对于凸型梁的X方向上的中线对称，离方形阱边缘的距离为0.05的方形阱边长，将R1，R2；R3和R4互联，即将R1，R2；R3, R4分别串联，再并联成电阻桥，在R1和R2的相接端与电源的正极连接，R3和R4的相接端与电源的负极连接，从R1与R2的相接端和R3与R4的相接端测到传感器的压敏信号输出，互联线光刻腐蚀后需要作合金化处理，使互联线与压敏电阻形成良好的接触。