壓力傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種壓力傳感器，其包括硅杯、壓敏電阻、絕緣層和金屬膜。其中，所述硅杯包括位于該硅杯上部的感壓膜和位于該硅杯側(cè)邊的支撐架；所述壓敏電阻位于該硅杯的感壓膜邊界內(nèi)；所述絕緣層覆蓋于所述硅杯上表面；所述金屬膜位于所述感壓膜上方。利用金屬具有熱脹冷縮的特性，在感壓膜上方放置金屬膜，通過金屬膜在溫度升高時變長，迫使硅杯上感壓膜發(fā)生更大變形來抵消或減少因使用溫度升高使傳感器輸出信號減小的缺陷。
【專利說明】壓力傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器，具體涉及一種微機電系統(tǒng)MEMS技術(shù)的壓力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]壓力傳感器的應(yīng)用范圍非常廣泛，包括石化、液壓、食品、醫(yī)藥、機械、采礦、電器以及醫(yī)療儀器等，幾乎遍及各行各業(yè)。
[0003]目前，壓力傳感器通過由做在硅膜上的由應(yīng)力引起電阻阻值變化的壓力敏感元件。該傳感器在工作溫度升高時，硅膜的壓阻系數(shù)降低，從而導(dǎo)致在相同壓力下器件的輸出信號降低(也即是器件的靈敏度下降)。例如:如圖1 (a)所示的P型硅的壓阻系數(shù)隨著摻雜濃度和溫度的變化趨勢圖，圖1 (b)所示的N型硅的壓阻系數(shù)隨著摻雜濃度和溫度的變化趨勢圖。籍此，表明該類壓力傳感器存在溫度特性，尤其對于一些高要求應(yīng)用場合(例如:高溫高壓等特殊場合)，特別要求壓力傳感器的這種溫度特性很小，甚至沒有。
[0004]有鑒于此，有必要提出一種改善壓力傳感器的溫度特性靈敏度的新型壓力傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種可改善溫度特性靈敏度的壓力傳感器。
[0006]為實現(xiàn)以上目的或者其他目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
一種壓力傳感器包括娃杯、壓敏電阻、絕緣層和金屬膜；其中，所述娃杯包括位于該娃杯上部的感壓膜和位于該硅杯側(cè)邊的支撐架；所述壓敏電阻位于該硅杯的感壓膜邊界內(nèi)；所述絕緣層覆蓋于所述硅杯上表面；所述金屬膜位于所述感壓膜上方。
[0007]按照本發(fā)明一實施例，其中，所述金屬膜是圓形或多邊形。
[0008]進(jìn)一步地，所述金屬膜是矩形。
[0009]按照本發(fā)明一實施例，其中，所述金屬膜的材料選自Al、Au、T1、Cu中的一種或多種。
[0010]按照本發(fā)明一實施例，其中，所述金屬膜設(shè)置于所述絕緣層之上，由所述絕緣層將其與所述感壓膜隔開。
[0011]按照本發(fā)明一實施例，其中，所述絕緣層的材料為二氧化硅或氮化硅。
[0012]按照本發(fā)明一實施例，其中，所述壓敏電阻介于所述感壓膜與所述絕緣層之間，由位于其兩端的電阻引出端引出。
[0013]按照本發(fā)明一實施例，其中，所述硅杯還設(shè)有襯底引出端，該襯底引出端位于所述娃杯的支撐架上方。
[0014]按照本發(fā)明一實施例，其中，所述壓力傳感器還包括與所述硅杯下方通過鍵合封接工藝連接在一起的密封片。
[0015]進(jìn)一步地，所述密封片材料為玻璃片或單晶硅片。
[0016]本發(fā)明的技術(shù)效果是，該壓力傳感器利用金屬具有熱脹冷縮的特性，在感壓膜上方放置金屬膜，通過金屬膜在溫度升高時變長，迫使硅杯上感壓膜發(fā)生更大變形來抵消或減少因使用溫度升高使傳感器輸出信號減小的問題。改善壓力傳感器的因使用溫度的升高而使輸出信號減小的技術(shù)問題。此外，本發(fā)明還在硅杯上設(shè)置襯底引出端，以有利于該壓力傳感器信號的輸出效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]從結(jié)合附圖的以下詳細(xì)說明中，將會使本發(fā)明的上述和其他目的及優(yōu)點更加完全清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的標(biāo)號表示。
[0018]圖1 (a)是P型硅的壓阻系數(shù)隨著摻雜濃度和溫度的變化趨勢圖。
[0019]圖1 (b)是N型硅的壓阻系數(shù)隨著摻雜濃度和溫度的變化趨勢圖。
[0020]圖2是本發(fā)明一實施例的壓力傳感器的俯視圖。
[0021]圖3是圖2在本發(fā)明一實施例的壓力傳感器的主視圖。
[0022]圖4是圖2在本發(fā)明一實施例中壓力傳感器的剖面圖。
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明以下結(jié)合附圖和實施例作詳細(xì)說明:
圖2是本發(fā)明一實施例的壓力傳感器的俯視圖；圖3是圖2中壓力傳感器的主視圖；圖4是圖2中壓力傳感器的剖面圖。本實施例通過圖2、圖3和圖4對壓力傳感器進(jìn)行說明。本實施例的原理是:采用一種由做在感壓膜上的由應(yīng)力引起電阻阻值變化的壓敏電阻以及利用了金屬的熱脹冷縮的特性來對壓力傳感器進(jìn)行信號補償，也就是通過傳感器溫度的升高，讓金屬膜變長，從而迫使硅杯上的感壓膜發(fā)生更大的形變以使輸出信號增加，這樣也就能相互抵消或減少因溫度升高造成的傳感器輸出信號減小。
[0024]如圖2所示，本發(fā)明提供的壓力傳感器，主要由硅杯20、壓敏電阻30、絕緣層40和金屬膜50組成。
[0025]如圖2并結(jié)合圖3和圖4所示，該硅杯20包括位于硅杯上部的感壓膜202和位于硅杯兩邊的支撐架201，該感壓膜202可為方形或圓形或矩形或多邊形，其厚度一般大于5 μ m，甚至有時候可達(dá)幾百微米。所述感壓膜202加上壓力時，膜片將發(fā)生變化，并引起橋路電阻值發(fā)生變化，從而實現(xiàn)壓力的測量。通常對單晶硅襯底雙面拋光，然后使其襯底下表面淀積由LPTOES和SiN組成的掩膜層，采用溫度恒定在50°C _90°C之間，濃度為25%TAMH的溶液腐蝕而成所述硅杯20，并在其背面形成一腔體21。而一般為了有利于壓力傳感器信號的輸出，也通常在所述壓力傳感器的硅杯20上通過N型硅高濃度摻雜光刻注入形成襯底引出端22。如本實施例中圖2和圖3所示，該襯底引出端22位于所述硅杯20的支撐架201的邊界內(nèi)，且通過與穿過所述絕緣層40的金屬引線65電性連接并向外界電路導(dǎo)出信號。
[0026]如圖4所示，該壓敏電阻30通常由P型硅低濃度摻雜后光刻注入而成，其位于該硅杯20的感壓膜202邊界內(nèi)，介于所述感壓膜202與所述絕緣層40之間，其厚度為0.1?IOym0在本實施例中，該壓敏電阻30共計4個，并構(gòu)成惠斯頓電橋。除此之外所述壓敏電阻還可以為I個或8個，也就是說所述壓敏電阻的個數(shù)可根據(jù)實際使用的要求選擇，在此不作多加限定。所述壓敏電阻30是將感壓膜202產(chǎn)生的應(yīng)力變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的輸出信號。該壓敏電阻30包括電阻引出端301，該電阻引出端301是由P型硅高濃度摻雜后光刻注入而成，并與穿過所述絕緣層40的金屬引線61、62、63、64電性連接。其中，所述金屬引線60通過電性連接所述壓敏電阻30，以實現(xiàn)該壓力傳感器與外接電路(圖中未示)的連接。所述金屬引線60通常優(yōu)選用Al (鋁)，除此之外還可以選用Au (金)或Ti (鈦)或Cu(銅)。
[0027]該絕緣層40是與所述硅杯20連接的，并通過CVD (化學(xué)氣象法)或熱氧工藝制作成二氧化硅層(或氮化硅層)，其厚度為0.1 μ ML2 μ m。所述絕緣層40是用于隔離所述感壓膜202與金屬引線60以及所述感壓膜202與所述金屬膜50，起到絕緣作用。
[0028]繼續(xù)如圖4所示，該金屬膜50的材料可選自Al (招)、Au (金)、Ti (鈦)、Cu (銅)中的一種或多種，或者其他熱膨脹系數(shù)較大的材料。在本實施例中，優(yōu)選Al (鋁)材。該金屬膜50位于所述感壓膜202上方。由于根據(jù)不同的工藝要求，對金屬膜的尺寸和厚度也有要求，而所述金屬膜的尺寸是隨著不同器件中的所述感壓膜的厚度不同而不同。比如在本實施例中，所述金屬膜的尺寸為2mmX 2mm,厚度為0.7 mm。在壓力傳感器中，由于金屬的熱脹冷縮，該金屬膜50隨著傳感器使用溫度的升高而變長，迫使所述硅杯20上的感壓膜202發(fā)生更大的形變以使輸出信號增加，從而相互抵消或減少因傳感器的使用溫度升高造成輸出信號減少的問題。
[0029]在本發(fā)明中，有時根據(jù)工藝要求，需要實現(xiàn)腔體與壓力介質(zhì)隔離。在本實施例中，該壓力傳感器還可以包括密封片(圖中未示)，該密封片可為玻璃密封片或硅密封片。密封片以玻璃片為例，可采用真空環(huán)境下的鍵合工藝使密封片與硅杯下方封接在一起，也即是與硅杯的支撐架相連接。此結(jié)構(gòu)也為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉的常用技術(shù)，在此不再贅述。
[0030]上述實施例所述壓力傳感器涉及到的一般工藝流程具體說明如下:第一、在雙面拋光的單晶硅襯底的下表面淀積由LPTOES和SiN組成的掩膜層(圖中未示)；第二、通過對單晶硅襯底進(jìn)行P型低濃度摻雜得到壓敏電阻30，繼續(xù)在壓敏電阻30兩端進(jìn)行P型高濃度摻雜得到電阻引出端301 ;第三、根據(jù)器件使用需要，對單晶硅襯底進(jìn)行N型高濃度摻雜得到襯底引出端22 ;第四、在單晶硅襯底的正面氧化生長二氧化硅層(或氮化硅層)和金屬Al層，其中所述二氧化硅層為絕緣層，所述金屬Al層一部分形成金屬引線，另一部分形成金屬膜；第五、采用溫度恒定在80°C，濃度為25%TAMH的溶液腐蝕單晶硅襯底背面，最終形成所述硅杯20，其硅杯20背面呈一腔體21 ;第六、可根據(jù)工藝要求以及器件的使用不同通過鍵合工藝將與硅杯長度相同地密封片封接在硅杯20下方。
[0031]該壓力傳感器利用金屬具有熱脹冷縮的特性，在感壓膜上方放置金屬膜，通過金屬膜在溫度升高時變長，可以迫使硅杯上感壓膜發(fā)生更大變形從而來抵消或減少因使用溫度升高使傳感器輸出信號減小的問題。
[0032]以上例子主要說明了本發(fā)明的壓力傳感器。盡管只對其中一些本發(fā)明的實施方式進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，本發(fā)明可以在不偏離其主旨與范圍內(nèi)以許多其他的形式實施。因此，所展示的例子與實施方式被視為示意性的而非限制性的，在不脫離如所附各權(quán)利要求所定義的本發(fā)明精神及范圍的情況下，本發(fā)明可能涵蓋各種的修改
與替換。
【權(quán)利要求】
1.一種壓力傳感器，其特征在于，該壓力傳感器包括硅杯、壓敏電阻、絕緣層和金屬膜；其中，所述硅杯包括位于該硅杯上部的感壓膜和位于該硅杯側(cè)邊的支撐架；所述壓敏電阻位于該硅杯的感壓膜邊界內(nèi)；所述絕緣層覆蓋于所述硅杯上表面；所述金屬膜位于所述感壓膜上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于，所述金屬膜是圓形或多邊形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓力傳感器，其特征在于，所述金屬膜是矩形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于，所述金屬膜的材料選自Al、Au、T1、Cu中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于，所述金屬膜設(shè)置于所述絕緣層之上，由所述絕緣層將其與所述感壓膜隔開。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于，所述絕緣層的材料為二氧化硅或氮化硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于，所述壓敏電阻介于所述感壓膜與所述絕緣層之間，由位于其兩端的電阻引出端引出。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于，所述硅杯還設(shè)有襯底引出端，該襯底引出端位于所述硅杯的支撐架上方。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于，所述壓力傳感器還包括與所述硅杯下方通過鍵合封接工藝連接在一起的密封片。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓力傳感器，其特征在于，所述密封片材料為玻璃片或單晶硅片。
【文檔編號】G01L1/18GK103776568SQ201210395744
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月18日
【發(fā)明者】張新偉, 夏長奉, 李祥, 蘇巍 申請人:無錫華潤上華半導(dǎo)體有限公司