CN102313617A - 一种微电子压力传感器及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

一种微电子压力传感器，基于霍尔效应原理，设置一玻璃衬底层，在玻璃衬底层上表面附着硅片层，硅片层上附着氧化硅层，硅片层下表面的中心位置处设有一凹坑，与玻璃衬底层上表面之间形成空腔，凹坑之底面和开口面均为正方形，底面正方形小于开口面正方形，在氧化硅层上附着一层与凹坑底面正方形尺寸相同的正方形硅电阻层，在其四个顶角上各设置一个与硅电阻层连接的金属电极片，玻璃衬底层下表面与一永磁体固接。制备工艺为在硅片上生长氧化层和硅电阻层并通过光刻和刻蚀形成一定形状电阻，硅片与玻璃阳极键合形成密封腔并在芯片下方粘帖永磁体。

Description

一种微电子压力传感器及其制备工艺

技术领域

本发明涉及压力传感器，尤其涉及一种微电子压力传感器及其制备工艺，属于微电子技术领域。

背景技术

现有的压力传感器的感应原理主要包括两种压阻感应和电容感应两种。压阻感应的原理是压力作用下，由于膜变形产生的应力导致膜上电阻发生变化。电容感应的原理是压力作用下，电容的一个可动电极发生位移，电容间距变化，电容值变化。这两种压力传感器的主要缺陷是：（1）对于压阻式压力传感器，这类压力传感器对于设计的要求很高，对于压阻的大小，形状以及放置的位置都有严格的要求。此外，工艺要求也很高，因为必须保证形成惠斯通电桥的四个电阻阻值完全相等。（2）对于电容式压力传感器，主要问题是电极引出，并且由于存在一个可动电极，导致封装较困难，可靠性较差。

发明内容

本发明提供一种微电子压力传感器及其制备工艺，技术方案如下：

一种微电子压力传感器，其特征在于：以玻璃衬底为芯片基板，在玻璃衬底上表面附着硅片层，硅片层上附着氧化硅层，硅片层下表面的中心位置处设有一凹坑，凹坑与玻璃衬底层上表面之间形成空腔，凹坑之底面和开口面均为正方形，底面正方形小于开口面正方形，在氧化硅层上附着一层与凹坑底面正方形尺寸相同的正方形硅电阻层，在其四个顶角上各设置一个与硅电阻层连接的金属电极片，其中一个对角线上的两个电极用于通电流，另一条对角线上的两个电极用于测量输出电压，玻璃衬底层下表面与一永磁体固接，永磁体尺寸≥凹坑底面正方形。

上述微电子压力传感器制备工艺，按以下步骤：

1）在双面抛光硅片层上下表面热氧化生成一层氧化硅；

 2）氧化硅层上表面形成一层硅电阻并掺杂，光刻并刻蚀形成方形硅电阻；

 3）在硅电阻上面溅射一层金属铝，光刻并腐蚀铝，在四个角各形成一个电极；

 4）对硅片层的下表面的氧化硅光刻，腐蚀形成一个窗口，用四甲基氢氧化胺溶液TMAH对这些窗口进行各向异性腐蚀生成凹坑底面正方形与氧化硅层之间的硅膜，在腐蚀过程中需要对硅片层上表面进行保护；

 5）硅片层与玻璃衬底进行阳极键合，在硅片层下面形成一个密封腔；

 6）在玻璃衬底下表面粘接永磁体。

本发明的优点及显著效果

（1）本发明利用霍尔效应，硅膜受压形变使其上方的硅电阻感应到不同的磁场强度，使得两个输出电极的电压发生变化。

（2）本发明的加工工艺简单，整个工艺流程只要三块掩膜版并且不需要用到十分复杂的工艺步骤。

附图说明

图1是本发明结构的主视图；

图2是图1的俯视图。

具体实施方式

本发明微电子压力传感器，在玻璃衬底层3上表面附着硅片层5，硅片层5上附着氧化硅层6，硅片层5下表面的中心位置处设有一凹坑，与玻璃衬底层上表面之间形成空腔，凹坑之底面和开口面均为正方形，底面正方形小于开口面正方形，在氧化硅层6上附着一层与凹坑底面正方形尺寸相同的正方形硅电阻层7，在其四个顶角上各设置一个与硅电阻层连接的金属电极片2，其中一个对角线上的两个电极用于通电流，另一条对角线上的两个电极用于测量输出电压，玻璃衬底层3下表面与一永磁体4粘接，永磁体尺寸≥凹坑底面正方形，凹坑底面正方形与氧化硅层6之间的方形硅片层5定义为硅膜1。

本发明微电子压力传感器系基于霍尔效应原理：在物质中任意一点产生的感应电场强度与电流密度和磁感应强度的矢量积成正比。将压力变化转化成硅电阻7的一条对角线上的两电极之间的电压变化。硅膜1上方的硅电阻7的一条对角线上的两个电极通电流，当在一对角的两电极上加电流，在另一对角上的两电极间可以测得电压值，该电压值与压力大小一一对应。当硅膜1上方和下方压力不相等时，硅膜1和硅电阻7向下弯曲。由于永磁体4在垂直方向上产生不均匀的磁场，因此硅电阻7感应到的磁场强度发生变化，硅电阻7的另外一条对角线上的两个电极两端就可以检测到随压力变化而变化的感应电势。当有外界压力作用时，硅膜1向下变形会使硅膜1上硅电阻7感应到的的磁场强度增大，在硅电阻7上垂直于施加电流方向上的两个电极上测得的感应电势也会增大，压力越大，感应电势越大。

制备工艺：在硅片层上生长氧化层和硅电阻层并通过光刻和刻蚀形成一定形状电阻，硅片与玻璃阳极键合形成密封腔并在芯片基板下方粘帖永磁体的压力传感器。可按以下步骤进行：

1）在双面抛光硅片5上下表面热氧化生成一层氧化硅6；

 2）氧化硅6上表面形成一层硅电阻并掺杂，光刻并刻蚀形成方形电阻；

 3）在硅电阻上面溅射一层金属铝，光刻并腐蚀铝，在膜的四个角各形成一个电极；

 4）对硅片5的下表面的氧化硅光刻，腐蚀形成一个窗口。用四甲基氢氧化胺溶液TMAH对这些窗口进行各向异性腐蚀生成硅膜1，在腐蚀过程中需要对硅片上表面进行保护；

  5）硅片5与玻璃3进行阳极键合，在硅膜1下面形成一个密封腔；

  6）在硅膜1正下方玻璃下表面粘帖一块永磁体4。

可采用400um厚SOI 硅片，各向异性湿法腐蚀形成10um厚的硅膜，膜尺寸可设计为1000um×1000um 采用型号为N38，永磁体尺寸为3mm×4mm×1.5mm的磁铁。

Claims (2)

1.一种微电子压力传感器，其特征在于：以玻璃衬底为芯片基板，在玻璃衬底上表面附着硅片层，硅片层上附着氧化硅层，硅片层下表面的中心位置处设有一凹坑，凹坑与玻璃衬底层上表面之间形成空腔，凹坑之底面和开口面均为正方形，底面正方形小于开口面正方形，在氧化硅层上附着一层与凹坑底面正方形尺寸相同的正方形硅电阻层，在其四个顶角上各设置一个与硅电阻层连接的金属电极片，其中一个对角线上的两个电极用于通电流，另一条对角线上的两个电极用于测量输出电压，玻璃衬底层下表面与一永磁体固接，永磁体尺寸≥凹坑底面正方形。

2.根据权利要求1所述的微电子压力传感器制备工艺，其特征在于：

1）在双面抛光硅片层上下表面热氧化生成一层氧化硅；

 2）氧化硅层上表面形成一层硅电阻并掺杂，光刻并刻蚀形成方形硅电阻；

 3）在硅电阻上面溅射一层金属铝，光刻并腐蚀铝，在硅电阻四个角各形成一个电极；

 4）对硅片层的下表面的氧化硅光刻，腐蚀形成一个窗口，用四甲基氢氧化胺溶液TMAH对这些窗口进行各向异性腐蚀生成凹坑底面正方形与氧化硅层之间的硅膜，在腐蚀过程中需要对硅片层上表面进行保护；

  5）硅片层与玻璃衬底进行阳极键合，在硅片层下面形成一个密封腔；

  6）在玻璃衬底下表面粘接永磁体。

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