CN114088261A - 一种氮氧化钛薄膜压力传感器及其制造方法 - Google Patents
一种氮氧化钛薄膜压力传感器及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114088261A CN114088261A CN202111387954.9A CN202111387954A CN114088261A CN 114088261 A CN114088261 A CN 114088261A CN 202111387954 A CN202111387954 A CN 202111387954A CN 114088261 A CN114088261 A CN 114088261A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- film
- titanium oxynitride
- pressure sensor
- oxynitride film
- manufacturing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 83
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 83
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 82
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 158
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 32
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 25
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 20
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 19
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 18
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 11
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 11
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 9
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 claims description 6
- 238000001659 ion-beam spectroscopy Methods 0.000 claims description 6
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 5
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 4
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 229910018487 Ni—Cr Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
- C23C14/0036—Reactive sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C14/024—Deposition of sublayers, e.g. to promote adhesion of the coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/0676—Oxynitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
- C23C14/548—Controlling the composition
Abstract
本发明公开了一种氮氧化钛薄膜压力传感器及其制造方法，该传感器的制造方法包括依次在弹性元件上制备绝缘薄膜、应变电阻、引线焊盘和保护层，其中应变电阻由氮氧化钛薄膜制备而成，氮氧化钛薄膜是以氮化钛为靶材，通过溅射方法制备得到。与现有常规氮氧化钛薄膜压力传感器，本发明制得的氮氧化钛薄膜压力传感器中，氮氧化钛薄膜中各成分含量均匀性比例小，致密性好，结构稳定，这使得本发明氮氧化钛薄膜压力传感器具有更好的稳定性和可靠性，是一种性能更加优异的新型薄膜压力传感器，使用价值高，应用前景好。
Description
技术领域
本发明涉及一种氮氧化钛薄膜压力传感器及其制造方法。
背景技术
薄膜压力传感器具有耐高温、耐腐蚀、抗振动冲击能力强等优势，在航空航天、船舶、石油工业等领域广泛应用。常规薄膜压力传感器采用镍铬材料作为应变膜层，将压力转换为电信号输出，受镍铬材料本身灵敏度系数小的限制，传感器输出信号较小，对传感器的稳定性和生产过程中的电路处理带来困扰。因此，采用新工艺、新方法制备更高灵敏度系数的新材料，进而制造出高灵敏度输出、高稳定性的传感器，具有重要的意义。
以氮氧化钛薄膜为应变电阻层的薄膜压力传感器是一种新型薄膜压力传感器，其中该薄膜压力传感器中采用的氮氧化钛薄膜，由以下方法制备得到：以金属钛为靶材在真空下进行溅射，然后通入氧气和氮气与溅射出来的钛材料反应形成氮氧化钛并沉积到基体上制备得到氮氧化钛薄膜。然而，在实际的制备过程中，为了更好的反应生成氮氧化钛，需要通入较大流量的氧气和氮气，导致真空度变差，沉积薄膜内部的含气量增加，造成薄膜的致密性和粗糙度变差，不利于薄膜的沉积和薄膜质量的提高；与此同时，在较差真空环境下沉积制备的薄膜，缺陷较多，致密性差，薄膜粘附力不强，导致传感器的批次性能离散性大，一致性和稳定性差。此外，薄膜中N、O、Ti的成分含量均匀性比例存在差异大的问题，差异性达到5％。因此，如何获得一种沉积速率快、致密性好、薄膜粘附力好、粗糙度低、各成分含量均匀性比例小、结构稳定的的氮氧化钛薄膜的制备方法，对于提高薄膜压力传感器的稳定性和可靠性具有十分重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种稳定性和可靠性好的的氮氧化钛薄膜压力传感器及其制造方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种氮氧化钛薄膜压力传感器的制造方法，包括以下步骤：
S1、在弹性元件表面上沉积绝缘薄膜；
S2、以氮化钛为靶材，采用溅射方法在绝缘薄膜上沉积氮氧化钛薄膜；所述氮氧化钛薄膜的沉积过程中采用的反应气体为氧气；
S3、将氮氧化钛薄膜加工成所需的应变电阻；
S4、在应变电阻上制备引线焊盘和保护层。
上述的制造方法，进一步改进的，步骤S2中，所述氧气的流量为2sccm～15sccm。
上述的制造方法，进一步改进的，步骤S2中，所述溅射方法包括真空溅射方法。
上述的制造方法，进一步改进的，步骤S1中，采用磁控溅射法、离子束溅射法、电子束蒸发法、PECVD法或CVD法制备绝缘薄膜；所述绝缘薄膜(的材料为氧化硅、氧化铝、氮化硅和氮化铝中的至少一种。
上述的制造方法，进一步改进的，步骤S1中，所述绝缘薄膜沉积之前还包括对弹性元件进行以下处理：对弹性元件进行研磨和抛光处理。
上述的制造方法，进一步改进的，步骤S3中，采用光刻和刻蚀的方法将氮氧化钛薄膜加工成所需的应变电阻；所述应变电阻的数量为4个。
上述的制造方法，进一步改进的，步骤S3中，还包括在靠近绝缘薄膜边缘的表面上制作温度补偿电阻层，包括以下处理：在靠近绝缘薄膜边缘的表面上沉积温度电阻薄膜(301)，将温度电阻薄膜制作成温度补偿电阻；所述温度电阻薄膜为Pt或者Ni。
上述的制造方法，进一步改进的，步骤S4中，采用磁控溅射法、离子束溅射法、电子束蒸发法、PECVD法或CVD法制备保护层；
作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种氮氧化钛薄膜压力传感器，由上述的制造方法制备得到。
上述的氮氧化钛薄膜压力传感器，进一步改进的，包括弹性元件，所述弹性元件上依次设有绝缘薄膜、应变电阻层、引线焊盘和保护层；所述绝缘薄膜上还设有温度补偿电阻。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明提供了一种氮氧化钛薄膜压力传感器的制造方法，依次在弹性元件上制备绝缘薄膜、应变电阻、引线焊盘和保护层，其中应变电阻由氮氧化钛薄膜制备而成，氮氧化钛薄膜是以氮化钛为靶材，通过溅射方法制备得到。本发明中，直接采用氮化钛靶材进行溅射，只需要通入氧气进行反应即可实现氮氧化钛薄膜的制备，不仅可以保持较好的真空度，又可以提高薄膜的沉积速率和薄膜的质量，显著改善薄膜的致密性、薄膜粘附力、薄膜成分含量均匀性比例，且缺陷少，与此同时，本发明制得的薄膜压力传感器的批次性能一致性好，长期工作稳定性高。与现有常规氮氧化钛薄膜压力传感器，本发明制得的氮氧化钛薄膜压力传感器中，氮氧化钛薄膜中各成分含量均匀性比例小，致密性好，结构稳定，这使得本发明氮氧化钛薄膜压力传感器具有更好的稳定性和可靠性，是一种性能更加优异的新型薄膜压力传感器，使用价值高，应用前景好。
(2)本发明制备方法中，通过优化氮氧化钛薄膜的制备过程中氧气的流量为2sccm～15sccm，使得制备的氮氧化钛薄膜中各成分含量均匀性比例可控值在3％以内，片内薄膜厚度均匀性可控制在1％以内，且使得氮氧化钛薄膜在结构上更加稳定，更有利于提高氮氧化钛薄膜压力传感器的稳定性和可靠性，这是因为当氧气流量偏小时，薄膜成分含量均匀性比例可能会超出3％，而气体流量过大时，片内薄膜厚度均匀性较差，可能超出1％，由此给传感器的稳定性和可靠性造成不良影响。
附图说明
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
图1为本发明实施例1中氮氧化钛薄膜压力传感器的电阻图形示意图。
图2为本发明实施例1中氮氧化钛薄膜压力传感器的结构示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
以下实施例中所采用的原料和仪器均为市售；所采用的设备和制备工艺若无特别说明均为常规设备和常规工艺。
实施例
本发明提供了一种氮氧化钛薄膜压力传感器的制造方法，包括以下步骤：
S1、对弹性元件进行研磨和抛光处理，采用磁控溅射法、离子束溅射法、电子束蒸发法、PECVD法或CVD法在弹性元件表面上沉积绝缘薄膜，其中绝缘薄膜的材料为氧化硅、氧化铝、氮化硅和氮化铝中的至少一种。
S2、以氮化钛为靶材，采用溅射方法在绝缘薄膜上沉积氮氧化钛薄膜，其中氮氧化钛薄膜的沉积过程中采用的反应气体为氧气，氧气的流量为2sccm～15sccm。更加具体的，采用真空溅射方法沉积氮氧化钛薄膜。该步骤中，通过优化氮氧化钛薄膜的制备过程中氧气的流量为2sccm～15sccm，使得制备的氮氧化钛薄膜中各成分含量均匀性比例可控值在3％以内，片内薄膜厚度均匀性可控制在1％以内，且使得氮氧化钛薄膜在结构上更加稳定，更有利于提高氮氧化钛薄膜压力传感器的稳定性和可靠性，这是因为当氧气流量偏小时，薄膜成分含量均匀性比例可能会超出3％，而气体流量过大时，片内薄膜厚度均匀性较差，可能超出1％，由此给传感器的稳定性和可靠性造成不良影响。
S3、采用光刻和刻蚀的方法，将氮氧化钛薄膜加工成所需的应变电阻，其中应变电阻的数量为4个。该步骤中，还包括在靠近绝缘薄膜边缘的表面上制作温度补偿电阻层，包括以下处理：在靠近绝缘薄膜边缘的表面上沉积温度电阻薄膜，将温度电阻薄膜制作成温度补偿电阻；所述温度电阻薄膜为Pt或者Ni。
S4、在应变电阻上制备引线焊盘，采用磁控溅射法、离子束溅射法、电子束蒸发法、PECVD法或CVD法制备保护层，得到氮氧化钛薄膜压力传感器。
本发明还提供了一种氮氧化钛薄膜压力传感器，由上述的制造方法制备得到，包括弹性元件，所述弹性元件上依次设有绝缘薄膜、应变电阻层、引线焊盘和保护层；所述绝缘薄膜上还设有温度补偿电阻。
本发明中，直接采用氮化钛靶材进行溅射，只需要通入氧气进行反应即可实现氮氧化钛薄膜的制备，不仅可以保持较好的真空度，又可以提高薄膜的沉积速率和薄膜的质量，显著改善薄膜的致密性、薄膜粘附力、薄膜成分含量均匀性比例，且缺陷少，与此同时，本发明制得的薄膜压力传感器的批次性能一致性好，长期工作稳定性高。与现有常规氮氧化钛薄膜压力传感器，本发明制得的氮氧化钛薄膜压力传感器中，氮氧化钛薄膜中各成分含量均匀性比例小，致密性好，结构稳定，这使得本发明氮氧化钛薄膜压力传感器具有更好的稳定性和可靠性，是一种性能更加优异的新型薄膜压力传感器。
实施例1
一种氮氧化钛薄膜压力传感器的制造方法，包括以下步骤：
S1、在弹性元件100表面上，通过研磨、抛光方法进行镜面处理，通过磁控溅射薄膜沉积技术，在弹性元件100表面上沉积制备绝缘薄膜201(2～6um的氧化硅薄膜)。本发明中，采用的弹性元件100可以为不锈钢弹性基底，但不仅限于此。
S2、在绝缘薄膜201的应变区域(中间区域)，以氮化钛为靶材，采用真空溅射方法在绝缘薄膜201上沉积氮氧化钛薄膜202，具体为：先对氮化钛的表面进行溅射清洗，清除靶材表面的杂质和污染物，然后通入氧气到真空腔室内，与溅射出来的氮化钛进行反应，生产氮氧化钛，并沉积在绝缘薄膜201表面，得到氮氧化钛薄膜202，其中反应过程中通入的氧气流量为10sccm，溅射功率60W。该步骤中，氮氧化钛薄膜202的沉积速率可以达到1nm/s，且薄膜表面致密，粗糙度Ra小于1nm。
在绝缘薄膜201的非应变区域(边缘区域)，磁控溅射沉积温度电阻薄膜301，具体为：在靠近绝缘薄膜201边缘的表面上沉积温度电阻薄膜301。该步骤中，温度电阻薄膜301为Ni。
本发明中，通入的氧气流量大小在2sccm～15sccm范围内，均可形成薄膜中各成分含量均匀性比例小(可控值在3％以内)、片内薄膜厚度均匀性好(可控制在1％以内)、结构上更加稳定的氮氧化钛薄膜，更有利于提高氮氧化钛薄膜压力传感器的稳定性和可靠性。在实际生产过程中，溅射功率越大，溅射出来的材料越多，则所需参与反应的氧气越多，因此，氧气流量随溅射功率的增大而增加，以匹配溅射材料所需的氧气量。
S3、采用光刻和刻蚀的方法，将氮氧化钛薄膜202按要求加工制作成所需的4个应变电阻R1、R2、R3和R4，如图1所示。同时，采用光刻和离子束刻蚀方法，将温度电阻薄膜301制作成温度补偿电阻R5，如图1所示。图1为本发明实施例1中氮氧化钛薄膜压力传感器的电阻图形示意图。该步骤中，通过设置温度补偿电阻R5，对传感器输出的温度影响进行补偿，提高传感器的测量精度。
S4、在应变电阻上依次沉积制作引线焊盘203，连接组成惠斯通全桥电路，形成应变电阻层，然后用磁控溅射在应变电阻层上沉积保护层204(氧化硅薄膜)，得到氮氧化钛薄膜压力传感器。
图2为本发明实施例1中氮氧化钛薄膜压力传感器的结构示意图。如图2所示，本实施例中制备的氮氧化钛薄膜压力传感器，包括弹性元件100，该弹性元件100上依次设有绝缘薄膜201、应变电阻层(实际为氮氧化钛薄膜202)、引线焊盘203和保护层204。绝缘薄膜201上还设有温度补偿电阻(实际为温度电阻薄膜301)。
经测试，本发明实施例1中制备的氮氧化钛薄膜压力传感器，在同等压力量程设计下，灵敏度可以达到4mV/V以上，是镍铬薄膜制作应变电阻的压力传感器灵敏度1.8mV/V的2倍以上。
由上述结果可知，本发明中，直接采用氮化钛靶材进行溅射，只需要通入氧气进行反应即可实现氮氧化钛薄膜的制备，不仅可以保持较好的真空度，又可以提高薄膜的沉积速率和薄膜的质量，显著改善薄膜的致密性、薄膜粘附力、薄膜成分含量均匀性比例，且缺陷少，与此同时，本发明制得的薄膜压力传感器的批次性能一致性好，长期工作稳定性高。与现有常规氮氧化钛薄膜压力传感器，本发明制得的氮氧化钛薄膜压力传感器中，氮氧化钛薄膜中各成分含量均匀性比例小，致密性好，结构稳定，这使得本发明氮氧化钛薄膜压力传感器具有更好的稳定性和可靠性，是一种性能更加优异的新型薄膜压力传感器，使用价值高，应用前景好。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种氮氧化钛薄膜压力传感器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在弹性元件(100)表面上沉积绝缘薄膜(201)；
S2、以氮化钛为靶材，采用溅射方法在绝缘薄膜(201)上沉积氮氧化钛薄膜(202)；所述氮氧化钛薄膜(202)的沉积过程中采用的反应气体为氧气；
S3、将氮氧化钛薄膜(202)加工成所需的应变电阻；
S4、在应变电阻上制备引线焊盘(203)和保护层(204)。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤S2中，所述氧气的流量为2sccm～15sccm。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，步骤S2中，所述溅射方法包括真空溅射方法。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的制造方法，其特征在于，步骤S1中，采用磁控溅射法、离子束溅射法、电子束蒸发法、PECVD法或CVD法制备绝缘薄膜(201)；所述绝缘薄膜(201)的材料为氧化硅、氧化铝、氮化硅和氮化铝中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，步骤S1中，所述绝缘薄膜(201)沉积之前还包括对弹性元件(100)进行以下处理：对弹性元件(100)进行研磨和抛光处理。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的制造方法，其特征在于，步骤S3中，采用光刻和刻蚀的方法将氮氧化钛薄膜(202)加工成所需的应变电阻；所述应变电阻的数量为4个。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，步骤S3中，还包括在靠近绝缘薄膜(201)边缘的表面上制作温度补偿电阻层，包括以下处理：在靠近绝缘薄膜(201)边缘的表面上沉积温度电阻薄膜(301)，将温度电阻薄膜(301)制作成温度补偿电阻；所述温度电阻薄膜(301)为Pt或者Ni。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的制造方法，其特征在于，步骤S4中，采用磁控溅射法、离子束溅射法、电子束蒸发法、PECVD法或CVD法制备保护层(204)。
9.一种氮氧化钛薄膜压力传感器，其特征在于，所述氮氧化钛薄膜压力传感器由权利要求1～8中任一项所述的制造方法制备得到。
10.根据权利要求9所述的氮氧化钛薄膜压力传感器，其特征在于，包括弹性元件(100)，所述弹性元件(100)上依次设有绝缘薄膜(201)、应变电阻层、引线焊盘(203)和保护层(204)；所述绝缘薄膜(201)上还设有温度补偿电阻。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111387954.9A CN114088261A (zh) | 2021-11-22 | 2021-11-22 | 一种氮氧化钛薄膜压力传感器及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111387954.9A CN114088261A (zh) | 2021-11-22 | 2021-11-22 | 一种氮氧化钛薄膜压力传感器及其制造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114088261A true CN114088261A (zh) | 2022-02-25 |
Family
ID=80302930
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111387954.9A Pending CN114088261A (zh) | 2021-11-22 | 2021-11-22 | 一种氮氧化钛薄膜压力传感器及其制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114088261A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0283923A1 (en) * | 1987-03-26 | 1988-09-28 | Ppg Industries, Inc. | Sputtered titanium oxynitride films |
| JPH0349231A (ja) * | 1989-07-17 | 1991-03-04 | Sony Corp | 半導体装置の製造方法 |
| US5514908A (en) * | 1994-04-29 | 1996-05-07 | Sgs-Thomson Microelectronics, Inc. | Integrated circuit with a titanium nitride contact barrier having oxygen stuffed grain boundaries |
| JP2005076105A (ja) * | 2003-09-02 | 2005-03-24 | Bridgestone Corp | 酸窒化チタン膜の成膜方法 |
| CN103308242A (zh) * | 2013-05-13 | 2013-09-18 | 上海天沐自动化仪表有限公司 | 一种以氮氧化钛为应变材料的薄膜压力传感器及其制造方法 |
| CN105547535A (zh) * | 2015-12-11 | 2016-05-04 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 用于薄膜压力传感器的应变薄膜及其制备方法、薄膜压力传感器芯体 |
-
2021
- 2021-11-22 CN CN202111387954.9A patent/CN114088261A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0283923A1 (en) * | 1987-03-26 | 1988-09-28 | Ppg Industries, Inc. | Sputtered titanium oxynitride films |
| JPH0349231A (ja) * | 1989-07-17 | 1991-03-04 | Sony Corp | 半導体装置の製造方法 |
| US5514908A (en) * | 1994-04-29 | 1996-05-07 | Sgs-Thomson Microelectronics, Inc. | Integrated circuit with a titanium nitride contact barrier having oxygen stuffed grain boundaries |
| JP2005076105A (ja) * | 2003-09-02 | 2005-03-24 | Bridgestone Corp | 酸窒化チタン膜の成膜方法 |
| CN103308242A (zh) * | 2013-05-13 | 2013-09-18 | 上海天沐自动化仪表有限公司 | 一种以氮氧化钛为应变材料的薄膜压力传感器及其制造方法 |
| CN105547535A (zh) * | 2015-12-11 | 2016-05-04 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 用于薄膜压力传感器的应变薄膜及其制备方法、薄膜压力传感器芯体 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6159613B2 (ja) | 歪センサ | |
| JP4436064B2 (ja) | サーミスタ用材料及びその製造方法 | |
| CN101322258B (zh) | 压电元件及其制造方法 | |
| JPH06300649A (ja) | 薄膜歪抵抗材料とその製造方法及び薄膜歪みセンサ | |
| JPS60181602A (ja) | 薄膜歪計装置およびその製造方法 | |
| CN102175363A (zh) | 用离子束溅射硅薄膜制作的压力应变器件及方法 | |
| JPS6170716A (ja) | シリコン薄膜ピエゾ抵抗素子の製造法 | |
| Cimpoiasu et al. | Stress control of piezoelectric ZnO films on silicon substrates | |
| CN114088261A (zh) | 一种氮氧化钛薄膜压力传感器及其制造方法 | |
| DE3522427A1 (de) | Titanoxinitridschicht fuer sensoranwendungen | |
| JPS62222137A (ja) | 圧力センサ用ダイヤフラム | |
| JPS58209111A (ja) | プラズマ発生装置 | |
| JP3640310B2 (ja) | 硬質皮膜 | |
| JPH0666162B2 (ja) | 歪ゲージ用薄膜抵抗体 | |
| CN115683406A (zh) | 硅基薄膜压敏元件及其制备方法 | |
| CN110926692B (zh) | 耐高温粒子冲刷的压力敏感元件及其制备方法和溅射薄膜压力传感器 | |
| Khánh et al. | Effect of process parameters on co-sputtered Al (1-x) ScxN layer's properties: Morphology, crystal structure, strain, band gap, and piezoelectricity | |
| JP3297571B2 (ja) | 静電チャック | |
| JPH0276201A (ja) | 歪ゲージ用薄膜抵抗体 | |
| JP2562610B2 (ja) | 歪ゲ−ジ用薄膜抵抗体 | |
| JP2838361B2 (ja) | 受圧管一体型圧力センサ | |
| JPH06163201A (ja) | 抵抗薄膜 | |
| CN112432720B (zh) | 用于潮湿水环境中的载荷传感器元件 | |
| CN114894353B (zh) | 一种碳基压阻薄膜传感器及其制备方法和应用 | |
| JPH04232433A (ja) | 薄膜センサ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |