CN116539196B - Mems压阻式压力传感器及其制备方法 - Google Patents

Mems压阻式压力传感器及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116539196B
CN116539196B CN202310751611.9A CN202310751611A CN116539196B CN 116539196 B CN116539196 B CN 116539196B CN 202310751611 A CN202310751611 A CN 202310751611A CN 116539196 B CN116539196 B CN 116539196B
Authority
CN
China
Prior art keywords
substrate
piezoresistor
layer
pressure sensor
insulating layer
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.)
Active
Application number
CN202310751611.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116539196A (zh
Inventor
李维平
兰之康
管武干
侯鸿道
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Gaohua Technology Co ltd
Original Assignee
Nanjing Gaohua Technology Co ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Gaohua Technology Co ltd filed Critical Nanjing Gaohua Technology Co ltd
Priority to CN202310751611.9A priority Critical patent/CN116539196B/zh
Publication of CN116539196A publication Critical patent/CN116539196A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116539196B publication Critical patent/CN116539196B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring 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
    • G01L1/22Measuring 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
    • G01L1/2287Measuring 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 constructional details of the strain gauges
    • G01L1/2293Measuring 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 constructional details of the strain gauges of the semi-conductor type
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/02Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/02Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
    • G01L9/04Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of resistance-strain gauges

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

本公开的实施例公开了一种MEMS压阻式压力传感器及其制备方法,包括:第一衬底和第二衬底,第二衬底固定于第一衬底以形成密闭空腔;第一压敏电阻和第二压敏电阻,分别设置于第一衬底的两个表面;永磁体,设置在第一衬底中并位于压敏电阻两侧;金属电极层,设置于第一压敏电阻和第二压敏电阻中,用于将第一压敏电阻和第二压敏电阻划分为串联的至少两个子压敏电阻;引线层、金属填充层和引出电极,引线层绝缘设置在第一衬底的第二表面,金属填充层绝缘设置在第一衬底中,引出电极绝缘设置在第一衬底的第一表面。有效提高压力传感器的灵敏度,并抑制传感器的温度漂移,减小传感器输出的非线性,提高传感器的集成度。

Description

MEMS压阻式压力传感器及其制备方法
技术领域
本公开的实施例属于压力传感器技术领域,具体涉及一种MEMS压阻式压力传感器及其制备方法。
背景技术
MEMS压阻式压力传感器是一种以压力敏感膜上的压敏电阻为敏感元件的压力测试传感器,由于其具有体积小、线性度好、灵敏度高、动态响应快等优点,目前被广泛运用于交通、生产、航空、国防等领域。随着时代的发展,各行业对于具有更高灵敏度的MEMS压阻式压力传感器的需求愈发强烈。
为了提高灵敏度,传统的MEMS压阻式压力传感器通常选择增大压力敏感膜面积与膜厚的比值,然而该方法同时会增大传感器非线性度,降低量程和使用寿命并增大温度漂移,使得传感器精度出现较大的下降。
发明内容
本公开的实施例旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一,公开了一种MEMS压阻式压力传感器及其制备方法。
第一方面,本公开的实施例提供一种MEMS压阻式压力传感器,所述MEMS压阻式压力传感器包括:
第一衬底和第二衬底,所述第二衬底的第一表面设置有凹槽,所述第二衬底的第一表面固定于所述第一衬底的第二表面以形成密闭空腔;
第一压敏电阻和第二压敏电阻,分别设置于所述第一衬底的第一表面和第二表面并与所述空腔的位置相对应,所述空腔对应所述第一衬底、所述第一压敏电阻和所述第二压敏电阻的区域形成压力敏感薄膜;
永磁体,设置在所述第一衬底中并位于压敏电阻两侧;
金属电极层,设置于所述第一压敏电阻和所述第二压敏电阻中,用于将所述第一压敏电阻和所述第二压敏电阻划分为串联的至少两个子压敏电阻;
引线层、金属填充层和引出电极,所述引线层绝缘设置在所述第一衬底的第二表面,所述金属填充层绝缘设置在所述第一衬底中,所述引出电极绝缘设置在所述第一衬底的第一表面,用于电连接所述第一压敏电阻和所述第二压敏。
在一些实施例中,所述金属电极层包括多个子金属电极层;
所述第一压敏电阻和/或所述第二压敏电阻均沿其长度方向间隔设置有多个所述子金属电极层。
在一些实施例中,所述永磁体对称分布在压敏电阻两侧。
在一些实施例中,所述第一压敏电阻和所述第二压敏电阻相对所述第一衬底对称设置。
在一些实施例中,所述永磁体的长度小于两金属电极层之间的间距。
在一些实施例中,所述MEMS压阻式压力传感器还包括第一绝缘层、第二绝缘层、第三绝缘层和第四绝缘层;
所述第一绝缘层围设在所述金属填充层外侧,所述第二绝缘层设置在所述引线层朝向所述第一衬底的一侧,所述第三绝缘层设置在所述引线层背离所述第一衬底的一侧,所述第四绝缘层设置在所述第一衬底背离所述第二衬底的一侧。
在一些实施例中,所述空腔、所述第一压敏电阻和所述第二压敏电阻均位于所述第一衬底的中央区域。
在一些实施例中,所述永磁体为CoNiMnP合金。
第二方面,本公开的实施例还提供一种如前文记载的所述的MEMS压阻式压力传感器的制备方法,所述方法包括:
提供第一衬底;
在第一衬底的第一表面上下两侧形成第一凹槽;
在所述第一凹槽中形成永磁体;
在所述第一衬底的第一表面左右两侧形成盲孔;
在所述盲孔的内表面形成第一绝缘层,在所述第一衬底的第一表面形成第二绝缘层;
在所述第二绝缘层上刻蚀出压敏电阻区和阳极键合区,并通过离子注入在所述压敏电阻区形成第一压敏电阻;
在所述第一压敏电阻上刻蚀形成多个第一电极槽;
在所述盲孔和所述第一电极槽内形成金属填充层和金属电极层;
在所述第二绝缘层上形成连接所述第一压敏电阻的引线层;
在所述引线层上形成第三绝缘层;
提供第二衬底,并在所述第二衬底的第一表面刻蚀形成第二凹槽;
将所述第二衬底的第一表面与所述第一衬底的第二表面贴合,形成空腔;
将所述第一衬底的第一表面减薄至露出所述金属填充层中的金属层和永磁体;
在所述第一衬底的第一表面通过离子注入在所述压敏电阻区制备第二压敏电阻;
在所述第二压敏电阻上刻蚀形成多个第二电极槽;
在所述第二电极槽内形成金属电极层;
在所述第一衬底的第一表面形成第四绝缘层;
在所述第四绝缘层上表面形成接触孔,在所述第四绝缘层上形成电极层,完成MEMS压阻式压力传感器的制备。
在一些实施例中,所述在所述第一凹槽中形成永磁体,包括:
在所述第一凹槽内形成阻挡层;
在所述阻挡层上形成种子层,并在一定方向的磁场下电镀永磁体材料填充所述第一凹槽并确定其磁场方向,形成所述永磁体。
本公开实施例的MEMS压阻式压力传感器及其制备方法,与传统地MEMS压阻式压力传感器相比,具有以下优点:
1、本公开实施例的MEMS压阻式压力传感器,引入磁阻效应,在传统压敏电阻中嵌入多个平行排布的长条状电极,将电阻分为许多宽度比长度大得多的小区域,相当于多个长宽比很小的电阻串联,以增大电阻磁阻灵敏度。同时在压敏电阻两侧增加有对称的永磁体,通过磁阻效应有效增大了受压力作用下电阻的变化量△R,提高了惠斯通电桥的输出,进而提高了压力传感器的灵敏度。
2、本公开实施例的MEMS压阻式压力传感器,在传统压敏电阻中嵌入多个平行排布的长条状金属电极,当传感器正常工作时,温度升高会导致压敏电阻阻值减小,从而导致传感器输出减小,然而温度的升高同时会增大金属电极阻值,对压敏电阻阻值有补偿作用,反之亦然,从而一定程度上抑制了传感器的温度漂移。
3、本公开实施例的MEMS压阻式压力传感器,将压敏电阻采取两两垂直对称排布的方式,减小了传感器输出的非线性,并减小了传感器面积,提高了传感器的集成度。
4、本公开实施例的MEMS压阻式压力传感器采用MEMS技术制备,传感器具有尺寸小、精度高、一致性好、易于批量制造以及成本低的优点。
附图说明
结合附图并参考以下具体实施方式,本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。贯穿附图中,相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的,元件和元素不一定按照比例绘制。
图1为本公开实施例MEMS压阻式压力传感器位于敏感薄膜上表面的压敏电阻和永磁体排列示意图;
图2为本公开实施例的MEMS压阻式压力传感器位于敏感薄膜下表面的压敏电阻和永磁体排列示意图;
图3为公开实施例的MEMS压阻式压力传感器的压敏电阻的惠斯通电桥连接示意图;
图4为本公开实施例的MEMS压阻式压力传感器沿图1中A-A’方向的剖面图;
图5为本公开实施例的MEMS压阻式压力传感器沿图1中B-B’方向的剖面图;
图6至图29为本公开实施例的MEMS压阻式压力传感器的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本公开的技术方案,下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细描述。
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例,然而应当理解的是,本公开可以通过各种形式来实现,而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反,提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是,本公开的附图及实施例仅用于示例性作用,并非用于限制本公开的保护范围。
另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与有关本公开相关的部分。在不冲突的情况下,本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
如图1至图5所示,本公开的实施例涉及一种MEMS压阻式压力传感器,所述MEMS压阻式压力传感器包括:第一衬底1、永磁体2、第一绝缘层3、第二绝缘层4、第一压敏电阻5、金属填充层6、金属电极层7、引线层8、第三绝缘层9、第二衬底10、空腔11、压力敏感薄膜12、第二压敏电阻13、第四绝缘层14和引出电极15。
示例性的,如图4所示,第二衬底10的上表面中央区域设置有凹槽,第一衬底1下表面与第二衬底10的上表面的凹槽围成密闭空腔11,该空腔11的高度范围为40μm~100μm。在一些实施例中,第二衬底10的材料为单晶硅或玻璃等,第二衬底10的厚度范围为400μm~1000μm,第一衬底1的材料为单晶硅,第一衬底1的厚度范围为10μm~50μm。
继续参考图4,所述第一压敏电阻5和第二压敏电阻13分别位于第一衬底1的下表面和上表面,并与空腔11的位置相对应,所述空腔11对应所述第一衬底1、所述第一压敏电阻5和所述第二压敏电阻13的区域形成压力敏感薄膜12,也就是说,如图4所示,压力敏感薄膜12设置在第一衬底1的中央区域,正对空腔11,压力敏感薄膜12的厚度和材料与第一衬底1相同。在一些实施例中,第一压敏电阻5和第二压敏电阻13均沿同一方向排布,上下位置对称,并通过引线以及惠斯通电桥方式相连。
示例性的,如图4所示,金属电极层7设置于所述第一压敏电阻5和所述第二压敏电阻13中,用于将所述第一压敏电阻5和所述第二压敏电阻13划分为串联的至少两个子压敏电阻。在一些实施例中,金属电极层7被规则地铺设在第一压敏电阻5与第二压敏电阻13中,将电阻分为许多宽度比长度大得多的小区域,相当于多个长宽比很小的电阻串联,以增大电阻磁阻灵敏度。
继续参考图1和图5,永磁体2设置在所述第一衬底1中并位于第一压敏电阻5和第二压敏电阻13两侧。也就是说,如图1和图5所述,所述永磁体2对称分布在压敏电阻前后,以便为第一压敏电阻5和第二压敏电阻13提供稳定的磁场,永磁体2为CoNiMnP合金。优选地,所述永磁体2长度应小于两金属电极层7间距以减小磁阻效应对引线层8的影响。
示例性的,如图4和图5所示,引线层8设置在所述第一衬底1的第二表面,也即引线层8设置在第一衬底1的下表面,在一些实施例中,引线层8的材料为金属,优选为铝、铜、铂、钛、金等中的至少一种,引线层8的厚度范围为100nm~300nm。在引线层8的上方设置有第二绝缘层4,在该引线层8的下方设置有第三绝缘层9,在一些实施例中,第二绝缘层4和第三绝缘层9的材料为氮化硅或二氧化硅等,第二绝缘层4和第三绝缘层9的厚度范围为100nm~200nm。
继续参考图4,第一绝缘层3设置在第一衬底1中,金属填充层6在第一绝缘层3上,为了便于电镀填充孔结构,金属填充层6的材料优选为Cu,其宽度范围为2μm~10μm。在一些实施例中,第一绝缘层3的材料为二氧化硅,第一绝缘层3的厚度范围为100nm~200nm。
示例性的,如图4所示,第四绝缘层14设置在第一衬底1的上表面,该第四绝缘层14上设置有光刻形成的接触孔,其上为所述的引出电极15,在一些实施例中,引出电极15的材料为金属,优选为铝、铜、铂、钛、金等中的至少一种,引出电极15的厚度范围为100nm~500nm。
下文将对本公开实施例的MEMS压阻式压力传感器工作原理进行说明:
如图4和图5所示,当待测压力作用于压力敏感膜12上时,压力敏感膜12发生形变,膜上下表面的第一压敏电阻5和第二压敏电阻13在受应力而产生大小相等方向相反的阻值变化的同时,上下表面的第一压敏电阻5和第二压敏电阻13与左右永磁体2中心距离变化,所受磁场强度改变,在磁阻效应的影响下阻值进一步发生变化。由于永磁体2两端磁场强度远小于中心磁场强度,在压力作用下,上下表面的第一压敏电阻5和第二压敏电阻13与永磁体2距离分别增大与减小,因磁阻效应而获得方向相反的阻值变化量,在压力的作用下,上下表面磁阻的变化方向与压阻变化方向相同,导致惠斯通电桥的输出变得更大,从而有效提高了MEMS压阻式压力传感器的灵敏度。
此外,当传感器正常工作时,温度升高会导致压敏电阻阻值减小,从而导致传感器输出减小,在本公开实施例中温度的升高同时会增大金属电极层7的阻值,对压敏电阻阻值有补偿作用,反之亦然,从而一定程度上抑制了传感器的温度漂移。
总而言之,本公开实施例的MEMS压阻式压力传感器与传统地MEMS压阻式压力传感器相比,具有以下优点:
1、本公开实施例的MEMS压阻式压力传感器,引入磁阻效应,在传统压敏电阻中嵌入多个平行排布的长条状电极,将电阻分为许多宽度比长度大得多的小区域,相当于多个长宽比很小的电阻串联,以增大电阻磁阻灵敏度。同时在压敏电阻两侧增加有对称的永磁体,通过磁阻效应有效增大了受压力作用下电阻的变化量△R,提高了惠斯通电桥的输出,进而提高了压力传感器的灵敏度。
2、本公开实施例的MEMS压阻式压力传感器,在传统压敏电阻中嵌入多个平行排布的长条状金属电极,当传感器正常工作时,温度升高会导致压敏电阻阻值减小,从而导致传感器输出减小,然而温度的升高同时会增大金属电极阻值,对压敏电阻阻值有补偿作用,反之亦然,从而一定程度上抑制了传感器的温度漂移。
3、本公开实施例的MEMS压阻式压力传感器,将压敏电阻采取两两垂直对称排布的方式,减小了传感器输出的非线性,并减小了传感器面积,提高了传感器的集成度。
4、本公开实施例的MEMS压阻式压力传感器采用MEMS技术制备,传感器具有尺寸小、精度高、一致性好、易于批量制造以及成本低的优点。
基于同一发明构思,本公开的实施例还提供一种如前文记载的所述的MEMS压力传感器的制备方法,该MEMS压力传感器的结构具体可以参考前文相关记载,在此不作赘述。所述方法具体包括以下步骤:
步骤一、提供第一衬底。
具体地,在本步骤中,如图6所示,选取300μm厚的N型硅片作为第一衬底1。
步骤二、在第一衬底的第一表面上下两侧形成第一凹槽。
具体地,在本步骤中,如图7所示,通过光刻和深反应离子刻蚀(Deep ReactiveIon Etching,DRIE)在第一衬底1上表面上下两侧刻蚀两个长20μm,宽10μm,深40μm的第一凹槽。
步骤三、在所述第一凹槽中形成永磁体。
具体地,在本步骤中,如图8和图9所示,通过磁控溅射在第一凹槽内制备Ti作为阻挡层,在阻挡层上制备Cu作为种子层,并在一定方向的磁场下电镀CoNiMnP永磁体填充凹槽并确定其磁场方向,形成永磁体2,再通过化学机械抛光(Chemical MechanicalPolishing,CMP)工艺去除多余的合金。
步骤四、在所述第一衬底的第一表面左右两侧形成盲孔。
具体地,在本步骤中,如图10所示,通过光刻和DRIE在第一衬底1上表面左右两侧刻蚀四个长5μm,宽5μm,深40μm的对称盲孔。
步骤五、在所述盲孔的内表面形成第一绝缘层,在所述第一衬底的第一表面形成第二绝缘层。
具体地,在本步骤中,如图11和图12所示,通过热氧化,在盲孔的内表面制备第一绝缘层3,在第一衬底上表面制备第二绝缘层4。
步骤六、在所述第二绝缘层上刻蚀出压敏电阻区和阳极键合区,并通过离子注入在所述压敏电阻区形成第一压敏电阻。
具体地,在本步骤中,如图13和图14所示,通过光刻和反应离子刻蚀(ReactiveIon Etching,RIE)在第二绝缘层4上刻蚀出压敏电阻区和阳极键合区,并通过硼离子注入在压敏电阻区制备两个第一压敏电阻5。
步骤七、在所述第一压敏电阻上刻蚀形成多个第一电极槽。
具体地,在本步骤中,如图15所示,通过光刻和DRIE在第一压敏电阻5上刻蚀五列均匀分布的宽3μm,深6μm的第一电极槽。
步骤八、在所述盲孔和所述第一电极槽内形成金属填充层和金属电极层。
具体地,在本步骤中,如图16所示,通过磁控溅射在盲孔和第一电极槽内制备Ti作为阻挡层,在阻挡层上制备Cu作为种子层,并通过电镀Cu填充盲孔和电极槽,形成金属填充层6和金属电极7,再通过CMP工艺去除多余的Cu。
步骤九、在所述第二绝缘层上形成连接所述第一压敏电阻的引线层。
具体地,在本步骤中,如图17所示,通过光刻和磁控溅射,在第二绝缘层3上制备连接第一压敏电阻5的Au作为引线层8。
步骤十、在所述引线层上形成第三绝缘层。
具体地,在本步骤中,如图18所示,通过光刻和等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)在引线层8上制备氮化硅作为第三绝缘层9。
步骤十一、提供第二衬底,并在所述第二衬底的第一表面刻蚀形成第二凹槽。
具体地,在本步骤中,如图19所示,通过光刻和RIE在第二衬底10的中央刻蚀形成深度50μm的第二凹槽。
步骤十二、将所述第二衬底的第一表面与所述第一衬底的第二表面贴合,形成空腔。
具体地,在本步骤中,如图20和图21所示,通过阳极键合的方式,将第二衬底10和倒置的第一衬底1紧密贴合,形成空腔11。
步骤十三、将所述第一衬底的第一表面减薄至露出所述金属填充层中的金属层和永磁体。
具体地,在本步骤中,如图22和图23所示,通过CMP工艺将倒置的第一衬底1减薄至露出四个金属填充层中的金属层6和永磁体2。
步骤十四、在所述第一衬底的第一表面通过离子注入在所述压敏电阻区制备第二压敏电阻。
具体地,在本步骤中,如图24和图25所示,在倒置后的第一衬底1上表面通过硼离子注入在压敏电阻区制备两个第二压敏电阻13。
步骤十五、在所述第二压敏电阻上刻蚀形成多个第二电极槽。
具体地,在本步骤中,如图26所示,通过光刻和DRIE在压敏电阻上刻蚀五列均匀分布的宽3μm,深6μm的第二电极槽。
步骤十六、在所述第二电极槽内形成金属电极层。
具体地,在本步骤中,如图27所示,通过磁控溅射在电极槽内表面分别制备Ti和Cu作为阻挡层和种子层,并通过电镀Cu填充电极槽,形成金属电极7。
步骤十七、在所述第一衬底的第一表面形成第四绝缘层。
具体地,在本步骤中,如图28和图29所示,通过PECVD在倒置后的第一衬底1上表面制备氮化硅作为第四绝缘层14。
步骤十八、在所述第四绝缘层上表面形成接触孔,在所述第四绝缘层上形成电极层,完成MEMS压阻式压力传感器的制备。
具体地,在本步骤中,如图26所示,通过光刻在第四绝缘层14上表面形成接触孔,并通过磁控溅射在第四绝缘层14上制备Au作为电极层15,完成上述MEMS压阻式压力传感器的制备。
本公开实施例的MEMS压阻式压力传感器与传统地MEMS压阻式压力传感器相比,具有以下优点:
1、本公开实施例的MEMS压阻式压力传感器,引入磁阻效应,在传统压敏电阻中嵌入多个平行排布的长条状电极,将电阻分为许多宽度比长度大得多的小区域,相当于多个长宽比很小的电阻串联,以增大电阻磁阻灵敏度。同时在压敏电阻两侧增加有对称的永磁体,通过磁阻效应有效增大了受压力作用下电阻的变化量△R,提高了惠斯通电桥的输出,进而提高了压力传感器的灵敏度。
2、本公开实施例的MEMS压阻式压力传感器,在传统压敏电阻中嵌入多个平行排布的长条状金属电极,当传感器正常工作时,温度升高会导致压敏电阻阻值减小,从而导致传感器输出减小,然而温度的升高同时会增大金属电极阻值,对压敏电阻阻值有补偿作用,反之亦然,从而一定程度上抑制了传感器的温度漂移。
3、本公开实施例的MEMS压阻式压力传感器,将压敏电阻采取两两垂直对称排布的方式,减小了传感器输出的非线性,并减小了传感器面积,提高了传感器的集成度。
4、本公开实施例的MEMS压阻式压力传感器采用MEMS技术制备,传感器具有尺寸小、精度高、一致性好、易于批量制造以及成本低的优点。
可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式,然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本公开的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本公开的保护范围。

Claims (10)

1.一种MEMS压阻式压力传感器,其特征在于,所述MEMS压阻式压力传感器包括:
第一衬底和第二衬底,所述第二衬底的第一表面设置有凹槽,所述第二衬底的第一表面固定于所述第一衬底的第二表面以形成密闭空腔;
第一压敏电阻和第二压敏电阻,分别设置于所述第一衬底的第一表面和第二表面并与所述空腔的位置相对应,所述空腔对应所述第一衬底、所述第一压敏电阻和所述第二压敏电阻的区域形成压力敏感薄膜;
永磁体,设置在所述第一衬底中并位于压敏电阻两侧;
金属电极层,设置于所述第一压敏电阻和所述第二压敏电阻中,用于将所述第一压敏电阻和所述第二压敏电阻划分为串联的至少两个子压敏电阻;
引线层、金属填充层和引出电极,所述引线层绝缘设置在所述第一衬底的第二表面,所述金属填充层绝缘设置在所述第一衬底中,所述引出电极绝缘设置在所述第一衬底的第一表面,用于电连接所述第一压敏电阻和所述第二压敏。
2.根据权利要求1所述的MEMS压阻式压力传感器,其特征在于,所述金属电极层包括多个子金属电极层;
所述第一压敏电阻和/或所述第二压敏电阻均沿其长度方向间隔设置有多个所述子金属电极层。
3.根据权利要求1所述的MEMS压阻式压力传感器,其特征在于,所述永磁体对称分布在压敏电阻两侧。
4.根据权利要求1至3任一项所述的MEMS压阻式压力传感器,其特征在于,所述第一压敏电阻和所述第二压敏电阻相对所述第一衬底对称设置。
5.根据权利要求1至3任一项所述的MEMS压阻式压力传感器,其特征在于,所述永磁体的长度小于两金属电极层之间的间距。
6.根据权利要求1至3任一项所述的MEMS压阻式压力传感器,其特征在于,所述MEMS压阻式压力传感器还包括第一绝缘层、第二绝缘层、第三绝缘层和第四绝缘层;
所述第一绝缘层围设在所述金属填充层外侧,所述第二绝缘层设置在所述引线层朝向所述第一衬底的一侧,所述第三绝缘层设置在所述引线层背离所述第一衬底的一侧,所述第四绝缘层设置在所述第一衬底背离所述第二衬底的一侧。
7.根据权利要求1至3任一项所述的MEMS压阻式压力传感器,其特征在于,所述空腔、所述第一压敏电阻和所述第二压敏电阻均位于所述第一衬底的中央区域。
8.根据权利要求1至3任一项所述的MEMS压阻式压力传感器,其特征在于,所述永磁体为CoNiMnP合金。
9.一种如权利要求1至8任一项所述的MEMS压阻式压力传感器的制备方法,其特征在于,所述方法包括:
提供第一衬底;
在第一衬底的第一表面上下两侧形成第一凹槽;
在所述第一凹槽中形成永磁体;
在所述第一衬底的第一表面左右两侧形成盲孔;
在所述盲孔的内表面形成第一绝缘层,在所述第一衬底的第一表面形成第二绝缘层;
在所述第二绝缘层上刻蚀出压敏电阻区和阳极键合区,并通过离子注入在所述压敏电阻区形成第一压敏电阻;
在所述第一压敏电阻上刻蚀形成多个第一电极槽;
在所述盲孔和所述第一电极槽内形成金属填充层和金属电极层;
在所述第二绝缘层上形成连接所述第一压敏电阻的引线层;
在所述引线层上形成第三绝缘层;
提供第二衬底,并在所述第二衬底的第一表面刻蚀形成第二凹槽;
将所述第二衬底的第一表面与所述第一衬底的第二表面贴合,形成空腔;
将所述第一衬底的第一表面减薄至露出所述金属填充层中的金属层和永磁体;
在所述第一衬底的第一表面通过离子注入在所述压敏电阻区制备第二压敏电阻;
在所述第二压敏电阻上刻蚀形成多个第二电极槽;
在所述第二电极槽内形成金属电极层;
在所述第一衬底的第一表面形成第四绝缘层;
在所述第四绝缘层上表面形成接触孔,在所述第四绝缘层上形成电极层,完成MEMS压阻式压力传感器的制备。
10.根据权利要求9所述的MEMS压阻式压力传感器的制备方法,其特征在于,所述在所述第一凹槽中形成永磁体,包括:
在所述第一凹槽内形成阻挡层;
在所述阻挡层上形成种子层,并在一定方向的磁场下电镀永磁体材料填充所述第一凹槽并确定其磁场方向,形成所述永磁体。
CN202310751611.9A 2023-06-25 2023-06-25 Mems压阻式压力传感器及其制备方法 Active CN116539196B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310751611.9A CN116539196B (zh) 2023-06-25 2023-06-25 Mems压阻式压力传感器及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310751611.9A CN116539196B (zh) 2023-06-25 2023-06-25 Mems压阻式压力传感器及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116539196A CN116539196A (zh) 2023-08-04
CN116539196B true CN116539196B (zh) 2024-01-19

Family

ID=87449029

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310751611.9A Active CN116539196B (zh) 2023-06-25 2023-06-25 Mems压阻式压力传感器及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116539196B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002310812A (ja) * 2001-04-19 2002-10-23 Yaskawa Electric Corp 高感度歪ゲージ
CN102313617A (zh) * 2011-07-12 2012-01-11 东南大学 一种微电子压力传感器及其制备工艺
CN102914394A (zh) * 2012-10-22 2013-02-06 清华大学 Mems巨磁阻式高度压力传感器
CN105136349A (zh) * 2015-09-01 2015-12-09 宁波希磁电子科技有限公司 一种磁性压力传感器
KR20190120993A (ko) * 2018-04-17 2019-10-25 포항공과대학교 산학협력단 고감도 고신뢰성 압력센서의 제조방법
CN111855038A (zh) * 2020-07-07 2020-10-30 南京高华科技股份有限公司 具有多平行环形惠斯通电桥的压力传感器及其制备方法
CN114061797A (zh) * 2021-11-17 2022-02-18 东南大学 一种双电桥结构mems压阻式压力传感器及其制备方法
CN116026501A (zh) * 2023-01-06 2023-04-28 苏州锐光科技有限公司 压力传感器及其制作方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150192487A1 (en) * 2014-01-08 2015-07-09 General Electric Company Low pressure sensors and flow sensors

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002310812A (ja) * 2001-04-19 2002-10-23 Yaskawa Electric Corp 高感度歪ゲージ
CN102313617A (zh) * 2011-07-12 2012-01-11 东南大学 一种微电子压力传感器及其制备工艺
CN102914394A (zh) * 2012-10-22 2013-02-06 清华大学 Mems巨磁阻式高度压力传感器
CN105136349A (zh) * 2015-09-01 2015-12-09 宁波希磁电子科技有限公司 一种磁性压力传感器
KR20190120993A (ko) * 2018-04-17 2019-10-25 포항공과대학교 산학협력단 고감도 고신뢰성 압력센서의 제조방법
CN111855038A (zh) * 2020-07-07 2020-10-30 南京高华科技股份有限公司 具有多平行环形惠斯通电桥的压力传感器及其制备方法
CN114061797A (zh) * 2021-11-17 2022-02-18 东南大学 一种双电桥结构mems压阻式压力传感器及其制备方法
CN116026501A (zh) * 2023-01-06 2023-04-28 苏州锐光科技有限公司 压力传感器及其制作方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN116539196A (zh) 2023-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6159761A (en) Method of manufacturing a force sensor having an electrode which changes resistance or electrostatic capacitance in response to force
US7051595B2 (en) Monolithic multi-functional integrated sensor and method for fabricating the same
JPH0565015B2 (zh)
JP6122880B2 (ja) 圧力センサ及び対応するセンサの製造方法
CN114061797B (zh) 一种双电桥结构mems压阻式压力传感器及其制备方法
CN106092428A (zh) 具有高灵敏度和高精确度的压力传感器器件
CN214693312U (zh) Mems压力芯片
CN215448264U (zh) 一种复合膜片式的mems压力传感器
CN106946211A (zh) 一种梁膜机构的微机电系统压力传感器芯片及其制备方法
CN105716750B (zh) 一种mems压阻式压力传感器及其制备方法
Nunn et al. An IC absolute pressure transducer with built-in reference chamber
CN113401861A (zh) 一种多量程集成的复合膜片式mems压力传感器
CN206828092U (zh) 一种梁膜机构的微机电系统压力传感器芯片
CN116539196B (zh) Mems压阻式压力传感器及其制备方法
CN113218544B (zh) 具有应力集中结构的微压传感器芯片及其制备方法
CN112611501B (zh) 一种谐振式差压传感器和补偿方法
CN111521304B (zh) 一种微压传感器芯片及其制备方法
CN113758613B (zh) 基于soi的电阻中心放置的压阻式压力传感器
CN110531115B (zh) 一种具有纯轴向变形敏感梁的mems压阻式三轴冲击加速度计芯片及其制备方法
CN111498795A (zh) 一种隔离槽阵列结构的压力传感器芯片及其制备方法
CN114593846B (zh) 一种具有高q值的硅谐振式高压传感器及其制造方法
JP4540775B2 (ja) サーボ式静電容量型真空センサ
CN210893522U (zh) 一种mems压力传感器
CN114088257B (zh) 一种mems压阻式压力传感器及其制备方法
CN118050540A (zh) 一种mems压阻式加速度计及其制备方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant