CN211013319U - 一种mems压力传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种MEMS压力传感器，该传感器包括衬底；衬底上部凹设有真空腔；衬底对应于真空腔的上部淀积有压力敏感膜，压力敏感膜上淀积有氧化层；氧化层与压力敏感膜覆盖真空腔的槽口；氧化层上设有多个经过掺杂处理的压敏电阻和与压敏电阻连接的重掺杂硅导线，多个压敏电阻电连接形成惠斯通电桥；压敏电阻的上部和/或下部沉积有用于隔离压敏电阻经过掺杂处理的增稳层，增稳层将压敏电阻隔离。上述MEMS压力传感器通过在压敏电阻的上部和/或下部沉积有用于隔离压敏电阻经过掺杂处理的增稳层，将压敏电阻隔离，降低外界电场对其阻值的影响，克服传感器输出漂移缺陷，进而提高传感器的灵敏度与稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及MEMS(微电子机械系统)器件技术领域，尤其涉及一种 MEMS压力传感器。
背景技术
传感器技术是一项发展迅速的高新技术，也是世界科技发展的重要标志之一，与通讯技术、计算机技术并称为信息产业的三大支柱。传感器是一种将外界物理量或化学量信号转换为可测量的电信号的器件，是人类获取信息的重要手段之一。基于MEMS(微电子机械系统)加工工艺的微传感器凭借体积小、功耗低、响应快等传统传感器所无法比拟的优点在汽车电子、医疗器械、家用电器、环境监测及航空航天等领域得到了广泛的应用。
压阻式MEMS压力传感器是利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的微传感器的一种，其原理是基于C.S Smith与1954年发现的压阻效应，即当半导体受到应力作用时，由于载流子迁移率的变化导致半导体的电阻率发生变化的现象。压阻式MEMS压力传感器已广泛用于压力、拉力、压力差和可以转变为力的变化的其他物理量(如液位、加速度、重量、应变、流量、真空度)的测量和控制。
由于压阻式压力传感器的压敏电阻经过掺杂处理，压敏电阻里的载流子具有可移动的特点，因此压敏电阻的阻值随着外界电场的变化而改变，造成压力传感器输出漂移，进而影响传感器的灵敏度与稳定性。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对已有技术中存在的缺陷，提供一种带有增稳结构的MEMS压力传感器，通过设置增稳结构来将压敏电阻隔离，降低外界电场对其阻值的影响，进而增加压敏电阻的稳定性，提高传感器的灵敏度与稳定性。
为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：
一种MEMS压力传感器，该传感器包括衬底；衬底上部凹设有真空腔；衬底对应于真空腔的上部淀积有压力敏感膜，压力敏感膜上淀积有氧化层；氧化层与压力敏感膜覆盖真空腔的槽口；氧化层上设有多个经过掺杂处理的压敏电阻和与压敏电阻连接的重掺杂硅导线，多个压敏电阻电连接形成惠斯通电桥；压敏电阻的上部和/或下部沉积有用于隔离压敏电阻经过掺杂处理的增稳层，增稳层将压敏电阻隔离，氧化层的上表面对应于设置压敏电阻外的其余部分覆盖有绝缘介质层，绝缘介质层上设有金属导线；金属导线穿过绝缘介质层并与重掺杂硅导线电性连接。
进一步的，增稳层掺杂处理的类型与压敏电阻掺杂处理的类型相反，即当压敏电阻为N型掺杂时，增稳层的掺杂类型为P型，当压敏电阻为P型掺杂时，增稳层的掺杂类型为N型相反。
进一步的，压敏电阻掺杂类型为N型或P型。
进一步的，增稳层沉积于对应压敏电阻的矩形区域。
进一步的，增稳层沉积于对应压敏电阻的环形区域。
进一步的，重掺杂硅导线设置于压敏电阻的外侧。
进一步的，绝缘介质层上设有接触孔，金属导线穿过接触孔与重掺杂硅导线电连接。
进一步的，压力敏感膜上设有释放孔，释放孔内填充有氧化层；释放孔位于压敏电阻的外侧。
进一步的，压敏电阻的材料包括导电多晶硅。
进一步的，绝缘介质层的材料包括氮化硅。
相比于现有技术，本实用新型具有如下的技术效果：
本实用新型提供了一种MEMS压力传感器，该传感器包括衬底；衬底上部凹设有真空腔；衬底对应于真空腔的上部淀积有压力敏感膜，压力敏感膜上淀积有氧化层；氧化层与压力敏感膜覆盖真空腔的槽口；氧化层上设有多个经过掺杂处理的压敏电阻和与压敏电阻连接的重掺杂硅导线，多个压敏电阻电连接形成惠斯通电桥；压敏电阻的上部和/或下部沉积有用于隔离压敏电阻经过掺杂处理的增稳层，增稳层将压敏电阻隔离，氧化层的上表面对应于设置压敏电阻外的其余部分覆盖有绝缘介质层，绝缘介质层上设有金属导线；金属导线穿过绝缘介质层并与重掺杂硅导线电性连接。上述MEMS压力传感器通过在压敏电阻的上部和/或下部沉积有用于隔离压敏电阻经过掺杂处理的增稳层，将压敏电阻隔离，降低外界电场对其阻值的影响，克服传感器输出漂移缺陷，进而提高传感器的灵敏度与稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例提供的一种MEMS压力传感器的剖面示意图；
图2是本实用新型实施例提供的又一种MEMS压力传感器的剖面示意图；
图3是本实用新型实施例提供的再一种MEMS压力传感器的剖面示意图；
其中：1、衬底；2、真空腔；3、压力敏感膜；4、氧化层；5、压敏电阻； 6、重掺杂硅导线；7、增稳层；8、绝缘介质层；9、金属导线；10、接触孔； 11、释放孔。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A 和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
如图1-2所示，一种MEMS压力传感器，该传感器包括衬底1；衬底1上部凹设有真空腔2；衬底1对应于真空腔2的上部淀积有压力敏感膜3，压力敏感膜3上淀积有氧化层4；氧化层4与压力敏感膜3覆盖真空腔2的槽口；氧化层4上设有多个经过掺杂处理的压敏电阻5和与压敏电阻5连接的重掺杂硅导线6，多个压敏电阻5电连接形成惠斯通电桥；压敏电阻5的上部和/或下部沉积有用于隔离压敏电阻5经过掺杂处理的增稳层7，增稳层7将压敏电阻隔离，氧化层4的上表面对应于设置压敏电阻5外的其余部分覆盖有绝缘介质层8，绝缘介质层8上设有金属导线9；金属导线9穿过绝缘介质层8并与重掺杂硅导线6电性连接。
其中，增稳层7沉积于压敏电阻5的上部和/或下且经过掺杂处理，将压敏电阻5与绝缘介质层8和/或氧化层4隔离，隔离压敏电阻5周围存在的电荷产生的电场，防止电场对压敏电阻5产生干扰，进而克服传感器输出漂移的问题，提高传感器灵敏度与稳定性能。
增稳层7经扩散或离子注入工艺制作。由于在压敏电阻及相关结构上增加了一层增稳层，压敏电阻5的稳定性得到提升。压敏电阻被掩埋在经过掺杂的增稳层下面，使得增稳层能够屏蔽外界或上下层中的电荷对压敏电阻5产生的影响。假如没有增稳层，压力传感器表面或氧上下层中的电荷形成的电场会慢慢消耗经过掺杂的压敏电阻，从而造成压力传感器输出漂移。增加的增稳层7 能够消除外界电荷的这种影响，从而让传感器具有非常稳定的输出，改善传感器性能。
优选的，压敏电阻5掺杂类型为N型或P型。
优选的，增稳层7掺杂处理的类型与压敏电阻5掺杂处理的类型相反，即当压敏电阻5为N型掺杂时，增稳层7的掺杂类型为P型，当压敏电阻5为 P型掺杂时，增稳层的掺杂类型7为N型相反。
其中，四个压敏电阻5电连接组成惠斯通电桥后，四个压敏电阻5通过重掺杂硅导线6、金属导线9连接，以将压敏电阻5的电压信号引出。
优选的，增稳层7沉积覆盖于对应压敏电阻5的矩形区域，也即覆盖在整对应压敏电阻5与相关结构的整个压力敏感膜上。
优选的，重掺杂硅导线6设置于压敏电阻5的外侧。
优选的，绝缘介质层8上设有接触孔10，金属导线9穿过接触孔10与重掺杂硅导线9电连接。
优选的，压力敏感膜3上设有释放孔11，释放孔11内填充有氧化层4；释放孔11位于压敏电阻5的外侧。
优选的，压敏电阻5的材料包括导电多晶硅。
优选的，绝缘介质层8的材料包括氮化硅。
具体使用时，将金属导线9与相应的外部设备相连。金属导线9与压敏电阻5电性连接，压敏电阻5均为惠斯通电桥的桥臂。当压力传感器不受压力时，由压敏电阻5组成的惠斯通电桥输出的电压为零。当压力传感器受到压力时，金属导线9输出压敏电阻5形成的惠斯通电桥对应的电压信号，通过检测惠斯通电桥的输出电压得到压力传感器的灵敏度。其中衬底1与压力敏感膜3、氧化层4形成密闭的真空腔2，当压力传感器受到外界压力时，压力敏感膜3发生形变，上面的压敏电阻5也产生形变，引起压阻效应，通过检测惠斯通电桥的输出电压，得到压力传感器的灵敏度。
优选的，如图3所示，增稳层7沉积覆盖于对应压敏电阻5的环形区域，也即未完全覆盖住整个压力敏感膜，仅仅覆盖住压敏电阻5所在的位置。该环向形状的增稳层可以在力学方面减小对压力敏感膜带来的不良影响。
综上，本实用新型提供了一种MEMS压力传感器，该传感器包括衬底；衬底上部凹设有真空腔；衬底对应于真空腔的上部淀积有压力敏感膜，压力敏感膜上淀积有氧化层；氧化层与压力敏感膜覆盖真空腔的槽口；氧化层上设有多个经过掺杂处理的压敏电阻和与压敏电阻连接的重掺杂硅导线，多个压敏电阻电连接形成惠斯通电桥；压敏电阻的上部和/或下部沉积有用于隔离压敏电阻经过掺杂处理的增稳层，增稳层将压敏电阻隔离，氧化层的上表面对应于设置压敏电阻外的其余部分覆盖有绝缘介质层，绝缘介质层上设有金属导线；金属导线电极穿过绝缘介质层并与重掺杂硅导线电性连接。上述MEMS压力传感器通过在压敏电阻的上部和/或下部沉积有用于隔离压敏电阻经过掺杂处理的增稳层，将压敏电阻隔离，降低外界电场对其阻值的影响，克服传感器输出漂移缺陷，进而提高传感器的灵敏度与稳定性。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种MEMS压力传感器，其特征在于，所述传感器包括衬底；所述衬底上部凹设有真空腔；所述衬底对应于所述真空腔的上部淀积有压力敏感膜，所述压力敏感膜上淀积有氧化层；所述氧化层与所述压力敏感膜覆盖所述真空腔的槽口；所述氧化层上设有多个经过掺杂处理的压敏电阻和与所述压敏电阻连接的重掺杂硅导线，多个所述压敏电阻电连接形成惠斯通电桥；所述压敏电阻的上部和/或下部沉积有用于隔离所述压敏电阻经过掺杂处理的增稳层，所述增稳层将所述压敏电阻隔离，所述氧化层的上表面对应于设置所述压敏电阻外的其余部分覆盖有绝缘介质层，所述绝缘介质层上设有金属导线；所述金属导线穿过所述绝缘介质层并与所述重掺杂硅导线电性连接。
2.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述增稳层掺杂处理的类型与所述压敏电阻掺杂处理的类型相反，即当所述压敏电阻为N型掺杂时，所述增稳层的掺杂类型为P型；当所述压敏电阻为P型掺杂时，所述增稳层的掺杂类型为N型。
3.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述压敏电阻掺杂类型为N型或P型。
4.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述增稳层沉积于对应所述压敏电阻的矩形区域。
5.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述增稳层沉积于对应所述压敏电阻的环形区域。
6.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述重掺杂硅导线设置于所述压敏电阻的外侧。
7.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述绝缘介质层上设有接触孔，所述金属导线穿过所述接触孔与所述重掺杂硅导线电连接。
8.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述压力敏感膜上设有释放孔，所述释放孔内填充有氧化层；所述释放孔位于所述压敏电阻的外侧。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN114323408A (zh) * | 2021-11-15 | 2022-04-12 | 歌尔微电子股份有限公司 | 多量程多灵敏度压力mems芯片 |
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2019
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