CN217442738U - 压力传感器和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种压力传感器和电子设备。压力传感器包括基底层，基底层的两侧分别覆盖有第一绝缘层和第二绝缘层，基底层上靠近于第二绝缘层的一侧设置有空腔部；衬底层，衬底层覆盖在基底层上，并通过位于第二绝缘层与基底层相互绝缘，衬底层内具有压阻结构；保护层，保护层覆盖在衬底层上；保护层内设置有多个导电结构，每个导电结构的至少一部分露出于保护层，用于将基底层、衬底层以及压阻结构分别与外部电路连接。本申请的压力传感器能够实现晶圆级的自检测功能，降低了检测成本。

Description

压力传感器和电子设备

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，更具体地，本申请涉及一种压力传感器和电子设备。

背景技术

压力传感器是基于微机电系统(Micro Electro Mechanical System，MEMS)发展起来的微型器件，是在工业实践、仪器仪表控制中最为常用的一种传感器。压力传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。

压阻式压力传感器，具有高精度以及较好的线性特性，在压力传感器的使用中倍受青睐。通常，压阻式压力传感器具有可挠曲的薄膜，为该薄膜提供挠曲空间的空腔部，当所述薄膜感受到外压变化时会导致薄膜挠曲变形，改变了薄膜材料的电阻率，从而能够通过测量薄膜的电阻变化，与外压建立线性关系。现有的压阻式压力传感器通常在良率筛选上多选用零点检测方案，通过检测压阻组成的电桥输出判断其是否符合要求，但无法实现准确的自检功能。

实用新型内容

本申请的一个目的是提供一种压力传感器和电子设备。

根据本申请的第一方面，提供一种压力传感器，包括：

基底层，所述基底层的一侧覆盖有第一绝缘，所述基底层上靠近于所述第一绝缘层的一侧设置有空腔部，所述基底层上还设置有通孔；

衬底层，所述衬底层覆盖在所述基底层上，并通过所述第一绝缘层与所述基底层相互绝缘，所述衬底层内具有压阻结构；

保护层，所述保护层覆盖在所述衬底层上；所述保护层内设置有导电结构，所述导电结构的至少一部分露出于所述保护层，所述导电结构用于将所述基底层、所述衬底层以及所述压阻结构分别与外部电路连接。

可选地，所述衬底层与所述基底层采用相同类型的硅材料制成，所述基底层的另一侧设置有第二绝缘层。

可选地，所述保护层与所述基底层之间设置有连接槽，所述连接槽的侧壁设置有第三绝缘层，使所述衬底层与所述基底层相互绝缘；

所述连接槽内填充有导电材料层，所述导电材料层与所述导电结构连接。

可选地，所述导电材料层包括轻掺杂硅材料层和重掺杂硅材料层，所述轻掺杂硅材料层靠近于所述基底层，所述重掺杂硅材料层靠近于所述保护层，所述重掺杂硅材料层与所述导电结构连接。

可选地，所述导电结构包括金属焊盘，所述金属焊盘包括第一焊盘、第二焊盘和第三焊盘；

其中，所述第一焊盘用于将所述压阻结构与外部电路连接；所述第二焊盘用于将所述衬底层与外部电路连接；所述第三焊盘用于将所述基底层与外部电路连接。

可选地，所述保护层包括钝化层和介质层，所述介质层覆盖在所述衬底层上，所述保护层覆盖在所述介质层上，所述金属焊盘穿过所述介质层，并部分露出于所述保护层。

可选地，所述导电结构还包括金属导线，所述衬底层内设置有多个所述压阻结构，所述金属导线用于连接多个所述压阻结构，并将所述压阻结构与所述第一焊盘连接。

可选地，所述基底层上还设置有通孔，所述通孔将所述空腔部与外部空气连通。

可选地，所述通孔的尺寸沿远离所述空腔部的方向逐渐增大。

根据本申请的第二方面，提供一种电子设备，包括第一方面所述的压力传感器。

本申请的一个技术效果在于，本申请提供的压力传感器包括互相绝缘的基底层和衬底层，并分别能够与外部电路连接。在实际应用中，衬底层形成压力传感器的压力敏感膜，对基底层施加电压后，衬底层与基底层发生静电吸引，使得压力敏感膜发生形变，形成一可变电容，导致衬底层内设置的压阻结构的阻值发生变化，进而使产生的输出信号发生改变以实现晶圆级的自检测功能，能够准确识别出压力敏感膜有损伤但压阻结构保持完整的情况，降低了压力传感器的检测成本，提高了自检侧的准确性。

通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本申请的实施例，并且连同说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是本申请提供的一种压力传感器的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是本申请提供的一种对基底层施加电压后的压力传感器的结构示意图。

1、第二绝缘层；2、基底层；21、空腔部；22、通孔；3、第一绝缘层；4、衬底层；41、压阻结构；42、第一焊盘；43、第二焊盘；44、第三焊盘；45、金属导线；5、保护层；51、钝化层；52、介质层；6、连接槽；61、第三绝缘层；62、轻掺杂硅材料层；63、重掺杂硅材料层。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

根据本申请的第一方面，如图1至图3所示，提供了一种压力传感器，包括基底层2、衬底层4以及保护层5；所述基底层2的一侧覆盖有第一绝缘层3，所述基底层2上靠近于所述第一绝缘层3的一侧设置有空腔部21；所述衬底层4覆盖在所述基底层2上，并通过位于所述第一绝缘层3与所述基底层2相互绝缘，所述衬底层4内具有压阻结构41；所述保护层5覆盖在所述衬底层4上；所述保护层5内设置有导电结构，所述导电结构的至少一部分露出于所述保护层5，所述导电结构用于将所述基底层2、所述衬底层4以及所述压阻结构41分别与外部电路连接。

具体地，在本申请中，压力传感器包括相互绝缘的基底层2和衬底层4，其中，衬底层4作为压力传感器的压力敏感膜。基底层2设置有空腔部21，在衬底层4发生形变时，为其提供变形空间。衬底层4内设置的压阻结构41，在衬底层4(压力敏感膜)发生变形时，其电阻会发生变化。在本实施例中，基底层2通过导电结构能够与外部电路连接，在对基底层2施加电压后，基底层2与衬底层4之间发生静电吸引，使得压力敏感膜发生形变，形成一可变电容，导致压阻结构41的电阻发生变化，参考图2。此时，电阻结构对外的输出信号即发生变化，通过对比电阻结构的对外输出信号与预定的输出信号是否有变化，即可识别出压力敏感膜是否发生损伤或破损，得到具有晶圆级的自检侧功能的压力传感器，提高了压力传感器结构的完整性和检测的可靠性，降低了检测成本。

另外，在本申请中，还可以通过减小空腔部21在沿压力敏感膜变形的方向上的尺寸，限制压力敏感膜的变形程度，以避免压力传感器过载，提高了压力传感器的抗高过载性。其中，压阻结构41可以位于空腔部21的上方。所述空腔部21的具体尺寸可根据其产品的具体要求进行设计，本申请对此不做限制。

可选地，所述衬底层4与所述基底层2采用相同类型的硅材料制成，所述基底层2的另一侧设置有第二绝缘层1。

具体地，硅材料一般有P型和N型，在本实施例中，衬底层4与基底层2采用的硅材料的类型相同，即衬底层4和基底层2均采用P型硅材料或N型硅材料。采用相同类型的硅材料可以简化制备工艺，降低生产成本。在一种实施例中，基底层2和衬底层4均采用N型硅材料制成。基底层2的另一侧设置的第二绝缘层1对基底层起到一定的保护作用。

可选地，如图1至图3所示，所述保护层5与所述基底层2之间设置有连接槽6，所述连接槽6的侧壁设置有第三绝缘层61，使所述衬底层4与所述基底层2相互绝缘；所述连接槽6内填充有导电材料层，所述导电材料层与所述导电结构连接。

具体地，基底层2需要通过导电结构与外部电路连接，以实现外部电路能够对基底层2施加电压的作用。在本实施例中，通过在衬底层4开设连接槽6，并将连接槽6的两端沿伸至基底层2和保护层5上，在连接槽6中填充导电材料层后，使导电材料层与导电结构连接，即可实现基底层2通过导电结构与外部电路连接的作用。其中，连接槽6的侧壁，即位于衬底层4的槽壁上设置有第三绝缘层61，使衬底层4与导电材料层相互隔离，实现衬底层4与基底层2的相互绝缘。在一种实施例中，第一绝缘层3、第二绝缘层1、第三绝缘层61以及保护层5均可采用氧化硅和/或氮化硅制成，其具有良好的绝缘性能，起到绝缘隔断以及保护内部结构的作用。

可选地，如图1至图2所示，所述导电材料层包括轻掺杂硅材料层62和重掺杂硅材料层63，所述轻掺杂硅材料层62靠近于所述基底层2，所述重掺杂硅材料层63靠近于所述保护层5，所述重掺杂硅材料层63与所述导电结构连接。

具体地，导电材料层包括采用重掺杂硅材料制成的重掺杂硅材料层63和采用轻掺杂硅材料制成的轻掺杂硅材料层62。其中，重掺杂硅材料即通常指掺入杂质质量较多的硅材料，具有良好的导电性能。轻掺杂硅材料通常指掺入杂质质量较少的硅材料，具有良好的压阻性能。在本实施例中，在连接槽6靠近于基底层2的一端填充轻掺杂硅材料形成轻掺杂硅材料层62，由于轻掺杂硅材料不能直接与，因此在轻掺杂硅材料层62的顶部设置重掺杂硅材料层63，使得基底层2能够与导电结构实现连接。

可选地，所述轻掺杂硅材料的类型与所述基底层2采用的硅材料的类型相同。

具体地，连接槽6内填充的轻掺杂硅材料与基底层2采用的硅材料的类型相同，以便于工艺实现，降低制造成本。

可选地，如图1至图3所示，所述导电结构包括金属焊盘，所述金属焊盘包括第一焊盘42、第二焊盘43和第三焊盘44；其中，所述第一焊盘42用于将所述压阻结构41与外部电路连接；所述第二焊盘43用于将所述衬底层4与外部电路连接；所述第三焊盘44用于将所述基底层2与外部电路连接。

具体地，在本实施例中，导电结构设置为金属焊盘的形式，压阻结构41、衬底层4以及基底层2能够分别通过第一焊盘42、第二焊盘43以及第三焊盘44分别与外部电路实现连接。焊盘结构提高了压力传感器与外部电路连接的便捷性和可靠性，并且在工艺上容易实现。

可选地，如图1至图2所示，所述保护层5包括钝化层51和介质层52，所述介质层52覆盖在所述衬底层4上，所述保护层5覆盖在所述介质层52上，所述金属焊盘穿过所述介质层52，并部分露出于所述保护层5。

具体地，在一种实施例中，保护层5包括氧化硅或氮化硅形成的钝化层51以及氧化硅形成的介质层52，其中，介质层52对位于其下方的衬底层4和压阻结构41形成保护，而钝化层51能够对用于与外部连接的导电结构形成一定的保护作用，避免压力传感器的内部部件发生裸漏，提高了其安全性能。

可选地，如图1至图3所示，所述导电结构还包括金属导线45，所述衬底层4内设置有多个所述压阻结构41，所述金属导线45用于连接多个所述压阻结构41，并将所述压阻结构41与所述第一焊盘42连接。

具体地，在一种实施例中，金属导线45用于连接多个压阻结构41，使其形成电桥，可对外输出其阻值的变化情况，由于电桥的结构较为复杂，金属导线45提高了其连接的便捷性。在本实施例中，压阻结构41可以采用轻掺杂的P型硅材料，而金属导线45则可采用重掺杂的P型硅材料，以将压阻结构41与外部电路连接。

可选地，所述基底层2上还设置有通孔22，所述通孔22将所述空腔部21与外部空气连通。

具体地，在基底层2上设置与空腔部21连通的通孔22，使空腔部21能够与外部空气连通，形成一压差式压力传感器。这种结构可以大大减轻压力传感器的重量，并且，压差式的自检测方式准确性高，在对基底层2施加电压后，基底层2与衬底层4之间发生静电吸引，形成一可变电容，通过压阻结构41输出的压阻值得变化信号，即可识别出压力敏感膜是否发生损伤或破损，提高了压力传感器结构的完整性和检测的可靠性，降低了检测成本。

另外，用于将空腔部21与外部空气连通的通孔22的尺寸可设计为较小的尺寸，以提高压力传感器自检侧的敏感性，具体尺寸可根据产品需求进行设计，本申请对此不做限制。

可选地，如图1至图2所示，所述通孔22的尺寸沿远离所述空腔部21的方向逐渐增大。

具体地，为了保证通孔22在连通空腔部21与外部空气形成压差的敏感性，通孔22的尺寸需要设置的较小，但过小的通孔22在较厚的基底层2上具有一定的加工难度，在本实施例中，通过将通孔22设置为尺寸逐渐增大的形式，使得能够保证通孔22小尺寸的前提下，提高加工的便捷性。

根据本申请的第二方面，提供了一种电子设备，包括第一方面所述的压力传感器。

具体地，本申请提供的电子设备采用了第一方面的压力传感器，其中，压力传感器能够具有单向抗高过载、高性能、尺寸小、高可靠性等特性，提高了电子设备的安全性能，使得电子设备具有更广泛的应用领域。

上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

虽然已经通过示例对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种压力传感器，其特征在于，包括：

基底层，所述基底层的一侧覆盖有第一绝缘层，所述基底层上靠近于所述第一绝缘层的一侧设置有空腔部；

衬底层，所述衬底层覆盖在所述基底层上，并通过所述第一绝缘层与所述基底层相互绝缘，所述衬底层内具有压阻结构；

保护层，所述保护层覆盖在所述衬底层上；所述保护层内设置有导电结构，所述导电结构的至少一部分露出于所述保护层，所述导电结构用于将所述基底层、所述衬底层以及所述压阻结构分别与外部电路连接。

2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述衬底层与所述基底层采用相同类型的硅材料制成，所述基底层的另一侧设置有第二绝缘层。

3.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

所述保护层与所述基底层之间设置有连接槽，所述连接槽的侧壁设置有第三绝缘层，使所述衬底层与所述基底层相互绝缘；

所述连接槽内填充有导电材料层，所述导电材料层与所述导电结构连接。

4.根据权利要求3所述的压力传感器，其特征在于，所述导电材料层包括轻掺杂硅材料层和重掺杂硅材料层，所述轻掺杂硅材料层靠近于所述基底层，所述重掺杂硅材料层靠近于所述保护层，所述重掺杂硅材料层与所述导电结构连接。

5.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

所述导电结构包括金属焊盘，所述金属焊盘包括第一焊盘、第二焊盘和第三焊盘；

其中，所述第一焊盘用于将所述压阻结构与外部电路连接；所述第二焊盘用于将所述衬底层与外部电路连接；所述第三焊盘用于将所述基底层与外部电路连接。

6.根据权利要求5所述的压力传感器，其特征在于，所述保护层包括钝化层和介质层，所述介质层覆盖在所述衬底层上，所述保护层覆盖在所述介质层上，所述金属焊盘穿过所述介质层，并部分露出于所述保护层。

7.根据权利要求5所述的压力传感器，其特征在于，所述导电结构还包括金属导线，所述衬底层内设置有多个所述压阻结构，所述金属导线用于连接多个所述压阻结构，并将所述压阻结构与所述第一焊盘连接。

8.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述基底层上还设置有通孔，所述通孔将所述空腔部与外部空气连通。

9.根据权利要求8所述的压力传感器，其特征在于，所述通孔的尺寸沿远离所述空腔部的方向逐渐增大。

10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的压力传感器。

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