[发明专利]一种高灵敏度压阻式压力传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压力传感器，具体来说，涉及一种高灵敏度压阻式压力传感器及其制备方法。

背景技术

在利用硅微加工技术实现的产品中，压力传感器是发展较为成熟的一类。目前，压力传感器已广泛应用于各种工业和生物医学领域。目前市面上主流的压力传感器为压阻式压力传感器。传统的压阻式压力传感器，空腔正上方区域均为可动敏感薄膜，可动敏感薄膜直接与锚区相连。压阻条位于可动敏感薄膜四周边缘中心处，当可动敏感薄膜受到压力作用时，向下弯曲。由于可动敏感薄膜与锚区完全相连，可动敏感薄膜四周均受到锚区的拉力，应力分散，灵敏度较低。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种高灵敏度压阻式压力传感器，具有良好的灵敏度。同时还提供该传感器的制备方法，简单易行。

技术方案：为解决上述技术问题，一方面，本发明实施例采用一种高灵敏度压阻式压力传感器，该压力传感器包括从下向上依次布设的硅衬底层、二氧化硅层和单晶硅层；硅衬底层中设有第一空腔，第一空腔贯穿硅衬底层；二氧化硅层中设有单晶硅支撑层和第二空腔，第二空腔贯穿二氧化硅层，第二空腔位于第一空腔上方；单晶硅层包括可动敏感薄膜、两根连接杆、四个单边紧固薄膜、锚区、压阻条、重掺杂区和金属引线, 可动敏感薄膜位于单晶硅层的中部，锚区位于单晶硅层的周边，且锚区固定连接在单晶硅支撑层上；四个单边紧固薄膜分布在可动敏感薄膜四周，每个单边紧固薄膜的一边与锚区固定连接；四个单边紧固薄膜中两个相对的单边紧固薄膜朝向可动敏感薄膜的一边分别通过一根连接杆与可动敏感薄膜固定连接；压阻条和重掺杂区位于每个单边紧固薄膜靠近可动敏感薄膜的边缘中心处，且重掺杂区与压阻条相连；金属引线与重掺杂区相连，使四个压阻条相连，构成惠斯通电桥。

作为优选方案，所述的单晶硅支撑层位于第二空腔的四周。

作为优选方案，所述的压阻条中，两个压阻条与连接杆相连。

另一方面，本发明实施例提供一种高灵敏度压阻式压力传感器的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

第一步：在硅衬底层上生长一层二氧化硅层，采用光刻工艺，形成多晶硅支撑层和湿法腐蚀停止层；

第二步：在二氧化硅层上外延生长一层单晶硅层，采用光刻工艺，形成可动敏感薄膜层、连接杆、单边紧固薄膜和锚区；

第三步：在单晶硅层上选择性地进行磷离子轻掺杂，形成压阻条；

第四步：在与压阻条相连的单晶硅层区域进行掺杂，形成重掺杂区；

第五步：在单晶硅层表面溅射金属，光刻图形化，形成金属引线，金属引线与重掺杂区域形成欧姆接触；

第六步：在硅衬底层背面进行各向异性湿法刻蚀，形成第一空腔；

第七步：利用各向异性湿法腐蚀，腐蚀湿法腐蚀停止层，得到第二空腔，制成压阻式压力传感器。

作为优选方案，所述的第二步中，制成的单晶硅层包括可动敏感薄膜、两根连接杆、四个单边紧固薄膜、锚区, 可动敏感薄膜位于单晶硅层的中部，锚区位于单晶硅层的周边，且锚区固定连接在单晶硅支撑层上；四个单边紧固薄膜分布在可动敏感薄膜四周，每个单边紧固薄膜的一边与锚区固定连接；四个单边紧固薄膜中两个相对的单边紧固薄膜朝向可动敏感薄膜的一边分别通过一根连接杆与可动敏感薄膜固定连接。

作为优选方案，所述的第四步中，压阻条和重掺杂区位于每个单边紧固薄膜靠近可动敏感薄膜的边缘中心处，且重掺杂区与压阻条相连。

作为优选方案，所述的第五步中，四个压阻条通过金属引线相连，构成惠斯通电桥。

有益效果：与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：压力传感器的灵敏度高、制备工艺主要采用表面微机械加工技术，工艺简单，可行性高。传统的压阻式压力传感器，压阻条位于可动敏感膜边缘四周中心处，应力集中不明显。本实施例的压阻式压力传感器。同时压阻条位于每个单边紧固薄膜靠近可动敏感薄膜的边缘中心处，且其中两根压阻条与连接杆的端部相连，应力集中明显。当压力施加于可动敏感薄膜时，可动敏感薄膜向下弯曲，带动与之相连的连接杆受到力的作用横向拉伸。由于压阻效应，压阻条的电阻发生变化，变化的电阻导致通过惠斯通电桥输出的电压发生变化，检测其变化可以实现压力测量。

附图说明

图1为本发明实施例中压力传感器的结构剖视图；

图2为本发明实施例中制备方法第一步的结构剖视图；

图3是本发明实施例中制备方法第二步的结构剖视图；

图4是本发明实施例中制备方法第三步的结构剖视图；