[发明专利]一种阵列式汽车油箱液位测量压力传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种阵列式汽车油箱液位测量压力传感器及其制备方法，属于压力传感器技术领域，采用飞秒激光光丝实现图案化高浓度掺杂，制备出压敏电阻，采用飞秒直写系统对注入层进行退火处理，沉积钝化层并通过光刻、刻蚀得到接触孔，通过光刻、磁控溅射得到金属铝导线和焊盘。在背面通过光刻、刻蚀得到硅杯窗口，通过腐蚀得到应变膜。制备好的器件与硼硅玻璃进行键合，制备出阵列式硅杯型压力传感器，本发明采用飞秒激光光丝掺杂与飞秒激光退火相结合方式，操作简单、掺杂效率高、选择性在晶圆表面进行激光处理，可避免热退火所导致的衬底电学参数变坏、注入杂质再分布以及注入图形发生畸变的问题，整体采用阵列式结构以便于液面不同高度的检测。

技术领域

本发明属于压力传感器技术领域，具体涉及一种阵列式汽车油箱液位测量压力传感器及其制备方法。

背景技术

在汽车的使用过程中，油箱液位测量是十分必要的，在保证司机实时了解油箱的油量的同时，可以防止汽车油箱泄漏问题所造成的各种事故。早期的油箱液位测量多采用机械原理，然而随着汽车电子化进程的发展，现在对于油量的测量基于液位改变引起电量或者非电量的物理参数变化来实现的。

目前，液位测量方法主要有光纤传感技术、导波雷达液位计、电容式真空压力传感器、压阻式压力传感器等。其中，硅压阻式压力传感器基于其精度高、测量范围广、寿命长、结构简单，频响特性好等优点应用最为广泛。当流体施加作用在压敏电阻上时，会引起膜的变形并导致压敏电阻受到应力的影响，半导体的电阻值发生改变，通过电阻的变化量可以获取待测流体的压力值。然而这种传感器的压阻系数受温度的影响比较大，为了利于温度补偿，则需要使用高浓度注入的压敏电阻。在高浓度注入情况下，压阻系数跟温度的相关性比较小，进而可以获取较小的温度系数。传统向硅片引入杂质的方法主要有扩散和离子注入两种方式，然而这两种方式都存在自身的弊端，例如扩散方式难以实现选择性扩散并且扩散浓度分布难以控制，而离子注入的方式耗时较长并且设备昂贵，并且注入的杂质多处于非激活状态，需要靠热处理来进行激活。在高温退火过程中，还会导致注入图形发生畸变，注入杂质析出等一系列问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种阵列式汽车油箱液位测量压力传感器及其制备方法，整体采用高浓度注入的压敏电阻构成惠斯通电桥结构，桥臂电阻采用飞秒激光光丝实现高效快速图案化高浓度掺杂，基于飞秒激光直写系统对注入层进行退火处理。

本发明通过如下技术方案实现：

一种阵列式汽车油箱液位测量压力传感器的制备方法，具体步骤如下：

步骤一：在晶圆表面的正面涂覆一层硼掺杂源，在涂源表面磁控溅射一层厚度为200nm的二氧化硅薄膜，以防止掺杂源在脉冲激光照射时挥发，采用飞秒激光光丝在晶圆表面上实现高效快速图案化高浓度掺杂，制备出高浓度注入的压敏电阻，其中激光的运动轨迹通过扫描振镜进行控制；

步骤二：采用飞秒直写系统对高浓度注入的压敏电阻进行退火处理，退火处理后杂质被电激活并且分布均匀，退火过程在氩气的保护下进行；

步骤三：在晶圆正面及反面均沉积一层Si₃N₄，相比于氧化层会起到更好的钝化作用，通过光刻、ICP刻蚀得到接触孔；

步骤四：通过光刻形成金属电极层的掩膜，然后磁控溅射一层Al薄膜，除去光刻胶完成金属层剥离后形成导线和焊盘，完成铝与压敏电阻欧姆接触；

步骤五：将正面进行保护，对背面沉积的Si₃N₄层进行光刻刻蚀，进而得到硅杯窗口，经过化学腐蚀得到厚度为25-50μm的应变膜；

步骤六：将制备好的器件与硼硅玻璃进行键合，中间形成真空密封腔，制备出硅杯型压力传感器。