[发明专利]一种基于FBAR结构的压力传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于FBAR结构的压力传感器，涉及传感器技术领域，包括基底，基底顶部开设有凹槽，基底表面覆盖有绝缘层；绝缘层与基底顶部凹槽包围形成空气腔室；绝缘层上覆盖有支撑层，支撑层上设置有压电振荡堆；基底底部还开设有背部凹槽；还包括封装盖帽，封装盖帽键合安装于基底顶部；封装盖帽底部设置有容纳压电层和顶电极的凹槽；封装盖帽上还开设有上下贯穿的通孔，通孔内壁覆盖有金属种子层，通孔内还填充有通孔金属。本发明还公开了上述压力传感器的制备方法。本发明传感器可通过对基底的背部凹槽施加压力，引起基底正面压电振荡堆的形变，从而改变压电振荡堆的输出频率，实现了机械信号转换为电信号。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体是一种基于FBAR结构的压力传感器及其制备方法。

背景技术

目前，微压力传感器的结构主要有电容式、压阻式、机械谐振式等。压阻式和电容式微压力传感器在压力传感器中有着广泛应用，它们的灵敏度分别为0.01-1mV/(V·kPa)和0.1-100fF/kPa，输出信号为模拟量电信号。与压阻式传感器和电容式传感器相比，利用声波器件结构(如FBAR、SAW等)制作的压力传感器的频率信号具有更高的检测精度和准确度，这也意味着此类传感器有更高的分辨率；同时，此类传感器能更好地被用在无源无线传感器系统中。

薄膜体声波谐振器(FBAR)被广泛应用在手机等无线通信终端中，具有低插损、高灵敏度、高工作频率、低功耗等优点，其结构主要有空气隙型、固体装配型、横膈膜型。固体装配型结构是由高阻抗声学层与低阻抗声学层交替叠加形成布拉格反射层，声波在阻抗交界面发生多次反射，形成驻波，从而将声波限制在压电振荡堆中，为了达到理想的声波反射效果，需要对每层薄膜进行精确的厚度、应力和粗糙度控制，工艺要求较高。横膈膜型结构虽然结构简单，但基底对压电振荡堆的支撑薄弱，大规模生产难度较大。空气隙型结构既能提高结构稳定性，又降低了生产工艺的难度，可以用来制作微压力传感器，但常规空气隙结构空腔下的衬底因厚度原因，会降低其对压力的敏感度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于FBAR结构的压力传感器及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于FBAR结构的压力传感器，包括基底，所述基底顶部开设有凹槽，所述基底表面覆盖有绝缘层；所述绝缘层与基底顶部凹槽包围形成空气腔室；所述绝缘层上覆盖有支撑层，所述支撑层上设置有压电振荡堆，所述压电振荡堆呈三明治结构，压电振荡堆从下往上依次包括底电极、压电层和顶电极；所述底电极覆盖于支撑层上；所述基底底部还开设有背部凹槽；还包括封装盖帽，封装盖帽键合安装于基底顶部；所述封装盖帽宽度小于基底宽度，底电极电信号引出端暴露在封装盖帽外；所述封装盖帽底部设置有容纳压电层和顶电极的凹槽；所述封装盖帽上还开设有上下贯穿的通孔，通孔内壁覆盖有金属种子层，通孔内还填充有通孔金属。

作为本发明进一步的方案：所述基底采用高阻硅片；所述基底顶部凹槽深度为1-30μm。

作为本发明再进一步的方案：所述绝缘层材质为SiO₂，所述绝缘层厚度为0.3-0.6μm。

作为本发明再进一步的方案：所述支撑层材质为Si₃N₄，所述支撑层厚度为0.3-1μm。

作为本发明再进一步的方案：所述底电极材料为Mo，厚度为100-200nm，表面粗糙度为1-10nm。

作为本发明再进一步的方案：所述压电层材料为AlN，厚度为1-2μm，表面粗糙度为1-10nm。

作为本发明再进一步的方案：所述顶电极材料为Mo，厚度为100-200nm，表面粗糙度为1-10nm。

作为本发明再进一步的方案：所述封装盖帽与基底之间采用圆片直接键合或带中间材料的圆片键合；所述封装盖帽材料采用Si或玻璃。