一种高过载、可恢复压力传感器及制造方法
专利汇可以提供一种高过载、可恢复压力传感器及制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及 硅 基压 力 传感器 ，特指一种高过载、高线性度、绝压式、可恢复硅基 压力传感器 及制造方法。本发明通过压敏 电阻 排列和凸型梁的放大作用，使本发明制备的硅基压力传感器不经放大的 信号 输出灵敏度是常规硅基压力传感器的两倍以上，而且可以根据量程选用合适的凸型梁的厚度和宽度比，得到最大信号输出。该发明基于传统硅基压力传感器制备原理，利用微 电子 器件制造技术和MEMS技术，芯片体积小，成本较低，收益高。，下面是一种高过载、可恢复压力传感器及制造方法专利的具体信息内容。
1.一种高过载、可恢复压力传感器，其特征在于：采用如下方法制备：
1）选择厚度不均匀小于0.01微米的（100）晶向单晶硅基片；
2）使步骤1）所述的单晶硅基片表面生长0.5微米的SiO2腐蚀保护层，对硅片表面进行光刻，形成方形阱腐蚀窗口，去除窗口SiO2氧化层，然后用KOH腐蚀液做定向腐蚀，对于
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10~10Pa量程的传感器，腐蚀深度在20微米到80微米，方形阱腐蚀完成后去除表面全部氧化层，得到表面有方形腐蚀阱的单晶硅基片；
3）选择表面不平整度小于0.5纳米（100）晶向的P型单晶硅片，去除有机污染和金属离子污染后，氧化0.5微米厚度的SiO2氧化层，将该氧化后的P型单晶硅片与前述已经形成方形阱且去除表面全部氧化层的单晶硅基片作亲水处理，在氧气氛下将两个作过亲水处理的硅片抛光面相对，即将一片生长SiO2的抛光面与另一片带方形腐蚀阱的表面相对，使o
其在氧气氛下吸合后推入石英管，再在1180C的H2/O2合成水气氛下高温键合2小时，形成结合牢固的键合对；
4）对上述结合牢固的键合对的无腐蚀坑侧硅片进行减薄与抛光后，成为压力传感器的形变片；
5）将减薄抛光后的键合对热氧化，在抛光表面生长0.5微米厚SiO2层，光刻保护传感器形变片上凸型梁的凸出区域，开出腐蚀窗口，腐蚀凸型梁两边的硅达到需要厚度，形成凸型梁结构，凸型梁的宽度和腐蚀深度根据形变片的面积、厚度，用材料力学板壳理论应力计算，凸型梁的宽度为方形腐蚀阱边长的35%~40%，腐蚀深度即凸出高度为未腐蚀时形变片厚度的50%~60%；在SiO2腐蚀液中剥离表面SiO2层，光刻出沿凸型梁宽度方向排列的压敏电阻桥窗口，以光刻胶作屏蔽，用离子注入掺杂制备阻值为5~10KΩ的压敏电阻，压敏电阻必须满足R1=R2=R3=R4 且同方向排列， R2，R3尽量对称靠近凸型梁的X方向上的中线，R1与R4相对于凸型梁的X方向上的中线对称，离方形阱边缘的距离为0.05的方形阱边长，将R1，R2；R3和R4互联，即将R1，R2；R3, R4分别串联，再并联成电阻桥，在R1和R3的相接端与电源的正极连接，R2和R4的相接端与电源的负极连接，从R1与R2的相接端和R3与R4的相接端测到传感器的压敏信号输出，互联线光刻腐蚀后需要作合金化处理，使互联线与压敏电阻形成良好的接触。
2.如权利要求1所述的一种高过载、可恢复压力传感器的制备方法，包括如下步骤：
1）选择厚度不均匀小于0.01微米的（100）晶向单晶硅基片；
2）使步骤1）所述的单晶硅基片表面生长0.5微米的SiO2腐蚀保护层，对硅片表面进行光刻，形成方形阱腐蚀窗口，去除窗口SiO2氧化层，然后用KOH腐蚀液做定向腐蚀，对于
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10~10Pa量程的传感器，腐蚀深度在20微米到80微米，方形阱腐蚀完成后去除表面全部氧化层，得到表面有方形腐蚀阱的单晶硅基片；
3）选择表面不平整度小于0.5纳米（100）晶向的P型单晶硅片，去除有机污染和金属离子污染后，氧化0.5微米厚度的SiO2氧化层，将该氧化后的P型单晶硅片与前述已经形成方形阱且去除表面全部氧化层的单晶硅基片作亲水处理，在氧气氛下将两个作过亲水处理的硅片抛光面相对，即将一片生长SiO2的抛光面与另一片带方形腐蚀阱的表面相对，使o
其在氧气氛下吸合后推入石英管，再在1180C的H2/O2合成水气氛下高温键合2小时，形成结合牢固的键合对；
4）对上述结合牢固的键合对的无腐蚀坑侧硅片进行减薄与抛光后，成为压力传感器的形变片；
5）将减薄抛光后的键合对热氧化，在抛光表面生长0.5微米厚SiO2层，光刻保护传感器形变片上凸型梁的凸出区域，开出腐蚀窗口，腐蚀凸型梁两边的硅达到需要厚度，形成凸型梁结构，凸型梁的宽度和腐蚀深度根据形变片的面积、厚度，用材料力学板壳理论应力计算，凸型梁的宽度为方形腐蚀阱边长的35%~40%，腐蚀深度即凸出高度为未腐蚀时形变片厚度的50%~60%；在SiO2腐蚀液中剥离表面SiO2层，光刻出沿凸型梁宽度方向排列的压敏电阻桥窗口，以光刻胶作屏蔽，用离子注入掺杂制备阻值为5~10KΩ的压敏电阻，压敏电阻必须满足R1=R2=R3=R4 且同方向排列， R2，R3尽量对称靠近凸型梁的X方向上的中线，R1与R4相对于凸型梁的X方向上的中线对称，离方形阱边缘的距离为0.05的方形阱边长，将R1，R2；R3和R4互联，即将R1，R2；R3, R4分别串联，再并联成电阻桥，在R1和R3的相接端与电源的正极连接，R2和R4的相接端与电源的负极连接，从R1与R2的相接端和R3与R4的相接端测到传感器的压敏信号输出，互联线光刻腐蚀后需要作合金化处理，使互联线与压敏电阻形成良好的接触。
3.如权利要求2所述的一种高过载、可恢复压力传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中使步骤1）所述的单晶硅基片表面生长0.5微米的SiO2腐蚀保护层的方法为：将o
其表面在1000C条件下用干氧氧化20分钟，接着用氢氧合成水汽氧化2小时，再干氧氧化
30分钟。
4.如权利要求2所述的一种高过载、可恢复压力传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中去除窗口SiO2氧化层的方法为：在氢氟酸：乙二胺：水＝ 1：1：3 （体积比）的腐蚀液去除窗口SiO2氧化层。
5.如权利要求2所述的一种高过载、可恢复压力传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中用KOH腐蚀液做定向腐蚀，KOH腐蚀液的质量百分浓度为0.2～0.5%，腐蚀时的o o
温度在50C~65C。
6.如权利要求2所述的一种高过载、可恢复压力传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中方形阱腐蚀完成后去除表面全部氧化层是指用SiO2腐蚀液去除表面全部氧化层。
7.如权利要求2所述的一种高过载、可恢复压力传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中在P型单晶硅片表面氧化0.5微米厚度的SiO2氧化层的方法为：将其表面在o
1000C条件下用干氧氧化20分钟，接着用氢氧合成水汽氧化2小时，再干氧氧化30分钟。
8.如权利要求2所述的一种高过载、可恢复压力传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中将该氧化后的P型单晶硅片与前述已经形成方形阱且去除表面全部氧化层的单晶硅基片作亲水处理的方法为：在硫酸：双氧水＝8：1 （体积比）溶液中煮沸20分做表面亲水处理。
9.如权利要求2所述的一种高过载、可恢复压力传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤4）中对步骤3）中形成的结合牢固的键合对的无腐蚀坑侧硅片进行减薄与抛光的方法为：选用机械减薄机粗减，用抛光法精减，粗减后的键合的单晶硅表面层的最终厚度比量程要求厚度厚100微米，然后用无蜡抛光技术抛光，达到要求厚度和镜面光洁度。
10.如权利要求2所述的一种高过载、可恢复压力传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤5）中对压敏电阻的互联线的制备方法为：需要先蒸发或溅射沉积1.1~1.3微米厚铝膜，设计光刻互联线版图，注意让电源和信号输出压点离开方形阱边缘100微米；所述步骤
5）中合金化处理的条件为：将键合对置于N275%（体积分数）+H225%（体积分数）的混合气o
氛中对压敏电阻的互联线做420C, 30分合金热处理。
一种高过载、可恢复压力传感器及制造方法
技术领域
背景技术
发明内容
于1´10~1´10Pa量程的传感器，腐蚀深度在20微米到80微米，方形阱腐蚀完成后去除表面全部氧化层，得到表面有方形腐蚀阱的单晶硅基片；
将其表面在1000C条件下用干氧氧化20分钟，接着用氢氧合成水汽氧化2小时，再干氧氧化30分钟。
调节形变凸型梁的厚度与宽度即可。负压传感器的量程适合在0－-10Pa范围，高过载特性对正压适用，高精度、高线性、高灵敏度特性对正负压都有效；
具体实施方式
蚀液的质量百分浓度为0.2～0.5%，腐蚀时的温度在50C~65C，方形阱的腐蚀深度由传感器的量程、需要的过载倍数和阱的面积等根据板壳理论对硅形变的力学计算得到（Higdon Ohlsen著，易钟煌、周崇芝译，材料力学，高等教育出版社，1985），最后由实验验证确定，实验结果指出，阱的腐蚀深度为硅形变膜的初始厚度（图1中凸型梁的厚度）相当，对应于正压
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1´10~1´10Pa量程的传感器，深度在20微米到80微米，方形阱腐蚀完成后用SiO2腐蚀液去除表面全部氧化层，得到表面有方形腐蚀阱的硅片。
为了使电阻与引线的等平面，减小热应力，在前述SiO2腐蚀液中剥离表面SiO2层，光刻出沿梁宽度方向排列的压敏电阻桥窗口，以光刻胶作屏蔽，用离子注入掺杂制备需要阻值的压敏电阻（在5K~10K欧姆）。压敏电阻必须满足R1=R2=R3=R4 且同方向排列， R2，R3尽量对称靠近形变膜的中线，R1与R4对称地距离方形阱边缘0.05a (a为方形腐蚀阱的边长)，这样能使R2与R3的纵横向应力近似相等，传感器的线性度主要由R1和R4决定，降低了压敏电阻的设计难度。将R1，R2；R3, R4分别串联，再并联成电阻桥（如图3所示），在R1和R2的相接端与电源的正极（V+）连接，R3和R4的相接端与电源的负极（V-）连接，则可以从R1与R2的相接端和R3与R4的相接端测到传感器的压敏信号输出（Vout），因为形变片的厚度大大小于方形形变片的长度，可作二维简化处理，用板壳理论的伽辽金法（S. 铁摩辛柯，S. 沃诺斯基著，板桥理论翻译组译，板桥理论，科学出版社，1977）计算后，结合硅压敏电阻的计算（鲍敏杭，吴宪平，集成传感器，第三章集成压力传感器，国防工业出版社，1987）, 可以得到该传感器的输出信号大小为：
0-10Pa
气压强）输出电压的温飘在400ppm/C, 控制压敏电阻的温度系数和改进封装结构，可进一步降低温飘。
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