[发明专利]一种十字岛耐高温耐腐蚀压力传感器芯片及制备方法

说明书

一种十字岛耐高温耐腐蚀压力传感器芯片及制备方法，传感器芯片包括基底中部的薄膜，薄膜下表面加工有一个十字型质量块，薄膜上表面的边缘中心或在十字型质量块尾部所对应的薄膜上表面布置四个压敏浮雕电阻条，四个压敏浮雕电阻条通过五个P型重掺杂硅浮雕块依次连接成半开环惠斯顿电桥；制备方法是对SOI硅片掺杂掩蔽刻蚀压敏浮雕电阻条和P型重掺杂硅浮雕块，制作点电极，将硅片与玻璃正面键合，然后制作传感器背腔的十字型质量块；本发明传感器芯片具有耐300℃高温、耐腐蚀、高线性度、高灵敏度、高动态等特点，且便于加工、成本低。

技术领域

本发明涉及MEMS压阻式微压传感器技术领域，具体涉及一种十字岛耐高温耐腐蚀压力传感器芯片及制备方法。

背景技术

微机械电子系统(Microelectromechanical systems，简写为MEMS)技术具有尺寸小、重量轻、功耗低、可靠性高及性能优良等特点。其中，微型压力传感器是在MEMS器件中开发最成熟的一类，并广泛广泛应用于石油化工、航空航天、能源电力、交通运输、冶金、机械制造、医疗卫生等行业。基于MEMS技术研制微型压力传感器已成为引人瞩目的发展方向。

微型压力传感器种类繁多，主要有电容式，谐振式及压阻式。电容式压力传感器容易受到信号干扰，必须集成特殊的信号处理电路，同时电容易受到污染导致电容极板间短路，因此电容式压力传感器的制作难度大，整体尺寸大，应用环境苛刻。谐振式压力传感器工作于闭环模式，具有较高的测量精度，稳定性和分辨力，但是谐振式传感器制作加工难度较高，并且对作为敏感器件的谐振子的材料品质要求严格，使得加工成本较高及生产周期较长。然而，压阻式压力传感器具有小尺寸、良好的输入输出线性关系、工艺简单成熟等优点，已经被广泛应用于汽车，移动电话及医疗器械等领域。

压阻式压力传感器利用半导体材料的压阻效应制成。当压阻式压力传感器的弹性膜片受到压力作用时，压力传感器内部弹性场发生变化，掺杂硅电阻受到应力作用，掺杂电阻的电阻率将会发生变化，然后利用测量电路将测量压力转化为成一定关系的电压输出。

高精度的压力传感器需要较高的灵敏度和较好的线性度。芯片膜厚减小可以提高传感器的灵敏度，但是膜挠度增大会导致压力传感器的线性度急剧变差。目前，市场上高精度的小量程传感器较少。因此，解决灵敏度和线性度之间的矛盾是保障高精度微压压力传感器进行可靠、精确测量而亟待突破的关键技术难点。

目前，传感器多采用充油封装，但是充油封装工作温度不能高于200℃，且波纹片不耐腐蚀，而且有一定的滞迟。因此，目前市场上缺乏200℃以上的耐腐蚀性传感器研究。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种十字岛耐高温耐腐蚀压力传感器芯片及制备方法，能够对几十kPa级到几百kPa级小量程压力进行测量，耐300℃高温，可应用于300℃腐蚀性的测量环境，具有高灵敏度、线性度好、精度高、动态性能好等优点，并且制作方法简单，易于批量生产。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种十字岛耐高温耐腐蚀压力传感器芯片，包括基底1中部设有的薄膜2，在基底1背面刻蚀腔体内薄膜2下表面中心附着有十字型质量块3，呈轴对称分布；在薄膜2上表面的边缘中心或在十字型质量块3尾部所对应的薄膜2上表面布置四个压敏浮雕电阻条4-1、4-2、4-3、4-4，压敏浮雕电阻条4-1、4-2、4-3、4-4的有效长度方向沿着压阻系数最大的晶向；四个压敏浮雕电阻条4-1、4-2、4-3、4-4通过五个P型重掺杂硅浮雕块5-1、5-2、5-3、5-4、5-5依次连接成半开环惠斯顿电桥，相邻的P型重掺杂硅浮雕块5-1、5-2、5-3、5-4、5-5间隔10um宽的细缝；P型重掺杂硅浮雕块5-1、5-2、5-3、5-4、5-5上表面布置有点电极6-1、6-2、6-3、6-4、6-5；压敏浮雕电阻条4-1、4-2、4-3、4-4、P型重掺杂硅浮雕块5-1、5-2、5-3、5-4、5-5和点电极6-1、6-2、6-3、6-4、6-5构成传感器芯片的敏感电路部分。