[发明专利]一种微机械谐振式压力传感器及制造方法

说明书

本发明公开了一种微机械谐振式压力传感器及制造方法。所述微机械谐振式压力传感器包括感压膜、支撑梁和谐振梁；所述谐振梁置于感压膜上方，支撑梁根部形成有激励电阻和检查电阻；所述支撑梁形成于谐振梁上方，每个支撑梁根部制作检测电阻用于检测支撑梁根部应变；所述感压膜由经过各向异性腐蚀液腐蚀SOI硅片背面形成；本发明采用梁‑膜一体化结构，改善传感器压力与谐振频率的线性变化，提高传感器的压力灵敏度和线性度；本发明采用双谐振梁差分结构，两个谐振梁具有相同的固有频率，利用差频输出来表征传感器的压力特性，消除了由于温度等环境因素引起的工作梁谐振频率的变化，从而提高了传感器的测量精度和稳定性。

技术领域

本发明涉及一种微机械谐振式压力传感器，适用于微电子机械系统(MEMS)领域。

背景技术

基于MEMS技术的硅微机械谐振压力传感器是目前市场上最精确的压力传感器之一，具有体积小、重量轻、功耗低、结构紧凑、易于集成化和利于批量生产等众多优点。在航空航天、工业过程控制和其它精密测量场合十分适用，并在军事和民用领域有着十分广泛的应用和巨大的市场。

然而现有的微机械谐振式压力传感器存在着等问题。高温、高辐射、高湿等条件下，传感器容易发生电荷漂移而导致性能不稳定，导致精确度下降。在以上恶劣的环境中，传感器的关键结构的材料发生特性失配，如谐振梁机械强度变化，也会导致传感器性能下降。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明的实施案例提供一种微机械谐振式压力传感器，可以消除由于温度等环境因素引起的工作梁谐振频率的变化，提高了传感器的测量精度和稳定性。

为实现上述压力传感目的，本发明提供以下技术方案：一种微机械谐振式压力传感器，它包括硅片、绝缘层、谐振梁、支撑梁、压感膜、腔室、电阻和焊盘。谐振梁置于感压膜上方，谐振梁根部有激励电阻和检查电阻；检测电阻用于检测谐振梁根部应变；谐振梁、感压膜是由一块(100)面SOI硅片在腐蚀液中经过各向异性腐蚀后得到。

所述传感器具有双梁差分式结构，两根梁对称且具有相同固有频率。

所述压感膜悬置于两个硅岛之间，感压膜与支撑梁相连接。

所述谐振梁由氮化硅薄膜、支撑梁和硅层组成。

一种微机械谐振式压力传感器的制造方法方法，包括如下步骤：

步骤S1：原始硅片是(100)面双面抛光SOI硅片，在硅片正反两面制作绝缘层；

步骤S2：光刻背腐蚀窗口，去除背腐蚀窗口内的绝缘层，并利用各向异性腐蚀工艺去除背腐蚀窗口内的硅形成深坑；

步骤S3：去除背面的绝缘层，SOI硅片背面与另一块(100)面双面抛光硅片键合，键合后的硅片背面制作绝缘层保护；

步骤S4：正面绝缘层上沉积多晶硅，掺杂、光刻制作电阻。溅射、光刻制作引线和焊盘；

步骤S5：正面沉积氮化硅掩蔽层，光刻谐振梁和支撑梁图形，去除图形外的氮化硅掩蔽层和绝缘层；

步骤S6：正面刻蚀谐振梁和支撑梁图形外的硅衬底直至埋氧化层。光刻焊盘，去除焊盘上的氮化硅掩蔽层；

步骤S7：氢氟酸腐蚀埋氧化层，释放谐振梁、支撑梁和压感膜。

上述的制备方法中，硅片的采用电阻率小于0.5Ω·cm。

上述的制备方法中，硅片正面硼扩散是在980℃，氮气坏境，扩散时间为50分钟。

上述的制备方法中，腐蚀液为氢氧化钾溶液。

上述的制备方法中，背腐蚀坑的深度至少达到150微米。

有益效果：与现有传感器相比，本发明具有以下优点：