[发明专利]一种MEMS压阻式压力传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种MEMS压阻式压力传感器及其制备方法，在敏感薄膜的上表面和下表面分别制备两个压敏电阻，且在敏感薄膜厚度方向上两组压敏电阻完全重合，并且同一表面的两个压敏电阻分别正对敏感薄膜一组相对边缘的中心位置；敏感薄膜下表面的两个压敏电阻的两端分别通过金属引线与结构上表面的电极层电连接，金属引线上设有绝缘层；四个压敏电阻之间采用惠斯通电桥方式连接。本发明中两组压敏电阻沿敏感薄膜厚度方向垂直分布，且两组压敏电阻在水平方向上均沿同一方向排布，结构具有高度的对称性，解决了压阻排布的不对称性导致传感器输出精度降低的问题。

技术领域

本发明涉及一种MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem，微机电系统)压阻式压力传感器及其制备方法。

背景技术

压力传感器可以将压力信号转化为电信号从而便于测量，它在工业控制、航空航天、汽车电子等领域应用广泛。基于MEMS技术制造的压力传感器具有体积小、精度高、易集成等优点。MEMS压力传感器包括压阻式压力传感器、电容式压力传感器和压电式压力传感器等，其中压阻式压力传感器具有良好的线性度和可靠性，因此成为了最为常见的一种压力传感器。典型的压阻式压力传感器是在敏感薄膜边缘通过扩散或离子注入的方式制作四个压敏电阻，四个压敏电阻经过合理的排布和互联构成惠斯通电桥。当有外力作用使薄膜发生形变时，压敏电阻的阻值在应力作用下发生改变，经过惠斯通电桥转化为相应的电信号输出。

目前，传统的MEMS压阻式压力传感器的四个压敏电阻通常位于敏感薄膜的同一平面内，同时为了实现灵敏度最大化，压敏电阻通常位于敏感薄膜边界的中心位置。在通过扩散或离子注入制备压敏电阻的过程中，压敏电阻往往是沿相同的晶向注入，同时形成四个形状相同的矩形电阻条，这就导致有一对电阻条是沿着平行于薄膜边界的方向排布，而另一对电阻条则是沿着垂直于薄膜边界排布，从而压敏电阻的排布相对于薄膜边界呈现不对称的特点。这种不对称性容易导致各个压敏电阻性质(如阻值、温漂系数)存在差异，从而影响到传感器的输出精度。此外，由于压敏电阻排列的不对称性，在环境压力作用下，导致相邻压阻的阻值变化分别由横向压阻系数和纵向压阻系数主导；另一方面，横向与纵向压阻系数在实际中很难一致，这造成了惠斯通电桥相邻压阻的阻值变化产生差异，因此，也会影响传感器的输出精度。再者，压敏电阻排布的不对称性也易导致电极引线布线的不对称，从而影响敏感薄膜的应力分布与压敏电阻阻值及其变化量，进一步恶化传感器的输出精度。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种MEMS压阻式压力传感器及其制备方法，解决压阻排布的不对称性导致传感器输出精度降低的问题。

技术方案：一种MEMS压阻式压力传感器，包括第一衬底，第一衬底下方设有第二衬底，所述第二衬底上表面中央设有空腔，所述空腔上方正对的所述第一衬底部分形成敏感薄膜；在所述第一衬底下表面设置两个第一压敏电阻，两个第一压敏电阻分别正对所述空腔的一组相对边缘的中心位置；在所述第一衬底的上表面设置两个第二压敏电阻，在沿所述敏感薄膜厚度方向上，两个第二压敏电阻分别同下表面的两个第一压敏电阻完全重合；所述第一衬底上表面设有电极层，两个第二压敏电阻的两端分别与对应的电极层电连接，两个第一压敏电阻的两端分别通过金属引线与对应的电极层电连接，所述金属引线上设有绝缘层；位于所述第一衬底上表面和下表面的四个压敏电阻之间采用惠斯通电桥方式连接。

进一步的，所述金属引线由位于所述第一衬底下方的引线层以及垂直穿过所述第一衬底的金属填充层连接构成。

进一步的，所述第一衬底的上表面还覆盖有一层绝缘层。

进一步的，所述引线层与第一衬底下表面之间的绝缘层的厚度和材料均与所述第一衬底上表面的绝缘层相同。

MEMS压阻式压力传感器制备方法，包括：

步骤1：选用N型硅片作为第一衬底；

步骤2：在第一衬底上表面左右两侧刻蚀形成对称的两组盲孔；