技术领域
[0001] 本公开的实施例属于微电子机械系统(MEMS)技术领域，具体涉及一种压力传感器及其制备方法。
相关背景技术
[0002] MEMS(Micro‑Electro‑Mechanical System)压力传感器由于微型化、高灵敏度和易集成等优点在汽车电子、医疗电子和航天航空等领域具有广泛应用。
[0003] 相关技术中，MEMS压力传感器采用整片膜的结构，整片膜在收到外界压力时，膜片产生形变，膜片的四边均受到一定的应力，设置在膜片边缘的压敏电阻受到的集中应力较小，当膜片产生较小形变时，压敏电阻可能感应不到膜片边缘的应力，从而影响压力传感器的灵敏度。
具体实施方式
[0036] 为使本领域技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细描述。
[0037] 如图1至图3所示，本公开提出了一种压力传感器100，压力传感器100包括硅应变膜片10，硅应变膜片10自上而下依次形成有十字梁11、应变膜12和背腔13，十字梁11将硅应变膜片10分割出四个对称布置的镂空部14，镂空部14呈花瓣状，十字梁11的四个端部分别设有压敏电阻15，压敏电阻15之间形成惠斯通电桥，十字梁11上设有凹槽。
[0038] 本公开实施例的压力传感器100，压力传感器100包括硅应变膜片10，硅应变膜片10自上而下依次形成有十字梁11、应变膜12和背腔13，十字梁11硅应变膜片10分割为四个镂空部14，十字梁11的四个端部分别设置有压敏电阻15，且十字梁11上设有凹槽，通过凹槽的设置可以增大十字梁11受到外界压力时的变形挠度，从而增大十字梁11的四个端部处的集中应力，即增大压敏电阻15的集中应力，进而提高压力传感器100的灵敏度。此外，镂空部
14具体为花瓣状，花瓣状的镂空部14可以增大其下方的应变膜12露出的面积，应变膜12与外界压力接触面积越大，应变膜12的变形挠度越大，应变膜12上方的十字梁11的变形挠度越大，进一步增大压敏电阻15的集中应力，提高压力传感器100的灵敏度。
[0039] 本实施例中的硅应变膜片10的十字梁11的边缘与固定部连接，固定部与十字梁11的厚度相同，固定部的形状为环形，十字梁11的四个端部分别连接于固定部的内环，十字梁11与固定部共同形成四个关于十字梁11的中心对称的镂空部14。压敏电阻15设置在十字梁
11的端部且靠近固定部，当十字梁11受到压力而产生变形使，十字梁11的端部受到较大的集中应力，即压敏电阻15受到较大的集中应力。
[0040] 每一镂空部14的结构为多边形的凹槽，多边形包括两个直角边和弧形边，其中，两个直角边由十字梁11相邻的两个梁臂形成，弧形边由固定部形成。具体地，弧形边由十字梁11朝向固定部呈凸起状，相邻两个镂空部14的弧形边使固定部形成凸起，凸起与对应的十字梁11的端部连接，即固定部的内环形成有四个凸起，每一凸起与对应的十字梁11的端部连接。当应变膜12与十字梁11受到外界压力时，应变膜12与十字梁11一同产生形变，十字梁
11的端部受到较大的集中应力，而与端部连接的固定部为凸起，凸起的结构进一步提高了十字梁11端部的应力，进而提高压力传感器100的灵敏度。
[0041] 在本公开的一些实施例中，十字梁11每一端部设有重掺接触区16和金属引线17，十字梁11每一端部的压敏电阻15与重掺接触区16串联，金属引线17与重掺接触区16连接，各压敏电阻15之间形成惠斯通电桥。具体地，金属引线17由十字梁11的端部引入固定部，金属引线17在固定部内沿着镂空部14的边缘布置，并且相邻两个端部分别引出的金属引线17之间设有金属焊块18，压敏电阻15通过金属焊块18将电阻值输出。
[0042] 在本公开的一些实施例中，应变膜12朝向背腔13的一侧设有十字质量块19，十字质量块19由应变膜12朝向背腔13呈凸起状，且十字质量块19位于背腔13内，十字质量块19与十字梁11对应布置。十字质量块19与十字梁11均可以增大横纵向应力差值，提高压力传感器100的应力集中效果，同时，十字质量块19与十字梁11共同增大压力传感器100的刚度，提高压力传感器100的固有频率，提高压力传感器100的线性度。
[0043] 在本公开的一些实施例中，凹槽包括第一凹槽111，其中，第一凹槽111设于十字梁11的中心。通过在十字梁11的中西设置第一凹槽111，可以增大十字梁11受到外界压力时的变形挠度，从而提高压力传感器100的灵敏度。
[0044] 进一步地，第一凹槽111为圆形凹槽、矩形凹槽或其他关于十字梁11中心对称的凹槽。关于十字梁11对称的第一凹槽111可以使十字梁11的每一梁臂受力均匀，进而保证每一压敏电阻15受力均匀，提高压力传感器100的精确度。
[0045] 在本公开的一些实施例中，凹槽还包括第二凹槽112，第二凹槽112设置在十字梁11的梁臂上，第二凹槽112可以进一步地增大十字梁11受到外界压力时的变形挠度，进一步提高压力传感器100的灵敏度。
[0046] 具体地，第二凹槽112的数量为四组，四组第二凹槽112分别设于十字梁11的四个梁臂，以保证每一梁臂的变形挠度相同，提高压力传感器100的精确度。
[0047] 进一步地，每一组第二凹槽112均靠近第一凹槽111设置，即每一第二凹槽112远离对应的十字梁11的端部，在提高十字梁11的变形挠度的基础上，可以保证十字梁11端部的刚度。
[0048] 具体地，第二凹槽112为矩形凹槽、圆形凹槽或三角形凹槽。当第二凹槽112为矩形凹槽时，矩形凹槽的长度方向沿着与其对应的梁臂的长度布置；当第二凹槽112为圆形凹槽时，圆形凹槽关于梁臂的宽度中心对称布置，以保证梁臂的两侧受力均匀；当第二凹槽112为三角形凹槽时，沿着梁臂的长度方向布置的相邻两个三角形凹槽的顶角朝向相反的方向。每一组第二凹槽112可以是一个、两个、三个、四个、五个、六个或者更多个，本实施例对每一组第二凹槽112的数量不做具体限制。
[0049] 在本公开的一些实施例中，硅应变膜片10上还设有热敏电阻30，热敏电阻30设于硅应变膜片10的正面、侧面或背面，热敏电阻30用于感应环境温度，并根据环境温度不同而变化阻值，以为用户提供温度参考。
[0050] 在本公开的一些实施例中，压力传感器100还包括玻璃基底，玻璃基底设于硅应变膜片10形成有背腔13的一侧，玻璃底座与硅应变膜片10通过键合连接。
[0051] 如图4(a)～图4(i)所示，本公开的第二方面提出了一种压力传感器100的制备方法，压力传感器100的制备方法用于制备上述任一实施例的压力传感器100。
[0052] 压力传感器100的制备方法包括以下步骤：
[0053] S10：在硅衬底101上生长氧化层；
[0054] 如图4(a)所示，硅衬底1011为N型硅衬底101，其厚度为300um～600um。采用热氧化生长的方式在硅衬底101的表面生长形成氧化硅层102。其中，氧化硅层102的厚度为200～500nm。
[0055] S20：在硅衬底101的正面进行光刻图形化工艺，形成压敏电阻15；
[0056] 如图4(b)所示，在硅衬底101的正面进行光刻图形化工艺，直接将光刻胶200作为掩膜材料进行硼离子注入，退火形成压敏电阻15。
[0057] S30：在硅衬底101的正面光刻形成重掺杂接触区；
[0058] 如图4(c)所示，在硅片正面区域光刻重掺接触区16图案，进行离子注入，退火得到重掺杂接触区。
[0059] S40：采用化学气相沉淀工艺在硅衬底101上形成接触孔103；
[0060] 如图4(d)所示，在硅衬底101的正面通过等离子体增强化学气相沉积工艺(PECVD，plasma enhanced chemical vapor deposition)沉积500nm厚的二氧化硅保护层，然后进行光刻图形化工艺，在常温下使用缓冲氧化物刻蚀液(BOE，Buffered Oxide Etch)腐蚀二氧化硅层102形成接触孔103。腐蚀完成后再用离子束刻蚀工艺(IBE，Ion Beam Milling)低速刻蚀，确保接触孔103内的杂质被清除干净。
[0061] S50：采用溅射和光刻工艺在接触孔103内制备金属引线17，并在硅衬底101上制备露出氧化层的金属焊块18；
[0062] 如图4(e)所示，在硅衬底101的正面通过磁控溅射(PVD)沉积1μm厚的Al金属层，然后进行光刻图形化工艺，使用Al腐蚀液腐蚀金属层形成引线。
[0063] S60：在硅衬底101的正面制备热敏电阻30；
[0064] 如图4(f)所示，在硅衬底101的正面制备热敏电阻30。
[0065] S70：在硅衬底101上刻蚀十字梁11及其凹槽；
[0066] 如图4(g)所示，在硅衬底101的正面进行光刻图形化工艺定义刻蚀窗口，先在常温下使用7:1的BOE溶液腐蚀二氧化硅层102。腐蚀完成后进行ICP深硅刻蚀十字梁11，形成瓣状膜，并在十字梁11上刻蚀第一凹槽111和第二凹槽112，刻蚀完成后取片去胶清洗。
[0067] S80：在硅衬底101的背面刻蚀出背腔13和十字质量块19；
[0068] 如图4(h)所示，在硅片背面进行光刻图形化定义刻蚀窗口，然后进行ICP深硅刻蚀形成背腔13和十字质量块19，背腔13与十字梁11之间形成应变膜12。
[0069] S90：将硅衬底101的背面与玻璃衬底进行键合。
[0070] 如图4(i)所示，将硅片背面与BF33玻璃衬底进行阳极键合，玻璃衬底上形成有通孔201，通孔201位置正对硅片背腔13中央，键合完成后划片，完成压力传感器100的制备。
[0071] 根据本公开的实施例的压力传感器的制备方法，制备得到的压力传感器100包括硅应变膜片10，硅应变膜片10自上而下依次形成有十字梁11、应变膜12和背腔13，十字梁11硅应变膜片10分割为四个镂空部14，十字梁11的四个端部分别设置有压敏电阻15，且十字梁11上设有凹槽，通过凹槽的设置可以增大十字梁11受到外界压力时的变形挠度，从而增大十字梁11的四个端部处的集中应力，即增大压敏电阻15的集中应力，进而提高压力传感器100的灵敏度。此外，镂空部14具体为花瓣状，花瓣状的镂空部14可以增大其下方的应变膜12露出的面积，应变膜12与外界压力接触面积越大，应变膜12的变形挠度越大，应变膜12上方的十字梁11的变形挠度越大，进一步增大压敏电阻15的集中应力，提高压力传感器100的灵敏度。
[0072] 本实施例制备的压力传感器为MEMS压力传感器。
[0073] 可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。
