1.本发明涉及mems传感器技术领域，具体为一种高灵敏度低非线性压力传感器及制备方法。
背景技术：2.压力传感器是具有感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成电信号的器件或装置，压力传感器通常由压力敏感元件和信号处理单元组成。按不同的测试压力类型，压力传感器可分为表压传感器、差压传感器和绝压传感器。
3.压力传感器广泛应用于航空航天、汽车电子、工业控制等领域，根据原理可以分为应变式、电容式、压阻式和谐振式。基于mems(微机械系统)的压阻压力传感器具有精度高、成本低、稳定性好的特点。随着传感器市场的不断扩大，传感器应用场景的不断增多，传感器的使用环境变得越来越严苛，对于高灵敏度低非线性的压力传感器一直受本行业从业者及终端用户的青睐。
4.压阻压力传感器利用单晶硅材料(压阻材料)的压阻效应来实现所受压力与输出电压的转换。通过在压力传感器敏感膜四周应力最大处布置四组由单晶硅材料形成的大小相等、阻值相同的压敏电阻条，并通过导带与电极连接，使四组压敏电阻条形成惠斯通电桥，并以恒流源或恒压源对电桥进行激励。当压力传感器受到压力的作用后，敏感膜产生应力，电阻条的电阻率发生变化，通过惠斯通电桥就可测得该压力下的输出电压。当电阻条所受的压力越大，敏感膜产生的应力就越大，相应的压力传感器输出的电压越大，即灵敏度越大，但是灵敏度越大的同时伴随着变形越大，当变形越大时，传感器的非线性就越大，非线性的增大会严重影响传感器的性能，所以，要使传感器有高性能，就要使传感器灵敏度增大的同时减小非线性。
5.现有压力传感器的缺点：1、传感器的敏感膜一般是平面膜，采用此种膜结构的传感器，提高其灵敏度和降低其非线性是一对矛盾；2、采用平面膜结构的传感器随着环境压力的不断增大，非线性变化较大；3、对于e型杯的传感器结构，此种新结构相较于前者，具有较小的集中应力。
技术实现要素：6.(一)解决的技术问题
7.针对现有技术的不足，本发明提供了一种高灵敏度低非线性压力传感器及制备方法，具备在保证压阻压力传感器灵敏度的同时，最大限度降低其非线性，解决了提升压力传感器灵敏度与降低压力传感器非线性相互矛盾的问题。
8.(二)技术方案
9.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高灵敏度低非线性压力传感器，包括由下至上依次排列的衬底硅层、二氧化硅绝缘层、器件层和氮化硅钝化层，所述器件层上设有四组压敏电阻，并分别设置在应力杯四边的中点正上方位置，所述器件层上设有导
带，四组所述压敏电阻通过所述导带与电极连接形成惠斯通电桥，四组所述压敏电阻及所述导带周围沉积有所述二氧化硅。
10.优选的，所述敏感膜上有若干个凸台组成的一个倒金字塔结构的台体。
11.一种高灵敏度低非线性压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
12.步骤1：准备soi片，soi片由衬底硅层、二氧化硅绝缘层和器件层构成；
13.步骤2：对soi片器件层进行离子注入，通过刻蚀形成压敏电阻条；
14.步骤3：对soi片进行清洗，并对其进行高温退火，退火温度在700-800℃；
15.步骤4：通过蒸镀或溅射工艺形成连接导带；
16.步骤5：通过lpcvd工艺在压敏电阻条及连接导带周围形成一个二氧化硅绝缘层；
17.步骤6：刻蚀掉沉积在压敏电阻条及连接导带上的二氧化硅绝缘层；
18.步骤7：为提高压力传感器的抗腐蚀能力，在压敏电阻条上方形成100nm-1000nm厚的氮化硅钝化层；
19.步骤8：在器件层的相反面，利用5-12个正方形掩膜板，刻蚀出5-12个正方形凸台，最终形成一个倒金字塔型的台体结构；
20.步骤9：去除表面中心的掩膜板，对该表面继续进行刻蚀，最终形成应力杯、中心部位带有一倒金字塔台体结构的压力传感器敏感膜；
21.步骤10：通过光刻在钝化层形成电极连接孔；
22.步骤11：通过磁控溅射在电极连接孔内部形成金属层，最终形成电极。
23.优选的，所述第一层正方形掩膜板宽：600-800um，从第二层开始递减，减幅50-100um。
24.优选的，所述衬底硅层厚200-300um，所述二氧化硅绝缘层厚3-5um，器件层厚0.5-2um。
25.优选的，所述压敏电阻条长*宽*高：100um*10um*0.5-2um，所述二氧化硅绝缘层厚0.5-2um。
26.优选的，所述倒金字塔型的凸台结构的高为3-5um。
27.(三)有益效果
28.与现有技术相比，本发明提供了一种高灵敏度低非线性压力传感器及制备方法，具备以下有益效果：
29.在敏感膜中心由若干个凸台组成的一个倒金字塔结构的台体，此种压力传感器解决了提高灵敏度和降低非线性这一对矛盾，此种结构相对e型杯结构，降低了应力集中现象，使用新结构后的压力传感器与传统结构压力传感器相比，同样的应力情况下，变形减少20％-30％。
附图说明
30.图1为本发明中压力传感器的截面图；
31.图2为本发明中凸台局部放大图；
32.图3为本发明的去除氮化硅层机构图；
33.图4为本发明的压力传感器背面图；
34.图5为本发明的刻蚀步骤图。
35.图中：1、衬底硅层；2、二氧化硅绝缘层；3、器件层；4、氮化硅钝化层；5、压敏电阻；6、应力杯；7、台体；8、凸台；9、敏感膜；10、导带；11、电极。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.实施例一
38.一种高灵敏度低非线性压力传感器，包括由下至上依次排列的衬底硅层1、二氧化硅绝缘层2、器件层3和氮化硅钝化层4，器件层3上设有四组压敏电阻5，并分别设置在应力杯6四边的中点正上方位置，器件层3上设有导带10，四组压敏电阻5通过导带10与电极11连接形成惠斯通电桥，四组压敏电阻5及导带10周围沉积有二氧化硅。
39.本实施例中，具体的，敏感膜9由若干个凸台8组成的一个倒金字塔结构的台体7。
40.本实施例中还提供如下制备方法：
41.步骤1：准备soi片，soi片由衬底硅层、二氧化硅绝缘层和器件层构成；
42.步骤2：对soi片器件层进行离子注入，通过刻蚀形成压敏电阻条；
43.步骤3：对soi片进行清洗，并对其进行高温退火，退火温度在700-800℃；
44.步骤4：通过蒸镀或溅射工艺形成连接导带；
45.步骤5：通过lpcvd工艺在压敏电阻条及连接导带周围形成一个二氧化硅绝缘层；
46.步骤6：刻蚀掉沉积在压敏电阻条及连接导带上的二氧化硅绝缘层；
47.步骤7：为提高压力传感器的抗腐蚀能力，在压敏电阻条上方形成100nm-1000nm厚的氮化硅钝化层；
48.步骤8：在器件层的相反面，利用5-12个正方形掩膜板，刻蚀出5-12个正方形凸台，最终形成一个倒金字塔型的台体结构；
49.步骤9：去除表面中心的掩膜板，对该表面继续进行刻蚀，最终形成应力杯、中心部位带有一倒金字塔台体结构的压力传感器敏感膜；
50.步骤10：通过光刻在钝化层形成电极连接孔；
51.步骤11：通过磁控溅射在电极连接孔内部形成金属层，最终形成电极。
52.本实施例中，具体的，第一层正方形掩膜板宽：600-800um，从第二层开始递减，减幅50-100um。
53.本实施例中，具体的，衬底硅层厚200-300um，二氧化硅绝缘层厚3-5um，器件层厚0.5-2um。
54.本实施例中，具体的，压敏电阻条长*宽*高：100um*10um*0.5-2um，二氧化硅绝缘层厚0.5-2um。
55.本实施例中，具体的，倒金字塔型的凸台结构的高为3-5um。
56.使用新结构后的压力传感器与传统结构压力传感器相比，同样的应力情况下，变形减少20％-30％。
57.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以
理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
技术特征：1.一种高灵敏度低非线性压力传感器，其特征在于：包括由下至上依次排列的衬底硅层(1)、二氧化硅绝缘层(2)、器件层(3)和氮化硅钝化层(4)，所述器件层(3)上设有四组压敏电阻(5)，并分别设置在应力杯(6)四边的中点正上方位置，所述器件层(3)上设有导带(10)，四组所述压敏电阻(5)通过所述导带(10)与电极(11)连接形成惠斯通电桥，四组所述压敏电阻(5)及所述导带(10)周围沉积有二氧化硅。2.根据权利要求1所述的一种高灵敏度低非线性压力传感器，其特征在于：所述敏感膜(9)上有若干个凸台(8)组成的一个倒金字塔结构的台体(7)。3.一种高灵敏度低非线性压力传感器的制备方法，根据权利要求1-2任意一项所述的一种高灵敏度低非线性压力传感器，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：准备soi片，soi片由衬底硅层、二氧化硅绝缘层和器件层构成；步骤2：对soi片器件层进行离子注入，通过刻蚀形成压敏电阻条；步骤3：对soi片进行清洗，并对其进行高温退火，退火温度在700-800℃；步骤4：通过蒸镀或溅射工艺形成连接导带；步骤5：通过lpcvd工艺在压敏电阻条及连接导带周围形成一个二氧化硅绝缘层；步骤6：刻蚀掉沉积在压敏电阻条及连接导带上的二氧化硅绝缘层；步骤7：为提高压力传感器的抗腐蚀能力，在压敏电阻条上方形成100nm-1000nm厚的氮化硅钝化层；步骤8：在器件层的相反面，利用5-12个正方形掩膜板，刻蚀出5-12个正方形凸台，最终形成一个倒金字塔型的台体结构；步骤9：去除表面中心的掩膜板，对该表面继续进行刻蚀，最终形成应力杯、中心部位带有一倒金字塔台体结构的压力传感器敏感膜；步骤10：通过光刻在钝化层形成电极连接孔；步骤11：通过磁控溅射在电极连接孔内部形成金属层，最终形成电极。4.根据权利要求3所述的一种高灵敏度低非线性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述第一层正方形掩膜板宽：600-800um，从第二层开始递减，减幅50-100um。5.根据权利要求3所述的一种高灵敏度低非线性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述衬底硅层厚200-300um，所述二氧化硅绝缘层厚3-5um，器件层厚0.5-2um。6.根据权利要求3所述的一种高灵敏度低非线性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述压敏电阻条长*宽*高：100um*10um*0.5-2um，所述二氧化硅绝缘层厚0.5-2um。7.根据权利要求3所述的一种高灵敏度低非线性压力传感器的制备方法，其特征在于：所述倒金字塔型的凸台结构的高为3-5um。
技术总结本发明涉及MEMS传感器技术领域，且公开了一种高灵敏度低非线性压力传感器及制备方法，包括由下至上依次排列的衬底硅层、二氧化硅绝缘层、器件层和氮化硅钝化层，所述器件层上设有四组压敏电阻，并分别设置在应力杯四边的中点正上方位置，所述器件层上设有导带，四组所述压敏电阻通过所述导带与电极连接形成惠斯通电桥；在敏感膜中心由若干个凸台组成的一个倒金字塔结构的台体，此种压力传感器结构解决了提高灵敏度和降低非线性这一对矛盾，且此种结构相对E型杯结构，降低了应力集中现象。使用新结构后的压力传感器与传统结构压力传感器相比，同样灵敏度情况下，最大变形减少20％-30％，可显著降低传感器的非线性。可显著降低传感器的非线性。可显著降低传感器的非线性。
技术研发人员：冯亚斌 申建武 赵虎 王淞立
受保护的技术使用者：西安思微传感科技有限公司
技术研发日：2022.05.06
技术公布日：2022/7/5
