【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及传感器，具体涉及一种压力传感器芯片及其制备方法。
技术介绍
1、压阻效应是指当压力变化时，材料电阻发生改变的现象。压阻效应的大小通常采用压阻因子gf＝(△r/r)/ε值作为评价标准(其中△r为电阻变化值，ε为应变值)。具有压阻效应的常见材料包括金属、多孔聚合物和半导体材料。其中金属和多孔聚合物主要是依靠受到压力后的形变造成电阻变化，其gf值通常在0至2之间。而半导体材料的杨氏模量通常较大，受到压力后的形变值非常低，因此其压阻效应以其电阻率的变化为主要因素。半导体材料的电阻率主要受到材料本身载流子浓度和载流子迁移率的影响，当受到压力后，其能带结构发生改变，能带发生移动，造成空穴/电子数目的变化，进而导致迁移率和电阻率的大幅变动。半导体的压阻因子通常远高于金属材料和多孔聚合物材料，通常为1至100之间，因此非常适合做高灵敏度压力传感器。
2、目前用于压力传感器的半导体材料主要为硅基压力传感器，但这类压力传感器只能在150℃温度以下正常工作，当环境温度超过300℃后传感器将失去压阻特性；sic压力传感器虽然工作温度能够达到400℃，但其gf值只有约5-20，远低于硅基传感器。因此，对于某些极端环境的压力测量，如某些高端汽车的发动机缸体、航空发动机内环境温度极高，常用的半导体压力传感器无法耐如此高温，因此需要一种高灵敏度压力传感器，使其能够耐高温的同时具有较高的gf值。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种压力传感器芯片及其制备方
2、为实现上述专利技术目的，一方面，本专利技术提供了一种压力传感器芯片，包括：
3、弹性膜；
4、四个压敏电阻，四个所述压敏电阻设置在所述弹性膜上；以及
5、电极，四个所述压敏电阻和所述电极形成惠斯通电桥结构。
6、在一个实施例中，所述弹性膜采用多晶金刚石材料。
7、另一方面，本专利技术提供了一种压力传感器芯片的制备方法，包括：
8、沉积：在单晶硅上采用微波等离子体化学气相沉积设备沉积多晶金刚石；
9、溅射：沉积后，在多晶金刚石上采用磁控溅射溅射一层金属层；
10、光刻：在金属层表面涂覆一层负性光刻胶，使用光刻技术，在负性光刻胶上刻出压敏电阻位置图形；
11、显影：使用显影液将多余的负性光刻胶去除，仅保留压敏电阻位置图形部分；
12、氧化：将露出的金属层在热氧环境下生长一层氧化层；
13、刻蚀：将压敏电阻位置图形部分进行刻蚀，露出金属层，得到刻蚀后的样品；
14、压敏电阻制作：采用异质外延工艺在露出的金属层上生长单晶金刚石，得到单晶金刚石薄膜；在得到的单晶金刚石薄膜上继续采用微波等离子体化学气相沉积设备生长一层硼掺杂的单晶金刚石层，得到压敏电阻；
15、去氧化层：溶解掉氧化层和多晶金刚石底部的单晶硅衬底；
16、保护层沉积：使用物理气相沉积，沉积一层氮化铝层；
17、电极制作：使用离子束刻蚀在压敏电阻表面刻出电极区域；在整体表面涂覆一层光刻胶，光刻出电极区域，使用磁控溅射在电极区域上溅射ti或au作为电极，完成压力传感器芯片制作，得到所述压力传感器芯片。
18、在一个实施例中，沉积步骤中，多晶金刚石的沉积厚度为1-2mm；溅射步骤中，溅射的金属层的厚度为0.5-1.3um；保护层沉积步骤中，氮化铝层厚度为1um。
19、在一个实施例中，金属层为ir、ti或w。
20、在一个实施例中，氧化步骤中，将显影步骤之后得到的样品进行清洗，清洗后放置高温氧气环境中，温度为100-300℃，氧气与露出的金属层反应形成氧化层，反应时间为0.5-50h，氧化层最终厚度为0.5um-5um。
21、在一个实施例中，采用异质外延工艺在露出的金属层上生长单晶金刚石，包括：
22、将刻蚀后的样品放入微波等离子体化学气相沉积设备设备中，升温至550-800℃，采用偏压形核，开启偏压电源，衬底处的电压为-300v，氢气与甲烷体积比例为100:6，偏压形核时间为60mins；偏压形核结束后关闭偏压电源，调节氢气与甲烷体积比例至100:3，升温至820℃，生长时间5h，得到单晶金刚石薄膜，薄膜厚度5-10um。
23、在一个实施例中，在得到的单晶金刚石薄膜上继续采用微波等离子体化学气相沉积设备生长一层硼掺杂的单晶金刚石层，包括：
24、采用硼酸三甲酯、硼酸三乙酯或硼烷作为硼源掺杂剂，工艺气体为氢气与甲烷，体积比例为100:5，生长温度800-900℃，生长时间2h，最终得到厚度3-5um的硼掺杂的单晶金刚石层，电阻率为1×10-5-1×10-2ω.m。
25、在一个实施例中，去氧化层步骤中，使用氢氟酸或硝酸溶解掉氧化层和多晶金刚石底部的单晶硅衬底。
26、本专利技术相对于现有技术的优点以及有益效果为：
27、1、金刚石具有超宽禁带宽度(5.5ev)、超高电子迁移率(4500cm2/v·s)、高硬度(100gpa)和超高热导率(2000w/m·k)，且具有耐酸碱、耐腐蚀、耐风蚀等极高的化学稳定性和热稳定性，其优异的材料性质使其特别适合用于高温、高压、酸碱环境、风蚀环境等极端环境下的压力探测。因此，本专利技术设计的一种压力传感器芯片及其制备方法，可以解决压力传感器耐高温、耐高压、耐酸碱风蚀等极端环境的问题。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种压力传感器芯片，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的压力传感器芯片，其特征在于，所述弹性膜采用多晶金刚石材料。
3.根据权利要求1-2任意一项所述的压力传感器芯片的制备方法，其特征在于，包括：
4.根据权利要求3所述的压力传感器芯片的制备方法，其特征在于，沉积步骤中，多晶金刚石的沉积厚度为1-2mm；溅射步骤中，溅射的金属层的厚度为0.5-1.3um；保护层沉积步骤中，氮化铝层厚度为1um。
5.根据权利要求3所述的压力传感器芯片的制备方法，其特征在于，金属层为Ir、Ti或W。
6.根据权利要求3所述的压力传感器芯片的制备方法，其特征在于，氧化步骤中，将显影步骤之后得到的样品进行清洗，清洗后放置高温氧气环境中，温度为100-300℃，氧气与露出的金属层反应形成氧化层，反应时间为0.5-50h，氧化层最终厚度为0.5um-5um。
7.根据权利要求3所述的压力传感器芯片的制备方法，其特征在于，采用异质外延工艺在露出的金属层上生长单晶金刚石，包括：
8.根据权利要求3所述的压力传感器芯
9.根据权利要求3所述的压力传感器芯片的制备方法，其特征在于，去氧化层步骤中，使用氢氟酸或硝酸溶解掉氧化层和多晶金刚石底部的单晶硅衬底。
...【技术特征摘要】
1.一种压力传感器芯片，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的压力传感器芯片，其特征在于，所述弹性膜采用多晶金刚石材料。
3.根据权利要求1-2任意一项所述的压力传感器芯片的制备方法，其特征在于，包括：
4.根据权利要求3所述的压力传感器芯片的制备方法，其特征在于，沉积步骤中，多晶金刚石的沉积厚度为1-2mm；溅射步骤中，溅射的金属层的厚度为0.5-1.3um；保护层沉积步骤中，氮化铝层厚度为1um。
5.根据权利要求3所述的压力传感器芯片的制备方法，其特征在于，金属层为ir、ti或w。
6.根据权利要求3所述的压力传感器芯片的制备方法，其特征在于，氧化步骤中，...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹光宇，张星，
申请(专利权)人：化合积电厦门半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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