【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于mems压力传感器领域，尤其涉及一种mems高温压力传感器及传感器芯片的制备方法。
技术介绍
1、随着信息化时代的发展，人们需要不同类型的mems压力传感器用来感知外部信息，特别是针对石油工业高温油井、化工反应塔、航空发动机腔体等高温环境，我们需要使用耐高温压力传感器进行压力测量。
2、目前，压阻式压力传感器芯片以si基材料为主，其制成工艺成熟、稳定，制成效率高，但是半导体si禁带宽度较窄（1.12ev），无法应用于高温环境，常用环境温度低于250℃。
3、而sic作为第三代半导体材料，具有多种晶型结构，常见的有两类：α-sic和β-sic，其中β-sic以立方晶系的3c-sic为主，而α-sic可分为2h、4h、6h型。由于sic材料的本质属性，其具有禁带宽（3c-sic为2.3ev）、导热性好、化学稳定性好的优点，是制作高温压力传感器的理想材料，具有广泛的应用前景。因此在制备高温压力传感器时，主要采用sic材料作为基底，但是由于sic化学稳定好，刻蚀困难，通常采用干法刻蚀形成压力背腔，导致刻蚀时间长，成本高的问题，部分压力传感器采用si材料基底与sic膜层相结合的方式，同时利用si材料易刻蚀和sic耐高温的优点，但是si基底与sic膜层热膨胀系数差别较大，由此易引入应力不匹配的问题，导致传感器芯片精度下降的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的上述不足，本专利技术提供了一种sic基mems高温压力传感器及其传感器芯片的制备方法，解决了现有
2、为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、提供了一种mems高温压力传感器，其包括双层封装结构，双层封装结构呈中空圆柱结构，双层封装结构的顶部设置有压力敏感膜片，双层封装结构的中部设置有中空环形膜片，中空环形膜片的中部设置有压力传递孔；双层封装结构的底部设置有芯片基座，芯片基座上设置有传感器芯片；
4、双层封装结构的封装壁内设置有冷却液循环通道，冷却液循环通道与中空环形膜片的内部连通；双层封装结构的底部端面上和顶部侧壁上分别设置有一个冷却液入口和冷却液出口，冷却液入口和冷却液出口均与冷却液循环通道连通，冷却液入口和冷却液出口与外部冷却设备连接。
5、本方案中的一种mems高温压力传感器的基本原理为：待测压力通过压力敏感膜片与传递介质将压力传递至传感器芯片，传感器芯片根据电桥输出电压的变化来检测压力的变化；通过设置双层封装结构实现传感器芯片的封装，同时在双层封装结构中设置有冷却液循环通道，可以使用外部冷却设备向冷却液循环通道内泵送冷却液，使得整个mems高温压力传感器内部始终保持较低的工作温度，实现整个mems高温压力传感器可以在在更高环境温度下使用的同时，提高传感器在高温环境下的性能，提高了mems高温压力传感器的监测精度。
6、进一步地，作为双层封装结构的一种具体设置方式，双层封装结构包括均呈中空圆柱结构的外封装层和内封装层，内封装层套设于外封装层的内部，外封装层的内壁和内封装层的外壁沿双层封装结构的轴线方向设置有锯齿；
7、芯片基座与内封装层的内壁固定连接，传感器芯片设置于芯片基座的上表面，传感器芯片位于压力传递孔的下方；
8、传感器芯片的信号线穿过芯片基座位于双层封装结构的外部。
9、外封装层的内壁和内封装层的外壁上设置有锯齿的方式，使得冷却液循环通道呈蜿蜒曲折形状，增加冷却液与冷却液循环通道侧壁的接触面积，提高冷却效果。
10、进一步地，传感器芯片包括温度电阻，温度电阻可以实时监测传感器芯片温度，并将温度信号传输至外部冷却设备，外部冷却设备根据实时监测温度高低调节冷却液流速，以保持传感器芯片处于较低的温度环境，使得传感器芯片可以应用在近500℃的高温环境下，同时保持较高的精度。
11、进一步地，作为传感器芯片的一种具体设置方式，传感器芯片包括sic衬底，sic衬底的下端面与芯片基座上表面固定连接，sic衬底的上端面设置有一层sic器件层，sic器件层和sic衬底之间设置有压力空腔，sic器件层的上端面设置有多个压敏电阻和温度电阻，sic器件层上设置有保护层；多个压敏电阻通过金属引线连接形成电桥；多个压敏电阻和温度电阻与传感器芯片的信号线电性连接。
12、由于sic具有化学稳定性好、耐高温的特性，该传感器芯片可以应用在近500℃的高温环境下，同时保持较高的精度，而si基材料仅能用于200℃左右。
13、同时，传感器芯片中的sic衬底和sic器件层均采用相同的材料制备，避免了si材料与sic材料之间的应力不匹配问题，进一步地提高了传感器精度。
14、本方案还提供了一种传感器芯片的制备方法，其包括以下步骤：
15、s1、选取sic衬底；
16、s2、在sic衬底的上表面制备sio2膜层；
17、s3、部分刻蚀sio2膜层；
18、s4、在sic衬底的上表面制备sic器件层，sic器件层覆盖sic衬底和sio2膜层；
19、s5、采用离子注入的方式在sic器件层表面制备压敏电阻和温度电阻；
20、s6、在sic器件层表面制备si3n4膜层，并在制备完成的si3n4膜层中间进行开口，开口的底部与sic器件层的表面相接，露出sic器件层表面；
21、s7、对露出sic器件层表面上进行开口直至露出sio2膜层；
22、s8、使用hf和nh4f溶液对sio2膜层进行刻蚀形成压力空腔；
23、s9、使用湿法刻蚀工艺去除sic器件层表面的si3n4膜层，使用化学气相沉积法重新沉积si3n4膜层，si3n4膜层将sic器件层上的开口封闭，并在sic器件层表面形成保护层；
24、s10、使用光刻工艺在保护层表面进行开口，并在开口内沉积金属引线，金属引线连通压敏电阻形成电桥。
25、进一步地，在步骤s1中，sic衬底的厚度为300um~500um。
26、进一步地，在步骤s2中，使用化学气相沉积法在sic衬底的上表面制备sio2膜层，sio2膜层的厚度为1~10μm。
27、进一步地，在步骤s3中，采用光刻技术刻蚀sio2膜层；在步骤s4中，采用化学气相沉积法在sic衬底表面制备sic器件层；在步骤s6中，采用光刻与化学气相沉积的方式制备si3n4膜层。
28、传统制备传感器芯片的方法，一般是使用sic衬底制备压力传感器芯片，通常采用干法刻蚀形成背腔，该方法刻蚀时间长、成本高，不利于产品量产。而本专利技术中传感器芯片的制备方法，采用牺牲层技术，不需要对sic衬底进行刻蚀，只需要在sic器件层表面形成开口，然后刻蚀sio2牺牲层，该方法可降低芯片制备时间，节约成本。
29、本专利技术的有益效果为：本专利技术中的一种sic基mems高温压力传感器及其本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种MEMS高温压力传感器，其特征在于，包括双层封装结构，所述双层封装结构呈中空圆柱结构，双层封装结构的顶部设置有压力敏感膜片，双层封装结构的中部设置有中空环形膜片，所述中空环形膜片的中部设置有压力传递孔；双层封装结构的底部设置有芯片基座，所述芯片基座上设置有传感器芯片；
2.根据权利要求1所述的MEMS高温压力传感器，其特征在于，所述双层封装结构包括均呈中空圆柱结构的外封装层和内封装层，所述内封装层套设于所述外封装层的内部，外封装层的内壁和内封装层的外壁沿双层封装结构的轴线方向设置有锯齿；
3.根据权利要求2所述的MEMS高温压力传感器，其特征在于，所述传感器芯片包括温度电阻。
4.根据权利要求3所述的MEMS高温压力传感器，其特征在于，所述传感器芯片包括SiC衬底，所述SiC衬底的下端面与所述芯片基座上表面固定连接，SiC衬底的上端面设置有一层SiC器件层，所述SiC器件层和SiC衬底之间设置有压力空腔，SiC器件层的上端面设置有多个压敏电阻和所述温度电阻，所述SiC器件层上设置有保护层；多个压敏电阻通过金属引线连接形成电桥；多个压敏电
5.一种传感器芯片的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求4所述的MEMS高温压力传感器中的传感器芯片，制备方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的传感器芯片的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，SiC衬底的厚度为300um~500um。
7.根据权利要求5所述的传感器芯片的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，使用化学气相沉积法在SiC衬底的上表面制备SiO2膜层，SiO2膜层的厚度为1~10μm。
8.根据权利要求5所述的传感器芯片的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，采用光刻技术刻蚀SiO2膜层；在步骤S4中，采用化学气相沉积法在SiC衬底表面制备SiC器件层；在步骤S6中，采用光刻与化学气相沉积的方式制备Si3N4膜层。
...【技术特征摘要】
1.一种mems高温压力传感器，其特征在于，包括双层封装结构，所述双层封装结构呈中空圆柱结构，双层封装结构的顶部设置有压力敏感膜片，双层封装结构的中部设置有中空环形膜片，所述中空环形膜片的中部设置有压力传递孔；双层封装结构的底部设置有芯片基座，所述芯片基座上设置有传感器芯片；
2.根据权利要求1所述的mems高温压力传感器，其特征在于，所述双层封装结构包括均呈中空圆柱结构的外封装层和内封装层，所述内封装层套设于所述外封装层的内部，外封装层的内壁和内封装层的外壁沿双层封装结构的轴线方向设置有锯齿；
3.根据权利要求2所述的mems高温压力传感器，其特征在于，所述传感器芯片包括温度电阻。
4.根据权利要求3所述的mems高温压力传感器，其特征在于，所述传感器芯片包括sic衬底，所述sic衬底的下端面与所述芯片基座上表面固定连接，sic衬底的上端面设置有一层sic器件层，所述sic器件层和sic衬底之间设置有压力空腔，s...
【专利技术属性】
技术研发人员：张林，胡宗达，黄巧平，张坤，秦芸，李宁，
申请(专利权)人：成都凯天电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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