本發(fā)明涉及一種傳感器，特別是一種用于檢測礦井下壓力變化的壓力計。

背景技術：

在碳氫化合物礦井的勘探與開采過程中，井下壓力的測量是至關重要的。在鉆井時所采集的壓力數(shù)據(jù)將用于設置鉆頭的各項參數(shù)以及建立礦井的結構。當鉆好礦井并開始開采后，油氣儲存量管理上又要用到壓力數(shù)據(jù)。所以在碳氫化合物礦井的整個周期中，壓力數(shù)據(jù)是至為關鍵的，尤其是在優(yōu)化開采和降低風險上。為此，人們需要一種能精確，性價比又高的壓力測量裝置。

而用于碳氫化合物井下的壓力傳感器必須在惡劣的工作環(huán)境中，于長達數(shù)周的測量期間依舊能夠保持精準度、穩(wěn)定性和可靠性。通常傳感器必須能夠承受-50至250攝氏度的溫度，以及高至200MPa的壓力(約2000個大氣壓)，其精準度必須將誤差保持在壓力量程的0.1％的范圍內(nèi)，最好是在0.01％的范圍內(nèi)。

用于井下的壓力計通常包括兩種：第一種是石英類壓力計，其中的石英諧振器被浸在液體中，并通過一個金屬隔離膜片或者波紋管來測量外界的壓力。在美國3617780號專利中描述了一種石英諧振器，其中的石英諧振部件被置于一個由石英外殼構成、真空密封的腔體內(nèi)并形成了該腔體結構的主要支撐部件。該諧振部件通過電激勵及石英的壓電效應而產(chǎn)生諧振，其諧振頻率會根據(jù)腔體壁上的壓力變化而變化。由于石英共振已經(jīng)是非常成熟的技術，而石英諧振器的全部部件基本都由石英制成，所以石英壓力計有著很高的精準度、穩(wěn)定性和可靠性，并成為當今井下壓力計的最高標準。然而，石英壓力計的造價非常的昂貴。

另一種用于井下的壓力計為藍寶石類壓力計。在美國5024098號專利中描述了一種藍寶石壓力計，其中，藍寶石元件被浸在液體中并通過隔離膜片來測量外界的壓力。藍寶石元件在受到壓力時產(chǎn)生形變，通過設置在藍寶石元件表面上的薄膜應變計所測量的應變則可以推算出壓力值。雖然藍寶石壓力計的可靠性很高，并且適用于井下應用，但其精準度和穩(wěn)定性并不如石英壓力計，而且其造價也非常昂貴。主要原因是：如果使用的薄膜應變計是硅材料的話，則精確度會受到硅的電阻溫度系數(shù)以及壓阻效應的溫度系數(shù)的影響。然而，如果不使用硅應變計，而采用金屬合金類薄膜應變計的話，則會有靈敏度低的問題，也會帶來溫度和其他測量誤差被放大的問題。此外，無論使用哪種材料的薄膜應變計，都會有和藍寶石熱脹冷縮系數(shù)不匹配所帶來的誤差。

現(xiàn)如今，大多數(shù)傳感器均為微機電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)類型的傳感器。與集成芯片類似，MEMS傳感器通常是通過對硅晶圓片進行微加工而制成的。鑒于MEMS傳感器的結構，也有一些用來制造三維細微結構的特殊的制造工藝，例如雙面光刻，深度反應離子刻蝕(Deep Reactive Ion Etching)，硅晶圓片鍵合等等。與石英和藍寶石相比，硅具有很好的機械特性，例如，高硬度，高彈性模量，高極限強度，并且在斷裂點之前都是完全彈性的。此外，單晶硅具有很強的壓阻效應，能有效地將應力變化轉化為電阻變化。況且，在硅上制作精確的微結構要比在石英或者藍寶石上制作容易的多。鑒于其成本低、尺寸小、精度高、可靠性高以及穩(wěn)定性高等諸多優(yōu)點，硅MEMS壓阻式壓力計已經(jīng)廣泛應用于汽車、醫(yī)療、工業(yè)以及電子產(chǎn)品中。

雖然有如此多的優(yōu)點，MEMS壓力計仍沒有被廣泛的用于礦井應用領域。其中有幾個必須要解決的問題，特別是在測量特別高壓力的時候，需要一種有別于常規(guī)硅薄膜式壓力計的改進型機械設計。這是因為常規(guī)的硅薄膜式壓力計芯片是利用硅薄膜來將壓力放大為應力，為了適合測量高達200MPa的高壓，必須將薄膜弄窄和弄厚。但若薄膜設計得太窄就會容不下壓阻測量元件；若將薄膜大大加厚，則會導致整個芯片產(chǎn)生非理想性的形變，以致單晶硅的壓阻效應不能充分利用。此外，常規(guī)的MEMS壓力計中的壓阻測量元件位于芯片的表面，較易受外在環(huán)境因素影響，同時還需要克服各種溫度系數(shù)以及不穩(wěn)定性來增加在高溫環(huán)境中的測量精準度。為此，現(xiàn)在需要一種能夠在井下高溫高壓環(huán)境中仍然能夠具有高精準度并且性價比高的硅基壓力計。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種準確度高、檢測范圍大、并且受環(huán)境影響小，能夠在礦井下這種高溫、高壓環(huán)境中仍然能夠準確輸出壓力數(shù)據(jù)的壓力計。

一種壓力計芯片，包括相互鍵合的蓋板、基板及底板，所述壓力計芯片由單晶硅制成，其特征在于：所述蓋板上形成有凹陷部，所述凹陷部與所述基板鍵合形成一密封的上空腔，所述底板上形成有凹陷部，并與所述基板鍵合形成一密封的下空腔；所述基板設置在所述上空腔和下空腔之間，并間隔所述上空腔及下空腔；所述基板與所述蓋板之間形成有氧化硅層；所述上空腔與所述下空腔的投影面相互重疊；所述基板上設置有至少兩組壓阻測量元件，所述壓阻測量元件位于所述上空腔和所述下空腔的投影面積內(nèi)，兩組壓阻測量元件之間相互垂直，每組所述壓阻測量元件沿不同的晶體方向設置。本發(fā)明中的壓力計芯片還具有以下附屬特征：

所述上空腔與所述下空腔為真空密封空腔。

所述壓阻測量元件的末端形成有金屬觸點。

所述壓阻測量元件包括多個相互連接的U型彎折部。

所述壓阻測量元件相互之間以惠斯登電橋方式相電連接。

所述基板是設置在{110}晶體平面上的P型硅，所述壓阻測量元件是設置在所述基板上的N型摻雜區(qū)，一組所述壓阻測量元件沿<100>晶體方向布置，另一組所述壓阻測量元件沿<110>晶體方向布置。

所述基板是設置在{110}晶體平面上的N型硅，所述壓阻測量元件是設置在所述基板上的P型摻雜區(qū)，一組所述壓阻測量元件沿<100>晶體方向布置，另一組所述壓阻測量元件沿<110>晶體方向布置。

所述壓力計芯片基板為絕緣體上硅結構，包括襯底、器件層以及設置在所述襯底與器件層之間的氧化硅埋層；所述壓阻測量元件設置于所述器件層上。

所述壓阻測量元件的頂端、底端及側壁上分別形成有氧化硅隔離層。

所述器件層是設置在{110}晶體平面上的P型硅，所述壓阻測量元件是設置在所述器件層上的P型硅，一組所述壓阻測量元件沿<100>晶體方向布置，另一組所述壓阻測量元件沿<110>晶體方向布置。

所述器件層是設置在{110}晶體平面上的N型硅，所述壓阻測量元件是設置在所述器件層上的N型硅，一組所述壓阻測量元件沿<100>晶體方向布置，另一組所述壓阻測量元件沿<110>晶體方向布置。

所述壓力計芯片的壓力計，所述壓力計包括腔體、填充在所述腔體內(nèi)的電絕緣液體以及設置在所述腔體中的壓力計芯片；所述腔體由金屬制成；所述壓力計芯片浸入在所述電絕緣液體中。

所述壓力計上還設置有金屬膜片，所述金屬膜片與所述腔體相連接；所述金屬膜片將所述電絕緣液體以及所述壓力計芯片密封在所述腔體中，外界壓力通過所述金屬膜片傳遞至所述壓力計芯片上。

所述壓力計芯片中第一實施例的第一種制造工藝，所述基板之原材料為硅晶圓片，所述制造工藝包括以下步驟：

第一步，在基板硅晶圓片的頂面生長或淀積一層氧化硅層；

第二步，通過光刻及離子注入，對所述基板硅晶圓片的頂面進行局部摻雜；形成多個壓阻測量元件，所述壓阻測量元件的摻雜類型與所述基板硅晶圓片摻雜類型相反；

第三步，通過光刻及離子注入，對所述基板硅晶圓片的頂面進行局部濃摻雜；形成與所述基板硅晶圓片摻雜類型相反的高導電區(qū)域；

第四步，通過光刻及離子注入，對所述基板硅晶圓片的頂面進行局部濃摻雜；形成與所述基板硅晶圓片摻雜類型相同的高導電區(qū)域；之后再在所述基板硅晶圓片的頂面生長或淀積一層氧化硅層，并將位于所述壓阻測量元件、與所述基板硅晶圓片摻雜類型相反的高導電區(qū)域以及與所述基板硅晶圓片摻雜類型相同的高導電區(qū)域的摻雜激活；

第五步，通過光刻和刻蝕，在與所述基板硅晶圓片摻雜類型相反的高導電區(qū)域以及與所述基板硅晶圓片摻雜類型相同的高導電區(qū)域的頂面氧化硅層上刻蝕出多個孔；并在所述孔內(nèi)淀積金屬并引出電極；

第六步，將預先加工有凹陷部的蓋板硅晶圓片與所述基板硅晶圓片的頂面進行鍵合；

第七步，將所述基板硅晶圓片的底面進行研磨減薄；

第八步，將預先加工有凹陷部的底板硅晶圓片與所述基板硅晶圓片的底面進行鍵合；

第九步，通過劃片，將所述已鍵合的蓋板、基板及底板硅晶圓片分割，形成完整的壓力計芯片。

所述壓力計芯片中第一實施例的第二種制造工藝，所述基板之原材料為硅晶圓片，所述制造工藝包括以下步驟：

第一步，在底板硅晶圓片上加工出凹陷部；

第二步，將所述底板硅晶圓片與基板硅晶圓片的底面進行鍵合；再將所述基板硅晶圓片的頂面進行研磨減薄；

第三步，在所述基板硅晶圓片的頂面生長或淀積一層氧化硅層；

第四步，通過光刻及離子注入，對所述基板硅晶圓片的頂面進行局部摻雜；形成多個壓阻測量元件，所述壓阻測量元件的摻雜類型與所述基板硅晶圓片摻雜類型相反；

第五步，通過光刻及離子注入，對所述基板硅晶圓片的頂面進行局部濃摻雜；形成與所述基板硅晶圓片摻雜類型相反的高導電區(qū)域；

第六步，通過光刻及離子注入，對所述基板硅晶圓片的頂面進行局部濃摻雜；形成與所述基板硅晶圓片摻雜類型相同的高導電區(qū)域；之后再在所述基板硅晶圓片的頂面生長或淀積一層氧化硅層，并將位于所述壓阻測量元件、與所述基板硅晶圓片摻雜類型相反的高導電區(qū)域以及與所述基板硅晶圓片摻雜類型相同的高導電區(qū)域的摻雜激活；

第七步，通過光刻和刻蝕，在與所述基板硅晶圓片摻雜類型相反的高導電區(qū)域以及與所述基板硅晶圓片摻雜類型相同的高導電區(qū)域的頂面氧化硅層刻蝕出多個孔；并在所述孔內(nèi)淀積金屬并引出電極；

第八步，將預先加工有凹陷部的蓋板硅晶圓片與所述基板硅晶圓片的頂面進行鍵合；

第九步，通過劃片，將所述已鍵合的蓋板、基板及底板硅晶圓片分割，形成完整的壓力計芯片。

所述壓力計芯片中第二實施例的第一種制造工藝，基板原材料為絕緣體上硅晶圓片，包括襯底、器件層以及設置在所述襯底與器件層之間的氧化硅埋層，所述制造工藝包括以下步驟：

第一步，在所述器件層的頂面生長或淀積一層氧化硅層；

第二步，通過光刻及離子注入，對所述器件層的頂面進行局部濃摻雜，形成與所述器件層摻雜類型相同的高導電區(qū)域；

第三步，通過光刻以及刻蝕，在所述器件層刻蝕出多個深至所述氧化硅埋層的槽，形成多個壓阻測量元件；

第四步，在所述槽內(nèi)生長或淀積一層氧化硅層，并將所述高導電區(qū)域的濃摻雜激活；

第五步，通過光刻和刻蝕，在所述高導電區(qū)域的頂面氧化硅層刻蝕出多個深至所述器件層中高導電區(qū)域的孔；并在所述孔內(nèi)淀積金屬并引出電極；

第六步，將預先加工有凹陷部的蓋板硅晶圓片與所述基板硅晶圓片的頂面進行鍵合；

第七步，將所述基板硅晶圓片的底面進行研磨減??；

第八步，將預先加工有凹陷部的底板硅晶圓片與所述基板硅晶圓片的底面進行鍵合；

第九步，通過劃片，將所述已鍵合的蓋板、基板及底板硅晶圓片分割，形成完整的壓力計芯片。

所述壓力計芯片中第二實施例的第二種制造工藝，基板原材料為絕緣體上硅晶圓片，包括襯底、器件層以及設置在所述襯底與器件層之間的氧化硅埋層，所述制造工藝包括以下步驟：

第一步，在底板硅晶圓片上加工出凹陷部；

第二步，將所述基板硅晶圓片的底面進行研磨減??；之后再將所述底板硅晶圓片與所述基板硅晶圓片的底面進行鍵合；

第三步，在所述已鍵合的基板與底板硅晶圓片的器件層的頂面生長或淀積一層氧化硅層；

第四步，通過光刻及離子注入，對所述器件層的頂面進行局部濃摻雜，形成與所述器件層摻雜類型相同的高導電區(qū)域；

第五步，通過光刻和刻蝕，在所述器件層刻蝕出多個深至所述氧化硅埋層的槽，形成多個壓阻測量元件；

第六步，在所述槽內(nèi)生長或淀積一層氧化硅層，并將所述高導電區(qū)域的濃摻雜激活；

第七步，通過光刻和刻蝕，在所述高導電區(qū)域的頂面氧化硅層刻蝕出多個深至所述器件層中高導電區(qū)域的孔；并在所述孔內(nèi)淀積金屬并引出電極；

第八步，將預先加工有凹陷部的蓋板硅晶圓片與所述基板硅晶圓片的頂面進行鍵合；

第九步，通過劃片，將所述已鍵合的蓋板、基板及底板硅晶圓片分割，形成完整的壓力計芯片。

對所述蓋板和底板的凹陷部的加工步驟包括：通過光刻和刻蝕，在所述蓋板和底板上刻蝕出凹陷部。

所述刻蝕的方法為以下方法中的一種或多種方法：干法刻蝕或濕法刻蝕，所述干法刻蝕包括：硅的深度反應離子、反應離子、以及氣態(tài)的二氟化氙刻蝕和氧化硅的反應離子、等離子、以及氣態(tài)的氟化氫刻蝕。

所述用于濕法刻蝕硅層的腐蝕劑為以下腐蝕劑中的一種或多種的組合：氫氧化鉀、四甲基氫氧化銨、或乙二胺鄰苯二酚腐蝕液。

所述用于濕法刻蝕氧化硅層的腐蝕劑為以下腐蝕劑中的一種或多種的組合：氫氟酸以及緩沖氫氟酸。

相對于背景技術中所提到的兩種不同的井下應用的壓力計，本發(fā)明的壓力計具有以下優(yōu)點：首先，硅基壓力計的造價遠遠低于石英或者藍寶石壓力計，但常規(guī)的硅薄膜式壓力計并不能應用于測量礦井高達200MPa的壓力環(huán)境中，而本發(fā)明有別于常規(guī)硅薄膜式壓力計，本發(fā)明的壓力計利用井下的高壓力施加于壓力計芯片的上下四方，并通過雙空腔的結構，直接轉化為芯片基板內(nèi)部的應力，以至于本壓力計無需通過硅薄膜來將外界壓力放大為應力，一方面解決了硅薄膜式壓力計在高壓應用設計上的困難，同時亦保留硅MEMS傳感器的優(yōu)點。另一方面，由于傳統(tǒng)MEMS壓阻式壓力計中壓阻測量元件之間是依靠PN結隔離的，其截流電流與溫度之間的關系為指數(shù)關系，當溫度提高至150攝氏度時，PN結隔離將會失效。而本發(fā)明的其中一個實施例中的壓阻測量元件與襯底之間設置有氧化硅埋層，每個壓阻測量元件之間也設置氧化硅來進行絕緣，此外，壓阻測量元件頂部上也生長或淀積有氧化硅層。因此，每個壓阻測量元件是處于上下四周完全絕緣的狀態(tài)，即使溫度升高，本發(fā)明所述的實施例中的電隔離也不會失效。其次，在本壓力計芯片中，兩對相互垂直的壓阻測量元件其電阻隨外界壓力呈不一樣變化，而將四個壓阻測量元件以惠斯登電橋的方式進行連接可以消除許多的共模誤差。因此本壓力計的檢測精準度更高。再次，優(yōu)選地，由基板和蓋板相互連接后形成的空腔為真空的密封空腔。而壓阻測量元件的主要部分均設置在該空腔中。所以外界溫度的波動對本壓力計芯片的影響較小，而且外部異物也無法接觸到測量元件。進一步的增加了本壓力計的可靠性。此外，壓力計芯片整體基本采用硅作為原料，一方面解決了各種材料之間因熱脹冷縮系數(shù)不同而導致的失配問題，另一方面通過MEMS制造流程也使得成本遠較石英或者藍寶石壓力計為低。

附圖說明

圖1為壓力計芯片中第一實施例的三維立體示意圖。

圖2為將圖1的壓力計芯片中第一實施例的蓋板和底板打開以及基板頂面的氧化硅層移除后的三維立體示意圖。

圖3為壓力計芯片中第一實施例的俯視圖。

圖4為壓力計芯片中第二實施例的三維立體示意圖。

圖5為將圖4的壓力計芯片中第二實施例的蓋板和底板打開以及基板頂面的氧化硅層移除后的三維立體示意圖。

圖6為沿圖5中AA’線剖視的三維立體圖。

圖7為壓力計芯片中第二實施例的俯視圖。

圖8為壓力計芯片中壓阻測量元件電路連接示意圖。

圖9為本壓力計的示意圖。

圖10A為在P型硅{110}晶體平面上π₁₁+π₁₂壓阻系數(shù)沿晶體方向的變化示意圖。

圖10B為在N型硅{110}晶體平面上π₁₁+π₁₂壓阻系數(shù)沿晶體方向的變化示意圖。

圖11為壓力計芯片中第一實施例的第一制造工藝的第一步、第二步示意圖。

圖12為壓力計芯片中第一實施例的第一制造工藝的第三步、第四步示意圖。

圖13為壓力計芯片中第一實施例的第一制造工藝的第五步、第六步示意圖。

圖14為壓力計芯片中第一實施例的第一制造工藝的第七步、第八步示意圖。

圖15為壓力計芯片中第一實施例的第一制造工藝的第九步示意圖。

圖16為壓力計芯片中第一實施例的第二制造工藝的第一步、第二步示意圖。

圖17為壓力計芯片中第一實施例的第二制造工藝的第三步、第四步示意圖。

圖18為壓力計芯片中第一實施例的第二制造工藝的第五步、第六步示意圖。

圖19為壓力計芯片中第一實施例的第二制造工藝的第七步、第八步示意圖。

圖20為壓力計芯片中第一實施例的第二制造工藝的第九步示意圖。

圖21為壓力計芯片中第二實施例的第一制造工藝的第一步、第二步示意圖。

圖22為壓力計芯片中第二實施例的第一制造工藝的第三步、第四步示意圖。

圖23為壓力計芯片中第二實施例的第一制造工藝的第五步、第六步示意圖。

圖24為壓力計芯片中第二實施例的第一制造工藝的第七步、第八步示意圖。

圖25為壓力計芯片中第二實施例的第一制造工藝的第九步示意圖。

圖26為壓力計芯片中第二實施例的第二制造工藝的第一步、第二步示意圖。

圖27為壓力計芯片中第二實施例的第二制造工藝的第三步、第四步示意圖。

圖28為壓力計芯片中第二實施例的第二制造工藝的第五步、第六步示意圖。

圖29為壓力計芯片中第二實施例的第二制造工藝的第七步、第八步示意圖。

圖30為壓力計芯片中第二實施例的第二制造工藝的第九步示意圖。

襯底1、器件層2、蓋板3、氧化硅層4、凹陷部5、基板6、底板7、金屬觸點8、A類濃摻雜區(qū)9、B類濃摻雜區(qū)10、槽11、壓阻測量元件23、恒流電源24；

壓力計芯片31、芯片粘接膠32、腔體33、焊線34、金屬柱體35、絕緣體36、電絕緣液體37、金屬膜片38、外界壓力39。

具體實施方式

下面將結合實施例以及附圖對本發(fā)明加以詳細說明，需要指出的是，所描述的實施例僅旨在便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。

參照圖1、圖2、以及圖3，按照本發(fā)明提供一種壓力計芯片中的第一實施例。所述壓力計芯片基本由單晶硅制成，包括相互連接的底板7、基板6及蓋板3，采用硅結構去除了因為各種不同材料的熱脹冷縮系數(shù)不同而產(chǎn)生的誤差。所述蓋板3上形成有凹陷部5，并與所述基板6相鍵合后形成一個密封的上空腔。所述底板7上形成有凹陷部5，并與所述基板6相鍵合后形成一個密封的下空腔。上空腔與下空腔的投影面相互重疊。在圖3的俯視圖中，所述蓋板與基板的連接面由虛線示處。所述基板包括壓阻測量元件23，所述壓阻測量元件23的主要部分設置在上空腔與下空腔的投影面內(nèi)，并位于所述密封的上空腔之中。而上空腔與下空腔之間被基板6間隔開，相互并不連通。此外，優(yōu)選地，所述密封的上空腔和下空腔為真空密封空腔，從而防止了外界異物以及溫度波動對壓阻測量元件23的影響。所述基板6與所述蓋板3之間形成有氧化硅層4，所述氧化硅層4上設置有金屬觸點8，所述金屬觸點8與基板6中的壓阻測量元件23相電連接，而外部電路以及其它電子元件也只與電子觸點8相電連接，進一步地減少了對壓阻測量元件23的干擾。

參照俯視圖3，在本實施例中，所述基板6上設置有四個形狀大小相同的壓阻測量元件23，分別為R1至R4，其中R1、R3與R2、R4相互垂直。每個壓阻測量元件采用了U型的彎折設計，優(yōu)選地，所述壓阻測量元件23包括多個相互連接的U型彎折結構。在第一實施例中，壓阻測量元件23是通過在基板6上局部摻雜制造而成的擴散電阻，并利用反向偏置的PN結來相互隔離絕緣。所述摻雜是根據(jù)基板6的性質(zhì)來確定是P型摻雜還是N型摻雜的。如果基板6為P型硅，則采用N型摻雜；如果基板6為N型硅，則采用P型摻雜。優(yōu)選地，每個壓阻測量元件23還形成有A類濃摻雜區(qū)9，目的是要局部提高壓阻測量元件23的摻雜濃度，因此，所述A類濃摻雜區(qū)9和壓阻測量元件23原先所述非濃摻雜類型必須相同。由于非濃摻雜區(qū)的方塊電阻大約為100Ω/方塊，而濃摻雜區(qū)的方塊電阻大約只為15Ω/方塊，在每個壓阻測量元件23設置A類濃摻雜區(qū)9局部降低了壓阻測量元件23的電阻值，形成高導電區(qū)域，使得每個壓阻測量元件23的總電阻值只略多于幾根剩下的位于非濃摻雜區(qū)的部分電阻值之和。在檢測壓力計芯片所受的外界壓力的過程中，這幾根設置于所述密封的上空腔之內(nèi)并沿同一個方向上布置的部分電阻的變化是最大的，通過設置A類濃摻雜區(qū)9來降低部分區(qū)域的電阻值，就可以增加所述壓阻測量元件23電阻變化的百分比，從而提高了本壓力計的檢測精準度。再者，通過所述電子觸點8與所述A類濃摻雜區(qū)的連接，亦可以保證電子觸點8與壓阻測量元件23有良好的電接觸。此外，還設置B類濃摻雜區(qū)10以及與其相連的電子觸點8，用作連接外部電路到基板6位于壓阻測量元件23之外的其它部分，為各PN結提供所需的反向偏置。所述B類濃摻雜區(qū)10與基板6的摻雜類型必須是相同的，目的是要保證電子觸點8與基板6有良好的電接觸。

由于四個壓阻測量元件R1至R4形狀大小相同，理論上說，在壓力計芯片沒受外界壓力的情況下，四個壓阻測量元件R1至R4的電阻值應當是基本相同的。由于單晶硅的壓阻效應呈各向異性，優(yōu)選地，兩對相互垂直的壓阻測量元件R1、R3與R2、R4可沿不同的晶體方向布置，目的是當壓力計芯片受被檢測的外界壓力均勻壓縮并且能夠自由的產(chǎn)生形變時，要令兩對壓阻測量元件R1、R3與R2、R4的壓阻效應差別最大。如是，就會產(chǎn)生不一樣的電阻變化。然而，影響壓阻測量元件23的電阻值的因素不僅限于應力，其他因素，例如周圍環(huán)境溫度的變化也會導致壓阻測量元件23電阻值的變化。為此，優(yōu)選地，參照圖8，壓阻測量元件R1至R4是以惠斯登電橋的形式來進行電連接，并由一恒流電源24來供電。通過測量點V+和點V-兩點之間的電壓則可以計算出被檢測的外界壓力。當壓力計芯片在沒有外界壓力的情況下，壓阻測量元件R1至R4的電阻值基本相同，測量點V+和V-之間的電壓基本為零。而當外界壓力使得R1、R3與R2、R4的電阻產(chǎn)生不一樣的變化時，V+和V-之間也會產(chǎn)生一定的電壓?；菟沟请姌虻倪B接方式主要消除了共模誤差。例如，當溫度產(chǎn)生變化時，四個壓阻測量元件R1至R4所產(chǎn)生的電阻變化是相同的，所以在沒有外界壓力的情況下，V+和V-兩點之間的電壓依舊為零。所述惠斯登電橋可以由恒壓電源或者恒流電源來驅(qū)動，但優(yōu)選地，由恒流電源所激勵的惠斯登電橋還有如下優(yōu)點：硅的壓阻效應的負溫度系數(shù)中的一部分會被電阻的正溫度系數(shù)所抵消，從而整體降低了由溫度造成的誤差比例系數(shù)。而通過測量測量點Vb的電橋電壓可以計算出相應的溫度信息，可以進一步對環(huán)境溫度導致的誤差進行補償。

參照圖1及圖3，優(yōu)選地，本壓力計芯片的尺寸大約為：1.6毫米長，1.6毫米寬，1.2毫米厚，其中蓋板、基板、底板的厚度分別大約為0.5，0.2，0.5毫米，而密封的上空腔和下空腔的尺寸大約為：0.4毫米長，0.4毫米寬，0.2毫米高。在制造過程時，一塊普通的8英寸硅晶圓片可以制造出數(shù)千至一萬多個壓力計芯片，使得本壓力計芯片的制造成本非常的低。然而，以上的尺寸數(shù)據(jù)僅為本發(fā)明的一種示例，而非對本發(fā)明保護范圍的限制。本領域的技術人員完全可以根據(jù)其具體需求來對該尺寸進行修改。

在第一實施例中，由于壓阻測量元件23之間是依靠PN結隔離的，其截流電流與溫度之間的關系為指數(shù)關系，當溫度提高至150攝氏度時，PN結隔離將會失效，所以本實施例只適宜于150攝氏度以下的溫度中應用。

參照圖4、圖5、圖6、以及圖7，按照本發(fā)明提供一種壓力計芯片中的第二實施例。本實施例的工作原理、大小尺寸、外置電路等均與第一實施例相同，唯在本實施例中的基板6是采用絕緣體上硅結構，包括相互連接的襯底1、器件層2、以及位于襯底1與器件層2之間的氧化硅層4。該氧化硅層4也被稱為氧化硅埋層，其用于電隔離襯底1和器件層2。與第一實施例不同，本實施例的壓阻測量元件23是設置在器件層2，并且每個壓阻測量元件23的四周側壁均形成有氧化硅層4。因此，每個壓阻測量元件的上下四周均有氧化硅層4進行隔離，不但可以防止壓阻測量元件23之間的電串擾，同時亦使得本壓力計芯片可以在高達250攝氏度的高溫中工作，不受第一實施例中的PN結隔離在高溫時失效所限制。此外，位于壓阻測量元件23兩端及U形拐彎處的A類濃摻雜區(qū)9，目的是要局部提高壓阻測量元件23的摻雜濃度，形成高導電區(qū)域，其作用與第一實施例所表述的相同。但由于在本實施例中，壓阻測量元件23本身就是利用器件層2的單晶硅材料所形成的電阻，因此所述A類濃摻雜區(qū)9，其摻雜類型與器件層2的必須相同。在本實施例中，器件層2的厚度約為2微米而氧化硅層4的厚度約為1微米。然而，以上的尺寸數(shù)據(jù)僅為本發(fā)明的一種示例，而非對本發(fā)明保護范圍的限制。本領域的技術人員完全可以根據(jù)其具體需求來對該尺寸進行修改。

圖9展示了本壓力計的示意圖，適用于上述壓力計芯片中的第一和第二實施例。其中，壓力計芯片31被安裝在壓力計腔體33內(nèi)。所述腔體由金屬制成，內(nèi)部填充有電絕緣液體37，所述壓力計芯片31浸入在所述電絕緣液體37中。在一種實施例中，所述腔體33上還設置有金屬膜片38，所述電絕緣液體37以及所述壓力計芯片31密封于所述腔體33之內(nèi)。所述金屬膜片38與外界壓力39相連，并將所述外界壓力39傳遞到所述電絕緣液體37當中。優(yōu)選地，所述金屬膜片38設計為波紋金屬膜片，其自身抗壓性極小，令所述外界壓力39幾乎全部通過所述電絕緣液體37傳遞到所述壓力計芯片31上。優(yōu)選地，所述壓力計芯片31與所述腔體33的連接點相對較少，例如，所述壓力計芯片31只通過一個邊甚至一個點的芯片粘接膠32來與所述腔體33相連接，且芯片粘接膠32屬柔性，從而在受到所述電絕緣液體37傳遞過來的所述外界壓力39時，所述壓力計芯片31被均勻壓縮并且能夠自由的產(chǎn)生形變。這種柔性安裝同時亦避免了所述壓力計芯片31可能受到所述腔體33因外力或溫度引致的形變帶來的影響。

此外，所述壓力計芯片31內(nèi)的基板6與蓋板3之間形成的上空腔、底板7與蓋板3之間形成的下空腔均處于真空狀態(tài)，所以本壓力計所測量的為絕對壓力。在一種實施例中，所述壓力計芯片31上的所述金屬觸點8通過焊線34連接到金屬柱體35上，并被帶出所述壓力計腔體33之外，與外面電路相連接。所述金屬柱體35與所述壓力計腔體33之間被密封的絕緣體36電隔離。

接下來是對所述壓力計芯片31以及所述壓阻測量元件23所沿的晶體方向進行進一步的描述。首先，單晶硅的電阻率是與摻雜離子的類型和摻雜離子的濃度息息相關，其中，摻雜離子的類型包括P型或者N型。而由于單晶硅壓阻效應呈各向異性，晶體方向的不同也會導致電阻率隨應力變化幅度的不同。導致電阻率變化幅度的各項因素在Y.Kanda在IEEE電子器件期刊中(IEEE Transactions on Electron Devices,vol.ED-29,no.1,pp.64-70,1982.)所發(fā)表的《對硅的壓阻系數(shù)的圖解》一文中有詳細的解釋。其中，電阻率變化與應力及壓阻系數(shù)的關系為

Δρ₁₁/ρ＝π₁₁σ₁₁+π₁₂σ₂₂+π₁₃σ₃₃+π₁₄σ₂₃+π₁₅σ₁₃+π₁₆σ₁₂， (1)

當中，1、2、3分別為直角坐標的3個垂直方向；Δρ₁₁/ρ為電場與電流均沿1方向時的電阻率變化；σ₁₁、σ₂₂、σ₃₃分別為沿1、2、3方向的正應力；σ₂₃、σ₁₃、σ₁₂分別為沿2-3、1-3、1-2方向的剪應力；而π₁₁、π₁₂、π₁₃、π₁₄、π₁₅、π₁₆分別為表述電阻率變化與各種應力之間的關系的壓阻系數(shù)。

假設所述壓力計芯片31之所述基板6之頂面為垂直于3方向的1-2平面，而所述壓阻測量元件23就是位于該平面之上。參照圖2及圖5，首先，4個壓阻測量元件23的主要(非濃摻雜)部分皆面向所述真空密封的上空腔，故其所在的1-2平面是一個無外在施加應力的自由面，因此所有與3方向有關的應力，亦即σ₁₃、σ₂₃、σ₃₃，皆為零。因此，所述壓阻測量元件23的主要部分是處于一個平面應力的環(huán)境里。再者，所述壓力計芯片31被安裝在所述壓力計腔體33內(nèi)受均勻壓縮并且能夠自由的產(chǎn)生形變。在此情況下，所述壓力計芯片31的上下四周各表面的正應力與所述外界壓力39相當，而各剪應力則幾乎為零。及至所述壓阻測量元件23所在的面對所述密封的上空腔的1-2平面時，σ₁₂依舊約為零，而σ₁₁及σ₂₂彼此相當并與所述外界壓力39的值，設為P，接近線性關系。綜合以上各點，當公式(1)應用于所述壓阻測量元件23的主要(非濃摻雜)部分時可約簡化為

Δρ₁₁/ρ≈(π₁₁+π₁₂)k P， (2)

k是一個跟雙空腔形狀大小有關的常數(shù)。由于電阻與電阻率成正比，從公式(2)得知，所述壓阻測量元件23的電阻變化與所述外界壓力39接近線性關系，而靈敏度大致上則與π₁₁+π₁₂壓阻系數(shù)成正比。但由于單晶硅的壓阻效應呈各向異性，π₁₁+π₁₂的大小會因為1-2平面及1方向的取向而改變。例如當1-2平面為硅{110}晶體平面時，參照圖10，當1方向從0度旋轉至360度時，π₁₁+π₁₂壓阻系數(shù)就會發(fā)生如圖10所示的變化。所以在硅{110}晶體平面上，不論是P型硅還是N型硅，π₁₁+π₁₂于<110>方向時達到最大值，而于與<110>方向垂直的<100>方向時達到最小值。

如前文有關壓力計芯片31中的第一和第二實施例所述，優(yōu)選地，所述兩對壓阻測量元件R1、R3與R2、R4可沿不同的晶體方向布置，目的是當所述壓力計芯片31受被檢測的所述外界壓力39均勻壓縮并且能夠自由的產(chǎn)生形變時，要令所述兩對壓阻測量元件R1、R3與R2、R4的壓阻效應，亦即π₁₁+π₁₂壓阻系數(shù)差別最大。如是，就會產(chǎn)生不一樣的電阻變化，經(jīng)過惠斯登電橋處理后形成電壓輸出。優(yōu)選地，在第一實施例中的所述基板6以及在第二實施例中的所述器件層2均是設置在{110}晶體平面上的單晶硅，而所述兩對壓阻測量元件所沿的方向分別為<100>和<110>這兩個相互垂直的晶體方向。參照俯視圖3及圖7，兩個壓阻測量元件R1與R3的非濃摻雜區(qū)部分均沿<100>方向，故它們的電阻變化相同；同時，兩個壓阻測量元件R2與R4的非濃摻雜區(qū)部分均沿<110>方向，故它們的電阻變化也相同但與R1及R3的差異最大。當然，技術人員也可以根據(jù)Y.Kanda的描述另行優(yōu)選所述基板6或所述器件層2所在的晶體面以及所述壓阻測量元件23的布置方向。

總結本發(fā)明所述的雙空腔結構，所述上空腔的一個主要作用是為壓阻測量元件23提供一個平面雙軸的應力環(huán)境，從而充分利用單晶硅壓阻效應的各向異性，提高壓力計芯片的靈敏度。若果上空腔不存在，而壓阻測量元件23是處于一個三維的靜水壓力的環(huán)境的話，那么壓力計芯片的靈敏度就會變得非常低。至于下空腔也是關鍵的。若果下空腔不存在的話，在外界高壓力作用下，基板6和蓋板3發(fā)生體壓縮，同時基板6向上空腔方向突起，導致了壓阻測量元件23主要部分所在的基板表面區(qū)域的張力抵消了一部分的體壓縮，結果是所述正應力σ₁₁及σ₂₂均少于P，而公式(2)中的k將少于1。比如外界200MPa的壓強僅會引起約120MPa的應力作用在壓阻測量元件23的主要部分，造成壓阻測量元件的靈敏度有所降低。而本發(fā)明的雙空腔的對稱設計保證了在外界壓力作用下，基板6不會向上空腔方向突起，只會發(fā)生體壓縮，外界壓力引起的應力不會被抵消。同時，位于上下空腔之間的基板6部分成為了整個壓力計芯片抵抗外界壓力的一個主要支撐，起了放大應力的作用。基板6越薄，σ₁₁及σ₂₂就越大于P，結果是k通常大于1。比如同樣200MPa的壓強就會引起約220MPa的應力作用在壓阻測量元件23的主要部分，壓力計芯片的靈敏度亦因此大大提高。

在傳統(tǒng)的硅MEMS薄膜式壓力計芯片中，壓阻測量元件是為了測量硅薄膜邊緣的表面最大應力。由于薄膜較薄(通常少于20微米)，外界壓力引起的表面應力在薄膜邊緣的不同位置和深度變化很大，所以壓阻測量元件會因為加工造成的微小的位置和厚度的偏差而導致測量到的應力產(chǎn)生很大的偏差。而本發(fā)明則是采用一種非薄膜式的結構，將外界壓力轉化為芯片基板內(nèi)部的體應力，基板厚度大約為200微米，體應力在基板的不同位置和深度的變化相對較小，所以壓阻測量元件受加工造成的微小偏差的影響亦較小。

此外，傳統(tǒng)的硅MEMS薄膜式壓力計芯片，是必須通過檢測設置在單一方向上的兩對壓阻測量元件來產(chǎn)生檢測信號的。由于受到薄膜邊緣引線的限制，兩對壓阻測量元件的形狀設計往往無法保持一致，而兩對壓阻測量元件自身的形狀或尺寸的不同也會導致壓阻測量元件之間的電阻或溫度系數(shù)不匹配，以致經(jīng)惠斯登電橋處理后共模誤差不能完全被消除。雖然之后仍可以作模擬或數(shù)字補償，但依然會犧牲一定的檢測精度。而本發(fā)明則是通過兩對形狀大小完全相同、相互垂直對稱的壓阻測量元件，測量兩個維度上的體應力的信號并進行差分處理，以至于本發(fā)明的檢測精確度更高。

接下來是有關本壓力計芯片制造工藝的描述。壓力計芯片由蓋板、基板和底板三部分組成，上下空腔并不打通，這樣基板就沒有任何微細、脆弱或可動的機械結構，整個制造流程相對簡單，成本亦較低。在制造過程中，可以按照基板→蓋板/基板→蓋板/基板/底板的次序加工，也可以按照底板→基板/底板→蓋板/基板/底板的次序加工，亦可以先將蓋板、基板和底板分別造好，然后逐一鍵合。其中，基板可以選擇為硅晶圓片或絕緣體上硅晶圓片。參照圖11至圖15對本壓力計芯片中第一種實施例的第一種制造工藝進行進一步的描述。所述基板6之原材料為硅晶圓片，之后再作包括以下的加工步驟：

第一步，對基板硅晶圓片進行高溫氧化處理，在其頂面形成一層氧化硅層4，或者利用化學氣相淀積法(Chemical Vapor Deposition)淀積一層氧化硅層4。

第二步，在所述基板硅晶圓片的頂面上涂覆光刻膠，之后按照特定圖案對所述頂面進行曝光，并用顯影劑將已曝光的光刻膠去除，及將未經(jīng)曝光的光刻膠烘烤。這樣被曝光的圖案就會顯現(xiàn)出來。再用離子注入技術，并通過能量控制，使離子有足夠能量穿越未被光刻膠覆蓋的頂面氧化硅層而注入所述基板硅晶圓片里，同時，在被光刻膠覆蓋的地方，離子卻被擋于光刻膠層當中。這樣就可以對所述基板硅晶圓片的頂面進行局部摻雜，形成與所述基板6類型相反的所述壓阻測量元件23。其中，如果基板6為P型，則使用N型摻雜離子，例如磷；如果基板6為N型，則使用P型摻雜離子，例如硼。最后將所有光刻膠去除。除了上述離子注入技術之外，亦可以使用雜質(zhì)高溫擴散技術來進行局部摻雜。

第三步，通過光刻及離子注入，對所述基板硅晶圓片的頂面進行局部濃摻雜，形成與所述壓阻測量元件23類型相同的所述A類濃摻雜區(qū)9，從而降低該區(qū)域的電阻值，形成高導電區(qū)域。其中，如果基板6為P型，則使用N型摻雜離子，例如磷；如果基板6為N型，則使用P型摻雜離子，例如硼。

第四步，通過光刻及離子注入，對所述基板硅晶圓片的頂面進行局部濃摻雜，形成與所述基板6類型相同的所述B類濃摻雜區(qū)10，從而降低該區(qū)域的電阻值，形成高導電區(qū)域。其中，如果基板6為P型，則使用P型摻雜離子，例如硼；如果基板6為N型，則使用N型摻雜離子，例如磷。最后，利用高溫氧化或化學氣相淀積法在所述基板硅晶圓片的頂面重新形成一層氧化硅層4，并將所述各種已引入的摻雜激活。

第五步，利用光刻技術，再用反應離子或等離子干法刻蝕、或氫氟酸腐蝕、對所述高導電區(qū)域的頂面氧化硅層4進行局部刻蝕，從而在頂面形成多個深至所述基板6中A類濃摻雜區(qū)9和B類濃摻雜區(qū)10的孔，并在所述孔中及整個硅晶圓片頂面淀積金屬，再利用光刻及金屬腐蝕，引出所述金屬觸點8及電極圖案。

第六步，將預先加工有凹陷部的蓋板硅晶圓片與所述基板硅晶圓片的頂面進行真空鍵合，形成密封的真空空腔。其中的鍵合技術可以為硅-硅直接熔融鍵合，也可以為共晶鍵合、焊料鍵合、玻璃粉鍵合、陽極鍵合、或其它熱壓鍵合方法。

第七步，將所述已鍵合的蓋板與基板硅晶圓片的底面進行研磨減薄。

第八步，將預先加工有凹陷部的底板硅晶圓片7與所述已鍵合的蓋板與基板硅晶圓片的底面進行真空鍵合，形成密封的真空空腔。其中的鍵合技術可以為硅-硅直接熔融鍵合，也可以為共晶鍵合、焊料鍵合、玻璃粉鍵合、陽極鍵合、或其它熱壓鍵合方法。

第九步，通過劃片，將所述已鍵合的蓋板、基板及底板硅晶圓片分割，形成完整的壓力計芯片。

接下來，參照圖16至圖20對本壓力計芯片中第一種實施例的第二種制造工藝進行進一步的描述。所述基板6之原材料為硅晶圓片，之后再作包括以下的加工步驟：

第一步，在底板硅晶圓片7上加工出凹陷部5。

第二步，將所述已有凹陷加工的底板硅晶圓片與所述基板硅晶圓片的底面進行真空鍵合，形成密封的真空空腔。其中的鍵合技術可以為硅-硅直接熔融鍵合，也可以為共晶鍵合、焊料鍵合、玻璃粉鍵合、陽極鍵合、或其它熱壓鍵合方法。之后再將所述已鍵合的基板與底板硅晶圓片的頂面進行研磨減薄。

第三步，對所述已鍵合的基板與底板硅晶圓片進行高溫氧化處理，在其頂面形成一層氧化硅層4，或者利用化學氣相淀積法淀積一層氧化硅層4。

第四步，在所述已鍵合的基板與底板硅晶圓片的頂面上涂覆光刻膠，之后按照特定圖案對所述頂面進行曝光，并用顯影劑將已曝光的光刻膠去除，及將未經(jīng)曝光的光刻膠烘烤。這樣被曝光的圖案就會顯現(xiàn)出來。再用離子注入技術，并通過能量控制，使離子有足夠能量穿越未被光刻膠覆蓋的頂面氧化硅層而注入所述基板硅晶圓片里，同時，在被光刻膠覆蓋的地方，離子卻被擋于光刻膠層當中。這樣就可以對所述已鍵合的基板與底板硅晶圓片的頂面進行局部摻雜，形成與所述基板6類型相反的所述壓阻測量元件23。其中，如果基板6為P型，則使用N型摻雜離子，例如磷；如果基板6為N型，則使用P型摻雜離子，例如硼。最后將所有光刻膠去除。除了上述離子注入技術之外，亦可以使用雜質(zhì)高溫擴散技術來進行局部摻雜。

第五步，通過光刻及離子注入，對所述已鍵合的基板與底板硅晶圓片的頂面進行局部濃摻雜，形成與所述壓阻測量元件23類型相同的所述A類濃摻雜區(qū)9，從而降低該區(qū)域的電阻值，形成高導電區(qū)域。其中，如果基板6為P型，則使用N型摻雜離子，例如磷；如果基板6為N型，則使用P型摻雜離子，例如硼。

第六步，通過光刻及離子注入，對所述已鍵合的基板與底板硅晶圓片的頂面進行局部濃摻雜，形成與所述基板6類型相同的所述B類濃摻雜區(qū)10，從而降低該區(qū)域的電阻值，形成高導電區(qū)域。其中，如果基板6為P型，則使用P型摻雜離子，例如硼；如果基板6為N型，則使用N型摻雜離子，例如磷。最后，利用高溫氧化或化學氣相淀積法在所述已鍵合的基板與底板硅晶圓片的頂面重新形成一層氧化硅層4，并將所述各種已引入的摻雜激活。

第七步，利用光刻技術，再用反應離子或等離子干法刻蝕、或氫氟酸腐蝕、對所述高導電區(qū)域的頂面氧化硅層4進行局部刻蝕，從而在頂面形成多個深至所述基板6中A類濃摻雜區(qū)9和B類濃摻雜區(qū)10的孔，并在所述孔中及整個硅晶圓片頂面淀積金屬，再利用光刻及金屬腐蝕，引出所述金屬觸點8及電極圖案。

第八步，將預先加工有凹陷部的蓋板硅晶圓片與所述已鍵合的基板與底板硅晶圓片的頂面進行真空鍵合，形成密封的真空空腔。其中的鍵合技術可以為硅-硅直接熔融鍵合，也可以為共晶鍵合、焊料鍵合、玻璃粉鍵合、陽極鍵合、或其它熱壓鍵合方法。

第九步，通過劃片，將所述已鍵合的蓋板、基板及底板硅晶圓片分割，形成完整的壓力計芯片。

接下來，參照圖21至圖25對本壓力計芯片中第二種實施例的第一種制造工藝進行進一步的描述。所述基板6之原材料為絕緣體上硅晶圓片，包括襯底1、器件層2以及設置在所述襯底與器件層之間的氧化硅埋層4，之后再作包括以下的加工步驟：

第一步，對基板硅晶圓片進行高溫氧化處理，在其頂面形成一層氧化硅層4，或者利用化學氣相淀積法淀積一層氧化硅層4。

第二步，在所述基板硅晶圓片的頂面上涂覆光刻膠，之后按照特定圖案對所述頂面進行曝光，并用顯影劑將已曝光的光刻膠去除，及將未經(jīng)曝光的光刻膠烘烤。這樣被曝光的圖案就會顯現(xiàn)出來。再用離子注入技術，并通過能量控制，使離子有足夠能量穿越未被光刻膠覆蓋的頂面氧化硅層而注入所述基板硅晶圓片里，同時，在被光刻膠覆蓋的地方，離子卻被擋于光刻膠層當中。這樣就可以對所述基板硅晶圓片的器件層2進行局部濃摻雜，形成與所述器件層2類型相同的A類濃摻雜區(qū)9，從而降低該區(qū)域的電阻值，形成高導電區(qū)域。其中，如果器件層2為P型，則使用P型摻雜離子，例如硼。如果器件層2為N型，則使用N型摻雜離子，例如磷。最后將所有光刻膠去除。除了上述離子注入技術之外，亦可以使用雜質(zhì)高溫擴散技術來進行局部濃摻雜。

第三步，在所述基板硅晶圓片的頂面進行光刻，再用反應離子或等離子干法刻蝕、或氫氟酸腐蝕、對頂面氧化硅層4進行局部刻蝕，從而在頂面形成多個深至器件層2的槽11。之后，利用深度反應離子刻蝕或其它干法或濕法刻蝕，進一步將槽11中的硅器件層2刻蝕至氧化硅埋層4。從而形成多個壓阻測量元件23。

第四步，利用高溫氧化或化學氣相淀積法在所述槽11中生長或淀積一層氧化硅隔離層4，并將所述已引入的濃摻雜激活。至此，壓阻測量元件上下四周各方均被氧化硅絕緣層包裹。

第五步，利用光刻技術，再用反應離子或等離子干法刻蝕、或氫氟酸腐蝕、對所述高導電區(qū)域的頂面氧化硅層4進行局部刻蝕，從而在頂面形成多個深至所述器件層2中A類濃摻雜區(qū)9的孔，并在所述孔中及整個硅晶圓片頂面淀積金屬，再利用光刻及金屬腐蝕，引出所述金屬觸點8及電極圖案。

第六步，將預先加工有凹陷部的蓋板硅晶圓片與所述基板硅晶圓片的頂面進行真空鍵合，形成密封的真空空腔。其中的鍵合技術可以為硅-硅直接熔融鍵合，也可以為共晶鍵合、焊料鍵合、玻璃粉鍵合、陽極鍵合、或其它熱壓鍵合方法。

第七步，將所述已鍵合的蓋板與基板硅晶圓片的底面進行研磨減薄。

第八步，將預先加工有凹陷部的底板硅晶圓片7與所述已鍵合的蓋板與基板硅晶圓片的底面進行真空鍵合，形成密封的真空空腔。其中的鍵合技術可以為硅-硅直接熔融鍵合，也可以為共晶鍵合、焊料鍵合、玻璃粉鍵合、陽極鍵合、或其它熱壓鍵合方法。

第九步，通過劃片，將所述已鍵合的蓋板、基板及底板硅晶圓片分割，形成完整的壓力計芯片。

接下來，參照圖25至圖30對本壓力計芯片中第二種實施例的第二種制造工藝進行進一步的描述。所述基板6之原材料為絕緣體上硅晶圓片，包括襯底1、器件層2以及設置在所述襯底與器件層之間的氧化硅埋層4，之后再作包括以下的加工步驟：

第一步，在底板硅晶圓片7上加工出凹陷部5。

第二步，將所述基板硅晶圓片的襯底1的底面進行研磨減薄。之后再將所述已有凹陷加工的底板硅晶圓片與所述基板硅晶圓片的底面進行真空鍵合，形成密封的真空空腔。其中的鍵合技術可以為硅-硅直接熔融鍵合，也可以為共晶鍵合、焊料鍵合、玻璃粉鍵合、陽極鍵合、或其它熱壓鍵合方法。

第三步，對所述已鍵合的基板與底板硅晶圓片進行高溫氧化處理，在其頂面形成一層氧化硅層4，或者利用化學氣相淀積法淀積一層氧化硅層4。

第四步，在所述已鍵合的基板與底板硅晶圓片的頂面上涂覆光刻膠，之后按照特定圖案對所述頂面進行曝光，并用顯影劑將已曝光的光刻膠去除，及將未經(jīng)曝光的光刻膠烘烤。這樣被曝光的圖案就會顯現(xiàn)出來。再用離子注入技術，并通過能量控制，使離子有足夠能量穿越未被光刻膠覆蓋的頂面氧化硅層而注入所述基板硅晶圓片里，同時，在被光刻膠覆蓋的地方，離子卻被擋于光刻膠層當中。這樣就可以對所述基板硅晶圓片的器件層2進行局部濃摻雜，形成與所述器件層2類型相同的A類濃摻雜區(qū)9，從而降低該區(qū)域的電阻值，形成高導電區(qū)域。其中，如果器件層2為P型，則使用P型摻雜離子，例如硼。如果器件層2為N型，則使用N型摻雜離子，例如磷。最后將所有光刻膠去除。除了上述離子注入技術之外，亦可以使用雜質(zhì)高溫擴散技術來進行局部濃摻雜。

第五步，在所述已鍵合的基板與底板硅晶圓片的頂面進行光刻，再用反應離子或等離子干法刻蝕、或氫氟酸腐蝕、對頂面氧化硅層4進行局部刻蝕，從而在頂面形成多個深至器件層2的槽11。之后，利用深度反應離子刻蝕或其它干法或濕法刻蝕，進一步將槽11中的硅器件層2刻蝕至氧化硅埋層4。從而形成多個壓阻測量元件23。

第六步，利用高溫氧化或化學氣相淀積法在所述槽11中生長或淀積一層氧化硅隔離層4，并將所述已引入的濃摻雜激活。至此，壓阻測量元件上下四周各方均被氧化硅絕緣層包裹。

第七步，利用光刻技術，再用反應離子或等離子干法刻蝕、或氫氟酸腐蝕、對所述高導電區(qū)域的頂面氧化硅層4進行局部刻蝕，從而在頂面形成多個深至所述器件層2中A類濃摻雜區(qū)9的孔，并在所述孔中及整個硅晶圓片頂面淀積金屬，再利用光刻及金屬腐蝕，引出所述金屬觸點8及電極圖案。

第八步，將預先加工有凹陷部的蓋板硅晶圓片與所述已鍵合的基板與底板硅晶圓片的頂面進行真空鍵合，形成密封的真空空腔。其中的鍵合技術可以為硅-硅直接熔融鍵合，也可以為共晶鍵合、焊料鍵合、玻璃粉鍵合、陽極鍵合、或其它熱壓鍵合方法。

第九步，通過劃片，將所述已鍵合的蓋板、基板及底板硅晶圓片分割，形成完整的壓力計芯片。

在以上所述四種制造工藝當中，對所述蓋板硅晶圓片的凹陷部的加工步驟包括：通過光刻和刻蝕，在所述蓋板硅晶圓片上刻蝕出凹陷部。

對所述底板硅晶圓片的凹陷部的加工步驟包括：通過光刻和刻蝕，在所述底板硅晶圓片上刻蝕出凹陷部。

所述刻蝕的方法為以下方法中的一種或多種方法：干法刻蝕或濕法刻蝕，所述干法刻蝕包括：硅的深度反應離子、反應離子、以及氣態(tài)的二氟化氙刻蝕和氧化硅的反應離子、等離子、以及氣態(tài)的氟化氫刻蝕。

所述用于濕法刻蝕硅層的腐蝕劑為以下腐蝕劑中的一種或多種的組合：氫氧化鉀、四甲基氫氧化銨、或乙二胺鄰苯二酚腐蝕液。

所述用于濕法刻蝕氧化硅層的腐蝕劑為氫氟酸或緩沖氫氟酸。

本發(fā)明的壓力計芯片采用一種非薄膜式的新穎結構，將芯片均勻受壓，通過雙空腔的結構，將外界壓力轉化為芯片基板內(nèi)部的體應力，再利用單晶硅的壓阻效應將之轉化為壓阻測量元件23的電阻值變化，更利用單晶硅壓阻效應的各向異性，優(yōu)化兩對壓阻測量元件23所處的晶體面以及所沿的晶體方向，令兩對之間的電阻值變化差異達到最大，從而檢測高達200MPa的壓力。而通過兩對形狀大小完全相同、相互垂直對稱的壓阻測量元件23也使得本壓力計芯片能夠更準確地測量兩個維度上外界壓力引起的體應力。另外，將壓阻測量元件23的主要部分設置在真空的上空腔中，大大減少了外界環(huán)境因素和異物對本壓力計芯片的影響，也增強了本壓力計的可靠性和檢測精準度。在一個實施例中，將每一個壓阻測量元件23完全包裹在一層氧化硅層4中，使得每個壓阻測量元件23之間相互隔離，這種利用絕緣體的隔離方式也使得本壓力計可以在高溫環(huán)境中進行檢測。再者，將壓阻測量元件以惠斯登電橋的方式進行電連接能夠減少由外界因素導致的共模誤差，也降低了溫度對壓力計檢測精準度的影響。而通過采用硅MEMS工藝來制作本壓力計芯片，一方面為成熟技術，且成本低廉。而正如上文所提到的，一塊普通的8英寸硅晶圓片可以制造數(shù)千至一萬多個本壓力計芯片，從此也可以看出本壓力計的制造成本低的特點。

最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對本發(fā)明保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的實質(zhì)和范圍。