0-100pa單片矽基SOI高溫低漂移微壓傳感器及其加工方法
2023-04-24 21:18:01 5
專利名稱：0-100pa單片矽基SOI高溫低漂移微壓傳感器及其加工方法
技術領域：
本發明涉及力敏傳感器技術領域，具體為0-100pa單片矽基SOI高溫低漂 移微壓傳感器及其加工方法。
(二)
背景技術：
目前國內超低微壓傳感器非常緊缺，價格昂貴，幾乎全部由國外進口。國 內學者曾於2000年完成國家九五科技攻關"96-748傳感器技術"研究項目"矽 微壓力傳感器"。(分專題96-748-02-01-/02)完成的技術指標是:量程0-300pa， 隊<0.5%，精度1.0%， VFS 〉30mv， Vee6伏，過載破壞壓強〉140倍。並經科技 查新(1999年12月22日)(査新中心站管理編號SJTU99-037)，查新結果
該成果達到九十年代國際同類器件的領先水平。目前市場上能買到美國、德國、 丹麥的微壓傳感器，量程均在2kpa以上，過載破壞壓強是量程的2-5倍。現 在業內在實驗室小批量生產lkpa量程的微壓傳感器，但由於受到設備條件的 限制，無法形成規模生產。而業內發明的300pa微壓傳感器，是採用體微機械 加工技術的擴矽壓力傳感器，橋路電阻之間採用PN結隔離，所以受溫度影 響很明顯，其零點穩定性遠沒有SOI結構好。
(三)
發明內容
針對上述問題，本發明提供了0 100pa單片矽基SOI超低微壓傳感器，其 具有較高的靈敏度和線性度，耐高溫、工藝簡單易操作，工藝一致性好，生產 成本低，晶片間電學特性離散性很小，適宜於大規模生產，為此，本發明還提 供了 0 100pa單片矽基SOI超低微壓傳感器的加工方法。
其技術方案是這樣的
一種0-100pa單片矽基SOI高溫低漂移微壓傳感器，其特徵在於其晶片 包括一個N型或P型矽襯底1，在矽襯底的兩面覆蓋有絕緣層2，正面絕緣層是 採用二氧化矽和氮化矽組成的複合膜；絕緣層2表面澱積2微米左右的多晶矽 層3;在多晶矽層表面生長200納米的二氧化矽層4;再在二氧化矽層4表面澱積600納米多晶矽薄膜層；多晶矽薄膜層生成有四個S0I多晶矽力敏電阻5，摻 濃硼的多晶矽內引線6與電阻5連接；在多晶矽內引線6表面覆蓋鋁引線7; SOI 多晶矽力敏電阻5製作在中心梁8和邊梁9內；晶片背面具有方形開口7，開口 內製作有兩個矩形背島，或一個矩形背島，或無背島的平膜；在背島和邊框之
間為二氧化矽/氮化矽/多晶矽複合彈性膜。
其進一步特徵在於力敏電阻(5)的材質為多晶矽薄膜；力敏電阻5和多晶 矽內引線6是依附於二氧化矽/氮化矽/多晶矽/二氧化矽多層複合彈性膜表面，且 正面再覆蓋二氧化矽絕緣層；
傳感器的彈性膜是由二氧化矽/氮化矽/多晶矽/二氧化矽複合膜製成。
所述的力敏電阻5的結構分別是正面做力敏電阻背面僅是方形開口的平 膜C型結構或正面做力敏電阻背面在方形開口中僅做一個矽單晶島平膜E型結
構或正面做力敏電阻背面在方形開口中做二個矽單晶島平膜雙島型結構，使得 傳感器的靈敏度和線性度得以提高。
一種0-100pa單片矽基SOI高溫低漂移微壓傳感器的製備方法，其特徵在 於其包括以下步驟，取一片厚度為0.3 1毫米雙面拋光100晶向的單晶矽作 襯底(l)，採用常規的氧化光刻工藝，在襯底兩面先形成雙面光刻對準記號，然 後繼續氧化並在襯底背面光刻出方形開口 7，用TMAH腐蝕液腐蝕方形開口 7中 矽表面，深度為5-10微米，採用LPCVD在方形開口 7澱積多晶矽2微米左右， 在1100度的高溫氧化爐內用氮氣作保護氣體，對多晶矽進行退火處理2小時， 以減小多晶矽層的晶粒間隙，然後通氧氣形成200納米二氧化矽絕緣層，在200 納米二氧化矽絕緣層表面，採用LPCVD澱積多晶矽0.6微米左右；正面多晶矽 薄膜採用離子束機注入硼原子，能量100Kev，劑量1.6X1015，使其成為P型 導電層；在1100度的高溫氧化爐內用氮氣作保護氣體，對矽片進行退火處理0. 5 小時，然後通過通幹氧-溼氧-幹氧時間的調節，使反映正面多晶矽薄膜雜質濃 度的表面方塊電阻達到80-100歐姆左右，用光刻和TMAH溼法腐蝕或RIE幹法 刻蝕技術，在矽片正面形成多晶矽力敏電阻區5和多晶矽內引線熱壓腳區6，而 正面其它區域的多晶矽薄膜被腐蝕或刻蝕掉，暴露0.6微米多晶矽薄膜下面的 二氧化矽層；對多晶矽力敏電阻端頭形成歐姆電極的引線孔區6進行光刻，暴 露多晶矽表面，然後在引線孔區6內進行濃硼擴散，形成歐姆接觸區；背面光刻方形開口 7和背島；正面蒸鍍鋁膜反刻形成鋁內引線，使四個單晶矽力敏電 阻5之間形成惠斯頓電橋，在邊框上引出五個壓焊腳，其中二個開口的壓腳作 為調節失調電壓時使用，對襯底背面方形開口區7進行體微機械加工溼法腐蝕，
當腐蝕到二氧化矽層，會產生腐蝕自終止，此時腐蝕結束。最後形成0-100pa 單片矽基SOI高溫低漂移微壓傳感器晶片。
通過上述工藝製作0-100pa單片矽基SOI高溫低漂移微壓傳感器，採用平 膜C型、平膜E型、平膜雙島型三種結構，用以提高傳感器的靈敏度和線性度； 又由於力敏電阻之間用二氧化矽絕緣層作隔離層，與常規的擴散矽壓力傳感器 相比，不存在PN結反向漏電流問題，因此耐高溫，可在200度高溫下仍能穩定 工作，保證具有很低的零點漂移、製作工藝簡單，成品率達90%以上，生產成 本低，適宜於大規模生產。
(四)
圖l為本發明的結構示意圖； 圖2為本發明的加工流程圖。
(五)
具體實施例方式
見圖2，本發明晶片包括一個N型或P型矽襯底1，在矽襯底的兩面覆蓋有 絕緣層2，正面絕緣層是採用二氧化矽和氮化矽組成的複合膜；絕緣層2表面澱 積2微米左右的多晶矽層3;在多晶矽層表面生長200納米的二氧化矽層4;再 在二氧化矽層4表面澱積600納米多晶矽薄膜層；多晶矽薄膜層生成有四個SOI 多晶矽力敏電阻5，力敏電阻5的材質為多晶矽薄膜；摻濃硼的多晶矽內引線6 與電阻5連接；力敏電阻5和多晶矽內引線6是依附於二氧化矽/氮化矽/多晶 矽/二氧化矽多層複合彈性膜表面，且正面再覆蓋二氧化矽絕緣層；在多晶矽內 引線6表面覆蓋鋁引線；SOI多晶矽力敏電阻5製作在中心梁和邊梁內；晶片背 面具有方形開口7，開口內製作有兩個矩形背島，或一個矩形背島，或無背島的 平膜(見圖l);在背島和邊框之間為二氧化矽/氮化矽/多晶矽複合彈性膜。
傳感器的彈性膜是由二氧化矽/氮化矽/多晶矽/二氧化矽複合膜製成。
力敏電阻5的結構分別是正面做力敏電阻背面僅是方形開口的平膜C型 結構、正面做力敏電阻背面在方形開口中僅做一個矽單晶島平膜E型結構、正
面做力敏電阻背面在方形開口中做二個矽單晶島平膜雙島型結構，使得傳感器的靈敏度和線性度得以提高。
一種0-100pa單片矽基SOI高溫低漂移微壓傳感器的製備方法，包括以下步 驟，取一片厚度為0.3 1毫米雙面拋光100晶向的單晶矽作襯底(l)，採用常 規的氧化光刻工藝，在襯底兩面先形成雙面光刻對準記號，然後繼續氧化並在 襯底背面光刻出方形開口(7)，用TMAH腐蝕液腐蝕方形開口(7)中矽表面，深度 為5-10微米，採用LPCVD在方形開口(7)澱積多晶矽2微米左右，在1100度的 高溫氧化爐內用氮氣作保護氣體，對多晶矽進行退火處理2小時，以減小多晶 矽層的晶粒間隙，然後通氧氣形成200納米二氧化矽絕緣層，在200納米二氧 化矽絕緣層表面，採用LPCVD澱積多晶矽0.6微米左右；正面多晶矽薄膜採用 離子束機注入硼原子，能量100Kev，劑量1.6X1015，使其成為P型導電層； 在1100度的高溫氧化爐內用氮氣作保護氣體，對矽片進行退火處理0. 5小時， 然後通過通幹氧-溼氧-幹氧時間的調節，使反映正面多晶矽薄膜雜質濃度的表 面方塊電阻達到80-100歐姆左右，用光刻和TMAH溼法腐蝕或RIE幹法刻蝕技 術，在矽片正面形成多晶矽力敏電阻區和多晶矽內引線熱壓腳區，而正面其它 區域的多晶矽薄膜被腐蝕或刻蝕掉，暴露0.6微米多晶矽薄膜下面的二氧化矽 層；對多晶矽力敏電阻端頭形成歐姆電極的引線孔區進行光刻，暴露多晶矽 表面，然後在引線孔區內進行濃硼擴散，形成歐姆接觸區；背面光刻方形開口(7) 和背島；正面蒸鍍鋁膜反刻形成鋁內引線，使四個單晶矽力敏電阻(5)之間形成 惠斯頓電橋，在邊框上引出五個壓焊腳，其中二個開口的壓腳作為調節失調電 壓時使用，對襯底背面方形開口區(7)進行體微機械加工溼法腐蝕，當腐蝕到二 氧化矽層，會產生腐蝕自終止，此時腐蝕結束。最後形成0-100pa單片矽基SOI 高溫低漂移微壓傳感器晶片。
權利要求
1、0-100pa單片矽基SOI高溫低漂移微壓傳感器，其特徵在於其晶片包括一個N型或P型矽襯底(1)，在矽襯底的兩面覆蓋有絕緣層(2)，正面絕緣層是採用二氧化矽和氮化矽組成的複合膜；絕緣層(2)表面澱積2微米左右的多晶矽層(3)；在多晶矽層表面生長200納米的二氧化矽層(4)；再在二氧化矽層(4)表面澱積600納米多晶矽薄膜層；多晶矽薄膜層生成有四個SOI多晶矽力敏電阻(5)，摻濃硼的多晶矽內引線(6)與電阻(5)連接；在多晶矽內引線(6)表面覆蓋鋁引線(7)；SOI多晶矽力敏電阻(5)製作在中心梁(8)和邊梁(9)內；晶片背面具有方形開口(10)，開口內製作有兩個矩形背島(11)，或一個矩形背島，或無背島的平膜；在背島和邊框之間為二氧化矽/氮化矽/多晶矽複合彈性膜(12)。
2、 根據權利要求1所述0-100pa單片矽基SOI高溫低漂移微壓傳感器，其 特徵在於力敏電阻(5)的材質為多晶矽薄膜。
3、 根據權利要求1所述0-100pa單片矽基SOI高溫低漂移微壓傳感器，其 特徵在於力敏電阻(5)和多晶矽內引線(6)是依附於二氧化矽/氮化矽/多晶矽/ 二氧化矽多層複合彈性膜表面，且正面再覆蓋二氧化矽絕緣層。
4、 根據權利要求1所述0-100pa單片矽基SOI高溫低漂移微壓傳感器，其 特徵在於傳感器的彈性膜是由二氧化矽/氮化矽/多晶矽/二氧化矽複合膜制 成。
5、 根據權利要求1所述0-100pa單片矽基SOI高溫低漂移微壓傳感器,其 特徵在於所述的力敏電阻(5)的結構分別是正面做力敏電阻背面僅是方形開 口的平膜C型結構或正面做力敏電阻背面在方形開口中僅做一個矽單晶島平膜 E型結構或正面做力敏電阻背面在方形開口中做二個矽單晶島平膜雙島型結 構，使得傳感器的靈敏度和線性度得以提高。
6、 ， 0-100pa單片矽基SO工高溫低漂移微壓傳感器的製備方法，其特徵 在於其包括以下步驟，取一片厚度為0.3 1毫米雙面拋光100晶向的單晶矽 作襯底a)，採用常規的氧化光刻工藝，在襯底兩面先形成雙面光刻對準記號， 然後繼續氧化並在襯底背面光刻出方形開口 (10)，用TMAH腐蝕液腐蝕方形開口 (IO)中矽表面，深度為5-IO微米，採用LPCVD在方形開口(10)澱積多晶矽2微米左右，在1100度的高溫氧化爐內用氮氣作保護氣體，對多晶矽進行退火處理 2小時，以減小多晶矽層的晶粒間隙，然後通氧氣形成200納米二氧化矽絕緣層， 在200納米二氧化矽絕緣層表面，採用LPCVD澱積多晶矽0. 6微米左右；正面 多晶矽薄膜採用離子束機注入硼原子，能量100Kev，劑量1.6X1015，使其成 為P型導電層；在1100度的高溫氧化爐內用氮氣作保護氣體，對矽片進行退火 處理0.5小時，然後通過通千氧-溼氧-幹氧時間的調節，使反映正面多晶矽薄 膜雜質濃度的表面方塊電阻達到80-100歐姆左右，用光刻和TMAH溼法腐蝕或 RIE幹法刻蝕技術，在矽片正面形成多晶矽力敏電阻區(5)和多晶矽內引線熱壓 腳區(6)，而正面其它區域的多晶矽薄膜被腐蝕或刻蝕掉，暴露0.6微米多晶矽 薄膜下面的二氧化矽層；對多晶矽力敏電阻端頭形成歐姆電極的引線孔區(6) 進行光刻，暴露多晶矽表面，然後在引線孔區(6)內進行濃硼擴散，形成歐姆 接觸區；背面光刻方形開口(10)和背島(11);正面蒸鍍鋁膜反刻形成鋁內引線， 使四個單晶矽力敏電阻(5)之間形成惠斯頓電橋，在邊框上引出五個壓焊腳，其 中二個開口的壓腳作為調節失調電壓時使用，對襯底背面方形開口區(10)進行 體微機械加工溼法腐蝕，當腐蝕到二氧化矽層，會產生腐蝕自終止，此時腐蝕 結束。最後形成0-100pa單片矽基SOI高溫低漂移微壓傳感器晶片。
全文摘要
本發明為0～100pa單片矽基SOI超低微壓傳感器。其具有較高的靈敏度和線性度，耐高溫、工藝簡單，工藝一致性好，生產成本低、適宜於大規模生產，為此，本發明還提供了傳感器的加工方法。其晶片包括一個N型或P型矽襯底(1)，在矽襯底的兩面覆蓋有絕緣層(2)，絕緣層(2)表面澱積多晶矽層(3)；在多晶矽層表面為二氧化矽層(4)；二氧化矽層(4)表面為多晶矽薄膜層；多晶矽薄膜層生成多晶矽力敏電阻(5)，摻濃硼的多晶矽內引線(6)與電阻(5)連接；在多晶矽內引線(6)表面覆蓋鋁引線(7)；晶片背面具有方形開口(10)；取單晶矽作襯底(1)，然後在襯底通過光刻、澱積、離子束機注入、退火處理、通幹氧-溼氧-幹氧、光刻和TMAH溼法腐蝕或RIE幹法刻蝕技術、光刻、濃硼擴散、正面蒸鍍鋁膜、引出焊腳、溼法腐蝕等工藝加工。
文檔編號B81B7/00GK101289160SQ20081002419
公開日2008年10月22日 申請日期2008年5月20日 優先權日2008年5月20日
發明者沈紹群 申請人:無錫市納微電子有限公司