CN101832831A - 一种压阻传感器芯片及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种压阻传感器芯片。其生产方便、成本低，且成品率高、精确度高。其包括压力膜层、基底、力敏电阻、金属引线，所述力敏电阻、金属引线安装于所述压力膜层的上表面，所述基底装于所述压力膜层的下表面，其特征在于：所述基底具体为衬底硅，所述压力膜层包括底层的多晶硅膜、上层的氧化层，所述底层的多晶硅膜下表面装于所述衬底硅的上表面。

Description

一种压阻传感器芯片及其制作方法

技术领域

本发明涉及压力传感器领域，具体为一种压阻传感器芯片，本发明还提供了制作该压阻传感器芯片的制作方法。

背景技术

MEMS（微机械电子）压力传感器是微电子机械***中最早的产品之一，按照工作原理分为压阻式、电容式和压电式等等。压阻式压力传感器因其具有灵敏度高、响应速度快、可靠性好、易于集成等优点在航天、医疗器械和汽车电子等领域得到了广泛应用。

现有的体硅压力传感器芯片，其玻璃基底需通过键合工艺实现和上层的压力敏感膜之间的封装，导致该结构的生产难度大、生产成本高，且易产生废品、成品率低；且由于硅和玻璃的热膨胀系数不匹配，造成体微机械加工的压力传感器灵敏度温度系数和零输出的温度系数都远比表面微机械加工的压力传感器大很多，其使用实误差大、精确度不高。

此外，现有的体硅压力传感器芯片在制作过程中，必须对硅片背部进行各向异性湿法深腐蚀，减薄后才能满足低量程测试的需求，这样浪费了硅片上大量的面积，导致材料的浪费，使得生产成本高。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种压阻传感器芯片,其生产方便、成本低，且成品率高、精确度高。

其技术方案是这样的：

其包括压力膜层、基底、力敏电阻、金属引线，所述力敏电阻、金属引线安装于所述压力膜层的上表面，所述基底装于所述压力膜层的下表面，其特征在于：所述基底具体为衬底硅，所述压力膜层包括底层的多晶硅膜、上层的氧化层，所述底层的多晶硅膜下表面装于所述衬底硅的上表面。

其进一步特征在于：所述多晶硅膜的下表面与所述所述衬底硅的上表面封闭后其中间形成一个真空腔；

所述底层的多晶硅膜开有贯通的腐蚀孔，所述腐蚀孔内充满和所述上层氧化层相同的物质；

所述力敏电阻具体为涂布于所述上层氧化层的多晶硅膜层经干法刻蚀而成的力敏电阻条；

所述真空腔对应的压力膜层位置具体分为膜区、梁区，所述梁区横向布置于所述真空腔上部的中心位置，所述膜区对称布置于所述梁区的纵向两侧；

所述膜区低于所述梁区，所述膜区的底层多晶硅膜外露，所述梁区包括底层的多晶硅膜、上层的氧化层、涂布于所述上层氧化层上的氮化硅层；

所述力敏电阻条对称布置于所述梁区横向中心线两侧，所述力敏电阻条的上层涂布有所述氮化硅层，所述金属引线通过引线孔连通所述力敏电阻条。

一种压阻传感器芯片的制作方法，其特征在于：

在衬底硅上表面生长氧化层，光刻并腐蚀背大膜区的氧化层，在背大膜区选择性生长PSG(掺磷的低温氧化硅)作为牺牲层，并反刻非背大膜区的氧化层，在衬底硅上表面生长多晶硅膜；光刻并腐蚀多晶硅膜的腐蚀孔，释放牺牲层，用PECVD(等离子体增强化学气相沉积)的方法淀积2um厚的SiO₂堵塞腐蚀孔，并进行致密化处理；淀积多晶硅薄膜，在其正面反刻电阻区，并干法刻蚀后形成多晶硅电阻条；淀积Si₃N₄，光刻梁区，用梁区版刻蚀膜区的氧化层以形成梁-膜结构；光刻引线孔，蒸Al后反刻Al引线，合金化后完成金属引线。

其进一步特征在于：

其具体步骤如下：

a、对衬底硅进行标准清洗，后用去离子水冲洗，并用甩干机脱水、烘干，然后，将处理好的硅片放在氧化炉中热氧化，使其单面形成0.1um～1um的SiO₂氧化层；

b、光刻背大膜区，腐蚀背大膜区的SiO₂氧化层，继续用TMAH（四甲基氢氧化铵）腐蚀背大膜区的硅1um～5um；经清洗后用去离子水冲洗，烘干后进入PECVD(等离子体增强化学气相沉积)炉中生长PSG(掺磷的低温氧化硅)，作为牺牲层，其中生长的PSG的厚度和被腐蚀掉的背大膜区的硅的厚度相同；

c、反刻背大膜区，腐蚀非背大膜区的氧化层。经清洗后用去离子水冲洗，烘干后进入LPCVD（低压化学气相沉积）炉中生长底层的多晶硅膜，厚度1～5um；

d、光刻定义腐蚀孔，采用干法刻蚀的方法去掉腐蚀孔中的多晶硅，再用干法或湿法方法释放牺牲层PSG(掺磷的低温氧化硅)；经清洗后用去离子水冲洗，烘干后进入PECVD(等离子体增强化学气相沉积)炉中生长SiO₂薄膜1～5um，放入氧化炉中进行致密氧化处理后堵塞腐蚀孔；

e、将完成上述工序的硅片放入LPCVD（低压化学气相沉积）炉中生长多晶硅薄膜0.1～1um,通过硼扩散或硼离子注入使多晶硅薄膜掺杂，为激活杂质和消除扩散或注入引起的缺陷，并使杂质均匀分布，将硅片放在950℃～1200℃氮气保护下退火处理；

f、光刻定义多晶硅力敏电阻条的形状，采用干法刻蚀的方法在所需位置留下多晶硅的力敏电阻条，经清洗后用去离子水冲洗；烘干后进入LPCVD（低压化学气相沉积）炉中生长Si₃N₄薄膜0.1～1um；

g、光刻梁区，依次去除膜区的氮化硅层、氧化层，形成梁-膜结构；

h、光刻引线孔，蒸Al后反刻Al引线，合金化后完成金属引线。

在本发明中，由于所述基底具体为衬底硅，其与压力膜层的热膨胀系数和零输出的温度系数相匹配，确保使用过程中的精确度高；使用该方法后，其无需进行键合工艺，其生产方便、且生产成本低；此外，该发明无需再对硅片背部进行各向异性湿法深腐蚀、且无需减薄，故其所需要的硅片的材料小，且硅片的利用率高，大大降低了生产成本。

附图说明

图1是本发明的主视图的结构示意图；

图2是图1的俯视图的结构示意图（力敏电阻条位置为示意位置、省略力敏电阻条上层的氮化硅）；

图3是本发明的制作工艺流程图（其中倒数第二步是图2对应该步骤的B-B向剖视图，其余步骤为图2分别对应其步骤的A-A向剖视图）。

具体实施方式

其结构见图1、图2：其包括压力膜层、基底、力敏电阻、金属引线2，力敏电阻、金属引线2安装于压力膜层的上表面，基底装于压力膜层的下表面，基底具体为衬底硅3，压力膜层包括底层的多晶硅膜4、上层的氧化层5，底层的多晶硅膜4下表面装于衬底硅3的上表面；多晶硅膜4的下表面与衬底硅3的上表面封闭后其中间形成一个真空腔6；底层的多晶硅膜4开有贯通的腐蚀孔7，腐蚀孔7内充满和上层的氧化层5相同的物质；力敏电阻具体为涂布于上层氧化层的多晶硅膜层经干法刻蚀而成的力敏电阻条8；真空腔6对应的压力膜层位置具体分为膜区9、梁区10，梁区10横向布置于真空腔6上部的中心位置，膜区9对称布置于梁区10的纵向两侧；膜区9低于梁区10，膜区9的底层多晶硅膜4外露，梁区10包括底层的多晶硅膜4、上层的氧化层5、涂布于上层氧化层5上的氮化硅11；力敏电阻条8对称布置于梁区10横向中心线两侧，力敏电阻条8的上层涂布有氮化硅11，金属引线2通过引线孔1连通力敏电阻条8。

其制作工艺流程见图3：

具体实施例如下：

实施例一：

a、对衬底硅3进行标准清洗，后用去离子水冲洗，并用甩干机脱水、烘干。然后，将处理好的衬底硅3放在氧化炉中热氧化，单面形成0.1um的SiO₂氧化层13。

b、光刻背大膜区，腐蚀背大膜区的SiO₂氧化层13，继续用TMAH（四甲基氢氧化铵）腐蚀背大膜区的硅1um，经清洗后用去离子水冲洗，烘干后进入PECVD(等离子体增强化学气相沉积)炉中生长1um的PSG(掺磷的低温氧化硅)，作为牺牲层14。

c、反刻背大膜区，腐蚀非背大膜区的氧化层13，经清洗后用去离子水冲洗，烘干后进入LPCVD（低压化学气相沉积）炉中生长底层的多晶硅膜4，厚度1um。

d、在底层的多晶硅膜4上光刻定义腐蚀孔7，采用干法刻蚀的方法去掉腐蚀孔7中的多晶硅，再用干法或湿法方法释放牺牲层14，经清洗后用去离子水冲洗，烘干后进入PECVD(等离子体增强化学气相沉积)炉中生长SiO₂薄膜1um，作为上层氧化层5，放入氧化炉中进行致密氧化处理后堵塞腐蚀孔7。

e、将完成上述工序的硅片放入LPCVD（低压化学气相沉积）炉中生长多晶硅薄膜0.1um,通过硼扩散或硼离子注入使多晶硅薄膜掺杂，为激活杂质和消除扩散或注入引起的缺陷，并使杂质均匀分布，将硅片放在950℃氮气保护下退火处理，生成待腐蚀层12。

f、在袋腐蚀层12上光刻定义多晶硅力敏电阻条8的形状，采用干法刻蚀的方法在所需位置留下多晶硅的力敏电阻条8，经清洗后用去离子水冲洗，烘干后进入LPCVD（低压化学气相沉积）炉中生长氮化硅层11，厚度0.1um。

g、光刻梁区10，依次去除膜区9的氮化硅层11、上层氧化层5，形成梁-膜结构。

h、光刻引线孔12，蒸Al后反刻Al引线，合金化后完成金属引线2。

实施例二：

a、对衬底硅3进行标准清洗，后用去离子水冲洗，并用甩干机脱水、烘干。然后，将处理好的衬底硅3放在氧化炉中热氧化，单面形成0.5um的SiO₂氧化层13。

b、光刻背大膜区，腐蚀背大膜区的SiO₂氧化层13，继续用TMAH（四甲基氢氧化铵）腐蚀背大膜区的硅3um，经清洗后用去离子水冲洗，烘干后进入PECVD(等离子体增强化学气相沉积)炉中生长3um的PSG(掺磷的低温氧化硅)，作为牺牲层14。

c、反刻背大膜区，腐蚀非背大膜区的氧化层13，经清洗后用去离子水冲洗，烘干后进入LPCVD（低压化学气相沉积）炉中生长底层的多晶硅膜4，厚度1um。

d、在底层的多晶硅膜4上光刻定义腐蚀孔7，采用干法刻蚀的方法去掉腐蚀孔7中的多晶硅，再用干法或湿法方法释放牺牲层14，经清洗后用去离子水冲洗，烘干后进入PECVD(等离子体增强化学气相沉积)炉中生长SiO₂薄膜3um，作为上层氧化层5，放入氧化炉中进行致密氧化处理后堵塞腐蚀孔7。

e、将完成上述工序的硅片放入LPCVD（低压化学气相沉积）炉中生长多晶硅薄膜0.5um,通过硼扩散或硼离子注入使多晶硅薄膜掺杂，为激活杂质和消除扩散或注入引起的缺陷，并使杂质均匀分布，将硅片放在1100℃氮气保护下退火处理，生成待腐蚀层12。

f、在袋腐蚀层12上光刻定义多晶硅力敏电阻条8的形状，采用干法刻蚀的方法在所需位置留下多晶硅的力敏电阻条8，经清洗后用去离子水冲洗，烘干后进入LPCVD（低压化学气相沉积）炉中生长氮化硅层11，厚度0.5um。

g、光刻梁区10，依次去除膜区9的氮化硅层11、上层氧化层5，形成梁-膜结构。

h、光刻引线孔12，蒸Al后反刻Al引线，合金化后完成金属引线2。

实施例三：

a、对衬底硅3进行标准清洗，后用去离子水冲洗，并用甩干机脱水、烘干。然后，将处理好的衬底硅3放在氧化炉中热氧化，单面形成1um的SiO₂氧化层13。

b、光刻背大膜区，腐蚀背大膜区的SiO₂氧化层13，继续用TMAH（四甲基氢氧化铵）腐蚀背大膜区的硅5um，经清洗后用去离子水冲洗，烘干后进入PECVD(等离子体增强化学气相沉积)炉中生长5um的PSG(掺磷的低温氧化硅)，作为牺牲层14。

c、反刻背大膜区，腐蚀非背大膜区的氧化层13，经清洗后用去离子水冲洗，烘干后进入LPCVD（低压化学气相沉积）炉中生长底层的多晶硅膜4，厚度5um。

d、在底层的多晶硅膜4上光刻定义腐蚀孔7，采用干法刻蚀的方法去掉腐蚀孔7中的多晶硅，再用干法或湿法方法释放牺牲层14，经清洗后用去离子水冲洗，烘干后进入PECVD(等离子体增强化学气相沉积)炉中生长SiO₂薄膜5um，作为上层氧化层5，放入氧化炉中进行致密氧化处理后堵塞腐蚀孔7。

e、将完成上述工序的硅片放入LPCVD（低压化学气相沉积）炉中生长多晶硅薄膜1um,通过硼扩散或硼离子注入使多晶硅薄膜掺杂，为激活杂质和消除扩散或注入引起的缺陷，并使杂质均匀分布，将硅片放在1200℃氮气保护下退火处理，生成待腐蚀层12。

f、在袋腐蚀层12上光刻定义多晶硅力敏电阻条8的形状，采用干法刻蚀的方法在所需位置留下多晶硅的力敏电阻条8，经清洗后用去离子水冲洗，烘干后进入LPCVD（低压化学气相沉积）炉中生长氮化硅层11，厚度1um。

g、光刻梁区10，依次去除膜区9的氮化硅层11、上层氧化层5，形成梁-膜结构。

h、光刻引线孔12，蒸Al后反刻Al引线，合金化后完成金属引线2。

Claims (9)

1.一种压阻传感器芯片，其包括压力膜层、基底、力敏电阻、金属引线，所述力敏电阻、金属引线安装于所述压力膜层的上表面，所述基底装于所述压力膜层的下表面，其特征在于：所述基底具体为衬底硅，所述压力膜层包括底层的多晶硅膜、上层的氧化层，所述底层的多晶硅膜下表面装于所述衬底硅的上表面。

2.根据权利要求1所述的一种压阻传感器芯片，其特征在于：所述多晶硅膜的下表面与所述所述衬底硅的上表面封闭后其中间形成一个真空腔。

3.根据权利要求1所述的一种压阻传感器芯片，其特征在于：所述底层的多晶硅膜开有贯通的腐蚀孔，所述腐蚀孔内充满和所述上层氧化层相同的物质。

4.根据权利要求1所述的一种压阻传感器芯片，其特征在于：所述力敏电阻具体为涂布于所述上层氧化层的多晶硅膜层经干法刻蚀而成的力敏电阻条。

5.根据权利要求2所述的一种压阻传感器芯片，其特征在于：所述真空腔对应的压力膜层位置具体分为膜区、梁区，所述梁区横向布置于所述真空腔上部的中心位置，所述膜区对称布置于所述梁区的纵向两侧。

6.根据权利要求5所述的一种压阻传感器芯片，其特征在于：所述膜区低于所述梁区，所述膜区的底层多晶硅膜外露，所述梁区包括底层的多晶硅膜、上层的氧化层、涂布于所述上层氧化层上的氮化硅层。

7.根据权利要求4或6所述的一种压阻传感器芯片，其特征在于：所述力敏电阻条对称布置于所述梁区横向中心线两侧，所述力敏电阻条的上层涂布有所述氮化硅层，所述金属引线通过引线孔连通所述力敏电阻条。

8.一种压阻传感器芯片的制作方法，其特征在于：在衬底硅上表面生长氧化层，光刻并腐蚀背大膜区的氧化层，在背大膜区选择性生长PSG(掺磷的低温氧化硅)作为牺牲层，并反刻非背大膜区的氧化层，在衬底硅上表面生长多晶硅膜；光刻并腐蚀多晶硅膜的腐蚀孔，释放牺牲层，用PECVD(等离子体增强化学气相沉积)的方法淀积2um厚的SiO₂堵塞腐蚀孔，并进行致密化处理；淀积多晶硅薄膜，在其正面反刻电阻区，并干法刻蚀后形成多晶硅电阻条；淀积Si₃N₄，光刻梁区，用梁区版刻蚀膜区的氧化层以形成梁-膜结构；光刻引线孔，蒸Al后反刻Al引线，合金化后完成金属引线。

9.根据权利要求8所述的一种压阻传感器芯片的制作方法，其特征在于：

其具体步骤如下：

a、对衬底硅进行标准清洗，后用去离子水冲洗，并用甩干机脱水、烘干，然后，将处理好的硅片放在氧化炉中热氧化，使其单面形成0.1～1um的SiO₂氧化层；

b、光刻背大膜区，腐蚀背大膜区的SiO₂氧化层，继续用TMAH（四甲基氢氧化铵）腐蚀背大膜区的硅1～5um。经清洗后用去离子水冲洗，烘干后进入PECVD(等离子体增强化学气相沉积)炉中生长PSG(掺磷的低温氧化硅)，作为牺牲层，其中生长的PSG的厚度和被腐蚀掉的背大膜区的硅的厚度相同；

c、反刻背大膜区，腐蚀非背大膜区的氧化层。经清洗后用去离子水冲洗，烘干后进入LPCVD（低压化学气相沉积）炉中生长底层的多晶硅膜，厚度1～5um；

d、光刻定义腐蚀孔，采用干法刻蚀的方法去掉腐蚀孔中的多晶硅，再用干法或湿法方法释放牺牲层PSG(掺磷的低温氧化硅)。经清洗后用去离子水冲洗，烘干后进入PECVD(等离子体增强化学气相沉积)炉中生长SiO₂薄膜1～5um，放入氧化炉中进行致密氧化处理后堵塞腐蚀孔；

e、将完成上述工序的硅片放入LPCVD（低压化学气相沉积）炉中生长多晶硅薄膜0.1～1um,通过硼扩散或硼离子注入使多晶硅薄膜掺杂，为激活杂质和消除扩散或注入引起的缺陷，并使杂质均匀分布，将硅片放在950℃～1200℃氮气保护下退火处理；

f、光刻定义多晶硅力敏电阻条的形状，采用干法刻蚀的方法在所需位置留下多晶硅的力敏电阻条。经清洗后用去离子水冲洗。烘干后进入LPCVD（低压化学气相沉积）炉中生长Si₃N₄薄膜0.1～1um；

g、光刻梁区，依次去除膜区的氮化硅层、氧化层，形成梁-膜结构；

h、光刻引线孔，蒸Al后反刻Al引线，合金化后完成金属引线。

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