[發(fā)明專利]基于智能剝離硅隔離芯片的耐高溫抗腐蝕壓力傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210031035.2
• 申請日: 2012-02-13
• 公開（公告）號: CN102539055A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭述文
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州文智芯微系統(tǒng)技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01L9/00
• 分類號: G01L9/00;B81B3/00
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 孫仿衛(wèi)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種壓力傳感器，具體地說，涉及一種耐高溫、抗腐蝕的基于智能剝離硅隔離芯片的壓力傳感器。

背景技術(shù)

高溫壓力傳感器在飛機引擎控制、化學(xué)工業(yè)、石油化工以及能源電力等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。

近年來，人們把注意力集中在開發(fā)基于寬能帶材料的高溫壓力傳感器，如碳化硅、氮化鎵等，這些材料雖然有著優(yōu)良的抗腐蝕耐高溫性能，但其加工工藝還不成熟，加工成本很高，離實現(xiàn)應(yīng)用還有較大的距離。因此，基于SOI硅材料的的低成本壓阻式高溫壓力傳感器仍然具有很大的吸引力。

SOI硅材料采用二氧化硅作為介質(zhì)隔離，沒有擴散硅壓力傳感器的PN結(jié)隔離的高溫漏電現(xiàn)象，因此可以耐受較高的溫度，用SOI制作的壓力傳感器的工作溫度可達(dá)500℃，最高工作溫度甚至高達(dá)600℃。目前，市場上的SOI晶圓片主要有三種類型：一種是采用硅-二氧化硅鍵合再減薄的方式形成的SOI晶圓片，這類晶圓片的激活硅層厚度較厚，一般大于2微米，較難形成高溫壓阻式傳感器所需要的摻雜均勻的激活層；第二種是采用氧離子注入方式形成的SOI晶圓片（SIMOX），這類晶圓片的氧化層很難做厚，最厚不過0.4微米，難以次年工程超高溫傳感器所需的較厚的較高溫低漏電流的絕緣層，最高耐溫350℃左右，而氧化層上的硅單晶層的厚度只有0.2微米左右，需要再做硅外延以增加厚度；第三種是采用智能剝離技術(shù)（SMART-CUT）形成的SOI晶圓片，這類晶圓片的硅激活層厚度約為0.3-0.4微米，可以容易通過離子注入或高溫擴散方法形成摻雜均勻的激活層，而且氧化硅埋層厚度可以做得比較厚，在1-3微米之間任意選定，因此這種基于SMART-CUT技術(shù)的SOI硅晶圓片最適合于壓阻式超高溫壓力傳感器（350-500℃）。

抗腐蝕壓力傳感器一般采用不銹鋼作為應(yīng)變膜片，其中，不充油式傳感器通過共晶鍵合技術(shù)將電阻條芯片與不銹鋼壓力膜片粘連在一起形成，由于其面向壓力介質(zhì)的一面為不銹鋼應(yīng)變膜片的另一面，電阻條本身并不與外界接觸，因此具有抗腐蝕功能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種耐高溫、抗腐蝕的基于智能剝離技術(shù)（SMART-CUT）技術(shù)形成的SOI芯片的壓力傳感器。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于智能剝離硅隔離芯片的耐高溫抗腐蝕壓力傳感器，用于檢測壓力介質(zhì)的壓力，其包括依次設(shè)置的壓力傳感器芯片、金鍺合金膜層、彈性膜片；

所述的壓力傳感器芯片為采用智能剝離技術(shù)形成的硅隔離芯片；所述的彈性膜片具有第一面和第二面；所述的壓力傳感器芯片為兩片且對稱地設(shè)置于所述的彈性膜片的第一面的應(yīng)力最大處；所述的彈性膜片的第二面面向所述的壓力介質(zhì)。

優(yōu)選的，所述的壓力傳感器芯片包括依次設(shè)置的對壓力敏感的高摻雜單晶硅層、二氧化硅埋層、襯底硅層；所述的單晶硅層包括電阻條。

優(yōu)選的，所述的壓力傳感器芯片與所述的彈性膜片通過短暫液相過渡共晶鍵合工藝封裝；所述的壓力傳感器芯片上依次淀積有粘附層、硅擴散阻擋層、金擴散阻擋層、第一金膜層、超薄鍺層；所述的彈性膜片上電鍍有第二金膜層；當(dāng)所述的壓力傳感器芯片與所述的彈性膜片相鍵合時，所述的超薄鍺層與所述的第一金膜層和所述的第二金膜層的界面處的金原子和鍺原子發(fā)生共晶熔化，所述的超薄鍺層中的鍺原子向周圍擴散而使鍺原子濃度逐漸下降，最終金鍺共晶由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)形成所述的金鍺合金膜層，所述的金鍺合金膜層中鍺原子的濃度低于3%。

優(yōu)選的，所述的壓力傳感器芯片與所述的彈性膜片的鍵合溫度為360℃-450℃。

優(yōu)選的，所述的壓力傳感器芯片采用如下工藝制成：向第一片硅晶圓片中注入氫離子形成微氣泡層，再將該第一片硅晶圓片與含有所述的二氧化硅埋層和所述的襯底硅層的第二片硅晶圓片直接鍵合后加高溫退火裂變，所述的第一片硅晶圓片與所述的第二片硅晶圓片之間形成激活層，向所述的激活層中注入硼離子形成所述的高摻雜單晶硅層，再采用等離子刻蝕方法將所述的高摻雜單晶硅層刻蝕成所述的電阻條。

優(yōu)選的，所述的高摻雜單晶硅層上形成有歐姆接觸金屬層和氮化硅鈍化層。

優(yōu)選的，所述的彈性膜片為金屬膜片，且所述的彈性膜片為圓形膜片。

優(yōu)選的，其還包括溫度補償芯片，所述的溫度補償芯片設(shè)置于所述的彈性膜片的第一面的應(yīng)力最小處。

優(yōu)選的，所述的溫度補償芯片包括依次設(shè)置的溫度補償電阻條層、溫度補償二氧化硅埋層、溫度補償襯底硅層；所述的溫度補償電阻條層具有溫度補償電阻；所述的溫度補償芯片通過共晶鍵合方式粘貼于所述的彈性膜片上。