[發明專利]介質隔離壓阻式壓力傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201210340683.6
• 申請日: 2012-09-15
• 公開（公告）號: CN102998037A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 汪祖民;展明浩;呂東鋒;郭群英;徐棟;黃斌;王鵬;何凱旋
• 申請（專利權）人: 華東光電集成器件研究所
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18;B81B3/00;B81C1/00
• 代理公司: 安徽省蚌埠博源專利商標事務所 34113
• 代理人: 楊晉弘

技術領域

本發明屬于微電子機械系統領域，具體涉及到一種介質隔離壓阻式壓力傳感器及其制備方法，用來解決傳統壓阻式壓力傳感器線性度低和壓敏電阻高溫漏電的難題。?

背景技術

MEMS壓力傳感器是測量壓力的傳感器件，是使用極為廣泛的一種傳感器，具有體積小、重量輕、靈敏度高、精度高，動態特性好，耐腐蝕、零位小等優點。按照讀出機制的不同，常見的MEMS壓力傳感器有三種：壓阻式、電容式和壓電式MEMS壓力傳感器。其中用量最大的是壓阻式MEMS壓力傳感器，它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性，同時處理電路簡單，可以大批量生產等優點獲得了大量的應用。壓阻式MEMS壓力傳感器是利用硅的壓阻效應和微電子技術制作的,它是近30年來發展非常迅速的一種新型傳感器。?

壓阻式壓力傳感器包括三個主要組成部分：壓敏電阻、應力薄膜和硅島。其中由四個壓敏電阻構成惠斯通電橋，將作用在傳感器上壓力，通過薄膜的應力變化轉換成壓敏電阻阻值的變化，再經相應的測量電路檢測出這個變化的阻值，最后，度量出作用在薄膜上的被測壓力的大小。早期的壓力傳感器大都采用方形薄膜或者硅島結構，該種結構的壓力傳感器由于電阻是通過離子注入的方式制作，利用PN結的反偏進行電隔離，該種壓敏電阻條易漏電，達不到目前的使用要求，同時壓敏電阻條的結深對器件的靈敏度、線性度影響較大，在該種結構的器件加工過程中，涉及到高溫等條件，會影響器件的性能，從而使得器件的性能較為離散和不穩定。?

發明內容

本發明的目的就是為了解決現有的常規壓阻式壓力傳感器存在的線性度低、高溫漏電的難題，提供的一種介質隔離壓阻式壓力傳感器及其制備方法。?

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：?

一種介質隔離壓阻式壓力傳感器，其特征在于包括：SOI硅片以及鍵合連接的下蓋板，SOI硅片的頂層硅中設有一組壓敏體電阻，壓敏體電阻周圍設有隔離介質，頂層硅表面設有氧化隔離層，氧化隔離層的表面設有一組鋁電極，每個鋁電極分別通過導線與對應的壓敏體電阻連接；SOI硅片的底層硅中設有空腔，空腔中部設有凸起的硅島。

在上述技術方案的基礎上，可以有以下進一步的技術方案：?

所述的一組壓敏體電阻分別布設在頂層硅四邊的中間位置。

本發明還包括一種介質隔離壓阻式壓力傳感器的制備方法，包括以下步驟：?

（1）、SOI硅片表面淀積氮化硅；

（2）、SOI硅片底層硅光刻、腐蝕形成空腔及硅島；

（3）、SOI硅片頂層硅正面光刻、刻蝕出體電阻的隔離槽，隔離槽中的頂層硅形成壓敏體電阻；

（4）、SOI硅片熱氧化，在隔離槽中填充絕緣介質；

（5）、SOI硅片雙面去除氮化硅；

（6）、SOI硅片雙面生長氧化絕緣層；

（7）、SOI硅片頂層硅正面光刻壓敏電阻接線孔；

（8）、SOI硅片頂層硅正面濺射鋁，光刻鋁電極、鋁布線圖形，并腐蝕形成電極鋁及鋁布線；

（9）、SOI硅片底層硅與下蓋板鍵合，進行下蓋板真空封裝。

本發明的壓敏體電阻是利用SOI硅片頂層硅并采用等離子刻蝕技術制作，布局在頂層硅四邊的中間位置，在敏感外界載荷的作用時，底層硅由于外部壓力的作用發生變形，從而帶動壓敏體電阻的變形，由于其位于頂層硅中間部分，根據底層硅薄膜應變特點可以知道，此時作用于壓敏電阻條上的剪切壓力相互抵消，縱向應變最大程度的作用在敏感電阻上，從而極大的提高了結構的靈敏度和線性度，同時該結構實現了體電阻與基體之間充分利用SOI硅片的中間氧化層和填充絕緣介質進行隔離，極大的提高了器件的電隔離性，解決了器件在高溫條件下漏電的難題；通過SOI硅片的頂層硅的厚度來實現確立體電阻的厚度，保證了體電阻的厚度均勻一致，消除了后期工藝過程中的高溫對電阻的影響，保證了器件的性能一致；采用硅島結構，則具有硅島處的壓力敏感膜剛度較大，在敏感外部載荷時將應力等效集中在體電阻處，提高結構的靈敏度，同時當結構過載時，硅島與下基體中間的距離限制其位移，從而避免了在大過載條件下對結構造成的損壞，實現了結構的抗高過載性能。?

該結構采用干法刻蝕和濕法腐蝕相結合的工藝，基于SOI硅片材料進行加工制作。利用濕法腐蝕凸角保護技術實現背部硅島的腐蝕加工，然后采用硅硅鍵合工藝實現下蓋板的封裝鍵合；芯片上部采用干法刻蝕和介質填充實現壓敏體電阻的制作。?