[發明專利]一種SOI壓力應變計及其制作方法

有效

• 申請號: 201310719756.7
• 申請日: 2013-12-23
• 公開（公告）號: CN103712721A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 沈紹群;羅小勇;梁棟漢;阮炳權
• 申請（專利權）人: 新會康宇測控儀器儀表工程有限公司
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18;B81B1/00;B81C1/00
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 馮劍明

技術領域

本發明涉及微電子壓力傳感器領域，特別是一種SOI壓力應變計及其制作方法。

背景技術

在中、低量程壓力傳感器領域中，采用背面受壓或充油體不銹鋼波紋隔膜正面受壓兩種結構形式檢測系統壓力變化。但這兩種結構形式都不耐高溫，只能在小于125℃環境下工作，而且過載能力差，只能過載3-5倍壓力下工作。在大于6-200Mpa的高壓傳感器領域中，封裝結構成為突出予盾。?靠O型圈密封已無法抵阻高壓情況下的泄漏問題。采用了壓敏橋路電阻做在17-4PH不銹鋼基座上，再把基座通過氬弧焊、電子束、高能激光束等工藝燒焊在不銹鋼外殼的接口端，當壓力從17-4PH不銹鋼基座背面引入時，就克服了泄漏和過載過小的問題。

國內外高壓傳感器中，目前有兩種結構形式：一種是濺射膜結構；另一種是超薄型應變計的微熔結構。在17-4PH不銹鋼基座的彈性膜區實現濺射膜結構和微熔結構，再與不銹鋼外殼燒焊接在一起，保證基座背面受壓時能經得住幾千公斤壓力而不漏氣，而基座結構中正面制作的力敏電阻因受到應力作用而產生阻值變化。濺射膜結構是在17-4PH不銹鋼基座彈性膜表面，采用濺射技術，先在不銹鋼彈性膜表面濺射一層絕緣的氮氧化硅薄膜作絕緣基，再在上面濺射康銅或鉑金屬薄膜，采用光刻和干法刻蝕技術，把康銅或鉑金屬層刻蝕成四個力敏電阻，再用金屬連線連接成一個惠斯頓電橋。但是這種結構成本高、產量低、成品率低、一致性差、耐絕緣電壓低，不適宜于大規模生產。

因此近幾年己逐漸被超薄型應變計的微熔結構所取代。微熔結構中用到的超薄型應變計采用集成電路平面工藝和微機械工藝技術相結合辦法制造，可以大規摸生產，一致性好。但是這種超薄型應變計目前國內全靠進口來維持微熔結構的生產。

目前一般的單晶硅壓力傳感器，橋路電阻間采用P-N結隔離，存在P-N結反向漏電流，導致輸出溫度漂移大,不能在高溫環境下工作。因此需要可以滿足傳感器在高溫工作環境下的要求的壓力傳感器，尤其是在航空航天軍事工業上更具有迫切需求。而且在力敏電阻之間必須通過鋁硅引線連接電阻端點的歐姆接觸孔，才有可能形成一個完整的惠斯頓橋路。鋁硅內引線在常規設計中，引線從一個歐姆接觸孔到另一個歐姆接觸孔常常會垮越二個高度不等的臺階，如果臺階稍高就會造成引線的斷裂，器件失效。

因此，如何設計一種能應用于高壓、高溫壓力傳感器中的超薄型應變計已成為國內企業、廠家目前的迫切需要。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種穩定性好，能應用于高壓、高溫壓力傳感器中的超薄型SOI壓力應變計及其制作方法。

本發明解決其問題所采用的技術方案是：

一種SOI壓力應變計，包括壓力應變計，所述壓力應變計包括SOI絕緣硅片，所述SOI絕緣硅片從下至上依次包括硅襯底、二氧化硅絕緣薄膜和硅薄膜，所述硅薄膜上設置有兩個或四個的力敏電阻，所述力敏電阻上設有內引線通道，所述內引線通道內設置有金屬內引線，還包括用于與傳感器芯片連接的鋁電極，所述力敏電阻通過金屬內引線相互連接和/或與鋁電極連接組成壓力測量電路。

進一步，所述力敏電阻為單晶硅力敏電阻或多晶硅力敏電阻。

進一步，所述硅薄膜為摻有硼原子的P型導電層。

進一步，所述內引線通道下方的硅薄膜上形成有其對應的濃硼擴散基體。

進一步，所述金屬內引線為鋁硅引線或鉻鎳金引線。

具體地，所述硅襯底和硅薄膜由單晶硅或多晶硅組成。

進一步地，所述硅薄膜及力敏電阻的上表面覆蓋有一層氮化硅薄膜，所述氮化硅薄膜與二氧化硅絕緣薄膜形成復合絕緣基體。

作為上述的一種改進，包括兩個力敏電阻，所述力敏電阻之間組成半橋惠斯頓測量電路。

作為上述的另一種改進，包括四個力敏電阻，相互之間組成全橋惠斯頓測量電路。

作為上述的另一種改進，包括兩個力敏電阻，每個力敏電阻的兩端分別通過金屬內引線與鋁電極連接形成平行獨立對電阻。

進一步地，所述壓力應變計設置于17-4PH不銹鋼彈性基座的圓形彈性膜上，所述的力敏電阻分成兩組，其中一組力敏電阻與圓形彈性膜的切線平行，另外一組力敏電阻與上述圓形彈性膜的切線相垂直。

優選地，所述的力敏電阻設置于圓形彈性膜邊緣的應力峰值區。

進一步，所述壓力應變計通過玻璃粉的微熔技術與17-4PH不銹鋼彈性基座連為一體

一種SOI壓力應變計的制作方法，?其特征在于包括以下步驟：