[發明專利]壓阻式高過載壓力傳感器及其制造方法

無效

• 申請號: 201410294071.7
• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號: CN104215362A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 付博
• 申請（專利權）人: 無錫壹資半導體科技有限公司
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及電子行業傳感器技術領域，尤其涉及一種壓阻式高過載壓力傳感器及其制作方法。

背景技術

壓阻式壓力傳感器是利用單晶硅材料的壓阻效應和集成電路技術制成并應用于壓力、拉力、壓力差的測量和控制。其原理為單晶硅材料在受到力的作用后，晶體中的晶格產生變形，引起內部載流子的遷移率發生變化，從而使硅的電阻率發生變化，通過捕捉、測量這些變化就可得到正比于壓力變化的電信號輸出。

壓力傳感器通常是要求工作在規定的量程范圍內，但在實際現場工作環境中可能會遇到導致壓力傳感器所處的壓力超過傳感器量程范圍的情況。在實際應用中遇到壓力相對較高的情況時，需要壓力傳感器不能被損壞，性能不能變差，這就要求所使用的壓力傳感器必須具有良好的抗過載能力。常見的壓力傳感器產品以硅-玻璃結構為主，而壓力測試系統以及其他一些應用場合往往需要面對超過工作范圍10倍以上的情況，目前多數壓力傳感器不具備限位功能，因而會導致過載過程中產品失效的缺點。

發明內容

為了解決目前壓力傳感器在測量時都存在的抗過載能力差、可靠性差、體積大的缺點，本發明提供了一種壓阻式高過載壓力傳感器及其制造方法，

以提高壓阻式壓力傳感器的抗過載能力和可靠性，同時縮小壓阻式壓力傳感器的整體尺寸。

根據本發明的一個方面，提供了一種壓阻式高過載壓力傳感器，該傳感器從上至下由玻璃-硅-玻璃三層結構，其中上層玻璃設有絕壓腔和過載限位；中間為主芯片層，主芯片設有抗過載區和傳感區；下層玻璃設有引壓孔；上層玻璃的鍵合區與主芯片的抗過載區重合，主芯片的最大應變區與鍵合區交叉不重合，敏感電阻分別布置在最大應變區內，在超過形變的時候抗過載區的玻璃框架就變成了限位框架。

所述的玻璃-硅-玻璃三層結構通過陽極鍵合組合一起

所述的上層玻璃的絕壓腔通過強堿腐蝕形成

所述的上層玻璃通過劃片露出表面電極；

所述的中間主芯片層為硅襯底形成的C型硅杯

所述的中間主芯片層經過強堿各向異性腐蝕，形成敏感膜區，并將組成惠斯通電橋的敏感電阻分別安置在最大應變區內；

所述的下層玻璃的引壓孔是通過機械方法進行打孔形成，

根據本發明的另一個方面，還提供了一種壓阻式高過載壓力傳感器的制備方法，其制備步驟如下

步驟一：對N型單晶硅片進行清洗和一次氧化和氮化硅沉積，在N型單晶硅片的上下表面分別生成二氧化硅層和氮化硅層；

步驟二：通過干法刻蝕與濕法腐蝕相結合去除N型單晶硅片的上表面的二氧化硅層和氮化硅層；

步驟三：對N型單晶硅片進行清洗和一次氧化，在N型單晶硅片的上表面生成上層二氧化硅層；

步驟四：根據傳感區內周圍的保護環位置對上層二氧化硅層進行光刻形成保護環區注入孔；并通過大束流注入機向保護環區注入孔內的N型單晶硅片上注入磷，形成保護環區；

步驟五：根據傳感區內敏感電阻的歐姆接觸區對上層二氧化硅進行光刻形成歐姆接觸區注入孔，通過大束流注入機向歐姆接觸區注入孔內的N型單晶硅片上注入硼，形成歐姆接觸區；

步驟六：去除N型單晶硅上表面上的所有二氧化硅層

步驟七：根據傳感區內的壓阻位置對上層N型單晶硅硅層進行光刻形成壓阻區注入孔,通過大束流注入機向壓阻區注入孔內的N型單晶硅片上注入硼，形成壓力傳感器的壓敏電阻。

步驟八：進行氧化退火，形成二氧化硅絕緣層

步驟九：根據對過歐姆接觸區、過載區進行光刻、腐蝕，形成歐姆接觸孔和鍵合區。

步驟十：對上層進行濺射鋁

步驟十一：通過光刻形成光刻膠掩膜，刻蝕裸露出來的鋁，形成鋁引線和電極；

步驟十二：根據傳感區所對應的硅杯腐蝕位置對N型單晶硅片下表面進行光刻，形成下表面硅杯腐蝕區，并用干法刻蝕和濕法腐蝕相結合，去除裸露部分的氮化硅層和二氧化硅層，露出硅杯腐蝕區。

步驟十三：通過強堿對硅杯腐進行濕法腐蝕，形成硅杯結構

步驟十四：根據鍵合位置對上層玻璃進行光刻，通過強酸進行腐蝕，形成絕壓腔

步驟十五：根據鍵合位置用機械打孔設備對下層玻璃進行打孔，形成引壓孔

步驟十六：使用真空鍵合機進行玻璃-硅-玻璃鍵合

步驟十七：通過劃片機高度進行劃片，使其電極部分露出。

步驟十八：最后進行封裝、壓焊和性能測試

本發明具有以下優點和有益效果：