[發(fā)明專利]一種高溫壓力傳感器及其加工方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201510023320.3 | 申請日： | 2015-01-19 |
| 公開（公告）號： | CN104535253B | 公開（公告）日： | 2018-05-25 |
| 發(fā)明（設計）人： | 劉冠東;崔萬鵬;高成臣;郝一龍 | 申請（專利權(quán)）人： | 北京大學 |
| 主分類號： | G01L9/06 | 分類號： | G01L9/06 |
| 代理公司： | 暫無信息 | 代理人： | 暫無信息 |
| 地址： | 100871 北*** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 敏感膜片 高溫壓力傳感器 單晶硅圓片 耐高溫 硅硅 底座 加工 氮化硅鈍化層 各向異性腐蝕 歐姆接觸電極 工作穩(wěn)定性 硅基傳感器 惠斯登電橋 芯片級封裝 壓力傳感器 二硅化鈦 二氧化硅 高溫環(huán)境 介質(zhì)鍵合 金屬管殼 膜片結(jié)構(gòu) 壓力敏感 陽極鍵合 直接鍵合 玻璃片 襯底層 傳統(tǒng)的 氮化鈦 硅電阻 漏電流 埋氧層 器件層 傳感器 互連 電阻 淀積 多層 鍵合 濺射 隔離 生長 | ||
本發(fā)明本發(fā)明公開了一種高溫壓力傳感器及其加工方法，該壓力傳感器包括硅由敏感膜片，底座，TO管殼。其中敏感膜片采用SOI單晶硅圓片作為基片，在器件層加工電阻及引線互連組成惠斯登電橋，在襯底層進行各向異性腐蝕形成所述對壓力敏感的膜片結(jié)構(gòu)；底座以玻璃片或單晶硅圓片為基片，與敏感膜片進行陽極鍵合或硅硅直接鍵合或硅硅介質(zhì)鍵合；以所述TO型金屬管殼為外殼實現(xiàn)芯片級封裝。本發(fā)明用SOI圓片的埋氧層和淀積的二氧化硅/氮化硅鈍化層將硅電阻包裹隔離，消除了高溫時的漏電流；濺射生長二硅化鈦/鈦/氮化鈦/鉑/金多層耐高溫歐姆接觸電極結(jié)構(gòu)；采用耐高溫鍵合及TO封裝工藝，提高傳感器高溫工作穩(wěn)定性。解決傳統(tǒng)的硅基傳感器難以在高溫環(huán)境中長期工作的問題。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及微電子機械加工領(lǐng)域，尤其涉及一種高溫壓力傳感器及其加工方法。
背景技術(shù)
基于微電子機械加工技術(shù)制造的耐高溫傳感器在航空航天、工業(yè)生產(chǎn)等高溫極端環(huán)境中有非常廣泛的應用。傳統(tǒng)的壓力傳感器難以在高溫環(huán)境中工作的一個原因是，傳統(tǒng)的壓阻式壓力傳感器是以單晶硅為基片，在N型硅襯底上制作P型擴散電阻，依靠反偏PN結(jié)隔離，當環(huán)境溫度超過120℃時，PN結(jié)漏電流加劇，隔離失效；制約壓力傳感器最高工作溫度的另一個重要因素是傳統(tǒng)的電極結(jié)構(gòu)在高溫環(huán)境中會因為金屬層擴散而電阻率明顯升高，難以在400℃～500℃長期工作；封裝材料及工藝對壓力傳感器的高溫性能也有非常顯著的影響。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高溫壓力傳感器及其加工方法，解決傳統(tǒng)的硅基傳感器難以在高溫環(huán)境中長期工作的問題。
本發(fā)明提供了一種高溫壓力傳感器及其加工方法，所述壓力傳感器包括：硅敏感膜片，底座，TO管殼。所述加工方法包括：硅敏感膜片加工步驟：采用SOI單晶硅圓片作為基片，在器件層加工電阻及引線互連組成惠斯登電橋，在襯底層進行各向異性腐蝕形成所述對壓力敏感的膜片結(jié)構(gòu)；鍵合步驟：以玻璃片或單晶硅圓片為基片，加工所述底座；封裝步驟：以所述TO型金屬管殼為外殼實現(xiàn)芯片級封裝。
上述高溫壓力傳感器的加工方法，優(yōu)選硅敏感膜片加工步驟包括：電阻加工步驟：選取N型(100)雙面拋光的SOI單晶硅圓片，在器件層表面進行P型重摻雜并退火，提高摻雜濃度可以有效提高硅電阻的本征激發(fā)溫度；電阻圖形化及隔離步驟：刻蝕基片的器件層形成惠斯登電橋的橋臂電阻，用低壓化學氣相淀積的方法在基片表面淀積二氧化硅/氮化硅鈍化層，電阻被鈍化層和SOI片的埋氧層包裹隔離起來，消除高溫時的漏電流；金屬層生長步驟：用磁控濺射的方法在電阻上濺射多層耐高溫歐姆接觸電極及互連線，多層電極結(jié)構(gòu)自下而上依次為：硅/二硅化鈦歐姆接觸，鈦粘附層，氮化鈦阻擋層，鉑粘附層，金導電層，圖形化所述金屬電極及互連線的方法是剝離。背腔腐蝕步驟：基片正面旋涂保護膠，基片背面以二氧化硅/氮化硅鈍化層為掩膜，對窗口區(qū)域的硅襯底進行各向異性腐蝕，形成對壓力敏感的膜片結(jié)構(gòu)，硅腐蝕劑為氫氧化鉀溶液或四甲基氫氧化銨溶液。
上述高溫壓力傳感器的加工方法，優(yōu)選鍵合加工步驟包括：硅玻璃鍵合步驟：選取應變溫度在500℃～550℃以上且含有鈉離子的硼硅玻璃片為基片與所述硅敏感膜片背面的硅襯底進行陽極鍵合。硅硅鍵合步驟：當采用單晶硅圓片加工底座時，用焊料鍵合的方法將硅敏感膜片與底座鍵合，焊料鍵合的加工方法可以是玻璃焊料鍵合也可以是基于瞬態(tài)液相擴散技術(shù)的金屬焊料鍵合，所采用的金屬焊料或玻璃焊料應該能夠在500℃～550℃以上保持良好的氣密性和封接強度。
上述高溫壓力傳感器的加工方法，優(yōu)選封裝加工步驟包括：芯片與管殼封裝步驟：選取定制的耐高溫TO管殼，選用耐高溫玻璃焊料或金屬焊料將芯片底座與管殼的管座封接。管座與蓋帽封裝步驟：管殼的管座和管殼的蓋帽之間可以用儲能焊封接。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
第一，用SOI圓片的埋氧層和淀積的二氧化硅/氮化硅鈍化層將硅電阻包裹隔離，消除高溫時的漏電流；
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