[發明專利]一種敏感電阻壓力傳感器芯片及加工方法

在審

• 申請號: 202010284969.1
• 申請日: 2020-04-13
• 公開（公告）號: CN111337167A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 賈文博;張治國;鄭東明;祝永峰;任向陽;海騰;肖文英;馮艷敏;周聰
• 申請（專利權）人: 沈陽儀表科學研究院有限公司
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18;G01L1/22
• 代理公司: 沈陽科威專利代理有限責任公司 21101
• 代理人: 楊濱

1.一種敏感電阻壓力傳感器芯片，它包括有：在單晶硅襯底層所加工成的硅膜片，敏感電阻及壓焊點，其特征在于：在硅膜片的內部設置有金剛石敏感電阻，硅膜片與金剛石敏感電阻的側壁間隔一層用于金剛石敏感電阻與襯底之間絕緣的氧化層；金剛石敏感電阻下方與硅膜片之間的連接層為用于敏感電阻與硅膜片隔離本征金剛石。

2.根據權利要求1所述的敏感電阻壓力傳感器芯片，其特征在于：在單晶硅襯底表面覆蓋有一氮化硅層。

3.根據權利要求1所述的敏感電阻壓力傳感器芯片，其特征在于：在金剛石敏感電阻上方連接一層用于導電的鈦金電極，壓焊點處的截面結構與金剛石敏感電阻區域的結構一致。

4.一種敏感電阻壓力傳感器芯片加工方法，其特征在于：其加工過程為：

（1）以100晶面的單晶硅為襯底，通過低壓力化學氣相沉積或者等離子體增強化學氣相沉積生長一層0.5-2um的氮化硅層；

（2）光刻，利用常規光刻技術，刻出阻條及壓焊點器件圖形；

（3）刻蝕，利用干法或濕法刻蝕實現光刻圖形，刻蝕深度為3-6um，若采用濕法刻蝕，得到2-5um的橫向刻蝕深度，若用干法刻蝕，應注意調整工藝保留橫向刻蝕，使橫向刻蝕深度達到1-2um；

（4）氧化，熱氧生長一層氧化硅，厚度為2-3um，使底部和側壁均生長一層氧化層；

（5）刻蝕，利用干法刻蝕，刻蝕掉壓焊點和阻條底部的氧化層，保留側壁的氧化層；

（6）生長金剛石，利用微波等離子體化學氣相沉積或者熱絲化學氣相沉積生長一層本征金剛石，其厚度為2-6um，由于其他氧化層和氮化硅位置以金剛石為敏感電阻本不形核，故該生長為選區生長，只在刻蝕區域生長金剛石；

（7）繼續生長金剛石，利用微波等離子體化學氣相沉積或者熱絲生長一層硼摻雜的金剛石，其厚度為1-2um，電阻率為1*10^-3~1*10²歐姆·cm，由于其他氧化層位置以金剛石為敏感電阻本不形核，故該生長為選區生長，只在金剛石區域生長金剛石，制成的四個電阻組成惠斯通電橋；

（8）去氮化硅層，用磷酸去掉之前生長的氮化硅；

（9）重新氮化硅沉積，利用低壓力化學氣相沉積或者等離子體增強化學氣相沉積生長一層氮化硅對芯片進行保護；

（10）刻蝕氮化硅，利用等離子體刻蝕技術，刻蝕出電極區域；

（11）電極制作，利用磁控濺射沉積Ti/Au或者Ti/Pt/Au作為電極，利用lift-off技術制備電極；厚度為Ti：1000-5000A，Au：1000-5000A，Pt：1000-5000A，在600-750℃下退火20-60分鐘；

（12）背面硅杯的制作，先對背面進行光刻硅杯圖形，刻蝕掉硅杯處的氧化層，隨后用氫氧化鉀或者四甲基氫氧化銨溶液進行各向異性腐蝕，在單晶硅襯底上得到硅膜片厚度為30-100um。

5.根據權利要求4所述的加工方法，其特征在于：所述步驟3-5所得到的是側壁的氧化層，該氧化層用于金剛石敏感電阻與單晶硅襯底之間的絕緣。

6.根據權利要求4所述的加工方法，其特征在于：所述步驟6-7所加工的金剛石在硅膜片內部。

7.根據權利要求4所述的加工方法，其特征在于：所述步驟1和步驟9所加工的氮化硅膜，若用LPCVD生長，其溫度在700-850℃，氨氣流量為500-5000立方厘米/分鐘，硅烷流量為500-5000sccm，N₂流量為1000-8000sccm；若用PECVD生長，則高頻功率為1000-1500瓦特，不加低頻功率，SiH₄流量為200-700sccm，NH₃流量為1000-5000sccm，N₂流量為2000-8000sccm，極板間距為8-30毫米。

8.根據權利要求4所述的加工方法，其特征在于：所述步驟5刻蝕過程中，選擇刻蝕劑為CF₄，流量為50-500sccm，極板間距為8-30mm，高頻功率為100-800瓦。