[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

一種敏感電阻壓力傳感器芯片及加工方法，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，技術要點是：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。該方法是將經清洗的拋光硅片，依次經氧化、光刻、刻蝕、化學氣相沉積生長金剛石工藝的組合制備。本發明所制備的芯片，其傳感器穩定性好，可探測高溫下的壓力，同時由于金剛石優異的性質，應用于極端條件下的高溫壓力探測。本發明采用硅作為膜片，金剛石敏感電阻生長在膜片內，避免了應力的過分聚集，也保證了形變量。

技術領域

本發明涉及微電子技術領域，具體涉及一種以金剛石為敏感電阻壓力傳感器芯片的加工方法。采用以金剛石為敏感電阻的壓力傳感器穩定性好，可探測高溫下的壓力，同時由于金剛石優異的性質，可以應用于極端條件下的高溫壓力探測。

背景技術

擴散硅壓力傳感器芯片由于輸出信號大, 處理電路簡單，而且可以測量壓力、差壓多面參數而受工業界的重視,近十年來迅速發展,在傳感器和變送器市場占有相當大的份額, 國外發達國家依靠強大的半導體工業基礎對于擴散硅壓力傳感器芯片機理和應用進行了深入研究,取得了大量成果。但是，現有的擴散硅壓力傳感器芯片存在著探測溫度低（150℃）的問題，即使選擇了SOI材料，其敏感電阻依然是硅材料，極限探測溫度不會超過300℃。其他材料如SiC材料雖然可以達到更高的探測溫度，但是其靈敏度較低。金剛石作為壓阻系數最高的材料，同時有著更高的禁帶寬度，其制成的傳感器壓阻靈敏度高于SiC壓力傳感器芯片。在437K下，SiC的最大壓阻靈敏因子為30，而金剛石則為700。另外金剛石不與任何的酸堿反應，可以用于極端條件下的高溫壓力測量。此外，對比文獻報道的金剛石壓力傳感器芯片，由于文獻中的金剛石壓力傳感器芯片均使用金剛石作為膜片，敏感電阻生長在膜片上，這種結構容易引起敏感電阻應力聚集損壞，同時金剛石作為膜片，因其巨大的楊氏模量，形變量不足導致了輸出較小。本發明采用硅作為膜片，金剛石敏感電阻生長在膜片內，避免了應力的過分聚集，也保證了形變量，制備的壓力傳感器芯片輸出更高，線性程度更好，更適合實際應用。

發明內容

針對現有擴散硅壓力傳感器芯片的問題，本發明的目的在于提供一種以金剛石為敏感電阻壓力傳感器芯片及加工方法，該傳感器穩定性好，可探測高溫下的壓力，同時由于金剛石優異的性質，可以應用于極端條件下的高溫壓力探測。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

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。

本結構包括：在單晶硅襯底表面覆蓋有一氮化硅層。

本結構還包括：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。

一種敏感電阻壓力傳感器芯片的加工方法，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（LPCVD）或者等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)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；