[發明專利]一種經濟型硅壓力傳感器芯片及加工方法

在審

• 申請號: 202110288972.5
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113140638A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 賈文博;張治國;祝永峰;任向陽;鄭東明;關維冰;尹萍;白雪松;海騰;馮艷敏;周聰;肖文英;劉欣慧
• 申請（專利權）人: 沈陽儀表科學研究院有限公司
• 主分類號: H01L29/84
• 分類號: H01L29/84;G01L1/18;H01L21/306
• 代理公司: 沈陽科威專利代理有限責任公司 21101
• 代理人: 楊濱

一種經濟型硅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：該傳感器芯片為背面受壓，且用整體KOH腐蝕的方法，避免了傳統方法各向異性腐蝕產生的斜坡，使硅片得到了更加有效的利用。在封接時選擇正面封接，而電極從背面引出。該方法是將經清洗的拋光硅片，依次經氧化、光刻、刻蝕、退火，濺射金屬等工藝的組合制備。本發明所制備的芯片，其傳感器穩定和性能與傳統的硅壓力傳感器無差別，但是其經濟型很好，成本可以降低60%~80%，芯片尺寸降低70%?90%，此外傳感器的過載性能比傳統的硅壓力傳感器可提升2?8倍。

技術領域

本發明涉及微電子技術領域，具體涉及一種經濟型壓力傳感器芯片及加工方法。用該方法制成的壓力傳感器芯片尺寸更小，成本大大降低，穩定性強，過載能力更佳。

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，壓力傳感器的應用領域還在拓寬，當前的芯片尺寸和成本依然限制了它的應用。傳統的硅壓力傳感器芯片在制作硅膜片的時候，使用KOH各向異性腐蝕，腐蝕產生的斜坡浪費了較大的硅片面積，使之不能得到最大化的利用，故很難將其尺寸做的太小，成本也很難進一步降低。因此在集成度要求很高的領域，雖然需求很大，但符合要求的傳感器依然很少。若用深硅刻蝕技術，雖然避免了111晶面的斜坡，但是由于深硅刻蝕工藝的均勻性所限制，需要用到SOI晶圓，無論是深硅刻蝕技術還是SOI晶圓都會增加成本，而且過載能力沒有任何提高，所以成本降低效果有限。

發明內容

針對現有擴散硅壓力傳感器芯片所存在的問題，本發明的目的在于提供一種成本更低的，芯片尺寸更小且過載能力突出的經濟型壓力傳感器芯片及加工方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種經濟型硅壓力傳感器芯片，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：封接面為正面封接，敏感電阻在壓力腔體內部，電極區域為背面引出。

本發明所述的電極區域與敏感電阻的區域在同一平面。

本發明所述的在背面光刻后，用KOH各向異性腐蝕的方法，去刻蝕掉硅，從背面露出電極。

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N型單晶硅為襯底，通過光刻技術，在單晶硅表面光刻出器件的電極區域；

（2）刻蝕電極區域，利用干法刻蝕技術，將電極區域刻蝕出0.5-5um的硅凹坑；

（3）光刻，利用光刻技術，露出敏感電阻區域與電極區域，等待注入；

（4）注入，注入B離子，劑量為1e15-1e16，注入能量為20-90KeV；

（5）退火再擴，將注入后的硅片去除光刻膠后，在900-1100℃下高溫退火，使雜質擴散在分布；

（6）電極制作，利用lift-off工藝，將電極區域濺射Cr+Al電極或者Ti+Al電極，厚度為Cr：100-3000A；Ti：100-3000A；Al：0.7-4.5um；使得去除光刻膠后，電極區域比敏感電阻區域略高0.1-0.6um；

（7）合金，將硅片放入400-700℃下進行合金處理，得到歐姆接觸；

（8）CMP，CMP去除表面略高的Al，使表面平坦化；

（9）刻蝕玻璃，選擇一片BF33玻璃進行光刻，光刻并刻蝕出凹坑，深度為2-10um；或者用第二片硅片，刻蝕同樣的圖形和深度；

（10）陽極鍵合，將硅片與刻蝕后的玻璃鍵合再一起，若用第二片硅片，則使用Si-Si鍵合；

（11）膜片制作，將鍵合后的硅片整體直接放入KOH溶液或者TMAH溶液中，進行膜片制作，膜片厚度由膜厚儀進行控制，膜片厚度為10-100um；