[發(fā)明專利]一種寬量程壓力傳感器芯片及其單片集成制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202110593586.7
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113371674A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王高峰;王明浩;程瑜華
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)溫州研究院有限公司;杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81C1/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 陳煒

1.一種寬量程壓力傳感器芯片，其特征在于：包括從下至上依次層疊設(shè)置的背面玻璃層(12)、SOI底硅層(10)、SOI埋氧層(9)、SOI頂硅層(8)、聚酰亞胺鈍化層(7)，共同構(gòu)成傳感器芯片結(jié)構(gòu)；所述的背面玻璃層(12)與SOI底硅層(10)通過陽極鍵合工藝鍵合在一起，并形成壓力傳感器的真空腔室；SOI頂硅層(8)和聚酰亞胺鈍化層(7)共同構(gòu)成壓力敏感膜；分布在SOI頂硅層(8)上的四個(gè)壓阻構(gòu)成惠斯通電橋結(jié)構(gòu)；當(dāng)外界壓力變化時(shí)，壓力敏感膜的形變引起四個(gè)壓阻的阻值發(fā)生變化并導(dǎo)致惠斯通電橋結(jié)構(gòu)的輸出電壓變化；通過檢測該輸出電壓的大小推算出外界壓力的大小。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬量程壓力傳感器芯片，其特征在于：SOI頂硅層(8)中的壓阻由低濃度的硼摻雜硅形成；背面玻璃層(12)與SOI底硅層(10)通過陽極鍵合工藝鍵合前，在SOI硅片的邊緣通過高功率濺射一層金屬鋁，形成SOI硅片正反面之間的導(dǎo)電通路，避免陽極鍵合過程的失敗或擊穿壓阻。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬量程壓力傳感器芯片，其特征在于：各壓阻之間的互連線由蒸發(fā)沉積的鋁構(gòu)成，通過鋁與摻雜硅之間的歐姆接觸來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬量程壓力傳感器芯片，其特征在于：壓阻的長和寬分別為250微米和20微米；四個(gè)壓阻分別為依次排列的壓阻R1、R2、R3、R4；壓阻R1與壓阻R2的間距，以及壓阻R3與壓阻R4的間距均為140微米；壓阻R2與壓阻R3的間距為50微米；SOI頂硅層(8)的長、寬、厚分別為900、450、50微米。

5.如權(quán)利要求1所述的一種寬量程壓力傳感器芯片的單片集成制備方法；其特征在于，具體步驟為：

S1：采用SOI作為襯底，利用光刻，離子注入，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積，反應(yīng)離子刻蝕，旋涂，蒸發(fā)沉積，濕法腐蝕以及剝離等微加工工藝，形成四個(gè)壓阻，焊盤和互連線(5)以及鈍化層(7)的平面結(jié)構(gòu)；

S2：采用雙面對準(zhǔn)光刻，背面深硅刻蝕，RIE刻蝕埋氧層以及背面硅-玻璃陽極鍵合工藝，形成壓力傳感器的真空腔室(11)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單片集成制備方法，其特征在于：步驟S1的具體過程如下：

1)使用SOI硅片作為襯底，將襯底清洗、吹干并烘烤；

2)旋涂一層正性光刻膠并進(jìn)行光刻圖形化，形成硼離子注入窗口；

3)硼離子注入，形成輕摻雜的壓阻結(jié)構(gòu)；

4)用聚酰亞胺薄膜覆蓋壓阻區(qū)域，采用深硅刻蝕將對準(zhǔn)標(biāo)記轉(zhuǎn)移到硅襯底；

5)旋涂一層正性光刻膠并進(jìn)行光刻圖形化，形成二次硼離子注入窗口；

6)硼離子注入，形成重?fù)诫s的接觸點(diǎn)和導(dǎo)線；

7)PECVD沉積一層氧化硅；

8)旋涂一層正性光刻膠并進(jìn)行光刻圖形化，形成氧化硅刻蝕窗口；

9)RIE刻蝕氧化硅，暴露出離子注入?yún)^(qū)域和鋁導(dǎo)線的接觸點(diǎn)；

10)蒸發(fā)沉積一層金屬鋁作為導(dǎo)電金屬層；

11)旋涂一層正性光刻膠并進(jìn)行光刻圖形化，形成濕法腐蝕鋁的掩模；

12)濕法腐蝕鋁金屬層，形成金屬互連線和焊盤；

13)旋涂沉積一層聚酰亞胺薄膜作為聚酰亞胺鈍化層(7)；

14)旋涂一層正性光刻膠并進(jìn)行光刻圖形化，形成聚酰亞胺的刻蝕窗口；

15)RIE刻蝕聚酰亞胺，暴露出鋁焊盤的窗口以及SOI邊緣的頂硅層；

16)蒸發(fā)沉積一層金屬鋁作為SOI頂層硅和底層硅的導(dǎo)電金屬層。