[發明專利]經濟型高精度硅壓力傳感器芯片及加工方法

在審

• 申請號: 202211090511.8
• 申請日: 2022-09-07
• 公開（公告）號: CN115615584A
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 賈文博;張治國;李永清;何方;祝永峰;任向陽;張娜;李昌振;王卉如;錢薪竹
• 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
• 代理公司: 沈陽科威專利代理有限責任公司 21101
• 代理人: 楊濱

一種經濟型高精度硅壓力傳感器芯片及加工方法，其結構包括硅膜片，電極，硅片層，技術要點是：在硅片層的上表面刻蝕有壓力傳感器的空腔，在硅片層及壓力傳感器空腔上部設置有一層感受壓力的硅膜片，在硅膜片上嵌入有硅片注入層，在該硅片注入層上部還設置有電極，而成為敏感電阻及硅膜片?腔體結構。技術要點是：該傳感器芯片用直接硅硅鍵合技術，膜片采用了鍵合后減薄的方法，避免了傳統芯片多數采用硅?玻璃鍵合導致材料應力大的問題，也避免了KOH各向異性腐蝕帶來的斜坡。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、鍵合、硅片減薄等工藝的組合制備。本發明所制備的芯片，其精度及傳感器的過載性能均有提高。

技術領域

本發明涉及微電子技術領域，具體涉及經濟型高精度硅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，精度更高，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。此外，對于某些高精度的壓阻式壓力傳感器的需求，當前普遍采用的硅-玻璃陽極鍵合也已經難以滿足需求。硅硅直接鍵合往往要求硅表面有很好的粗糙度，但是當芯片加工達到最后一步時，硅片表面的粗糙度已經增大，難以滿足鍵合要求，若要強行鍵合，需要增加很大的壓力，這進一步增加了成本，降低了良率。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、芯片精度更高、芯片尺寸更小且過載能力突出的經濟型高精度硅壓力傳感器芯片及加工方法。

為實現上述目的，本發明采用的結構技術方案是：經濟型高精度硅壓力傳感器芯片，它包括有：在單晶硅襯底層所加工成的壓力傳感器芯片的硅膜片，電極，硅片層，其特征在于：在硅片層的上表面刻蝕有壓力傳感器的空腔，在硅片層及壓力傳感器空腔上部設置有一層感受壓力的硅膜片，在硅膜片上嵌入有硅片注入層，在該硅片注入層上部還設置有電極，而成為敏感電阻及硅膜片-腔體結構。

該技術要點是：本發明傳感器芯片用直接硅硅鍵合技術，膜片采用了鍵合后減薄的方法，避免了傳統芯片多數采用硅-玻璃鍵合導致材料應力大的問題，也避免了KOH各向異性腐蝕帶來的斜坡。

本發明所述硅膜片的厚度為5-100um±0.5um。

本發明還包括：整個芯片結構為硅硅直接鍵合，從而保證了芯片的高精度。

本發明的一種經濟型高精度硅壓力傳感器芯片加工方法，其特征在于：其加工過程為：

(1) 選擇一片100晶面的N型單晶硅片，進行氧化，氧化層厚度為0.2-3um，記為A片；

(2) 選擇另一片100晶面的N型單晶硅片為襯底，通過光刻技術，在單晶硅表面光刻出敏感電阻以及電極區域，等待注入，該片記為B片；

(3) B片注入，注入硼離子，劑量為1e15-1e16，注入能量為20-90KeV；

(4) B片去膠后正面與A片進行Si-Si直接鍵合，使用專用的鍵合機，退火溫度為800-1100℃，時間為0.1-2h；

(5) 硅片減薄，利用 DFG8761或同類設備對B片背面進行減薄，使得B片的厚度為5-100um±0.5um，該部分為最終芯片的硅膜片；