新型表压传感器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种新型表压传感器及其制作方法，通过在硅基片之上层叠设置膜岛结构，而膜岛结构包括弹性硅膜和设置于弹性硅膜之上的岛区，因此岛区会处于硅片主体的表面，从而免去了传统的设置于硅基片背面的大背岛结构，使得岛区不再受到硅基片的厚度限制，从而能够提高产出率和降低成本；此外，由于新型表压传感器并不具有传统的大背岛结构，不仅能克服大背岛的自重效应而提高稳定性，并且还能避免出现大背岛与玻璃键合而导致器件失效的问题。

New type of pressure sensor and its making method

The invention discloses a novel surface pressure sensor and its fabrication method. The membrane island structure consists of an elastic silicon film and an island area located on the elastic silicon film, so the island area will be located on the surface of the main body of the silicon wafer, thereby eliminating the traditional large back island located on the back of the silicon wafer. In addition, the new pressure sensor does not have the traditional large back island structure, which can not only overcome the self-weight effect of the large back island and improve the stability, but also avoid the large back Island bonding with glass. Device failure.

【技术实现步骤摘要】
新型表压传感器及其制作方法
本专利技术涉及传感
，尤其是一种新型表压传感器及其制作方法。
技术介绍
微压传感器通常是指小于10Kpa量程的压力传感器。这类传感器要求灵敏度很高，即在很小压强作用下就要有很大的电信号输出。例如用作呼吸传感器时，就要把人体微弱的呼吸信号检测出来。为了达到这个目的，微压传感器中的核心部份，即弹性硅膜需要制作得很薄。把厚度为600微米的硅基片经过集成电路平面工艺，在背面光刻出腐蚀窗口，正面保护，放在硅单晶腐蚀液中腐蚀，使窗口内硅单晶厚度从600微米减小到仅10微米左右。目前国际或国内市场销售的微压传感器有二种结构：C型结构和E型结构。C型结构的示意图如图1所示，硅基片的正面设置有惠斯通电桥，当正面或背面受压时，惠斯通电桥中的二个电阻阻值变大，二个电阻阻值变小，从而产生与压强成正比的电信号输出。C型结构的最大缺点是当传感器量程小到一定程度时，弹性硅膜必须很薄，才能保证足够高的灵敏度，这时弹性硅膜的大绕度效应成为突出的矛盾，使传感器的非线性指标变大，测量精度迅速下降。为了解决C型结构的问题，产生了E型结构。E型结构的示意图如图2所示，E型结构与C型结构的主要区别是，在背面设置有一大背岛，该大背岛的底面与硅基片的边框平面距离为5－10微米。由于大背岛是一个坚硬结构，当传感器的弹性硅膜受压时大背岛不会变形，因此认为背岛区域内应力不发生变化，而在大背岛周围的弹性硅膜区域内应力形成一个线性变化，保证惠斯通电桥在应力作用下产生线性的电信号输出。但E型结构存在以下缺点：(1)当弹性硅膜厚度小于10um时，与弹性硅膜一体的大背岛自重效应己不能忽略，大背岛的重力作用在周边弹性硅膜的压敏电阻上，形成一个较大的固有零点输出信号，当传感器位置发生变化时，零位输出电压也跟着发生变化，这给测量带来很大的不稳定性；(2)芯片与玻璃进行阳极键合时，大背岛顶部与玻璃间隙仅有5－10微米，会产生很大的静电库仑力，把大背岛拉向坡璃表面，造成大背岛与玻璃键合在一起，使器件失效；(3)在腐蚀芯片时，由于硅基片的厚度误差为±10um，所以很难保证每个芯片的弹性硅膜厚度都能达到所要求的技术指标，常常出现一半达到膜厚要求时，另一半的芯片膜厚出现过厚或过薄的现象，所以很难控制硅膜厚度，造成产出率低，不适宜大规模生产。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种新型表压传感器及其制作方法，通过在硅片主体的表面设置膜岛结构，免去传统的大背岛结构，不仅不再受到硅基片的厚度限制，从而提高产出率、降低成本；并且能够克服大背岛的自重效应，提高稳定性；另外，还能够避免出现背岛与玻璃键合而导致器件失效的问题。本专利技术解决其问题所采用的技术方案是：新型表压传感器，包括硅片主体，硅片主体包括设置于硅片主体表面的膜岛结构和与膜岛结构层叠设置的硅基片，膜岛结构包括用于感应压力的弹性硅膜和设置于弹性硅膜之上用于稳定测量的岛区，膜岛结构和硅基片之间于与弹性硅膜对应的位置设置有用于使弹性硅膜能够移动的背膜空间。进一步，背膜空间包括设置于弹性硅膜与硅基片之间用于限制弹性硅膜过度移动的过载限位区和设置于硅基片之中的腐蚀坑，过载限位区和腐蚀坑之间设置有用于平衡气压的大气平衡孔，腐蚀坑沿着大气平衡孔向外扩张设置。进一步，硅片主体还包括与硅基片层叠设置的器件膜层，器件膜层包括用于设置集成电路的单晶薄膜区和所述的膜岛结构，单晶薄膜区围绕膜岛结构设置。进一步，单晶薄膜区设置有处于弹性硅膜之上的梁区、用于对外电连接的铝压脚、用于将单晶薄膜区分隔成不同电路区域的隔离壁和沿着单晶薄膜区分别设置于不同电路区域之中的埋层引线，梁区围绕岛区设置，梁区之中分别设置有用于构成惠斯通电桥的桥路电阻，隔离壁从硅片主体的边缘伸进梁区并与桥路电阻相抵接，桥路电阻通过埋层引线与铝压脚电连接。进一步，岛区的厚度与梁区的厚度相一致，岛区的宽度大于梁区的宽度。进一步，硅基片的表面分别设置有第一氧化层和第二氧化层，器件膜层与第一氧化层相连接。进一步，第二氧化层之上设置有氮化硅保护层。一种制作新型表压传感器的方法，包括以下步骤：S1、在硅基片的两面热氧化覆盖耐KOH腐蚀的氧化层；S2、在硅基片两面的氧化层之上分别刻蚀对准记号，并对对准记号进行热氧化显示处理；S3、在硅基片的正面利用光刻技术在氧化层之上刻蚀出对应背膜空间的窗口，并在该窗口的范围内对硅基片进行刻蚀，形成过载限位区；S4、对硅基片中的过载限位区的表面进行热氧化处理，形成中间硅基片；S5、用另一硅基片与中间硅基片进行固态硅－硅键合，使得过载限位区处于两块硅基片之间；S6、对键合后得到的硅片中无对准记号的一面进行减薄抛光处理，得到设置于中间硅基片之上的器件膜层，并对器件膜层的正面进行热氧化处理；S7、利用第三硅基片与经过热氧化处理的器件膜层进行第二次固态硅－硅键合；S8、对经过第二次键合后得到的硅片中无对准记号的一面进行减薄抛光处理，得到设置于器件膜层之上的硅单晶层，并对硅单晶层的正面进行热氧化处理；S9、以经过第二次键合后得到的硅片中背面的对准记号作为坐标点，对该硅片的正面刻蚀与背面的对准记号位置对应的第二对准记号，并对第二对准记号进行热氧化显示处理；S10、在硅单晶层正面的氧化层之中刻蚀出对应单晶薄膜区的窗口；S11、在对应单晶薄膜区的窗口中用离子束注入P型硼离子；S12、把注入P型硼离子的硅片在温度为800℃的氮气氛下退火30分钟，然后用BHF腐蚀液漂净硅片表面的硼硅玻璃；S13、利用干氧氧化工艺对经过退火处理的硅片正面进行氧化处理；S14、利用离子束对步骤S13中经过氧化处理的硅片正面注入P型硼离子；S15、在温度为800℃的氮气氛下，对步骤S14中注入有P型硼离子的硅片退火30分钟，然后在温度为1100℃的条件下，对该硅片进行淡硼再分布，接着漂净该硅片表面的氧化层；S16、在步骤S15经过漂净处理的硅片中对应梁区的位置表面处，利用光刻胶覆盖于其上制作掩蔽层，并刻蚀除掩蔽层之外的区域，得到设置于梁区之中的桥路电阻；S17、分别对步骤S16中的硅片的正面和背面淀积二氧化硅层和氮化硅保护层；S18、刻蚀对应着梁区之上的二氧化硅层，暴露内部的单晶硅表面；S19、对步骤S18中的硅片正面溅射淀积铝合金薄膜，在铝合金薄膜表面光刻铝引线并在铝引线之上覆盖光刻胶，腐蚀没有覆盖光刻胶的铝合金薄膜，使得桥路电阻构成惠斯通电桥；S20、把步骤S19之中的硅片置于温度为500℃的条件下，通入氮气合金化30分钟；S21、对经过合金化的硅片中的对应单晶薄膜区的位置进行刻蚀，形成梁区、弹性硅膜和岛区，并且在该硅片的背面于与弹性硅膜和岛区对应的位置光刻蚀对应腐蚀坑的窗口；S22、在步骤S21中的窗口范围内腐蚀硅基片，形成腐蚀坑；S23、对隔离过载限位区与腐蚀坑的氧化层进行干法刻蚀，得到连通过载限位区与腐蚀坑的大气平衡孔；S24、完成制作。本专利技术的有益效果是：新型表压传感器及其制作方法，通过在硅基片之上层叠设置膜岛结构，而膜岛结构包括用于感应压力的弹性硅膜和设置于弹性硅膜之上用于稳定测量的岛区，因此岛区会处于硅片主体的表面，从而免去了传统的设置于硅基片背面的大背岛结构，由于岛区并不设置于硅基片之中，因此岛区不再受到硅基片的厚度限制，从而能够提高产出率和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.新型表压传感器，其特征在于：包括硅片主体，所述硅片主体包括设置于硅片主体表面的膜岛结构和与所述膜岛结构层叠设置的硅基片(1)，所述膜岛结构包括用于感应压力的弹性硅膜(2)和设置于所述弹性硅膜(2)之上用于稳定测量的岛区(3)，所述膜岛结构和硅基片(1)之间于与所述弹性硅膜(2)对应的位置设置有用于使所述弹性硅膜(2)能够移动的背膜空间。

【技术特征摘要】
1.新型表压传感器，其特征在于：包括硅片主体，所述硅片主体包括设置于硅片主体表面的膜岛结构和与所述膜岛结构层叠设置的硅基片(1)，所述膜岛结构包括用于感应压力的弹性硅膜(2)和设置于所述弹性硅膜(2)之上用于稳定测量的岛区(3)，所述膜岛结构和硅基片(1)之间于与所述弹性硅膜(2)对应的位置设置有用于使所述弹性硅膜(2)能够移动的背膜空间。2.根据权利要求1所述的新型表压传感器，其特征在于：所述背膜空间包括设置于所述弹性硅膜(2)与硅基片(1)之间用于限制所述弹性硅膜(2)过度移动的过载限位区(41)和设置于所述硅基片(1)之中的腐蚀坑(42)，所述过载限位区(41)和腐蚀坑(42)之间设置有用于平衡气压的大气平衡孔(43)，所述腐蚀坑(42)沿着所述大气平衡孔(43)向外扩张设置。3.根据权利要求1所述的新型表压传感器，其特征在于：所述硅片主体还包括与所述硅基片(1)层叠设置的器件膜层(5)，所述器件膜层(5)包括用于设置集成电路的单晶薄膜区(51)和所述的膜岛结构，所述单晶薄膜区(51)围绕所述膜岛结构设置。4.根据权利要求3所述的新型表压传感器，其特征在于：所述单晶薄膜区(51)设置有处于所述弹性硅膜(2)之上的梁区(52)、用于对外电连接的铝压脚(53)、用于将所述单晶薄膜区(51)分隔成不同电路区域的隔离壁(55)和沿着所述单晶薄膜区(51)分别设置于不同电路区域之中的埋层引线，所述梁区(52)围绕所述岛区(3)设置，所述梁区(52)之中分别设置有用于构成惠斯通电桥的桥路电阻(56)，所述隔离壁(55)从所述硅片主体的边缘伸进所述梁区(52)并与所述桥路电阻(56)相抵接，所述桥路电阻(56)通过所述埋层引线与所述铝压脚(53)电连接。5.根据权利要求4所述的新型表压传感器，其特征在于：所述岛区(3)的厚度与所述梁区(52)的厚度相一致，所述岛区(3)的宽度大于所述梁区(52)的宽度。6.根据权利要求3所述的新型表压传感器，其特征在于：所述硅基片(1)的表面分别设置有第一氧化层(11)和第二氧化层(12)，所述器件膜层(5)与所述第一氧化层(11)相连接。7.根据权利要求6所述的新型表压传感器，其特征在于：所述第二氧化层(12)之上设置有氮化硅保护层(13)。8.一种制作权利要求1－7任一所述的新型表压传感器的方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、在硅基片(1)的两面热氧化覆盖耐KOH腐蚀的氧化层；S2、在硅基片(1)两面的氧化层之上分别刻蚀对准记号，并对对准记号进行热氧化显示处理；S3、在硅基片(1)的正面利用光刻技术在氧化层之上刻蚀出对应背膜空间的窗口，并在该窗口的范围内对硅基片(1)进行刻蚀，形成过载限位...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈绍群，罗小勇，阮炳权，
申请(专利权)人：广东和宇传感器有限公司，上海旦宇传感器科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44