SOI压力传感器压敏电阻及其制作方法、SOI压力传感器技术

本发明专利技术公开了一种SOI压力传感器压敏电阻及其制作方法、SOI压力传感器，其制作方法包括以下步骤：制备注入缓冲保护层，制备注入阻挡层；P型掺杂，退火，形成P型重掺杂区；采用湿法刻蚀去除非P型重掺杂区，得到SOI压力传感器压敏电阻。本发明专利技术SOI压力传感器压敏电阻由上述方法制得。本发明专利技术SOI压力传感器包括P型重掺杂压阻，该P型重掺杂压阻为上述的SOI压力传感器压敏电阻。本发明专利技术SOI压力传感器压敏电阻的制作方法具有成本低廉、刻蚀精度高、一致性好、量产效率高、二次污染少等优点，制得的压敏电阻表面平直光滑，可广泛用作SOI压力传感器的压阻，有着很高的使用价值和良好的应用前景。

SOI pressure sensor varistor and its manufacturing method, SOI pressure sensor

【技术实现步骤摘要】
SOI压力传感器压敏电阻及其制作方法、SOI压力传感器
本专利技术属于压力传感器制备
，涉及一种SOI压力传感器压敏电阻及其制作方法、SOI压力传感器。
技术介绍
随着航空、航天及石油化工等领域的不断发展，在这些领域中对压力传感器的需求日益增多，且对特种环境条件下的压力测量的需求也日益迫切，因而对压力传感器提出了诸如：耐高温、高精度、高可靠、微型化等的要求。传统的体硅压力传感器采用普通N型体硅片，通过在压阻和互连线区域进行P型掺杂获得硅压阻，压阻和衬底之间通过PN结隔离，没有单独的硅压阻刻蚀，但随着压力传感器工作温度的不断升高，PN结隔离漏电随温度呈指数增大，当温度超过125℃后PN结漏电严重，传统的PN结隔离已难以达到有效隔离的作用，因而现有传统的压力传感器已经难以满足航空、航天及石油化工等领域的实际需求。近年来，随着MEMS技术的发展，SOI(silicononinsulator)技术不断进步，诞生了SOI压力传感器，其结构如图1所示，包括衬底片以及由下至上设置在衬底片上的硅片、BOX层和P型硅压阻，通过利用BOX层实现全介质隔离，具备良好的隔离效果，最高工作温度甚至可以超过400℃。因此，SOI压力传感器的出现为满足航空、航天及石油化工等领域的实际需求提供了新的思路和路径。压敏电阻，也称为压阻，是压力传感器上将应变转化为电信号的变化，感知应力的核心单元。压阻的表面平整度和图形刻蚀精度直接决定其压力测量精度。相对于体硅压力传感器，SOI压力传感器中的压阻凸起在应变膜片上，主要通过离子束干法刻蚀获得，压阻表面的平整度对压阻内应力分布的影响明显。目前，主要通过改进压阻的刻蚀设备和优化压阻的刻蚀工艺来提升压阻表面的平整度，从而保证压阻内应力的均匀可控分布。然而，现有刻蚀设备和刻蚀工艺仍然存在以下问题：(1)现有MEMS所用刻蚀设备价格昂贵，且改进刻蚀设备的成本高昂；(2)现有压阻刻蚀主要是采用干法刻蚀，干法刻蚀中通过离子束轰击等方式去除没有光刻胶保护区域的硅，从而形成压阻，然而，干法刻蚀工艺存在刻蚀侧面与底部转角通常有一定弧度，被刻蚀区域底部和侧面因离子轰击的原因，在小范围内表面粗糙，从微观角度看，离子束刻蚀形成的压阻表面存在局部的小岛结构，局部的小岛存在应力集中现象，导致应力分布不均匀，使得传感器的测量精度较低；进一步的，干法刻蚀工艺中，由于不同介质之间的刻蚀选择比通常较小，如硅和二氧化硅的选择比通常不到5:1，为保证顶层硅膜被刻蚀干净，通常需要一定量的过刻蚀，而过刻蚀过程中刻蚀较快的区域硅刻蚀完成后会继续刻蚀下方的二氧化硅层(BOX层)，其结果是BOX层也被刻蚀一定厚度，压阻离应变膜片表面距离的增加将导致压阻应力弛豫，使得应力不能有效传递到压阻中，降低传感器灵敏度，导致传感器测量精度降低；另外，在干法刻蚀工艺中通常采用光刻胶等作为刻蚀的阻挡层时，光刻胶直接和硅压阻表面接触，容易引入有机物沾污，而这些有机物沾污的存在，不利于实现SOI压力传感器对应力的准确测量。上述问题的存在，使得现有SOI压力传感器难以满足航空航天等领域对耐高温、高精度等需求。另外，随着技术的发展，MEMS工艺对应的硅片尺寸也越来越大，在较大的硅片全区域内，要保证良好的离子束均匀性在技术上还存在一定挑战，不能保证离子束的均匀性则不能保证整个硅片的刻蚀均匀性，从而不能保证产品的良率。此外，现有MEMS所用刻蚀设备价格昂贵，通过改进刻蚀设备来提升工艺的成本更是高昂。因此，获得一种成本低廉、刻蚀精度高、一致性好、量产效率高、二次污染少的SOI压力传感器压敏电阻的制作方法，对于制备表面平滑的SOI压力传感器压敏电阻和测量精度高、可靠性好的SOI压力传感器以及扩大SOI压力传感器的应用范围具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成本低廉、刻蚀精度高、一致性好、量产效率高、二次污染少的SOI压力传感器压敏电阻的制作方法以及由此制得的表面平直光滑的SOI压力传感器压敏电阻，以及一种测量精度高、可靠性好的SOI压力传感器。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种SOI压力传感器压敏电阻的制作方法，包括以下步骤：S1、在SOI片上顶层硅表面制备缓冲保护层；S2、在缓冲保护层表面制备注入阻挡层，采用注入的方式对未覆盖注入阻挡层的顶层硅进行P型掺杂，退火，形成P型重掺杂区；S3、去除注入阻挡层和缓冲保护层；S4、采用湿法刻蚀去除非P型重掺杂区，得到SOI压力传感器压敏电阻。上述的制作方法，进一步改进的，所述步骤S4中，采用浸泡或者旋转喷淋腐蚀的方式去除非P型重掺杂区；所述湿法刻蚀采用的刻蚀溶液为碱性溶液；所述碱性溶液为氢氧化钾溶液和/或氢氧化钠溶液；所述刻蚀溶液的质量浓度为30％～70％；所述湿法刻蚀过程中控制刻蚀溶液的温度为20℃～80℃。上述的制作方法，进一步改进的，所述步骤S1中，采用热氧化或化学气相沉积在顶层硅表面生长缓冲保护层；所述缓冲保护层为二氧化硅薄膜；所述缓冲保护层的厚度为50A～500A；所述步骤S2中，所述注入阻挡层为光刻胶；所述P型重掺杂区中掺杂浓度为3×1018cm-3～2×1020cm-3；所述步骤S3中，采用丙酮或浓硫酸溶液去除光刻胶；采用HF溶液去除缓冲保护层。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种SOI压力传感器压敏电阻的制作方法，包括以下步骤：(1)在SOI片上顶层硅表面制备缓冲保护层；(2)采用扩散的方式对顶层硅进行P型掺杂，退火，形成P型重掺杂区；(3)在步骤(2)中缓冲保护层上沉积氮化硅薄膜层；(4)去除步骤(3)中非压敏电阻区域和互连线焊盘区域上的氮化硅薄膜层和缓冲保护层，直至顶层硅层露出来；(5)采用湿法刻蚀去除非压阻、焊盘和互连线区域；(6)去除剩余的氮化硅薄膜层和缓冲保护层，得到SOI压力传感器压敏电阻。上述的制作方法，进一步改进的，所述步骤(5)中，采用浸泡或者旋转喷淋腐蚀的方式去除非压阻、焊盘和互连线区域；所述湿法刻蚀采用的刻蚀溶液为碱性溶液；所述碱性溶液为氢氧化钾和/或氢氧化钠溶液；所述刻蚀溶液的质量浓度为30％～70％；所述湿法刻蚀过程中控制刻蚀溶液的温度为20℃～80℃。上述的制作方法，进一步改进的，所述步骤(1)中，采用热氧化或化学气相沉积方式在顶层硅表面生长缓冲保护层；所述缓冲保护层为二氧化硅薄膜；所述缓冲保护层的厚度为50A～500A；所述步骤(3)中，所述氮化硅薄膜层的厚度≤200nm；所述步骤(4)中，采用匀胶光刻显影，利用光刻胶作阻挡层采用离子束刻蚀的方法去除氮化硅薄膜层和缓冲保护层；所述步骤(6)中，采用H3PO4溶液去除氮化硅薄膜层；采用HF溶液去除缓冲保护层。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种SOI压力传感器压敏电阻，所述SOI压力传感器压敏电阻由上述的制作方法制备得到。上述的SOI压力传感器压敏电阻，进一步改进的，所述SOI压力传感器压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SOI压力传感器压敏电阻的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、在SOI片上顶层硅表面制备缓冲保护层；/nS2、在缓冲保护层表面制备注入阻挡层，采用注入的方式对未覆盖注入阻挡层的顶层硅进行P型掺杂，退火，形成P型重掺杂区；/nS3、去除注入阻挡层和缓冲保护层；/nS4、采用湿法刻蚀去除非P型重掺杂区，得到SOI压力传感器压敏电阻。/n

【技术特征摘要】
1.一种SOI压力传感器压敏电阻的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在SOI片上顶层硅表面制备缓冲保护层；
S2、在缓冲保护层表面制备注入阻挡层，采用注入的方式对未覆盖注入阻挡层的顶层硅进行P型掺杂，退火，形成P型重掺杂区；
S3、去除注入阻挡层和缓冲保护层；
S4、采用湿法刻蚀去除非P型重掺杂区，得到SOI压力传感器压敏电阻。


2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述步骤S4中，采用浸泡或者旋转喷淋腐蚀的方式去除非P型重掺杂区；所述湿法刻蚀采用的刻蚀溶液为碱性溶液；所述碱性溶液为氢氧化钾溶液和/或氢氧化钠溶液；所述刻蚀溶液的质量浓度为30％～70％；所述湿法刻蚀过程中控制刻蚀溶液的温度为20℃～80℃。


3.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述步骤S1中，采用热氧化或化学气相沉积在顶层硅表面生长缓冲保护层；所述缓冲保护层为二氧化硅薄膜；所述缓冲保护层的厚度为50A～500A；
所述步骤S2中，所述注入阻挡层为光刻胶；所述P型重掺杂区中掺杂浓度为3×1018cm-3～2×1020cm-3；
所述步骤S3中，采用丙酮或浓硫酸溶液去除光刻胶；采用HF溶液去除缓冲保护层。


4.一种SOI压力传感器压敏电阻的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在SOI片上顶层硅表面制备缓冲保护层；
(2)采用扩散的方式对顶层硅进行P型掺杂，退火，形成P型重掺杂区；
(3)在步骤(2)中缓冲保护层上沉积氮化硅薄膜层；
(4)去除步骤(3)中非压敏电阻区域和互连线焊盘区域上的氮化硅薄膜层和缓冲保护层，直至顶层硅层露出来；
(5)采用湿法刻蚀去除非压阻、焊盘和互连线区域；
(6)去除剩余的氮化硅薄膜层和缓冲保护层，得到SOI压力传感器压敏电阻。


5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述步骤(5)中，采用浸泡或者旋转喷淋腐...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾庆平，金忠，张浩，何峰，周国方，丁玎，吴迪，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十八研究所，
类型：发明
国别省市：湖南;43