本发明专利技术公开了一种硅压阻式压力传感器芯片及其制备方法，属于敏感元件与传感器领域。本发明专利技术采用向硅片正面进行N型重掺杂离子注入，构成的N型区域载流子浓度比现有的N型硅片大幅降低，且受温度的影响小，从而可以有效地减小漏电流，提高传感器信号的精度，使传感器可以在高达150℃的环境下正常使用；刻蚀背腔时，由于本发明专利技术的N型重掺杂区域的存在，当湿法刻蚀在达到N型重掺杂区域时，刻蚀速率会显著下降，刻蚀停止，可以有效避免过度刻蚀的问题。本发明专利技术可以提升硅压阻式压力传感器芯片的耐高温性能的同时降低生产成本，还可以避免制备过程中过度刻蚀的问题。过程中过度刻蚀的问题。过程中过度刻蚀的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种硅压阻式压力传感器芯片及其制备方法
[0001]本专利技术涉及一种硅压阻式压力传感器芯片及其制备方法，属于敏感元件与传感器领域。
技术介绍
[0002]硅压阻式压力传感器芯片，采用微机电系统(Microelectro Mechanical Systems，MEMS)工艺制备而成，由于其具有易于工业化大批量制备，成本较低，非线性度好、可靠性高等优点，因而被广泛地应用于工业控制、消费电子、医疗设备、石油矿业等各个领域中。
[0003]在硅压阻式压力传感器芯片的应用过程中，为了保障芯片的可靠性，需要将硅基体上的电路部分与硅基体进行电气隔离，防止电流经由基体流出，形成旁路。芯片的基体材料是半导体材料硅，虽然纯硅材料的电导率较低，但只要在其中引入少量的杂质原子，电导率就会大幅度提升，因此不可以用硅基体本身直接作电气隔离。
[0004]业界常规的解决方案是，对硅压阻式压力传感器芯片采用PN结进行隔离，例如，将压敏电阻采用P型掺杂，而硅基体采用N型掺杂，但这种PN结隔离手段在温度超过120℃的条件下，会因为硅本征激发加剧而失效，从而造成较大的漏电流，影响传感器的性能。
[0005]为了解决常规压力传感器芯片不耐高温的问题，专利CN202110036056.2提出一种MEMS SOI压力传感器及其制备方法，该方案采用SOI结构硅片制备芯片，将绝缘体二氧化硅作为隔离层，彻底切断芯片电路与硅基体之间的电连接通路。该方案可以耐受300℃甚至更高的温度，不过想要获得SOI结构硅片，需要采用高能氧离子注入或者两片晶圆键合的方法，这会使得单张晶圆的成本提升5
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10倍，极大地增加芯片成本。
[0006]此外，SOI结构虽然可以实现高温应用，但单层SOI结构难以控制背腔刻蚀深度，容易造成刻蚀不足或过度刻蚀的情况，专利CN201510353518.8提出一种双SOI结构MEMS压力传感器芯片及其制备方法，该方案采用可以控制刻蚀深度的双层SOI结构，但涉及到两次SOI层的构建，单张晶圆成本又将进一步的大幅度提升。
技术实现思路
[0007]为了提升现有的硅压阻式压力传感器芯片的耐高温性能，同时降低成本，本专利技术提供了一种硅压阻式压力传感器芯片，所述芯片结构从背腔到正面依次包括：硅基体、第一离子注入区、第二离子注入区、第三离子注入区、介质层、金属层；
[0008]所述第二离子注入区和所述第三离子注入区相连，并位于所述第一离子注入区的上表面的内部，所述第一离子注入区、第二离子注入区、第三离子注入区上表面齐平；所述第二离子注入区采用P型重掺杂离子注入，所述第三离子注入区采用P型轻掺杂离子注入，所述第一离子注入区采用N型重掺杂离子注入；
[0009]所述介质层用于隔离所述第一离子注入区和所述金属层，并在离子注入区上方设有引线孔；
[0010]所述金属层用于构成金属电极和金属连接线，并通过所述引线孔与所述离子注入区连接。
[0011]可选的，所述第一离子注入区的掺杂源为磷或砷的化合物。
[0012]可选的，所述第二离子注入区的掺杂源为硼的化合物。
[0013]可选的，所述第三离子注入区的掺杂源为硼的化合物。
[0014]本专利技术还提供一种硅压阻式压力传感器芯片的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
[0015]步骤一：在(100)晶向硅片正面进行N型重掺杂离子注入，形成第一离子注入区；
[0016]步骤二：在硅片正面、第一离子注入区上方进行P型重掺杂离子注入，形成第二离子注入区，用于连接芯片的压阻条和金属连接线；
[0017]步骤三：在硅片正面、所述第一离子注入区上表面、紧靠所述第二离子注入区进行P型轻掺杂离子注入，形成第三离子注入区，用于构成芯片的压阻条；
[0018]步骤四：沉积介质层，用于隔离离子注入区和金属层；
[0019]步骤五：在所述介质层上刻蚀引线孔；
[0020]步骤六：制备金属层，包括：金属电极和金属连接线；
[0021]步骤七：刻蚀背腔。
[0022]可选的，所述N型重掺杂离子注入的掺杂源为磷或砷的化合物。
[0023]可选的，所述P型重掺杂离子注入的掺杂源为硼的化合物。
[0024]可选的，P型轻掺杂离子注入的掺杂源为硼的化合物。
[0025]可选的，所述压阻条为4组，连接形成惠斯通电桥结构，每组压阻条数量为2
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5个，压阻条分布位置为方形隔膜四条边的中点。
[0026]可选的，所述方法采用KOH或TMAH湿法刻蚀背腔。
[0027]本专利技术有益效果是：
[0028]本专利技术采用向硅片正面进行N型重掺杂离子注入，构成的N型区域载流子浓度比现有的N型硅片大幅降低，且受温度的影响小，从而可以有效地减小漏电流，提高传感器信号的精度，使传感器可以在高达150℃的环境下正常使用；刻蚀背腔时，由于本专利技术的N型重掺杂区域的存在，当湿法刻蚀在达到N型重掺杂区域时，刻蚀速率会显著下降，刻蚀停止，可以有效避免过度刻蚀的问题。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1是本专利技术的工艺流程图。
[0031]图2是本专利技术N型重掺杂离子注入后的芯片结构图。
[0032]图3是本专利技术P型重掺杂离子注入后的芯片结构图。
[0033]图4是本专利技术P型轻掺杂离子注入后的芯片结构图。
[0034]图5是本专利技术沉积介质层后的芯片结构图。
[0035]图6是本专利技术刻蚀引线孔后的芯片结构图。
[0036]图7是本专利技术制备金属层后的芯片结构图。
[0037]图8是本专利技术刻蚀背腔后的芯片结构图。
[0038]1、硅基体，2、第一离子注入区，3、第二离子注入区，4、第三离子注入区，5、介质层，6、引线孔，7、金属层，8、背腔。
具体实施方式
[0039]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。
[0040]实施例一：
[0041]本实施例提供一种硅压阻式压力传感器芯片，芯片结构从背腔到正面依次包括：硅基体、第一离子注入区、第二离子注入区、第三离子注入区、介质层、金属层；
[0042]所述第二离子注入区和所述第三离子注入区相连，并位于所述第一离子注入区的上表面的内部，所述第一离子注入区、第二离子注入区、第三离子注入区上表面齐平；所述第二离子注入区采用P型重掺杂离子注入，所述第三离子注入区采用P型轻掺杂离子注入，所述第一离子注入区采用N型重掺杂离子注入；
[0043]所述介质层用于隔离所述第一离子注入区和所述金属层，并在离子注入区上方设有引线孔；
[0044]所本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种硅压阻式压力传感器芯片，其特征在于，所述芯片结构从背腔到正面依次包括：硅基体、第一离子注入区、第二离子注入区、第三离子注入区、介质层、金属层；所述第二离子注入区和所述第三离子注入区相连，并位于所述第一离子注入区的上表面的内部，所述第一离子注入区、第二离子注入区、第三离子注入区上表面齐平；所述第二离子注入区采用P型重掺杂离子注入，所述第三离子注入区采用P型轻掺杂离子注入，所述第一离子注入区采用N型重掺杂离子注入；所述介质层用于隔离所述第一离子注入区和所述金属层，并在离子注入区上方设有引线孔；所述金属层用于构成金属电极和金属连接线，并通过所述引线孔与所述离子注入区连接。2.根据权利要求1所述的传感器芯片，其特征在于，所述第一离子注入区的掺杂源为磷或砷的化合物。3.根据权利要求1所述的传感器芯片，其特征在于，所述第二离子注入区的掺杂源为硼的化合物。4.根据权利要求1所述的传感器芯片，其特征在于，所述第三离子注入区的掺杂源为硼的化合物。5.一种硅压阻式压力传感器芯片的制备方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一：在(100)晶向硅片正面进行N型重掺杂...
【专利技术属性】
技术研发人员：毕勤，刘晓宇，
申请(专利权)人：无锡胜脉电子有限公司，
类型：发明
国别省市：
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