一种硅压阻式压力传感芯片及其制备方法技术

本申请属于压力传感器技术领域，提供一种硅压阻式压力传感芯片及其制备方法，硅压阻式压力传感芯片包括锥形晶圆层

【技术实现步骤摘要】
一种硅压阻式压力传感芯片及其制备方法


[0001]本申请属于压力传感器
，具体而言，涉及一种硅压阻式压力传感芯片及其制备方法
。

技术介绍

[0002]目前，传统的普通压阻式压力传感芯片在使用工程中，待测量的气体或液体等压力源直接作用于单晶硅敏感电阻产生形变，从而完成对压力的测试
。
在这种情况下，芯片的最大工作温度为
125℃
，导致芯片在高温下工作漏电流情况严重
。
此外，用于测试的压力敏感电阻元件也容易发生变形或被某些液体压力源腐蚀，导致芯片失效
。
为了解决这一问题，仅仅通过改变压力敏感电阻的耐久性来增强芯片的寿命和有效性并不理想，还会大大增加研制成本
。
[0003]SOI
晶圆是在顶层硅和衬底之间引入了一层埋氧化层，使得顶层硅与衬底之间实现了绝缘，提高了器件的可靠性
。
另外，由于
SOI
晶圆的高温特性使得其成为制备高温压力传感器的理想材料
。
高能氧离子注入技术
(SIMOX)
是制造
SOI
材料的主流方法，它是通过将氧离子注入到衬底，与硅发生反应形成二氧化硅绝缘层，得到
SOI
晶圆结构
。
这种方法虽然能形成比较均匀的埋层氧化物，但厚度通常不超过
240nm
，耐高温性能一般
。
而且由于注入能量很高，容易损坏二氧化硅绝缘层，使器件失效，从而影响芯片的良品率，增加成本
。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术中的上述缺点，本申请的目的在于提供一种硅压阻式压力传感芯片及其制备方法，以克服现有压力传感器存在寿命不长
、
不耐高温
、
在高温下工作漏电流情况严重等问题
。
[0005]本申请为了解决上述的技术问题所采用的技术手段是：
[0006]本申请中提供一种硅压阻式压力传感芯片，包括：
[0007]锥形晶圆层；
[0008]硅弹性膜片，所述硅弹性膜片设置于所述锥形晶圆层的上方；
[0009]二氧化硅绝缘层，所述二氧化硅绝缘层安装于所述硅弹性膜片的上方；
[0010]封盖晶圆层，所述封盖晶圆层设置于所述二氧化硅绝缘层，且所述封盖晶圆层与所述二氧化硅绝缘层之间具有参考压力腔；
[0011]压力敏感单晶硅，所述压力敏感单晶硅安装于所述二氧化硅绝缘层，且所述压力敏感单晶硅位于所述参考压力腔的内部；
[0012]欧姆接触金属层，所述欧姆接触金属层安装于所述二氧化硅绝缘，且所述欧姆接触金属层位于所述参考压力腔的外部
。
[0013]优选地，所述欧姆接触金属层的厚度为
0.8
μ
m
‑
1.2
μ
m
，所述压力敏感单晶硅的厚度为
0.32
～
0.7
μ
m
，所述二氧化硅绝缘层的厚度为1‑3μ
m。
[0014]优选地，所述参考压力腔填充空气或者真空
。
[0015]优选地，所述压力敏感单晶硅上设置有四个电阻，四个电阻形成一个惠斯敦电桥结构
。
[0016]优选地，所述电阻宽度为5μ
m
‑
15
μ
m
，长度为
1000
μ
m
‑
1500
μ
m。
[0017]本申请还提供一种如上述任一项所述的硅压阻式压力传感芯片的制备方法，包括步骤：
[0018]S1
：一定剂量的
H+
注入到覆盖有氧化层的硅片中至所需深度，得到具有微空腔的二氧化硅绝缘层和硅衬底的两层结构；
[0019]S2
：在
S1
步骤得到的两层结构上，将其和另一覆盖有氧化层的硅片低温键合，再得到上层硅衬底
、
二氧化硅绝缘层
、
下层硅衬底的三层结构；
[0020]S3
：在
S2
步骤得到的三层结构上，退火剥离硅衬底至注氢位置，得到
SOI
晶圆结构；
[0021]S4
：在
S3
步骤得到的
SOI
晶圆结构上
,
利用
CMP
抛光，得到表面光滑的
SOI
晶圆结构；
[0022]S5
：在
S4
步骤得到的
SOI
晶圆结构上，用等离子刻蚀方法将
SOI
晶圆结构的压力敏感单晶硅刻成沿晶向分布的电阻条；
[0023]S6
：在
S5
步骤得到的
SOI
晶圆结构上
,
采用
KOH
腐蚀法在下层硅片上腐蚀出一个方形深槽，得到硅弹性膜片，此外，锥形晶圆层也采用
KOH
腐蚀法形成；
[0024]S7
：在
S6
步骤得到的
SOI
晶圆结构上，将
SOI
晶圆结构与锥形晶圆层直接键合；
[0025]S8
：在
S7
步骤得到的
SOI
晶圆结构上，采用真空溅射和
LIFT
‑
OFF
相结合的方法，在
SOI
晶圆结构上方两侧得到耐高温欧姆接触多层金属膜；
[0026]S9
：在
S8
步骤得到的
SOI
晶圆结构上，把封盖晶圆片用玻璃浆料法与
SOI
晶圆结构键合，形成一个参考压力腔，最后通过划片得到硅压阻式压力传感芯片
。
[0027]优选地，在所述
S2
步骤中，所述二氧化硅绝缘层的厚度在1～3μ
m。
[0028]与现有技术相比，本申请通过智能剥离技术得到的
SOI
晶圆具有厚度相对更高的二氧化硅层，从而使芯片具有更高的耐高温性能，此外，硅弹性膜片能够防止压力直接接触单晶硅敏感电阻，长时间使用导致芯片破损失效，这种结构能够有效解决芯片的寿命不长和老化的问题
。
[0029]一般的压力传感器芯片的工作温度最高能达到
125℃
，但采用本申请的智能剥离
SOI
晶圆的硅压阻式压力传感芯片则可承受高达
225℃
的工作温度，有效防止漏电流现象发生，保护膜片，减少失效情况的产生
。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种硅压阻式压力传感芯片，其特征在于，包括：锥形晶圆层；硅弹性膜片，所述硅弹性膜片设置于所述锥形晶圆层的上方；二氧化硅绝缘层，所述二氧化硅绝缘层安装于所述硅弹性膜片的上方；封盖晶圆层，所述封盖晶圆层设置于所述二氧化硅绝缘层，且所述封盖晶圆层与所述二氧化硅绝缘层之间具有参考压力腔；压力敏感单晶硅，所述压力敏感单晶硅安装于所述二氧化硅绝缘层，且所述压力敏感单晶硅位于所述参考压力腔的内部；欧姆接触金属层，所述欧姆接触金属层安装于所述二氧化硅绝缘，且所述欧姆接触金属层位于所述参考压力腔的外部
。2.
根据权利要求1所述的硅压阻式压力传感芯片，其特征在于，所述欧姆接触金属层的厚度为
0.8
μ
m
‑
1.2
μ
m
，所述压力敏感单晶硅的厚度为
0.32
～
0.7
μ
m
，所述二氧化硅绝缘层的厚度为1‑3μ
m。3.
根据权利要求1所述的硅压阻式压力传感芯片，其特征在于，所述参考压力腔填充空气或者真空
。4.
根据权利要求1所述的硅压阻式压力传感芯片，其特征在于，所述压力敏感单晶硅上设置有四个电阻，四个电阻形成一个惠斯敦电桥结构
。5.
根据权利要求4所述的硅压阻式压力传感芯片，其特征在于，所述电阻宽度为5μ
m
‑
15
μ
m
，长度为
1000
μ
m
‑
1500
μ
m。6.
一种如权利要求1‑5任一项所述的硅压阻式压力传感芯片的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S1
：一定剂量的
H+
注入到覆盖有氧化层的硅片中至所需深度，得到具有微空腔的二氧化硅绝缘层和硅衬底的两层结构；
S2
：在
S1
步骤得到的两层结构上，将其和另一覆盖有氧化层的硅片低温键合，再得到上层硅衬底
、

【专利技术属性】
技术研发人员：陈君杰，徐晨，何江涛，蒋小涵，
申请(专利权)人：深圳安培龙科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：