温漂自补偿SOI压力传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种温漂自补偿SOI压力传感器，其包括SOI衬底，所述SOI衬底上设有用于配置成惠斯通电桥的桥路电阻，且SOI衬底对应设置桥路电阻的表面设置用于对惠斯通电桥进行温度补偿的补偿电阻，所述补偿电阻及桥路电阻上设置电连接的互连引线；桥路电阻及补偿电阻间通过绝缘隔离层及钝化层相隔离，绝缘隔离层覆盖于SOI衬底上，钝化层覆盖于绝缘隔离层上；刻蚀对应于设置桥路电阻另一侧的SOI衬底以形成压力腔及压力敏感膜，所述压力腔及压力敏感膜位于桥路电阻的正下方。本发明专利技术结构紧凑，实现温漂自补偿，降低成本，稳定性高，一致性好，适合批量生产，适应范围广，安全可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种压力传感器，尤其是一种温漂自补偿SOI压力传感器，属于MEMS 传感器的

技术介绍
利用硅的压阻效应制造的压力传感器，就是采用集成电路工艺中的离子注入及扩散工艺在硅片表面形成一组阻值几乎相等的扩散电阻，各电阻之间形成金属互联，连接成惠斯通电桥。当弹性敏感膜片在外部压力作用下发生形变从而产生应力时，其上的桥路电阻即随之产生相应的变化，传感器输出一个与外部压力成比例的电信号，从而实现对压力的测量。压阻式微压力传感器是最早被研究并产业化的MEMS (微机电系统)技术产品，大部分压阻式压力传感器都采用PN结隔离的形式，这种结构的缺点是温度漂移过大；另外工作温度高于125°C时，由于PN结的漏电迅速增大，导致传感器失效。高温压力传感器是指在高于125°C环境下能正常工作的压力传感器，以其优良的高温工作能力在压力传感器中一直受到高度重视，是传感器研究的重要领域之一，也是各国政府努力掌握的高科技技术之一。高温压力传感器在石油、化工、冶金、工业过程控制、兵器工业甚至食品工业中都起着重要作用，许多环境条件下的检测都离不开高温压力传感器，尤其在武器系统中高温压力传感器是动力系统所不可缺少的。另外，由于电阻是温度敏感器件，未补偿之前的压力传感器其零点和灵敏度随着温度的变化而改变，极大的影响了传感器的精度，通常都要对其进行温漂的补偿。而目前压力传感器补偿分为硬件补偿和软件补偿两种，前者需要大量的人力，对每只芯片在使用温度范围内进行补偿前的温漂测试，然后选择不同的器件，比如二极管、热敏电阻等进行补偿，一致性较差，工作量大；而软件补偿成本高昂，目前国内多为进口 ASIC芯片进行补偿， 价格高，也限制了国内传感器产业的发展。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种温漂自补偿SOI压力传感器，其结构紧凑，实现温漂自补偿，降低成本，稳定性高，大幅度的提高了工作温度范围，一致性好，适合批量生产，适应范围广，安全可靠。按照本专利技术提供的技术方案，所述温漂自补偿SOI压力传感器，包括SOI衬底，所述SOI衬底上设有用于配置成惠斯通电桥的桥路电阻，且SOI衬底对应设置桥路电阻的表面设置用于对惠斯通电桥进行温度补偿的补偿电阻，所述补偿电阻及桥路电阻上设置电连接的互连引线；桥路电阻及补偿电阻间通过绝缘隔离层及钝化层相隔离，绝缘隔离层覆盖于SOI衬底上，钝化层覆盖于绝缘隔离层上；刻蚀对应于设置桥路电阻另一侧的SOI衬底以形成压力腔及压力敏感膜，所述压力腔及压力敏感膜位于桥路电阻的正下方。所述SOI衬底包括衬底，所述衬底上淀积有绝缘介质层，所述绝缘介质层上淀积3有导电材料，以形成SOI衬底。所述SOI衬底对应于形成压力腔的一侧键合有玻璃片，所述玻璃片与SOI衬底及压力腔对应配合，且玻璃片封堵SOI衬底上的压力腔。所述玻璃片上设有贯通玻璃片的玻璃孔，所述玻璃孔与压力腔相连通。所述补偿电阻包括恒压供电补偿电阻或恒流供电补偿电阻。所述绝缘介质层的材料为二氧化硅、氮化硅或二氧化硅与氮化硅的复合。所述绝缘隔离层包括氮化硅层。所述钝化层包括氮化硅层。所述互连引线的材料包括铝或金。所述导电材料为多晶硅或纳米硅，所述导电材料通过LPCVD或PECVD淀积于绝缘介质层上。本专利技术的优点压力传感器的衬底采用SOI衬底，大大提高了传感器的稳定性以及工作温度范围，得以应用于各种工业控制领域，特别是一些高温环境；对于压力传感器来说，温漂是一个不容易解决的问题，通过在SOI衬底上设置恒压供电补偿电阻及恒流供电补偿电阻，根据需要选择恒压供电补偿电阻或恒流供电补偿电阻与桥路电阻配置成的惠斯通电桥相连，实现对压力传感器的温度自补偿；自补偿之后零点温漂和灵敏度温漂都能有效控制，可以满足消费电子以及工业控制类需求；由于是集成工艺，因此成本极低；采用半导体工艺，适合批量生产，产品一致性好，灵敏度高，可应用于微压、低压、中压以及高压等各种环境。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图纩图7为本专利技术具体实施工艺步骤剖视图，其中 图2为形成SOI衬底的剖视图。图3为形成桥路电阻及补偿电阻后的剖视图。图4为淀积绝缘隔离层并刻蚀出引线孔后的剖视图。图5为形成互连引线后的剖视图。图6为形成钝化层后的剖视图。图7为形成压力感应膜后的剖视图。图8为键合玻璃片形成绝压传感器后的剖视图。图9为形成表压传感器后的剖视图。图10为本专利技术封装后的俯视图。附图标记说明1-衬底、2-绝缘介质层、3-桥路电阻、4-恒压供电补偿电阻、5-恒流供电补偿电阻、6-绝缘隔离层、7-互连引线、8-钝化层、9-压力腔、10-压力敏感膜、 11-玻璃片及12-玻璃孔。具体实施例方式下面结合具体附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示为了提高压力传感器的测量精度及温度适应范围，所述压力传感器包括SOI衬底，所述SOI衬底上淀积导电材料并得到用于配置成惠斯通电桥的桥路电阻3， 且为了降低温漂影响，所述SOI衬底上设有补偿电阻，所述补偿电阻包括恒压供电补偿电阻4或恒流供电补偿电阻5，SOI衬底上同时设置了恒压供电补偿电阻4及恒流供电补偿电阻5，根据需要选择恒压供电补偿电阻4或恒流供电补偿电阻5，能够降低温度对惠斯通电桥输出检测信号的影响。SOI衬底上设置四个桥路电阻3，四个桥路电阻3分别形成惠斯通电桥的桥臂。为了能够将桥路电阻3、恒压供电补偿电阻4及恒流供电补偿电阻5引出，所述桥路电阻3、恒压供电补偿电阻4及恒流供电补偿电阻5上设有电连接的互连引线7。同时， 桥路电阻3、恒压供电补偿电阻4及恒流供电补偿电阻5通过绝缘隔离层6及钝化层8进行隔离，所述绝缘隔离层6覆盖于SOI衬底上，并覆盖于相应的桥路电阻3、恒压供电补偿电阻 4及恒流供电补偿电阻5上；钝化层8淀积覆盖于绝缘隔离层6上。SOI衬底对应于设置桥路电阻3的另一侧设置压力腔9，为了形成压力腔9，对SOI衬底进行湿法腐蚀或干法-湿法腐蚀相结合的工艺，压力腔9从SOI衬底的表面向内延伸，且压力腔9的向内延伸的距离小于SOI衬底的厚度，以形成压力敏感膜10，压力敏感膜10的厚度由压力传感器的灵敏度等参数决定。压力腔9及压力敏感膜10位于桥路电阻3的正下方。如图8和图9所示可以根据不同的需要，在SOI衬底上对应形成压力腔9的一侧键合玻璃片11，所述玻璃片11与SOI衬底及压力腔9相对应配合；从而能够形成作表压压力传感器和绝压压力传感器。当作为表压压力传感器时，在玻璃片11上打有玻璃孔12，所述玻璃孔12与压力腔9相连通。当作为绝压压力传感器时，玻璃片11封堵压力腔9。如图2 图7所示为了得到上述结构的压力传感器，可以通过下述工艺步骤实现(1)、根据传感器的参数要求，确定衬底材料的厚度、掺杂类型、电阻率，芯片以及敏感膜的尺寸等，通过理论计算确定压力敏感膜10上的线性应力区，布置桥路电阻、补偿电阻及金属互连；由于不同的供电方式，温漂补偿方式也会不同，在设计时，可以将恒压供电的补偿网络和恒流供电的补偿网络集成在同一款芯片上，以制成通用芯片，用户可以根据自己的需要进行连线即可；最终完成设计并制作光刻版；(2)、如图2所示所述衬底1的上表面淀积有绝缘介质层2，所述绝缘介质层2可为二氧化硅、氮化硅或二氧化硅与氮化硅复合形成，作为SOI结构的绝缘隔离介本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘同庆，王荣华，
申请(专利权)人：无锡芯感智半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：