專利名稱：0-50pa單片硅基SOI超低微壓傳感器及其加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及力敏傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種0-50pa單片硅基SOI超低微 壓傳感器。
(二)
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)超低微壓傳感器非常緊缺，價(jià)格昂貴，幾乎全部由國(guó)外進(jìn)口。國(guó) 內(nèi)學(xué)者曾于2000年完成國(guó)家九五科技攻關(guān)"96-748傳感器技術(shù)"研究項(xiàng)目"硅 微壓力傳感器"。(分專題96-748-02-01-/02)完成的技術(shù)指標(biāo)是量程0-300pa， 線5%，精度1.0%， VFS〉30mv， Vcc6伏，過(guò)載破壞壓強(qiáng)〉140倍。并經(jīng)科技査 新(1999年12月22日)(查新中心站管理編號(hào)SJTU99-037)，查新結(jié)果該 成果達(dá)到九十年代國(guó)際同類器件的領(lǐng)先水平。目前市場(chǎng)上能買到美國(guó)、德國(guó)、 丹麥的微壓傳感器，量程均在2kpa以上，過(guò)載破壞壓強(qiáng)是量程的2-5倍。現(xiàn)在 業(yè)內(nèi)專家也在實(shí)驗(yàn)室小批量生產(chǎn)lkpa量程的微壓傳感器，但由于受到設(shè)備條件 的限制，無(wú)法形成規(guī)模生產(chǎn)。而業(yè)內(nèi)研究生產(chǎn)的300pa微壓傳感器是采用體微 機(jī)械加工技術(shù)生產(chǎn)的擴(kuò)散硅壓力傳感器，橋路電阻之間采用PN結(jié)隔離，所以受 溫度影響很明顯，其零點(diǎn)穩(wěn)定性遠(yuǎn)沒(méi)有SOI結(jié)構(gòu)好。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了0-50pa單片硅基SOI超低微壓傳感器，其具 有較高的靈敏度和線性度，耐高溫、工藝簡(jiǎn)單易操作，工藝一致性好，生產(chǎn)成 本低，芯片間電學(xué)特性離散性很小，適宜于大規(guī)模生產(chǎn)，為此，本發(fā)明還提供 了 0-50pa單片硅基SOI超低微壓傳感器的加工方法。
其技術(shù)方案是這樣的
0-50pa單片硅基S0I超低微壓傳感器，其特征在于其芯片包括一個(gè)N型 或P型硅襯底(l)，在硅襯底的兩面覆蓋有絕緣層(2)，絕緣層(2)表面約0. 3微 米的單晶硅薄膜生成有四個(gè)SOI力敏電阻(3)，摻濃硼的單晶硅內(nèi)引線(4)與電 阻(3)連接；在單晶硅內(nèi)引線(4)表面覆蓋鋁引線(5); SOI單晶硅力敏電阻(3)設(shè)置于中心梁和邊梁；芯片背面具有方形開口(6)，開口內(nèi)制作有兩個(gè)矩形背島 (7)，或一個(gè)矩形背島，或無(wú)背島的平膜；在背島和邊框之間為氮化硅和二氧化 硅復(fù)合彈性膜(8)。
其進(jìn)一步特征在于力敏電阻(3)的材質(zhì)為單晶硅；力敏電阻(3)和單晶硅 內(nèi)引線(4)是依附于二氧化硅絕緣層表面，且再覆蓋氮化硅絕緣層；
0-50pa單片硅基SOI超低微壓傳感器的制備方法，其特征在于包括以下
取一片厚度為0. 3 1毫米雙面拋光100晶向的單晶硅作襯底(l)，采用常 規(guī)的氧化光刻工藝，在襯底兩面先形成雙面光刻對(duì)準(zhǔn)記號(hào)，然后繼續(xù)氧化并在 襯底背面光刻出方形開口(6)，用TMAH腐蝕液腐蝕方形開口(6)中硅表面，深度 為5-10微米；
采用150Kev高能量離子束機(jī)對(duì)硅片正面進(jìn)行氧離子注入，注入深度約0. 3 微米左右；
在1100度的高溫氧化爐內(nèi)用氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)氣體，對(duì)硅片進(jìn)行退火處理2小 時(shí)，在退火同時(shí)，注入到單晶硅表面0.3微米的深層處的氧離子與硅原子結(jié)合， 形成二氧化硅絕緣層；同時(shí)在正面形成厚度為0. 3微米的單晶硅薄膜。
在1000度高溫氧化爐內(nèi)，用干燥氧氣作保護(hù)氣體，正面熱生長(zhǎng)氧化層60 納米-80納米；
正面單晶硅薄膜采用離子束機(jī)注入硼原子，能量100Kev，劑量4. 2X1014， 使其成為P型導(dǎo)電層；
在1100度的高溫氧化爐內(nèi)用氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)氣體，對(duì)硅片進(jìn)行退火處理0.5 小時(shí)，然后通過(guò)通干氧-濕氧-干氧時(shí)間的調(diào)節(jié)，使反映正面單晶硅薄膜雜質(zhì)濃 度的表面方塊電阻達(dá)到240歐姆左右；
用光刻和TMAH濕法腐蝕或RIE干法刻蝕技術(shù)，在硅片正面形成單晶硅力 敏電阻區(qū)(3)和單晶硅內(nèi)引線熱壓腳區(qū)(4),而正面其它區(qū)域的單晶硅薄膜被腐 蝕或刻蝕掉，暴露底部的二氧化硅層；
用LPCVD技術(shù)，讓硅片正反面淀積150納米的氮化硅薄膜，與正面暴露的 二氧化硅組成應(yīng)力互補(bǔ)的復(fù)合膜絕緣層；
對(duì)力敏電阻端頭形成歐姆電極的引線孔區(qū)(4)進(jìn)行光刻，用F4C等離子體刻蝕孔內(nèi)氮化硅，用光刻腐蝕液漂去孔內(nèi)氧化層，暴露硅表面，然后在引線孔 區(qū)(4)內(nèi)進(jìn)行濃硼擴(kuò)散，形成歐姆接觸區(qū)；
背面光刻方形開口(6)和背島，正面蒸鍍鋁膜反刻形成鋁內(nèi)引線，使四個(gè)
單晶硅力敏電阻(3)之間形成惠斯頓電橋，在邊框上引出五個(gè)壓悍腳，其中二個(gè) 開口的壓腳作為調(diào)節(jié)失調(diào)電壓時(shí)使用；
對(duì)襯底背面方形開口區(qū)(6)進(jìn)行濕法腐蝕，直至二氧化硅層產(chǎn)生腐蝕自終 止，最后形成0-50pa單片硅基SOI超低微壓傳感器芯片。
通過(guò)上述工藝制作0-50pa單片硅基SOI超低微壓傳感器，由于采用正面做 力敏電阻背面僅是方形開口的平膜C型結(jié)構(gòu)、正面做力敏電阻背面在方形開口 中僅做一個(gè)硅單晶島平膜E型結(jié)構(gòu)、正面做力敏電阻背面在方形開口中做二個(gè) 硅單晶島平膜雙島型結(jié)構(gòu)，使得傳感器的靈敏度和線性度得以提高，而在摻濃 硼的單晶硅引線表面覆蓋鋁層組成傳感器的內(nèi)引線，避免了內(nèi)引線與單晶硅力 敏電阻連接時(shí)因臺(tái)階引起的斷裂現(xiàn)象；由于力敏電阻采用單晶硅作材料，所以 壓阻系數(shù)比多晶硅或其它非晶材料大好幾倍，在相同結(jié)構(gòu)參數(shù)條件下，構(gòu)成壓 力傳感器的靈敏度大3倍以上。同時(shí)力敏電阻之間用二氧化硅絕緣層作隔離層， 與常規(guī)的擴(kuò)散硅壓力傳感器相比，不存在PN結(jié)反向漏電流問(wèn)題，因此耐高溫， 可在350度高溫下仍能穩(wěn)定工作，保證具有很低的零點(diǎn)漂移，工藝簡(jiǎn)單、 一致 性好，芯片間電學(xué)特性離散性很小，所以適宜于大規(guī)模生產(chǎn)。
(四)


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的加工流程方框圖。
(五)
具體實(shí)施例方式
見(jiàn)圖l、圖2，本發(fā)明的芯片包括一個(gè)N型或P型硅襯底1，在硅襯底的兩 面覆蓋有絕緣層2，絕緣層2表面約0. 3微米的單晶硅薄膜生成有四個(gè)SOI力敏 電阻3，力敏電阻3的材質(zhì)為單晶硅；摻濃硼的單晶硅內(nèi)引線4與電阻3連接； 力敏電阻3和單晶硅內(nèi)引線4是依附于二氧化硅絕緣層表面，且再覆蓋氮化硅 絕緣層；在單晶硅內(nèi)引線4表面覆蓋鋁引線5; S0I單晶硅力敏電阻3設(shè)置于中 心梁和邊梁；芯片背面具有方形開口6，開口內(nèi)制作有兩個(gè)矩形背島7，或一個(gè) 矩形背島，或無(wú)背島的平膜；在背島和邊框之間為氮化硅和二氧化硅復(fù)合彈性膜(8)。
0-50pa單片硅基SOI超低微壓傳感器的制備方法，包括以下步驟， 取一片厚度為0. 3 1毫米雙面拋光100晶向的單晶硅作襯底1，采用常規(guī) 的氧化光刻工藝，在襯底兩面先形成雙面光刻對(duì)準(zhǔn)記號(hào)，然后繼續(xù)氧化并在襯 底背面光刻出方形開口 6，用TMAH腐蝕液腐蝕方形開口 6中硅表面,深度為5-10 微米；
采用150Kev高能量離子束機(jī)對(duì)硅片正面進(jìn)行氧離子注入，注入深度約0. 3 微米左右；
在1100度的高溫氧化爐內(nèi)用氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)氣體，對(duì)硅片進(jìn)行退火處理2小 時(shí)，在退火同時(shí)，注入到單晶硅表面0.3微米的深層處的氧離子與硅原子結(jié)合， 形成二氧化硅絕緣層；同時(shí)在正面形成厚度為0. 3微米的單晶硅薄膜。
在1000度高溫氧化爐內(nèi)，用干燥氧氣作保護(hù)氣體，正面熱生長(zhǎng)氧化層60 納米-80納米；
正面單晶硅薄膜采用離子束機(jī)注入硼原子，能量100Kev,劑量4. 2X1014， 使其成為P型導(dǎo)電層；
在1100度的高溫氧化爐內(nèi)用氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)氣體，對(duì)硅片進(jìn)行退火處理0.5 小時(shí)，然后通過(guò)通干氧-濕氧-干氧時(shí)間的調(diào)節(jié)，使反映正面單晶硅薄膜雜質(zhì)濃 度的表面方塊電阻達(dá)到240歐姆左右；
用光刻和TMAH濕法腐蝕或RIE干法刻蝕技術(shù)，在硅片正面形成單晶硅力 敏電阻區(qū)3和單晶硅內(nèi)引線熱壓腳區(qū)4，而正面其它區(qū)域的單晶硅薄膜被腐蝕或 刻蝕掉，暴露底部的二氧化硅層；
用LPCVD技術(shù)，讓硅片正反面淀積150納米的氮化硅薄膜，與正面暴露的 二氧化硅組成應(yīng)力互補(bǔ)的復(fù)合膜絕緣層；
對(duì)力敏電阻端頭形成歐姆電極的引線孔區(qū)4進(jìn)行光刻，用F4C等離子體刻 蝕孔內(nèi)氮化硅，用光刻腐蝕液漂去孔內(nèi)氧化層，暴露硅表面，然后在引線孔區(qū)4 內(nèi)進(jìn)行濃硼擴(kuò)散，形成歐姆接觸區(qū)；
背面光刻方形開口6和背島，正面蒸鍍鋁膜反刻形成鋁內(nèi)引線，使四個(gè)單 晶硅力敏電阻3之間形成惠斯頓電橋，在邊框上引出五個(gè)壓焊腳，其中二個(gè)開 口的壓腳作為調(diào)節(jié)失調(diào)電壓時(shí)使用；對(duì)襯底背面方形開口區(qū)6進(jìn)行濕法腐蝕，直至二氧化硅層產(chǎn)生腐蝕自終止，
最后形成0-50pa單片硅基SOI超低微壓傳感器芯片。
權(quán)利要求
1. 0-50pa單片硅基SOI超低微壓傳感器，其特征在于其芯片包括一個(gè)N型或P型硅襯底(1)，在硅襯底的兩面覆蓋有絕緣層(2)，絕緣層(2)表面約0.3微米的單晶硅薄膜生成有四個(gè)SOI力敏電阻(3)，摻濃硼的單晶硅內(nèi)引線(4)與電阻(3)連接；在單晶硅內(nèi)引線(4)表面覆蓋鋁引線(5)；SOI單晶硅力敏電阻(3)設(shè)置于中心梁和邊梁；芯片背面具有方形開口(6)，開口內(nèi)制作有兩個(gè)矩形背島(7)，或一個(gè)矩形背島，或無(wú)背島的平膜；在背島和邊框之間為氮化硅和二氧化硅復(fù)合彈性膜(8)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述0-50pa單片硅基SOI超低微壓傳感器，其特征在 于力敏電阻(3)的材質(zhì)為單晶硅。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述0-50pa單片硅基SOI超低微壓傳感器，其特征在 于力敏電阻(3)和單晶硅內(nèi)引線(4)是依附于二氧化硅絕緣層表面，且再覆蓋 氮化硅絕緣層。
4、 0-50pa單片硅基SOI超低微壓傳感器的制備方法，其特征在于包括 以下步驟，取一片厚度為0. 3 1毫米雙面拋光100晶向的單晶硅作襯底(l)，采用常 規(guī)的氧化光刻工藝，在襯底兩面先形成雙面光刻對(duì)準(zhǔn)記號(hào)，然后繼續(xù)氧化并在 襯底背面光刻出方形開口 (6)，用TMAH腐蝕液腐蝕方形開口 (6)中硅表面，深度 為5-10微米；采用150Kev高能量離子束機(jī)對(duì)硅片正面進(jìn)行氧離子注入，注入深度約0. 3 微米左右；在1100度的高溫氧化爐內(nèi)用氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)氣體，對(duì)硅片進(jìn)行退火處理2小 時(shí)，在退火同時(shí)，注入到單晶硅表面0.3微米的深層處的氧離子與硅原子結(jié)合， 形成二氧化硅絕緣層；同時(shí)在正面形成厚度為0. 3微米的單晶硅薄膜；在IOOO度高溫氧化爐內(nèi)，用干燥氧氣作保護(hù)氣體，正面熱生長(zhǎng)氧化層60 納米-80納米；正面單晶硅薄膜采用離子束機(jī)注入硼原子，能量100Kev，劑量4. 2X1014， 使其成為P型導(dǎo)電層；在1100度的高溫氧化爐內(nèi)用氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)氣體，對(duì)硅片進(jìn)行退火處理0.5 小時(shí)，然后通過(guò)通干氧-濕氧-干氧時(shí)間的調(diào)節(jié)，使反映正面單晶硅薄膜雜質(zhì)濃 度的表面方塊電阻達(dá)到240歐姆左右；用光刻和TMAH濕法腐蝕或RIE干法刻蝕技術(shù)，在硅片正面形成單晶硅力 敏電阻區(qū)(3)和單晶硅內(nèi)引線熱壓腳區(qū)(4)，而正面其它區(qū)域的單晶硅薄膜被腐 蝕或刻蝕掉，暴露底部的二氧化硅層；用LPCVD技術(shù)，讓硅片正反面淀積150納米的氮化硅薄膜，與正面暴露的 二氧化硅組成應(yīng)力互補(bǔ)的復(fù)合膜絕緣層；對(duì)力敏電阻端頭形成歐姆電極的引線孔區(qū)(4)進(jìn)行光刻，用F4C等離子體 刻蝕孔內(nèi)氮化硅，用光刻腐蝕液漂去孔內(nèi)氧化層，暴露硅表面，然后在引線孔 區(qū)(4)內(nèi)進(jìn)行濃硼擴(kuò)散，形成歐姆接觸區(qū)；背面光刻方形開口(6)和背島，正面蒸鍍鋁膜反刻形成鋁內(nèi)引線，使四個(gè) 單晶硅力敏電阻(3)之間形成惠斯頓電橋，在邊框上引出五個(gè)壓焊腳，其中二個(gè) 開口的壓腳作為調(diào)節(jié)失調(diào)電壓時(shí)使用；對(duì)襯底背面方形開口區(qū)(6)進(jìn)行濕法腐蝕，直至二氧化硅層產(chǎn)生腐蝕自終 止，最后形成0-50pa單片硅基SOI超低微壓傳感器芯片。
全文摘要
本發(fā)明為0-50pa單片硅基SOI超低微壓傳感器。其具有較高的靈敏度和線性度，耐高溫、工藝簡(jiǎn)單，適宜于大規(guī)模生產(chǎn)，為此，本發(fā)明還提供了傳感器的加工方法。其芯片包括硅襯底(1)，在硅襯底的兩面覆蓋有絕緣層(2)，絕緣層(2)表面約0.3微米的單晶硅薄膜生成電阻(3)，內(nèi)引線(4)與電阻(3)連接；芯片背面的開口內(nèi)制作有背島(7)或無(wú)背島的平膜；在背島和邊框之間為氮化硅和二氧化硅復(fù)合彈性膜(8)。取單晶硅作襯底(1)，然后在襯底背面刻出開口(6)；對(duì)硅片正面進(jìn)行氧離子注入、對(duì)硅片進(jìn)行退火處理，形成二氧化硅絕緣層和單晶硅薄膜，在正面熱生長(zhǎng)氧化層、P型導(dǎo)電層、然后在硅片正面形成電阻區(qū)(3)和內(nèi)引線熱壓腳區(qū)(4)，而正面其它區(qū)域的單晶硅薄膜被腐蝕掉，暴露出二氧化硅層；讓硅片正反面淀積的氮化硅薄膜與正面的二氧化硅組成互補(bǔ)的復(fù)合膜絕緣層。
文檔編號(hào)B81C1/00GK101290255SQ20081002419
公開日2008年10月22日 申請(qǐng)日期2008年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月20日
發(fā)明者沈紹群 申請(qǐng)人:無(wú)錫市納微電子有限公司