一種微機械硅壓力敏感芯片的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于傳感器技術領域，具體地說是一種利用單晶硅材料、利用微電子和微機械加工融合技術制作的微機械硅壓力敏感芯片。
【背景技術】
[0002]硅壓阻式壓力傳感器都由3個基本部分組成:①基體，直接承受被測應力；②波紋膜片，將被測應力傳遞到芯片；③芯片，檢測被測應力。芯片是在硅彈性膜片上，用半導體制造技術沿著確定晶向制作出4個感壓電阻，將它們通過金屬連線連成惠斯通電橋構(gòu)成了基本的壓力敏感元件。
[0003]敏感芯片上的膜片即是力敏電阻的襯底，又是外加應力的承受體，所以是壓力傳感元件的核心部分。在硅膜片的背面用機械或化學腐蝕的方法加工成凹狀結(jié)構(gòu)，稱為硅杯，在它的正面制作壓阻全橋。如果硅杯是圓形的凹坑，就稱為圓形膜片。膜片還有方形、矩形等多種形式。當存在外加應力時，膜片上各處受到的應力是不同的。4個橋臂電阻在硅膜片上的位置與方向設置要根據(jù)晶向和應力來決定。
[0004]敏感芯片的設計和制作決定了傳感器的性能。
[0005]中國專利201120401883.9中公開了一種帶有屏蔽層的硅壓阻式壓力傳感器芯片，包括:硅襯底、壓敏電阻、金屬引線、金屬焊盤、保護層、屏蔽層cap、重摻雜硅引線，硅襯底上的壓力膜片表面設有由數(shù)個壓敏電阻組成的惠斯通電橋，壓力膜片上設有保護層，數(shù)個壓敏電阻經(jīng)重摻雜硅引線、金屬引線與保護層上的金屬焊盤連接，其特征在于壓力膜片與保護層之間設有一層用于改善傳感器性能經(jīng)過摻雜處理的屏蔽層cap，屏蔽層cap將保護層與壓敏電阻隔離。本實用新型的優(yōu)點是在壓力膜片與保護層之間設有一層經(jīng)過摻雜處理的屏蔽層，克服了壓力傳感器輸出漂移的問題。
[0006]該專利在芯片敏感電阻的上面增加了一層用于改善傳感器性能經(jīng)過摻雜處理的屏蔽層，該屏蔽層需要經(jīng)過摻雜處理，其工藝增加了對前步完成的敏感電阻的性能干擾的可能，也增加了制造工藝流程的復雜性。同時由于該屏蔽層處于電懸浮態(tài)，對較強的應用環(huán)境產(chǎn)生的電場影響屏蔽效果可能不理想。
[0007]中國專利03104784.X公開了一種微機械壓阻式壓力傳感器芯片及其制備方法。微機械壓阻式壓力傳感器芯片，是一個杯狀結(jié)構(gòu)，包括一個方形感壓膜和周圍的支撐部分在感壓膜的最大應變區(qū)之作了四個壓敏電阻，組成電橋來敏感壓力的變化，所述壓敏電阻是采用離子注入工藝制作的，壓敏電阻周圍增加有一圈η+隔離區(qū)，感壓膜的邊緣制作了可以監(jiān)控感壓膜厚度的對準標記。采用離子注入工藝制作壓阻，精度遠高于以往采用的擴散工藝，可以提高壓阻的控制精度及一致性，減小零點輸出和零點溫度漂移；壓阻周圍增加一圈η+隔離區(qū)，提高了芯片的長期穩(wěn)定性；膜的邊緣制作了可以監(jiān)控膜厚度的對準標記，使腐蝕敏感膜的可控性增強，提高了感壓膜厚度控制精度和芯片檢測精度。
[0008]該專利給出了基本的壓阻式壓力傳感器芯片及其制備方法。主要在敏感芯片的周圍增加隔離區(qū)，但其工藝過程是先制作壓力敏感電阻，在用擴散的方法制作隔離區(qū)，制作隔離區(qū)需要在一定的高溫環(huán)境下，對壓力敏感電阻參數(shù)控制帶來一定的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種利用單晶硅材料、采用微電子和微機械加工融合技術制作的硅壓力敏感芯片。
[0010]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:它以硅襯底I為主體，在芯片表面設置有壓力膜片10，在壓力膜片下有凹形硅杯11，壓力膜片上設置有壓敏電阻2 ;壓敏電阻2分為兩段由P+連結(jié)區(qū)3相連的電阻組成，壓敏電阻2通過P+連結(jié)區(qū)3連接到引線孔6，P+連結(jié)區(qū)3的引線孔6上方設置有金屬引線7，金屬引線7與焊盤8連結(jié)在一起；壓敏電阻2周邊均設置有N+隔離區(qū)4，P+連結(jié)區(qū)3與N+隔離區(qū)4之間帶有空隙，N+隔離區(qū)4上方設置有一個引線孔6 ;壓敏電阻2、P+連結(jié)區(qū)3、N+隔離區(qū)4上面有隔離層5，在隔離層5上面設置有屏蔽層9。壓力膜片10下方對應位置為硅杯11 ;硅襯底I通過N+擴散區(qū)、引線孔、金屬引線連接到襯底焊盤12。
[0011]其制備過程如下:
1、生長氧化層，
2、使用光刻、擴散濃磷或注入使氧化層上形成N+隔離區(qū)；
3、光刻、注入濃硼形成P+連接區(qū)；
4、用離子注入工藝形成壓敏電阻；
5、生長氧化隔離層；
6、使用光刻制出引線孔；
7、濺射金屬、光刻形成引線及焊盤；
8、合金形成完成芯片內(nèi)部的電氣連接；
9、濺射金屬、光刻形成屏蔽層；
10、腐蝕背腔制作出硅杯；
11、芯片中測，檢測敏感電阻、擊穿、漏電、表面質(zhì)量；
12、鍵合、劃片；
13、完成敏感芯片加工。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點如下
1、芯片上制備有四個壓敏電阻，電阻位于芯片表面應力集中區(qū)域。每個電阻有敏感電阻周圍制備獨立的N+隔離區(qū)，環(huán)繞敏感電阻，間隙不大于30微米。增加N+隔離區(qū)，能有效增加敏感電阻之間對PN結(jié)隔離效果，降低對外電場對敏感電阻的干擾影響，提升敏感器件的穩(wěn)定性。
[0013]2、先注入或擴散形成N+隔離區(qū)，再注入P+連結(jié)區(qū)，再注入敏感電阻。由于敏感芯片的性能決定于敏感電阻的性能，其對敏感電阻的制造過程主要是經(jīng)歷的高溫過程非常敏感，在N+、P+工藝后制造敏感電阻，有效的避免了 N+、P+工藝對敏感電阻的影響，對敏感芯片的一致性、穩(wěn)定性有非常有利的保障。
[0014]3、本發(fā)明給出的制造工藝中，屏蔽層采用了與引線同材料的金屬制作，相對于采用淀積多晶硅、在注入或擴散形成屏蔽層的做法，工藝流程大大簡化，同時也避免了高溫工藝對敏感電阻特性對不利影響，提升敏感芯片的一致性。
[0015]4、本發(fā)明中對屏蔽層做到完全覆蓋敏感電阻、P+連結(jié)區(qū)，并通過引線孔與N+隔離區(qū)聯(lián)通，敏感電阻處于等電位對屏蔽層及襯底之間，有效避免外界電場對敏感電阻對干擾，提升敏感電阻工作時候?qū)Ψ€(wěn)定性和抗干擾能力。
[0016]5、芯片襯底通過N+摻雜區(qū)、引線孔、金屬引線連接到獨立焊盤，連接襯底的焊盤與芯片表面的電源V+焊點不直接電連接。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意簡圖；
圖2是圖1的俯視圖。
[0018]下面將結(jié)合附圖通過實例對本發(fā)明作進一步詳細說明，但下述的實例僅僅是本發(fā)明其中的例子而已，并不代表本發(fā)明所限定的權利保護范圍，本發(fā)明的權利保護范圍以權利要求書為準。
【具體實施方式】
[0019]實施例1
如圖1~2所示，它以硅襯底I為主體，在芯片表面設置有壓力膜片10，在壓力膜片下有凹形硅杯11，壓力膜片上設置有壓敏電阻2 ;壓敏電阻2分為兩段由P+連結(jié)區(qū)3相連的電阻組成，壓敏電阻2通過P+連結(jié)區(qū)3連接到引線孔6，P+連結(jié)區(qū)3的引線孔6上方設置有金屬引線7，金屬引線7與焊盤8連結(jié)在一起；壓敏電阻2周邊均設置有N+隔離區(qū)4，P+連結(jié)區(qū)3與N+隔離區(qū)4之間帶有空隙，N+隔離區(qū)4上方設置有一個引線孔6 ;壓敏電阻2、P+連結(jié)區(qū)3、N+隔離區(qū)4上面有隔離層5，在隔離層5上面設置有屏蔽層9。壓力膜片10下方對應位置為硅杯11 ;硅襯底I通過N+擴散區(qū)、引線孔、金屬引線連接到襯底焊盤12。
[0020]其工藝流程如下:
1、生長氧化層，
2、使用光刻、擴散濃磷或注入使氧化層上形成N+隔離區(qū)；
3、光刻、注入濃硼形成P+連接區(qū)；
4、用離子注入工藝形成壓敏電阻；
5、生長氧化隔離層；
6、使用光刻制出引線孔；
7、濺射金屬、光刻形成引線及焊盤；
8、合金形成完成芯片內(nèi)部的電氣連接；
9、濺射金屬、光刻形成屏蔽層；
10、腐蝕背腔制作出硅杯；
11、芯片中測，檢測敏感電阻、擊穿、漏電、表面質(zhì)量；
12、鍵合、劃片；
13、完成敏感芯片加工。
【主權項】
1.一種微機械娃壓力敏感芯片，它包括:娃襯底1，其特征是:娃襯底I上表面設置有壓力膜片10，在壓力膜片下方有凹形硅杯11，硅襯底及壓力膜片上方覆蓋有隔離層5 ;壓力膜片上還設置有壓敏電阻2 ;壓敏電阻2均環(huán)繞設置有N+隔離區(qū)4 ;壓敏電阻2通過P+連結(jié)區(qū)3連接到引線孔6，P+連結(jié)區(qū)3的引線孔6上方設置有金屬引線7，金屬引線7與焊盤8連結(jié)，P+連結(jié)區(qū)3與N+隔離區(qū)4之間帶有空隙；N+隔離區(qū)4上方的氧化層設置有一個引線孔6;在隔離層5上面設置有屏蔽層9 ;硅襯底I通過N+擴散區(qū)、引線孔、金屬引線連接到襯底焊盤12 ;壓敏電阻2由兩段通過P+連結(jié)區(qū)3相連的壓敏電阻組成。2.微機械硅壓力敏感芯片的制做方法，其特征包括以下步驟: I )、生長氧化層， 2)、使用光刻、擴散濃磷或注入使氧化層上形成N+隔離區(qū)； 3)、光刻、注入濃硼形成P+連接區(qū)； 4)、用離子注入工藝形成壓敏電阻； 5)、生長氧化隔離層； 6)、使用光刻制出引線孔； 7)、濺射金屬、光刻形成引線及焊盤； 8)、合金形成完成芯片內(nèi)部的電氣連接； 9)、濺射金屬、光刻形成屏蔽層； 10)、腐蝕背腔制作出硅杯； 11)、芯片中測，檢測敏感電阻、擊穿、漏電、表面質(zhì)量； 12)、鍵合、劃片; 13)、完成敏感芯片加工。3.根據(jù)權利要求2所述微機械硅壓力敏感芯片的制做方法，其特征是:先注入或擴散形成N+隔離區(qū)，再注入P+連結(jié)區(qū)，再注入敏感電阻。4.根據(jù)權利要求2所述微機械硅壓力敏感芯片的制做方法，其特征是:屏蔽層完全覆蓋敏感電阻、P+連結(jié)區(qū)，并通過引線孔與N+隔離區(qū)聯(lián)通，敏感電阻處于等電位對屏蔽層及襯底之間。5.根據(jù)權利要求2所述微機械硅壓力敏感芯片的制做方法，其特征是:芯片襯底通過N+摻雜區(qū)、引線孔、金屬引線連接到獨立的襯底焊盤，連接襯底的焊盤與芯片表面的電源V+焊點不直接電連接。6.根據(jù)權利要求2所述微機械硅壓力敏感芯片的制做方法，其特征是:芯片襯底通過N+摻雜區(qū)、引線孔、金屬引線連接到獨立焊盤，連接襯底的焊盤與芯片表面的電源V+焊點不直接電連接。7.根據(jù)權利要求2所述微機械硅壓力敏感芯片的制做方法，其特征是:屏蔽層采用了與引線同材料的金屬制作。
【專利摘要】一種微機械硅壓力敏感芯片，現(xiàn)有技術的芯片敏感度與精確度較低，技術要點是：它以硅襯底為主體，在芯片表面設置有壓力膜片，在壓力膜片下有凹形硅杯，壓力膜片上設置有壓敏電阻；壓敏電阻分為兩段由P+連結(jié)區(qū)相連的電阻組成，壓敏電阻通過P+連結(jié)區(qū)連接到引線孔，P+連結(jié)區(qū)的引線孔上方設置有金屬引線，金屬引線與焊盤連結(jié)在一起；壓敏電阻周邊均設置有N+隔離區(qū)，P+連結(jié)區(qū)與N+隔離區(qū)之間帶有空隙，N+隔離區(qū)上方設置有一個引線孔；壓敏電阻、P+連結(jié)區(qū)、N+隔離區(qū)上面有隔離層，在隔離層上面設置有屏蔽層。壓力膜片下方對應位置為硅杯；硅襯底通過N+擴散區(qū)、引線孔、金屬引線連接到襯底焊盤；本發(fā)明還具有結(jié)構(gòu)合理、安全可靠、應用范圍寬、測量精度高等優(yōu)點。
【IPC分類】G01L1/18
【公開號】CN105043609
【申請?zhí)枴緾N201510534538
【發(fā)明人】張治國, 鄭東明, 李穎, 劉劍, 張哲 , 梁峭, 祝永峰
【申請人】沈陽儀表科學研究院有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年8月28日