一种隔离槽阵列结构的压力传感器芯片及其制备方法与流程

文档序号:21780637发布日期:2020-08-07 20:02阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种隔离槽阵列结构的压力传感器芯片,其特征在于,包括自上至下依次设置的浮雕结构层(100)、薄膜结构层(200)和背腔结构层(300),所述浮雕结构层(100)包括浮雕结构(3),所述浮雕结构(3)的端部刻蚀有隔离槽阵列,所述隔离槽阵列包括多个依次设置的隔离槽,所述相邻的两个隔离槽之间设置有压敏电阻组件,设置在同一个隔离槽阵列处的压敏电阻组件连接形成一个压敏电阻,所有的压敏电阻通过金属引线(6)连接,组成惠斯通电桥中电阻r1和电阻r3,电阻r1和电阻r3与外置的电阻r2和电阻r4连接组成惠斯通全桥实现电信号的输入和输出。

2.根据权利要求1所述的一种隔离槽阵列结构的压力传感器芯片,其特征在于,所述浮雕结构(3)为十字形。

3.根据权利要求2所述的一种隔离槽阵列结构的压力传感器芯片,其特征在于,所述浮雕结构(3)的根部具有倒角。

4.根据权利要求2所述的一种隔离槽阵列结构的压力传感器芯片,其特征在于,所述浮雕结构(3)的四个端部分别设置有第一阵列隔离槽(5-1)、第二阵列隔离槽(5-2)、第三阵列隔离槽(5-3)和第四阵列隔离槽(5-4);所述第一阵列隔离槽(5-1)处设置有第一压敏电阻条(4-1),所述第二阵列隔离槽(5-2)处设置有第二压敏电阻条(4-2),所述第三阵列隔离槽(5-3)处设置有第三压敏电阻条(4-3),所述第四阵列隔离槽(5-4)处设置有第四压敏电阻条(4-4),所述第一压敏电阻条(4-1)和第四压敏电阻条(4-4)连接组成惠斯通电桥中的电阻r1,第二压敏电阻条(4-2)和第三压敏电阻条(4-3)连接组成惠斯通电桥中的电阻r3。

5.根据权利要求1所述的一种隔离槽阵列结构的压力传感器芯片,其特征在于,每个阵列隔离槽包括五个依次沿着薄膜的边设置的隔离槽,分隔相邻的两个隔离槽的四个侧壁上方分别设置有一折压敏电阻条,总共四折压敏电阻条,通过欧姆接触区(13)将四折压敏电阻条连接为一体,形成压敏电阻条。

6.根据权利要求1所述的一种隔离槽阵列结构的压力传感器芯片,其特征在于,所述背腔结构层(300)中刻蚀的背腔(14)为c型腔。

7.一种权利要求1所述的隔离槽阵列结构的压力传感器芯片的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤1、清洗soi硅片,所述soi硅片由上层单晶硅(9)、二氧化硅埋层(10)和下层单晶硅(11)组成;

步骤2、对soi硅片进行双面高温氧化,在soi硅片的顶面形成第一二氧化硅层(12),在soi硅片的底面形成第二二氧化硅层(15);

步骤3、使用压敏电阻版,采用离子刻蚀工艺去除第一二氧化硅层(12)中敏电阻区域内的二氧化硅,并进行硼离子轻掺杂,形成压敏电阻条;然后进行退火,保证soi片中杂质浓度均匀分布;

步骤4、在步骤3得的soi片正面成一层第三二氧化硅层,然后利用欧姆接触版,进行光刻和反应离子刻蚀,去除第三二氧化硅层和第一二氧化硅层(12)中欧姆接触区位置的二氧化硅,形成欧姆接触区限制离子重掺杂的区域,其余区域的二氧化硅层充当掩模,然后进行硼离子重掺杂,形成欧姆接触区(13);

步骤5、在欧姆接触区(13)中,采用金属引线版去除金属引线和焊盘区域的第一二氧化硅层(12)和第三二氧化硅层,溅射金属层,形成金属引线(6)和焊盘(7),并进行合金化处理;

步骤6、使用正面浮雕结构版和阵列隔离槽版,对步骤5得到的soi片正面进行光刻,采用离子刻蚀工艺在基底(1)正面刻蚀形成浮雕结构(3)和多个阵列隔离槽,所述阵列隔离槽刻蚀到soi中二氧化硅层(10)停止;

步骤7、使用背腔刻蚀版对步骤6得到的soi片背面进行光刻,以soi片中二氧化硅埋层(10)作为刻蚀停止层干法刻蚀去除多余的硅,形成背腔(14);

步骤8、将步骤7得到的芯片结构与玻璃片(8)进行真空键合,制作出超低压力传感器芯片。

8.根据权利要求7所述的一种隔离槽阵列结构的压力传感器芯片的制备方法,其特征在于,所述步骤4完成后,进行退火处理,使得欧姆接触区(13)的杂质掺杂浓度进一步均匀。


技术总结
本发明公开了一种隔离槽阵列结构的压力传感器芯片及其制备方法,属于MEMS压阻式压力传感器领域,传感器芯片由浮雕薄膜结构层和背腔结构层组成,浮雕薄膜结构层分为浮雕层和薄膜层,浮雕层由位于薄膜内部带圆角的十字形结构组成,浮雕结构与薄膜边缘相接处布置有压敏电阻条,压敏电阻条的有效长度沿着压阻系数最大的晶向,且每个压敏电阻条内部间隙布置隔离槽阵列结构,使应力集中在制备压敏电阻条的位置上,提高了传感器的灵敏度。金属引线将四个压敏电阻条两两连接形成两个电阻,且将压敏电阻条与布置在基底上的四个焊盘连接,并与外置相同阻值的两个电阻连接组成惠斯通全桥实现电信号的输入输出。背腔是C型腔结构,制作工艺简单。

技术研发人员:赵立波;皇咪咪;陈翠兰;徐廷中;李学琛;杨萍;卢德江;王鸿雁;吴永顺;魏于昆;山涛;蒋庄德
受保护的技术使用者:西安交通大学;陕西省计量科学研究院
技术研发日:2020.05.29
技术公布日:2020.08.07
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