一種微機械硅壓力敏感芯片的制作方法
【技術領域】
[0001]本發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構，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個壓敏電阻組成的惠斯通電橋，壓力膜片上設有保護層，數個壓敏電阻經重摻雜硅引線、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。本實用新型的優點是在壓力膜片與保護層之間設有一層經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過摻雜處理的屏蔽層，該屏蔽層需要經過摻雜處理，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，對較強的應用環境產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，是一個杯狀結構，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，感壓膜的邊緣制作了可以監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，提高了芯片的長期穩定性；膜的邊緣制作了可以監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，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，制作隔離區需要在一定的高溫環境下，對壓力敏感電阻參數控制帶來一定的影響。
【發明內容】
[0009]本發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]本發明的目的是這樣實現的: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+連結區3相連的電阻組成，壓敏電阻2通過P+連結區3連接到引線孔6，P+連結區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連結在一起；壓敏電阻2周邊均設置有N+隔離區4，P+連結區3與N+隔離區4之間帶有空隙，N+隔離區4上方設置有一個引線孔6 ;壓敏電阻2、P+連結區3、N+隔離區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、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；
3、光刻、注入濃硼形成P+連接區；
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、表面質量；
12、鍵合、劃片；
13、完成敏感芯片加工。
[0012]本發明的優點如下
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域。每個電阻有敏感電阻周圍制備獨立的N+隔離區，環繞敏感電阻，間隙不大于30微米。增加N+隔離區，能有效增加敏感電阻之間對PN結隔離效果，降低對外電場對敏感電阻的干擾影響，提升敏感器件的穩定性。
[0013]2、先注入或擴散形成N+隔離區，再注入P+連結區，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、穩定性有非常有利的保障。
[0014]3、本發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、本發明中對屏蔽層做到完全覆蓋敏感電阻、P+連結區，并通過引線孔與N+隔離區聯通，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對穩定性和抗干擾能力。
[0016]5、芯片襯底通過N+摻雜區、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是本發明的結構示意簡圖；
圖2是圖1的俯視圖。
[0018]下面將結合附圖通過實例對本發明作進一步詳細說明，但下述的實例僅僅是本發明其中的例子而已，并不代表本發明所限定的權利保護范圍，本發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+連結區3相連的電阻組成，壓敏電阻2通過P+連結區3連接到引線孔6，P+連結區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連結在一起；壓敏電阻2周邊均設置有N+隔離區4，P+連結區3與N+隔離區4之間帶有空隙，N+隔離區4上方設置有一個引線孔6 ;壓敏電阻2、P+連結區3、N+隔離區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、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；
3、光刻、注入濃硼形成P+連接區；
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均環繞設置有N+隔離區4 ;壓敏電阻2通過P+連結區3連接到引線孔6，P+連結區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，P+連結區3與N+隔離區4之間帶有空隙；N+隔離區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、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+連結區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； 3)、光刻、注入濃硼形成P+連接區； 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、表面質量； 12)、鍵合、劃片; 13)、完成敏感芯片加工。3.根據權利要求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，再注入P+連結區，再注入敏感電阻。4.根據權利要求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+連結區，并通過引線孔與N+隔離區聯通，敏感電阻處于等電位對屏蔽層及襯底之間。5.根據權利要求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、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、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+連結區相連的電阻組成，壓敏電阻通過P+連結區連接到引線孔，P+連結區的引線孔上方設置有金屬引線，金屬引線與焊盤連結在一起；壓敏電阻周邊均設置有N+隔離區，P+連結區與N+隔離區之間帶有空隙，N+隔離區上方設置有一個引線孔；壓敏電阻、P+連結區、N+隔離區上面有隔離層，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、引線孔、金屬引線連接到襯底焊盤；本發明還具有結構合理、安全可靠、應用范圍寬、測量精度高等優點。
【IPC分類】G01L1/18
【公開號】CN105043609
【申請號】CN201510534538
【發明人】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