[发明专利]一种基于SOI芯片的压力传感器

说明书

技术领域：

本发明属于传感器领域，具体涉及一种基于SOI芯片的压力传感器。

背景技术：

绝缘体上的硅(英文silicon-on-insulator，简称SOI)指的是绝缘层上的硅，它是一种具有独特的“Si/绝缘层/Si”三层结构的新型硅基半导体材料，它通过绝缘埋层(通常为SiO2)实现了器件和衬底的全介质隔离，在器件性能上具有以下优点：

1)减少了寄生电容，提高了运行速度，与体硅材料相比，SOI器件的运行速度提高了20-35％；

2)具有更低的功耗。由于减少了寄生电容，降低了漏电，SOI器件功耗可减少35％-70％；

3)消除了闩锁效应；

4)抑制了衬底的脉冲电流干扰，减少了软错误的发生；

5)与现有硅工艺兼容，可减少13-20％的工序。

SOI在高性能超大规模集成电路、高速存贮设备、低功耗电路、高温传感器、军用抗辐照器件、移动通讯系统、光电子集成器件以及MEMS(微机电系统)等领域具有极其广阔的应用前景，被国际上公认为“21世纪的硅集成电路技术”。

SOI衬底适于压力传感器或悬臂式加速表，机械性能好，性能稳定，适于高温工作。由于表面导电元件和衬底绝缘，可以为直接接触气体或液体介质的敏感元件提供更加灵活的系统设计。压力传感器与CMOS电路工艺兼容，并可集成在同一衬底上，易于实现智能传感器，用于汽车、飞机及油井等工程。

传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件(如光、热、湿度)或化学组成(如烟雾)，并将探知的信息传递给其他装置或器官。目前传感器的发展，正在向着微型化、集成化、智能化的方向迈进。微型的压力传感器需要用微机械加工技术将微米级的敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在芯片上，对芯片的制造工艺要求较高。传感器的封装结构由于受到体积的限制，其内部元器件的设计和制造上也有很高的工艺难度。

发明内容：

为了解决现有压力传感器技术中的不足，本发明提供了一种基于SOI芯片的压力传感器，其采用了SOI微型芯片的制作工艺，考虑了传感器的温度补偿，并用微机械工艺进行了微型封装，具有体积小、灵敏度高、动态性能好、可靠性高等诸多优点。

本发明为实现上述技术目标而采用的方案是：

1)SOI压敏芯片的制作：

a.选择p型，100晶向的SOI片；

b.采用热氧化层作为掩膜，光刻腐蚀窗口后在氢氧化钾溶液中进行各向异性腐蚀，通过控制腐蚀时间得到符合要求的硅应力膜；

c.生长热氧化层用作离子注入的掩膜，通过光刻得到离子注入的窗口，以热氧化层和光刻胶作为掩膜进行浓硼离子注入，然后进行扩散，达到欧姆接触所需要的高掺杂浓度；

d.大面积淡硼注入，获得所需要的掺杂浓度的顶层硅以用于压敏电阻的制作；

e.以光刻胶作为掩膜，制作压敏电阻；

f.生长薄层高质量的SiO2和SiN用以钝化和应力抵消，光刻并且腐蚀得到引线孔；、

g.溅射金属铝，光刻出电极图形，腐蚀完成合金化；

h.对微机械加工后的SOI片与玻璃片进行阳极键合，对背面形成的深槽进行密封，获得真空腔。

2)传感器的温度补偿：在传感器本身的惠斯通电桥上，通过串联或并联合适大小的电阻，可以起到温度补偿的作用。传感器的温度补偿包括热灵敏度补偿和热零点漂移补偿，通常压阻系数的温度系数为负值，也就是说随着温度的升高，压阻材料的敏感度会降低，因此需要进行热灵敏度的补偿以保证其有较高的敏感度，而且由于制作工艺的关系，设计中的各个电阻阻值往往会与理论值有所偏差，当温度变化时，零点就会波动，因此造成了热零点漂移。

3)传感器的封装：传感器共包括壳体、SOI芯片和端盖三部分，壳体的一头有引线孔，中部有隔离板，另一头为端盖；端盖上有引压孔，隔离板上同样有引线孔；封装时，将SOI芯片固定于隔离板上靠近端盖的一侧，将芯片上的连接线通过隔离板与壳体上的引线孔同外部设备连接，然后将端盖盖上即完成封装。

附图说明：

图1是本发明所述SOI芯片的结构示意图；

图2是本发明所述传感器热灵敏度补偿的电路原理图；

图3是本发明所述传感器热零点漂移补偿的电路原理图；

图4是本发明所述传感器的封装结构示意图。