[发明专利]介质隔离压阻式压力传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子机械系统领域，具体涉及到一种介质隔离压阻式压力传感器及其制备方法，用来解决传统压阻式压力传感器线性度低和压敏电阻高温漏电的难题。 

背景技术

MEMS压力传感器是测量压力的传感器件，是使用极为广泛的一种传感器，具有体积小、重量轻、灵敏度高、精度高，动态特性好，耐腐蚀、零位小等优点。按照读出机制的不同，常见的MEMS压力传感器有三种：压阻式、电容式和压电式MEMS压力传感器。其中用量最大的是压阻式MEMS压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性，同时处理电路简单，可以大批量生产等优点获得了大量的应用。压阻式MEMS压力传感器是利用硅的压阻效应和微电子技术制作的,它是近30年来发展非常迅速的一种新型传感器。 

压阻式压力传感器包括三个主要组成部分：压敏电阻、应力薄膜和硅岛。其中由四个压敏电阻构成惠斯通电桥，将作用在传感器上压力，通过薄膜的应力变化转换成压敏电阻阻值的变化，再经相应的测量电路检测出这个变化的阻值，最后，度量出作用在薄膜上的被测压力的大小。早期的压力传感器大都采用方形薄膜或者硅岛结构，该种结构的压力传感器由于电阻是通过离子注入的方式制作，利用PN结的反偏进行电隔离，该种压敏电阻条易漏电，达不到目前的使用要求，同时压敏电阻条的结深对器件的灵敏度、线性度影响较大，在该种结构的器件加工过程中，涉及到高温等条件，会影响器件的性能，从而使得器件的性能较为离散和不稳定。 

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有的常规压阻式压力传感器存在的线性度低、高温漏电的难题，提供的一种介质隔离压阻式压力传感器及其制备方法。 

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案： 

一种介质隔离压阻式压力传感器，其特征在于包括：SOI硅片以及键合连接的下盖板，SOI硅片的顶层硅中设有一组压敏体电阻，压敏体电阻周围设有隔离介质，顶层硅表面设有氧化隔离层，氧化隔离层的表面设有一组铝电极，每个铝电极分别通过导线与对应的压敏体电阻连接；SOI硅片的底层硅中设有空腔，空腔中部设有凸起的硅岛。

在上述技术方案的基础上，可以有以下进一步的技术方案： 

所述的一组压敏体电阻分别布设在顶层硅四边的中间位置。

本发明还包括一种介质隔离压阻式压力传感器的制备方法，包括以下步骤： 

（1）、SOI硅片表面淀积氮化硅；

（2）、SOI硅片底层硅光刻、腐蚀形成空腔及硅岛；

（3）、SOI硅片顶层硅正面光刻、刻蚀出体电阻的隔离槽，隔离槽中的顶层硅形成压敏体电阻；

（4）、SOI硅片热氧化，在隔离槽中填充绝缘介质；

（5）、SOI硅片双面去除氮化硅；

（6）、SOI硅片双面生长氧化绝缘层；

（7）、SOI硅片顶层硅正面光刻压敏电阻接线孔；

（8）、SOI硅片顶层硅正面溅射铝，光刻铝电极、铝布线图形，并腐蚀形成电极铝及铝布线；

（9）、SOI硅片底层硅与下盖板键合，进行下盖板真空封装。

本发明的压敏体电阻是利用SOI硅片顶层硅并采用等离子刻蚀技术制作，布局在顶层硅四边的中间位置，在敏感外界载荷的作用时，底层硅由于外部压力的作用发生变形，从而带动压敏体电阻的变形，由于其位于顶层硅中间部分，根据底层硅薄膜应变特点可以知道，此时作用于压敏电阻条上的剪切压力相互抵消，纵向应变最大程度的作用在敏感电阻上，从而极大的提高了结构的灵敏度和线性度，同时该结构实现了体电阻与基体之间充分利用SOI硅片的中间氧化层和填充绝缘介质进行隔离，极大的提高了器件的电隔离性，解决了器件在高温条件下漏电的难题；通过SOI硅片的顶层硅的厚度来实现确立体电阻的厚度，保证了体电阻的厚度均匀一致，消除了后期工艺过程中的高温对电阻的影响，保证了器件的性能一致；采用硅岛结构，则具有硅岛处的压力敏感膜刚度较大，在敏感外部载荷时将应力等效集中在体电阻处，提高结构的灵敏度，同时当结构过载时，硅岛与下基体中间的距离限制其位移，从而避免了在大过载条件下对结构造成的损坏，实现了结构的抗高过载性能。 

该结构采用干法刻蚀和湿法腐蚀相结合的工艺，基于SOI硅片材料进行加工制作。利用湿法腐蚀凸角保护技术实现背部硅岛的腐蚀加工，然后采用硅硅键合工艺实现下盖板的封装键合；芯片上部采用干法刻蚀和介质填充实现压敏体电阻的制作。