[发明专利]SOI压力传感器压敏电阻及其制作方法、SOI压力传感器

说明书

本发明公开了一种SOI压力传感器压敏电阻及其制作方法、SOI压力传感器，其制作方法包括以下步骤：制备注入缓冲保护层，制备注入阻挡层；P型掺杂，退火，形成P型重掺杂区；采用湿法刻蚀去除非P型重掺杂区，得到SOI压力传感器压敏电阻。本发明SOI压力传感器压敏电阻由上述方法制得。本发明SOI压力传感器包括P型重掺杂压阻，该P型重掺杂压阻为上述的SOI压力传感器压敏电阻。本发明SOI压力传感器压敏电阻的制作方法具有成本低廉、刻蚀精度高、一致性好、量产效率高、二次污染少等优点，制得的压敏电阻表面平直光滑，可广泛用作SOI压力传感器的压阻，有着很高的使用价值和良好的应用前景。

技术领域

本发明属于压力传感器制备技术领域，涉及一种SOI压力传感器压敏电阻及其制作方法、 SOI压力传感器。

背景技术

随着航空、航天及石油化工等领域的不断发展，在这些领域中对压力传感器的需求日益增多，且对特种环境条件下的压力测量的需求也日益迫切，因而对压力传感器提出了诸如：耐高温、高精度、高可靠、微型化等的要求。

传统的体硅压力传感器采用普通N型体硅片，通过在压阻和互连线区域进行P型掺杂获得硅压阻，压阻和衬底之间通过PN结隔离，没有单独的硅压阻刻蚀，但随着压力传感器工作温度的不断升高，PN结隔离漏电随温度呈指数增大，当温度超过125℃后PN结漏电严重，传统的PN结隔离已难以达到有效隔离的作用，因而现有传统的压力传感器已经难以满足航空、航天及石油化工等领域的实际需求。近年来，随着MEMS技术的发展，SOI (siliconon insulator)技术不断进步，诞生了SOI压力传感器，其结构如图1所示，包括衬底片以及由下至上设置在衬底片上的硅片、BOX层和P型硅压阻，通过利用BOX层实现全介质隔离，具备良好的隔离效果，最高工作温度甚至可以超过400℃。因此，SOI压力传感器的出现为满足航空、航天及石油化工等领域的实际需求提供了新的思路和路径。

压敏电阻，也称为压阻，是压力传感器上将应变转化为电信号的变化，感知应力的核心单元。压阻的表面平整度和图形刻蚀精度直接决定其压力测量精度。相对于体硅压力传感器， SOI压力传感器中的压阻凸起在应变膜片上，主要通过离子束干法刻蚀获得，压阻表面的平整度对压阻内应力分布的影响明显。目前，主要通过改进压阻的刻蚀设备和优化压阻的刻蚀工艺来提升压阻表面的平整度，从而保证压阻内应力的均匀可控分布。然而，现有刻蚀设备和刻蚀工艺仍然存在以下问题：(1)现有MEMS所用刻蚀设备价格昂贵，且改进刻蚀设备的成本高昂；(2)现有压阻刻蚀主要是采用干法刻蚀，干法刻蚀中通过离子束轰击等方式去除没有光刻胶保护区域的硅，从而形成压阻，然而，干法刻蚀工艺存在刻蚀侧面与底部转角通常有一定弧度，被刻蚀区域底部和侧面因离子轰击的原因，在小范围内表面粗糙，从微观角度看，离子束刻蚀形成的压阻表面存在局部的小岛结构，局部的小岛存在应力集中现象，导致应力分布不均匀，使得传感器的测量精度较低；进一步的，干法刻蚀工艺中，由于不同介质之间的刻蚀选择比通常较小，如硅和二氧化硅的选择比通常不到5:1，为保证顶层硅膜被刻蚀干净，通常需要一定量的过刻蚀，而过刻蚀过程中刻蚀较快的区域硅刻蚀完成后会继续刻蚀下方的二氧化硅层(BOX层)，其结果是BOX层也被刻蚀一定厚度，压阻离应变膜片表面距离的增加将导致压阻应力弛豫，使得应力不能有效传递到压阻中，降低传感器灵敏度，导致传感器测量精度降低；另外，在干法刻蚀工艺中通常采用光刻胶等作为刻蚀的阻挡层时，光刻胶直接和硅压阻表面接触，容易引入有机物沾污，而这些有机物沾污的存在，不利于实现SOI压力传感器对应力的准确测量。上述问题的存在，使得现有SOI压力传感器难以满足航空航天等领域对耐高温、高精度等需求。另外，随着技术的发展，MEMS工艺对应的硅片尺寸也越来越大，在较大的硅片全区域内，要保证良好的离子束均匀性在技术上还存在一定挑战，不能保证离子束的均匀性则不能保证整个硅片的刻蚀均匀性，从而不能保证产品的良率。此外，现有MEMS所用刻蚀设备价格昂贵，通过改进刻蚀设备来提升工艺的成本更是高昂。因此，获得一种成本低廉、刻蚀精度高、一致性好、量产效率高、二次污染少的SOI压力传感器压敏电阻的制作方法，对于制备表面平滑的SOI压力传感器压敏电阻和测量精度高、可靠性好的SOI压力传感器以及扩大SOI压力传感器的应用范围具有十分重要的意义。

发明内容