[发明专利]一种敏感电阻压力传感器芯片及加工方法

说明书

一种敏感电阻压力传感器芯片及加工方法，它包括有：在单晶硅衬底层所加工成的硅膜片，敏感电阻及压焊点，技术要点是：在硅膜片的内部设置有金刚石敏感电阻，硅膜片与金刚石敏感电阻的侧壁间隔一层用于金刚石敏感电阻与衬底之间绝缘的氧化层；金刚石敏感电阻下方与硅膜片之间的连接层为用于敏感电阻与硅膜片隔离本征金刚石。该方法是将经清洗的抛光硅片，依次经氧化、光刻、刻蚀、化学气相沉积生长金刚石工艺的组合制备。本发明所制备的芯片，其传感器稳定性好，可探测高温下的压力，同时由于金刚石优异的性质，应用于极端条件下的高温压力探测。本发明采用硅作为膜片，金刚石敏感电阻生长在膜片内，避免了应力的过分聚集，也保证了形变量。

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，具体涉及一种以金刚石为敏感电阻压力传感器芯片的加工方法。采用以金刚石为敏感电阻的压力传感器稳定性好，可探测高温下的压力，同时由于金刚石优异的性质，可以应用于极端条件下的高温压力探测。

背景技术

扩散硅压力传感器芯片由于输出信号大, 处理电路简单，而且可以测量压力、差压多面参数而受工业界的重视,近十年来迅速发展,在传感器和变送器市场占有相当大的份额, 国外发达国家依靠强大的半导体工业基础对于扩散硅压力传感器芯片机理和应用进行了深入研究,取得了大量成果。但是，现有的扩散硅压力传感器芯片存在着探测温度低（150℃）的问题，即使选择了SOI材料，其敏感电阻依然是硅材料，极限探测温度不会超过300℃。其他材料如SiC材料虽然可以达到更高的探测温度，但是其灵敏度较低。金刚石作为压阻系数最高的材料，同时有着更高的禁带宽度，其制成的传感器压阻灵敏度高于SiC压力传感器芯片。在437K下，SiC的最大压阻灵敏因子为30，而金刚石则为700。另外金刚石不与任何的酸碱反应，可以用于极端条件下的高温压力测量。此外，对比文献报道的金刚石压力传感器芯片，由于文献中的金刚石压力传感器芯片均使用金刚石作为膜片，敏感电阻生长在膜片上，这种结构容易引起敏感电阻应力聚集损坏，同时金刚石作为膜片，因其巨大的杨氏模量，形变量不足导致了输出较小。本发明采用硅作为膜片，金刚石敏感电阻生长在膜片内，避免了应力的过分聚集，也保证了形变量，制备的压力传感器芯片输出更高，线性程度更好，更适合实际应用。

发明内容

针对现有扩散硅压力传感器芯片的问题，本发明的目的在于提供一种以金刚石为敏感电阻压力传感器芯片及加工方法，该传感器稳定性好，可探测高温下的压力，同时由于金刚石优异的性质，可以应用于极端条件下的高温压力探测。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种敏感电阻压力传感器芯片，它包括有：在单晶硅衬底层所加工成的硅膜片，敏感电阻及压焊点，其特征在于：在硅膜片的内部设置有金刚石敏感电阻，硅膜片与金刚石敏感电阻的侧壁间隔一层用于金刚石敏感电阻与衬底之间绝缘的氧化层；金刚石敏感电阻下方与硅膜片之间的连接层为用于敏感电阻与硅膜片隔离本征金刚石。

本结构包括：在单晶硅衬底表面覆盖有一氮化硅层。

本结构还包括：在金刚石敏感电阻上方连接一层用于导电的钛金电极，压焊点处的截面结构与金刚石敏感电阻区域的结构一致。

一种敏感电阻压力传感器芯片的加工方法，其特征在于：其加工过程为：

（1）以100晶面的单晶硅为衬底，通过低压力化学气相沉积（LPCVD）或者等离子体增强化学气相沉积(PECVD)生长一层0.5-2um的氮化硅层；

（2）光刻，利用常规光刻技术，刻出阻条及压焊点器件图形；

（3）刻蚀，利用干法或湿法刻蚀实现光刻图形，刻蚀深度为3-6um，若采用湿法刻蚀，得到2-5um的横向刻蚀深度，若用干法刻蚀，应注意调整工艺保留横向刻蚀，使横向刻蚀深度达到1-2um；

（4）氧化，热氧生长一层氧化硅，厚度为2-3um，使底部和侧壁均生长一层氧化层；