[发明专利]一种基于SOI的小量程高灵敏度压力传感器芯片及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于SOI的小量程高灵敏度压力传感器芯片,通过理论仿真计算确定了传感器芯片的主要结构尺寸，并对传感器芯片的精度及抗过载能力进行了仿真优化，其在100kpa压力下具有高灵敏度、高精度、高抗过载能力、宽温区使用范围、抗恶略环境等优点。

技术领域

本发明涉及传感器领域，具体涉及一种基于SOI的小量程高灵敏度压力传感器芯片。

背景技术

随着国防工业的飞速发展及武器装备水准的提高，各系统对测试的精度及可靠性也有了更高的要求，与之配套的高精度、高可靠性测量的传感器需求十分迫切。目前MEMS芯片设计、制造、生产技术已较为成熟，压阻式压力传感器具有高精度、高稳定性、宽温区使用、小型化等特点，已被广泛用于航空、航天等多个领域。传统的压阻式压力传感器通常为PN结隔离，这种传感器使用温度较低，不能满足航空、航天等高温环境下的测试要求，而基于SOI的压阻式压力传感器通过氧化层作为介质隔离层，具有宽温度使用、高稳定性的特点。

压力传感器芯片感压膜的结构直接决定了传感器芯片的输出特性，常见的SOI压阻式压力传感器其感压膜主要有平膜结构和岛膜结构。平膜结构具有结构简单便于工艺实现的优点，但是使用该结构实现高灵敏度输出则非线性较差；与平膜结构相比，岛膜具有高灵敏度、高过载能力的优点，主要适用于低量程、高灵敏度的压力芯片。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种基于SOI的小量程高灵敏度压力传感器芯片及制备方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于SOI的小量程高灵敏度压力传感器芯片，包括SOI硅片、感压膜片、背岛、压敏电阻条、硼硅玻璃，所述SOI硅片正面刻蚀有压敏电阻条，SOI硅片背面中心刻蚀具有背岛结构的感压膜片，所述硼硅玻璃与SOI硅片背面硅-玻璃键合形成真空腔。

进一步的，所述SOI硅片背面具有岛膜结构，正面具有四个对称的压敏电阻条。

进一步的，所述感压膜片长度宽度均为860μm，厚度为10μm，所述背岛的长度为560μm，宽度为280μm。

进一步的，芯片长度和宽度均为1250μm，厚度为500μm，其中硼硅玻璃厚度为400μm，SOI硅片的厚度为100μm。

一种SOI的小量程高灵敏度压力传感器芯片的制备方法，包括如下步骤

1)选择N型SOI硅片进行加工，清洗后将硅片置于高温扩散管炉中对顶层硅进行固态浓硼扩散，在SOI硅片正面形成方阻为(5.5±0.5)Ω/Sq的P型重掺杂区域，用于制备P型压敏电阻条；

2)使用低压化学气象沉积工艺在SOI硅片正面沉积一层厚度为200±20nm的SiO₂氧化层作为光刻淹膜层；

3)利用干法刻蚀在SOI硅片正面刻蚀四条对称的压敏电阻条及引线图形；

4)利用低压化学气象沉积工艺在SOI硅片正面沉积一层厚度为(200±20)nm的SiO₂氧化层和厚度为(200±20)nm的Si₃N₄作为保护层，使用干法刻蚀的方法刻蚀将多余的Si₃N₄及SiO₂去除；

5)利用溅射工艺在SOI硅片正面溅射厚度为500nm的Cr-Au金属层，通过光刻工艺制备金属导线及焊盘，形成欧姆接触；

6)利用KOH湿法腐蚀的方法在SOI硅片背面刻蚀形成长度宽度均为860μm、厚度为10μm的感压膜及长度为560μm、宽度为280μm、高度为90μm的背岛；

7)利用湿法腐蚀在硼硅玻璃表面形成长度、宽度为1000μm真空腔腔体；