专利名称：一种基于soi芯片的压力传感器的制作方法
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S0I)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Si02)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)S0I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Si02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。
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。图中1.玻璃板，2.真空腔，3.单晶硅应力膜，4.埋氧层，5.钝化层，6.重掺区域， 7.压敏电阻，8.金属电极，9.端盖，10. SOI芯片，11.壳体，12.隔离板，13.隔离板上的引线孔，14.连接线，15.壳体上的引线孔，16.引压孔，Rl R4. SOI芯片上的压敏电阻，Re、Rs、 Rp为用来温度补偿的可变电阻，Is为输入恒值电流，Vs为输入恒值电压，Vout为输出电压。
具体实施例方式下面结合附图来对本发明做进一步的说明图1的说明，结合SOI芯片的制作步骤，具体实施如下a.选择ρ型，100晶向的SOI片，其中(3)单晶硅应力膜就是SOI片的体硅衬底， (4)为埋氧层，此时埋氧层(4)上仍是单晶硅；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，硅应力膜厚度以25 μ m-60 μ m为佳，此时初步形成了真空腔⑵；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，形成重掺区域(6)；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，初步形成压敏电阻⑵；e.以光刻胶作为掩膜，制作压敏电阻(7)，通过ICP-DRIE制作；f.生长薄层高质量的Si02和SiN用以钝化和应力抵消，光刻并且腐蚀得到引线孔，形成钝化层(5)；g.溅射金属铝，光刻出电极图形，腐蚀完成合金化，制作出金属电极⑶；h.对微机械加工后的SOI片与玻璃片(1)进行阳极键合，对背面形成的深槽进行密封，获得真空腔(2)。图2的说明，Rl，R2，R3，R4组成惠斯通电桥，Is为输入恒流电源，Vout为输出电压，在惠斯通电桥中并联一个可变电阻Re，通过调节Rc的阻值，选择合适的Rc来实现传感器热灵敏度的补偿。图3的说明，Rl，R2，R3，R4组成惠斯通电桥，Vs为输入恒压电源，Vout为输出电压，在惠斯通电桥中串联一个可变电阻Rs，并联一个电阻Rp，调节Rs，Rp得到合适的阻值， 可以实现传感器热零点漂移的补偿。图4的说明，传感器共包括壳体(11)、S0I芯片(10)和端盖(9)三部分，壳体(11) 的一头有引线孔(15)，中部有隔离板(12)，另一头为端盖(9)；端盖上有引压孔(16)，隔离板(12)上同样有引线孔(13)；封装时，将SOI芯片(10)固定于隔离板(12)上靠近端盖(9) 的一侧，将芯片上的连接线(14)通过隔离板(12)与壳体(11)上的引线孔(13) (15)同外部设备连接，然后将端盖(9)盖上即完成封装。以上是对本发明的说明而非限定，基于本发明思想的其他实施方式，均在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于SOI芯片的压力传感器，包括压敏芯片和封装样式，其特征是，所述压敏芯片是SOI芯片，所述封装样式包括端盖、壳体和压敏芯片，端盖上有引压孔，壳体中间有隔离板，隔离板和壳体底部有引线孔，压敏芯片固定于隔离板上，连接线通过隔离板与壳体上的引线孔与外部设备相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于SOI芯片的压力传感器，其特征是，所述SOI芯片通过串联或并联电阻的方式来对热灵敏度和热零点漂移进行补偿。
3.根据权利要求1所述的一种基于SOI芯片的压力传感器，其特征是，所述SOI芯片的制作方法是a)选择ρ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Si02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。
全文摘要
一种基于SOI芯片的压力传感器，包括压敏芯片和封装样式，其特征是，所述压敏芯片是SOI芯片，所述封装样式包括端盖、壳体和压敏芯片，端盖上有引压孔，壳体中间有隔离板，隔离板和壳体底部有引线孔，压敏芯片固定于隔离板上，连接线通过隔离板与壳体上的引线孔与外部设备相连。本发明考虑了SOI芯片的制作方式、传感器的热灵敏度补偿以及传感器的热零点漂移补偿，因此具有灵敏、可靠、体积小等多种优点。
文档编号G01L9/02GK102455233SQ201010509590
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月18日 优先权日2010年10月18日
发明者徐小科 申请人:上海复莱信息技术有限公司