[发明专利]一种超微压压力传感器硅芯片制作方法

说明书

技术领域

本发明属于电子信息领域，尤其涉及一种超微压压力传感器硅芯片制作方法。

背景技术

测控技术的发展，要求压力传感器量程越来越小，分辨率越来越高，使得超微压压力传感器在科学实验、工业自动化控制、空气动力学、计量学等领域越来越重要。如科学实验中的高分辨率的测试，空气动力学研究中飞机、导弹、运动机械的动态特性研究和高层建筑楼宇风洞设计等，工控中新型热工锅炉的二次进风系统、空调、超净过滤系统、煤矿瓦斯监控系统等，计量市场的石油天然气、液化气计量等，都需要量程在数百帕的高精度的超微压压力传感器，因此毫米级外形尺寸、微米级加工精度的高灵敏度超微压压力传感器，有着极大的应用领域和市场份额，标志着一个国家计量测试技术的水平。

早期的硅压力传感器一般采用圆形平膜，在低量程传感器芯片制作中，则需减小硅膜厚度。当硅膜厚度减到一定的程度，一方面性能恶化，非线性误差增加；另一方面硅电阻结深难以控制，导致一致性和成品率下降，成本上升，为此国内外都在寻求新型结构硅芯片来制作超微压压力传感器。

Shimazoe等(Shimazoe M，Matsuka Y，Yasukawa A，et al.A specialsilicon diaphragm pressure sensor with high output and high accuracy.Sensors and Actuators，1982，2：275～282)提出了背面带有圆岛的岛膜结构，力敏电阻制作在环形的薄膜上，用来制作低压高精度的压力传感器，但此结构的膜上应力变化大，对电阻定位要求高，器件尺寸也难以微型化，不利于批量生产。Hein等(Hein S，Schlichting V，Obermerier E.Piezoresistivesilicon sensor for very low pressure based on the concept of the stressconcentration.Transducers’93，Yokohama，Japan，1993)采用了由正面浅的选择腐蚀形成的梁膜结构，在膜的中心处有一个方块，方块的四面中心各有一个梁，梁的形状和尺寸可以有多种选择，力敏电阻制作在应力梁上。其主要特点是利用从正面腐蚀形成的梁与从背面腐蚀的膜相叠加，由于硅膜的刚度系数与膜厚的立方成正比，因此梁区的硅比膜区的硅厚一倍，梁区的刚度系数即为膜区的刚度系数的8倍，显然已有足够的应力集中效应。同时，梁膜结构还可以利用梁的宽度的变化得到进一步的应力集中效应。与玻璃静电键合后的传感器芯片封装后Hein等研制了最小量程为300Pa的压阻式压力传感器，采用2mA恒流源激励，测试温区为-35～85℃，满量程300Pa输出为15mV，非线性误差低于0.2％。到目前为止，国外尚未有关量程低于300Pa的压阻式压力传感器的报道，商品化处于领先地位的是Honeywell公司，其产品目录中最低量程为1000Pa。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种超微压压力传感器硅芯片制作方法，该方法可以获得高灵敏度超微压压力传感器硅芯片。

为解决本发明所要解决的问题，本发明利用硅的平面工艺和体微机械加工技术结合，采用集成电路平面工艺技术和硅的各向异性腐蚀，结合压力传感器芯片设计中梁膜结构与平膜双岛结构的优点，采用双岛-梁-膜结构充分集中了应力，在保证高线性精度下，研制了高灵敏度超低微压压力传感器硅微芯片，具体说，本发明超微压压力传感器硅芯片制作方法包括以下步骤：

(1)、氧化：将严格清洗后的原材料硅片放入氧化炉，通氧气对硅片双面氧化，温度为1150℃，首先是干氧化10分钟，然后通水蒸汽湿氧化30分钟；

(2)、双面光刻对准记号：对氧化后的硅片双面光刻，形成双面对准记号，其中背面涂胶，前烘温度为80℃，时间为5分钟，正面涂胶，前烘温度80℃，时间为10分钟；

(3)、氧化：对经双面光刻对准记号的硅片再次氧化以使边框背面形成1微米左右的SiO₂层，温度为1150℃，首先是干氧化10分钟，然后通水蒸汽湿氧化2小时30分钟；

(4)、光刻背部大膜和光刻正面梁区；

(5)、背部大膜和正面梁区腐蚀：在1∶10稀HF酸中漂洗10秒，用冷去离子水冲洗后吹干；在浓度为25％的TMAH(四甲基氢氧化铵)中腐蚀70分钟，温度为50℃；

(6)、氧化：通氧气对硅片双面氧化，温度为1150℃，首先是干氧化10分钟，然后通水蒸汽湿氧化30分钟；