[发明专利]基于硅硅键合和绝缘层上硅的压力传感器芯片及方法

权利要求书

1、基于硅硅键合和SOI制作的压力传感芯片，其特征在于体硅片和SOI微机械加工形成梁-膜结构和力敏电阻部分，由各向异性腐蚀在体硅片正面形成浅槽，背面形成导气孔，浅槽之上的SOI上有应力膜，梁和通过二氧化硅埋层隔离的终端压阻元件以及连接力敏电阻元件的引线和电极。

2、按权利要求1所述的基于硅硅键合和SOI制作的压力传感芯片，其特征在于梁和膜的厚度取决于器件的量程，梁和膜的厚度比为2-5。

3、按权利要求1或2所述的基于硅硅键合和SOI制作的压力传感芯片，其特征在于所述的梁的厚度为5μm-20μm，膜的厚度为1μm-10μm。

4、按权利要求1所述的基于硅硅键合和SOI制作的压力传感芯片，其特征在于浅槽的深度为1μm-20μm。

5、按权利要求1所述的基于硅硅键合和SOI制作的压力传感芯片，其特征在于四终端压阻元件布置在梁的中间窄区内或布置在梁两端的窄区内。

6、按权利要求1或5所述的基于硅硅键合和SOI制作的压力传感芯片，其特征在于所述的四终端压阻元件共有4个引出电极，其中相对的两个引出电极接输入电压，另外两端为输出端，输出信号的大小于梁-膜结构受到的压力差成正比。

7、按权利要求1所述的基于硅硅键合和SOI制作的压力传感芯片，其特征在于所述的体硅片为N型或P型。

8、制备如权利要求1所述的基于硅硅键合和SOI制作的压力传感芯片的方法，其特征在于包括采用以下步骤制作：

(a)应力分析找出梁上应力最大的位置即最佳的压阻位置，完成设计，制作光刻版；

(b)采用p型或n型硅片，正反对准光刻后，用热氧化层做掩膜在氢氧化钾或四甲基氢氧化铵溶液中腐蚀出浅槽和下面的导气孔；

(c)采用硅硅热压键合将SOI片倒扣与腐蚀好的硅片的浅槽面键合；

(d)采用研磨或者湿法腐蚀结合化学机械抛光将SOI上层减薄至1-5μm；

(e)各向异性腐蚀形成梁和膜的结构；

(f)通过硼离子注入和扩散获得需要的力敏压阻元件区域和欧姆接触连接引线的区域掺杂浓度，采用反应离子束刻蚀或深反应离子束刻蚀形成四终端压阻元件；

(g)光刻引线孔，溅射金属，合金完成芯片的电学连接；

(h)划片，测试，完成传感器芯片制备。

9、按权利要求8所述的基于硅硅键合和SOI制作的压力传感芯片的制作方法，其特征在于步骤c所述的硅硅热压键合工艺包括：

a)RCA标准清洗；

b)微波等离子体活化；

c)兆声清洗；

d)热压预键合的温度为200℃到500℃，压强1～50bar，键合持续时间5～100分钟；

以及e)高温退火加固的温度为900℃～1200℃，加固持续时间1～4小时。

10、按权利要求8所述的基于硅硅键合和SOI制作的压力传感芯片的制作方法，其特征在于四终端压阻元件区域掺杂类型为P型，掺杂浓度为10¹⁷～10²⁰/cm²；欧姆接触连接引线的区域掺杂类型为P型，掺杂浓度大于10²⁰/cm²。