[发明专利]一种硅膜压阻压力传感器的制造方法及其传感器

说明书

本发明涉及一种压力传感器，特别涉及一种正面加工硅膜压阻压力传感器及其制作方法。

如图1所示的现有硅膜压阻压力传感器（IShiharartal，“CMOS integrated silicon pressure sensor”，IEEE Journal of solidstate Circuits，Vol.Sc-22，No.2，P.151，1987），都是从硅片的背面进行化学腐蚀以形成硅杯，通常用的化学腐蚀方法有两种：一是在硅片里形成一个高掺硼（近似1×10²⁰/cm³）的P⁺夹层，夹层下面的衬底部分用EDP（乙二胺、焦儿茶酚和水）腐蚀，保留夹层及其以上部分（R.M.Finne and D.L.Klein，“A Water-amine-complexing agent system for etching silicon”，J.Electrochem.Soc.，Vol.114，P.965，1967）;二是在N/P处延片的n-型外延层上加偏压，用热碱性溶液或联氨水溶液选择腐蚀掉P型衬底保存n-型外延层（H.A.Waggener，“Electro-chemically Controlled thinning of silicon”Bell Syst.Tech.J.，Vol.50，P.473，1970）。这两种腐蚀方法都不能严格控制硅片的横向腐蚀，并且不能产生很薄的硅膜，此外，为形成密封腔体，产生器件工作所需的参考压力，硅片的背面还要与特殊的玻璃片焊接。所有这些都是简化工艺、提高产量、降低成本、改善性能的严重障碍。

本发明的目的就是为了克服这些严重障碍，提供一种低成本高性能且适宜大批量生产的正面加工的硅膜压阻压力传感器及其制造方法。

本发明为一种在硅膜上表面制作压阻电阻器的硅膜压阻压力传感器，其特点是该传感器的硅膜下的空腔是在衬底硅体内镂空，从硅片的正面形成的腔体。紧靠硅膜两侧且与硅膜相连的空腔腔体开口由物理或化学气相淀积的淀积物填平，空腔在硅体内为一密闭的空腔腔体。

本发明所采用的硅衬底为n-型硅，其载流子浓度为10¹⁵-10¹⁶/cm³，该传感器的硅膜及空腔腔体的形状和尺寸是根据器件的要求而选定设计的。

本发明的硅膜压阻压力传感器的制造方法，其特征在于该传感器的硅膜和硅膜下的空腔腔体是在硅片正面加工形成的，其主要步骤为：a.在衬底的硅膜设计区的下方及两侧进行重掺杂形成连通的低阻区;b.采用阳极氧化技术，使阳极电流流过这一低阻区，使低阻区的硅转变为多孔硅;c.用腐蚀液腐蚀多孔硅;使硅膜设计区的下方和两侧的多孔硅全部腐蚀掉形成连通的空腔;d.用淀积物填平硅膜两侧腐蚀多孔硅后形成的空腔腔体开口，则形成了密闭的空腔腔体，腔体上面的硅便构成了可制作压阻电阻器的硅膜。

本发明在硅膜的下方及两侧进行重掺杂形成低阻区是先在n-型硅衬底的硅膜设计区进行n⁺埋层离子注入或扩散，形成重掺杂埋层区，然后进行n型外延，使外延的厚度近似等于所需的硅膜厚度，再在紧靠硅膜设计区的两侧用离子注入或扩散方法进行重掺杂，使得与埋层区相连通形成低阻区，其离子注入或扩散要满足，低阻区的n型杂质浓度大于1×10⁷/cm³。

本发明在硅膜的下方及两侧进行重掺杂形成低阻区，还可采用二次高能离子注入的方法，即是在n-型硅衬底里先注入氮离子，注入剂量为10¹³-10¹⁵/cm²，注入结深近似等于所需的硅膜厚度，后注入质子，注入剂量为10¹⁴-10¹⁶/cm³，注入结深近似等于所需硅膜与空腔腔体高之和，注入后在400-500℃下于惰性气体中进行退火，一般是在氮气或氮氢混合气体中进行，退火时间为10-40分钟。

本发明所采用的阳极氧化是在氢氟酸溶液中进行，氢氟酸的浓度为10-50%，稀释剂为水或乙醇，阳极电压一般控制在4-10V，阳极电流为20-100mA/cm²，腐蚀多孔硅的腐蚀液为稀碱性溶液，如氢氧化钾、氢氧化钠或氢氧化铵等，其浓度为2-10%。填平硅膜两侧的腔体开口的淀积物为多晶硅、二氧化硅、氮化硅、硼硅玻璃、磷硅玻璃或硼磷硅玻璃等所述物质中的任意一种，淀积物可用物理或化学气相淀积方法制备。

本发明的优点是：