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單晶硅SOI高溫壓力傳感器的研究
來源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2011/8/23

  如何制作與生產(chǎn)適宜高溫環(huán)境下應(yīng)用的壓力傳感器,一直受到國內(nèi)外眾多生產(chǎn)企業(yè)與用戶的關(guān)注。我國天津大學(xué)的研究人員也在國家自然科學(xué)基金的資助下,對此進(jìn)行了深入的研究和探討。多晶硅高溫壓力傳感器是目前傳感器市場上,用于在高溫壓力測量領(lǐng)域中替代擴(kuò)散硅壓力傳感器理想產(chǎn)品,但多晶硅在結(jié)構(gòu)上存在長程無序性,使多晶硅電阻膜的靈敏度要低于單晶硅電阻膜的靈敏度。如果用單晶硅電阻膜替代多晶硅電阻膜,可以獲得良好的高溫性能和更高的靈敏度,基于這種想法,天津大學(xué)姚素英教授等人,目前正對單晶硅SOI高溫壓力傳感器的可行性以及制作工藝進(jìn)行深入的研究。

  該傳感器用單晶硅材料做應(yīng)變電阻,并以一層SiO2薄膜將硅襯底與應(yīng)變電阻層隔離,形成單晶硅SOI結(jié)構(gòu)。其制作方法是,用硅片直接鍵合減薄的單晶硅SOI材料,襯底為高電阻率P型單晶硅,然后對單晶硅進(jìn)行高濃度B擴(kuò)散,并用等離子體干法刻蝕電阻條,用LPCVD法雙面淀積Si3N4保護(hù)膜,背面光刻腐蝕窗口,各向異性腐蝕硅杯;最后光刻引線孔,并做多層金屬化。上述步驟完成后,再對芯片進(jìn)行靜電封接、壓焊、封裝等后道工序。與多晶硅壓力傳感器相比,單晶硅做應(yīng)變電阻材料,具有較高的靈敏度,單晶硅材料具有相同高的縱向和橫向靈敏靈敏因子,有利于設(shè)計(jì)優(yōu)良的壓阻電橋,保證傳感器有最大的輸出;應(yīng)變電阻與襯底之間用SiO2介質(zhì)層隔離,減小了漏電流,顯著提高了傳感器的工作溫度范圍;由于Si與SiO2之間的直接鍵合,接觸面很匹配,沒有其它過濾層,避免了附加應(yīng)力的產(chǎn)生,提高了傳感器的電學(xué)與力學(xué)特性;同時,單晶硅SOI傳感器的制作工藝與傳統(tǒng)的CMOS制作工藝兼容,易于實(shí)現(xiàn)集成化。所以這是一種性能理想的高溫壓力傳感器。

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