CN102818516B - 耐高温硅应变计传感器芯片及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及耐高温硅应变计传感器芯片及其制作方法，其特征在于压敏电阻及势垒金属沉积层制作在SOI材料上。直接使用绝缘衬底上的硅材料（SOI材料）隔离，压敏电阻及势垒金属沉积层制作在SOI材料上，从而消除了PN结产生的漏电流，使硅应变计传感器工作的高温情况下却不会发生误读的情况，使工作温度范围大大提高，可高达225到250℃，另外，使用钨制作势垒金属沉积层，由钨和铝作为金属互联的材料，钨的熔点非常高，可使传感器芯片工作在相当高的温度。

Description

耐高温硅应变计传感器芯片及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种传感器芯片及其制作方法，尤其是涉及一种耐高温硅应变计传感器芯片及其制作方法。

背景技术

硅具有高剂量因子特性，经常被用来制作硅应变计传感器，现代的硅制程技术已经使批量生产这种传感器成为可能，而且用于应变计传感器的压敏电阻的掺杂等级可以根据压力的大小来决定掺杂等级。

众所周知，零点漂移是影响传感器性能的重要指标，而PN结的反向漏电流大大的影响了零点漂移。现有技术中，用普通的体硅晶圆制作的应变计传感器芯片，压敏电阻依靠PN结与衬底隔离，工作到125℃并不困难。但是PN结的反向漏电流随温度升高而呈指数形式增高，即PN结的漏电流随温度每上升7度就会增加1倍。在常温下，一般漏电流最大值小于100nA，芯片在125℃以上的温度，压阻条和硅衬底的漏电流可以达到几百nA，甚至1mA，因此会大大的影响压力芯片型变量的零点漂移，所以硅应变计传感器的应用工作温度范围的温度不能太高，一般不能超过125度。

发明内容

本申请人针对上述的问题，进行了研究改进，提供一种耐高温硅应变计传感器芯片及其制作方法，确保在高温下使用的测量精度，提高应用工作温度范围。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种耐高温硅应变计传感器芯片，压敏电阻及势垒金属沉积层制作在SOI材料上。

进一步的：

所述势垒金属沉积层由钨通过化学气相积淀制作而成。

一种耐高温硅应变计传感器芯片制作方法，包括如下步骤：

A、在硅衬底表面氧化形成埋氧层，然后与晶圆高温键合，硅衬底剥离并抛光制成单晶硅层，形成SOI材料；

B、在SOI材料的单晶硅层表面进行氧化、氮化硅低压化学气相积淀，生长出氮化硅及二氧化硅复合层；

C、氮化硅及二氧化硅复合层表面涂满光刻胶后软烘干，进行一次光刻、腐蚀、离子注入、去除光刻胶；二次进行光刻、腐蚀、硼离子注入，去除光刻胶，清洗形成压敏电阻；

D、未掺杂的低压化学气相沉积氧化物及硼磷硅玻璃在低温下沉积、回流、强化形成两层金属中间介质层；光刻、腐蚀形成连接至压敏电阻的接触孔；由钨通过化学气相积淀制作势垒金属沉积层，然后金属铝通过溅射在势垒金属沉积层上形成绑定线用的焊盘；

E、整个芯片的表面通过氧和氮等离子体增强化学气相沉积形成氧化物和氮化物，表面刻蚀后露出焊盘，然后整个芯片用氮气/氢离子气体退火后形成氧化物和氮化物钝化层与铝接触；

F、将晶圆层的厚度减薄，并在芯片顶层覆盖一层聚酰亚胺并烘烤硬化。

本发明的技术效果在于：

1、硅应变计传感器芯片直接使用绝缘衬底上的硅材料(SOI材料)隔离，压敏电阻及势垒金属沉积层制作在SOI材料上，从而消除了PN结产生的漏电流，使硅应变计传感器工作的高温情况下却不会发生误读的情况，使工作温度范围大大提高，可高达225到250℃；2、硅应变计传感器使用钨制作势垒金属沉积层，由钨和铝作为金属互联的材料，钨的熔点非常高，可使传感器芯片工作在相当高的温度；3、硅应变计传感器使用钨和铝作为金属互联材料，可使接触孔各层间阶梯型覆盖更可靠；4、硅应变计传感器使用钨和铝作为金属互联的材料，铝柔软、熔点低，易于与钨绑定，而且铝的焊盘到绑定线可以工作到660度而不会引起金属间化合相，解决了高温时潜在的绑定问题。

附图说明

图1为耐高温硅应变计传感器芯片的剖视图。

图2～6为耐高温硅应变计传感器芯片的制作流程分解图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明的耐高温硅应变计传感器芯片，其压敏电阻9及势垒金属沉积层12制作在SOI材料上，势垒金属沉积层12由钨通过化学气相积淀制作而成。

耐高温硅应变计传感器芯片制作方法包括如下步骤：

A、如图2所示，在硅衬底1上经过高温氧化生成1um的埋氧层2，然后在硅衬底1内注入氢离子，在氢离子注入过程中会在氢离子的城池附近形成一个由许多气泡组成的局域性很强的微空腔层4；清洗之后，将其与385-400um的处理晶圆3高温键合，键合过程中，气泡内压强随退火温度的升高而增大，达到500℃左右时，气泡内气体膨胀产生足够的压力，使得处理晶圆3上的埋氧层2、硅薄膜与硅衬底1的微空腔层的下面部分分离，实现了智能剥离，然后进行抛光，在处理晶圆3上形成SOI材料(绝缘衬底上的硅材料)的单晶硅层101、埋氧层2及晶圆3。

B、在SOI材料的单晶硅层101表面进行氧化、氮化硅低压化学气相积淀，生长出氮化硅及二氧化硅复合层5(如图3)；这个低压蒸汽积淀氮化硅及二氧化硅复合层5，在反应式离子刻蚀时用作掩蔽层和在压敏电阻硼掺杂注入时的散射层，正型光刻系统和投影图形曝光决定了电阻的形状，电阻的宽度可以控制在+/-0.1um的精度。

C、如图4、5、6所示，氮化硅及二氧化硅复合层5表面涂满光刻胶后软烘干，采用掩膜制作出压敏电阻图形并光刻显影，使要布置电阻的位置暴露，并用紫外线隔着掩膜对光刻胶进行照射，利用紫外线使部分光刻胶变质，刻蚀后形成引脚式的氧化物刻蚀区6，然后，用30KeV硼离子毯式注入进行电阻掺杂，再用另一种腐蚀液将氧化物表面的形成的光刻胶7去掉；二次进行光刻、腐蚀、30KeV硼离子注入，去除光刻胶8，清洗形成压敏电阻9；

D、未掺杂的低压化学气相沉积氧化物及硼磷硅玻璃在低温下沉积、回流、强化形成两层金属中间介质层10；通过光刻和反应式离子刻蚀制作形成连接至压敏电阻9的接触孔；由钨通过化学气相积淀制作势垒金属沉积层12，然后金属铝通过溅射在势垒金属沉积层12上形成绑定线用的焊盘。钨有着非常高的熔点，允许绝缘衬底上的硅压敏电阻9工作在相当高的温度，而且接触孔各层间阶梯型覆盖更可靠。铝柔软、熔点低，易于绑定，而且铝的焊盘到铝绑定线可以工作到660度而不会引起金属间化合相，解决了高温时潜在的绑定问题。

E、整个芯片的表面通过氧和氮等离子体增强化学气相沉积形成氧化物和氮化物，表面刻蚀后露出焊盘，然后整个芯片用氮气/氢离子气体退火后形成氧化物和氮化物钝化层11与铝接触；

F、最后将晶圆3从385-400um减薄至50um厚，并在芯片顶层覆盖一层15um厚的聚酰亚胺13并将其烘烤硬化，之后用减薄机器从背部减薄后再用氧等离子将聚酰亚胺刻蚀掉。这层聚酰亚胺13给芯片的表面的钝化层提供了额外的保护，使应变计芯片可以在更加恶劣的环境工作。

Claims (1)

1.一种耐高温硅应变计传感器芯片制作方法，其特征在于：压敏电阻及势垒金属沉积层制作在SOI材料上；所述势垒金属沉积层由钨通过化学气相积淀制作而成；

包括如下步骤：

A、在硅衬底表面氧化形成埋氧层，然后与晶圆高温键合，硅衬底剥离并抛光制成单晶硅层，形成SOI材料；

B、在SOI材料的单晶硅层表面进行氧化、氮化硅低压化学气相积淀，生长出氮化硅及二氧化硅复合层；

C、氮化硅及二氧化硅复合层表面涂满光刻胶后软烘干，进行一次光刻、腐蚀、离子注入、去除光刻胶；二次进行光刻、腐蚀、硼离子注入，去除光刻胶，清洗形成压敏电阻；

D、未掺杂的低压化学气相沉积氧化物及硼磷硅玻璃在低温下沉积、回流、强化形成两层金属中间介质层；光刻、腐蚀形成连接至压敏电阻的接触孔；由钨通过化学气相积淀制作势垒金属沉积层，然后金属铝通过溅射在势垒金属沉积层上形成绑定线用的焊盘；

E、整个芯片的表面通过氧和氮等离子体增强化学气相沉积形成氧化物和氮化物，表面刻蚀后露出焊盘，然后整个芯片用氮气/氢离子气体退火后形成氧化物和氮化物钝化层与铝接触；

F、将晶圆层的厚度减薄，并在芯片顶层覆盖一层聚酰亚胺并烘烤硬化。