CN102818662A

CN102818662A - 硅传感器压力芯片及其自停止腐蚀工艺

Info

Publication number: CN102818662A
Application number: CN2012103145944A
Authority: CN
Inventors: 朱荣惠; 郝晓卿
Original assignee: WUXI YONGYANG ELECTRONIC TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: WUXI YONGYANG ELECTRONIC TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2012-12-12

Abstract

本发明涉及一种硅传感器压力芯片及其自停止腐蚀工艺，包括硼硅玻璃基底、P型衬底、氧化层、压敏电阻、扩散电阻及氮化硅保护膜，所述P型衬底中设有腐蚀腔，其特征在于在所述P型衬底上生成有N型外延层，所述氧化层、压敏电阻、扩散电阻及氮化硅保护膜生成于所述N型外延层上。在本发明中，P型衬底生成有N型外延层，扩散电阻、压敏电阻及氮化硅保护膜生成于N型外延层上，当腐蚀液腐蚀到N型外延层时，腐蚀自动停止，这样可通过减小N型外延层的厚度来减小传感器压力芯片的膜片的厚度，从而大大的提高传感器压力芯片的灵敏度；另外，有轻掺杂的N型覆盖层覆盖在压敏电阻上，作为重掺杂层的保护层，增强传感器压力芯片的稳定性。

Description

硅传感器压力芯片及其自停止腐蚀工艺

技术领域

本发明涉及一种传感器芯片及其制造工艺，尤其是涉及一种硅传感器压力芯片及其自停止腐蚀工艺。

背景技术

在传感器中，通常利用硅工艺加工出薄膜、微桥、微梁等敏感结构。在一些场合，薄膜的厚度、微梁微桥结构尺寸的精度要求非常严格。梁的平面尺寸精度主要取决于光刻对准的精度，而薄膜厚度精度目前取决于加工方式。现有的腐蚀工艺靠腐蚀速率计算腐蚀时间，腐蚀工艺主要通过控制时间的方法来控制传感器膜片的厚度，由于腐蚀速率受腐蚀液成分、温度波动和搅拌速度等因素的影响，且操作时硅片放入腐蚀液和从腐蚀液里取出都需要一定时间，因而其控制误差较大，且腐蚀后的表面状况一般不好。而传感器压力芯片的灵敏度是由传感器压力芯片薄膜的厚度决定的，如果想提高传感器压力芯片的灵敏度，必须严格控制传感器压力芯片的厚度。

发明内容

本申请人针对上述的问题，进行了研究改进，提供一种硅传感器压力芯片及其自停止腐蚀工艺，易于控制腐蚀的开始和结束，能够大大减小传感器压力芯片膜片的厚度，提高传感器压力芯片的灵敏度。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种硅传感器压力芯片，包括硼硅玻璃基底、P型衬底、氧化层、压敏电阻、扩散电阻及氮化硅保护膜，所述P型衬底中设有腐蚀腔，在所述P型衬底上生成有N型外延层，所述氧化层、压敏电阻、扩散电阻及氮化硅保护膜生成于所述N型外延层上。

进一步的：

所述N型外延层表面氧化、光刻、腐蚀后，在刻蚀区内注入磷元素形成覆盖所述压敏电阻的N型覆盖层。

所述N型覆盖层为轻掺杂的N型覆盖层。

一种硅传感器压力芯片的自停止腐蚀工艺，包括以下步骤：

A、在P型衬底上生长出N型外延层；

B、经过高温氧化后在N型外延层上生长出氧化层，经过一系列的低压化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、氧化、光刻、刻蚀、离子注入、扩散、氮化硅刻蚀、接触氧化刻蚀、金属沉积、金属刻蚀、光阻去除工艺在N型外延层上生成扩散电阻、压敏电阻及氮化硅保护膜；

C、浸入KOH腐蚀液进行P型衬底腐蚀，当KOH腐蚀液腐蚀到N型外延层时，腐蚀过程停止在N型外延层上，实现自停止腐蚀，形成腐蚀腔；

D、将制作好的芯片与硼硅玻璃采用阳极键合技术键合在一起，最后划片分割成独立的芯片，即得到硅传感器压力芯片。

进一步的：

在上述步骤B制作扩散电阻、压敏电阻及氮化硅保护膜的过程中，在N型外延层表面氧化、光刻、腐蚀后，在刻蚀区内注入磷元素形成N型覆盖层。

本发明的技术效果在于：

本发明公开的一种硅传感器压力芯片及其自停止腐蚀工艺，P型衬底生成有N型外延层，扩散电阻、压敏电阻及氮化硅保护膜生成于N型外延层上，当腐蚀液腐蚀到N型外延层时，腐蚀自动停止，这样可通过减小N型外延层的厚度来减小传感器压力芯片的膜片的厚度，从而大大的提高传感器压力芯片的灵敏度；另外，有轻掺杂的N型覆盖层覆盖在压敏电阻上，作为重掺杂层的保护层，增强传感器压力芯片的稳定性。

附图说明

图1为硅传感器压力芯片的剖视图。

图2~5为硅传感器压力芯片自停止腐蚀工艺流程分解图。

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，硅传感器压力芯片包括硼硅玻璃基底16、P型衬底1、氧化层6、压敏电阻8及氮化硅保护膜14，P型衬底1中设有腐蚀腔17，在P型衬底1生成有N型外延层2，氧化层6、氧化层15、压敏电阻8、扩散电阻5、扩散电阻7及氮化硅保护膜14生成于N型外延层2上。N型外延层2表面氧化、光刻、腐蚀后，在刻蚀区内注入磷元素形成覆盖压敏电阻8的N型覆盖层11，在本实施例中，N型覆盖层11为轻掺杂的N型覆盖层。

硅传感器压力芯片自停止腐蚀工艺流程如下：

1、在P型衬底1上生长出N型外延层2。

2、经过高温氧化后在N型外延层2上生长出氧化层（如图2）。

3、在氧化层表面涂满光刻胶4后软烘干，然后采用掩膜制作出扩散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3（如图2），然后，用另一种腐蚀液将氧化物表面形成的光刻胶4去掉。

4、将光刻胶4去掉之后，注入一定浓度的硼离子，形成扩散电阻5（如图2）；将整个晶圆氧化，在N型外延层表面再次植入薄的氧化层。

5、二次光刻、注入离子，得到接触孔窗口，并形成与扩散电阻5对称的扩散电阻7（如图3）。

6、三次光刻、刻蚀后，在刻蚀区9注入压敏电阻要求浓度的硼离子，形成压敏电阻8，然后去掉氧化物表面的光刻胶（如图3）。

7、再次光刻、刻蚀后，在刻蚀区10注入N型覆盖层要求浓度的磷元素形成N型覆盖层11（N-cap层）（如图4）。然后，去掉氧化物表面的光刻胶；N型覆盖层11是轻掺杂覆层，覆盖在压敏电阻8上，作为重掺杂层的保护层，可以增强传感器压力芯片的稳定性。

8、扩散、刻蚀后，在刻蚀区12扩散，形成衬底欧姆接触13（如图5），然后去掉氧化物表面的光刻胶。

9、氧化形成新的氧化层6，通过低压化学气相沉积的方法形成氮化硅保护膜14，通过等离子体增强化学气相沉积后形成氧化层15；然后经过氧化刻蚀、氮化硅刻蚀、光阻去除、接触氧化刻蚀之后，在接触氧化刻蚀区形成金属、硅的接触。

10、经过一系列的金属沉积、金属刻蚀、光阻去除工艺之后，开始进行P型衬底1腐蚀，当KOH腐蚀液腐蚀到N型外延层2时，由于KOH腐蚀液对N型外延层2腐蚀速度极慢，几乎为零，使得腐蚀过程停止在N型外延层2上，实现自停止腐蚀，腐蚀出腐蚀腔17。由于传感器压力芯片的膜片的厚度决定了传感器的灵敏度，传感器压力芯片的膜片厚度越小，传感器灵敏度越高。由于采用自停止腐蚀技术，当腐蚀液腐蚀到N型外延层时，腐蚀自动停止，使N型外延层的厚度可精确控制，因而可以通过减小N型外延层的厚度来减小传感器压力芯片的膜片的厚度H（如图1），因此可以大大的提高传感器压力芯片的灵敏度。

11、将制作好的芯片与硼硅玻璃基底16采用阳极键合技术键合在一起，中间形成真空的密封腔。最后划片，将晶圆分割成独立的芯片，即得到传感器压力芯片。

Claims

1.一种硅传感器压力芯片，包括硼硅玻璃基底、P型衬底、氧化层、压敏电阻、扩散电阻及氮化硅保护膜，所述P型衬底中设有腐蚀腔，其特征在于：在所述P型衬底上生成有N型外延层，所述氧化层、压敏电阻、扩散电阻及氮化硅保护膜生成于所述N型外延层上。

2.按照权利要求1所述的硅传感器压力芯片，其特征在于：所述N型外延层表面氧化、光刻、腐蚀后，在刻蚀区内注入磷元素形成覆盖所述压敏电阻的N型覆盖层。

3.按照权利要求2所述的硅传感器压力芯片，其特征在于：所述N型覆盖层为轻掺杂的N型覆盖层。

4.一种硅传感器压力芯片的自停止腐蚀工艺，其特征在于包括以下步骤：

A、在P型衬底上生长出N型外延层；

5.按照权利要求4所述的硅传感器压力芯片的自停止腐蚀工艺，其特征在于：在上述步骤B制作扩散电阻、压敏电阻及氮化硅保护膜的过程中，在N型外延层表面氧化、光刻、腐蚀后，在刻蚀区内注入磷元素形成N型覆盖层。