CN109000830A - 一种双惠斯通电桥温度补偿差压压力传感器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种双惠斯通电桥温度补偿差压压力传感器及其制作方法,包括含有双惠斯通电桥的硅薄膜及硅衬底，硅衬底从上至下包括保护层、处理层、牺牲层，保护层包括压力浅腔及压力深腔，压力浅腔位于硅薄膜下方，与压力深腔连通，压力深腔另一端和牺牲层连接，处理层包括背腔，背腔一端和牺牲层连接，另一端和外界大气连通，背腔及压力深腔和牺牲层连接的部分在水平方向的投影无重叠，牺牲层包括牺牲层通道，牺牲层通道连通压力深腔和背腔。避免了用深反应离子刻蚀方法形成背腔时，由于刻蚀工艺刻蚀均匀性等问题，导致硅薄膜结构损坏等问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别提供了一种双惠斯通电桥温度补偿差压压力传感器及其制作方法。
背景技术
目前多使用深反应离子刻蚀技术，通行的方法是先背面腐蚀出释放槽，然后正面采用深反应离子刻蚀技术直接穿透体硅将差压传感器硅薄膜结构释放。在硅结构的制作中，深反应离子刻蚀技术的技术优势可以得到比较充分的体现，但在制作过程中，由于硅片本身固有的不均匀性以及由器件结构疏密导致的刻蚀速率不均匀性使得硅片上部分已完成刻蚀的器件和器件中已完成刻蚀的部分结构必须承受一定时间的过刻蚀，这加重了器件的损坏程度，造成器件的成品率低甚至流片的失败。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双惠斯通电桥温度补偿差压压力传感器及其制作方法。为解决上述技术问题，本发明提供了一种双惠斯通电桥温度补偿差压压力传感器，包括含有双惠斯通电桥的硅薄膜及硅衬底，所述硅衬底从上至下包括保护层、处理层及牺牲层，所述保护层包括压力浅腔及压力深腔，所述压力浅腔位于所述硅薄膜下方，与所述压力深腔连通，所述压力深腔另一端和所述牺牲层连接，所述处理层包括背腔，所述背腔一端和所述牺牲层连接，另一端和外界大气连通，所述背腔及所述压力深腔和所述牺牲层连接的部分在水平方向的投影无重叠，所述牺牲层包括牺牲层通道，所述牺牲层通道连通所述压力深腔和所述背腔。
优选地，所述压力深腔和所述压力浅腔的底部或侧壁连通。
本发明还提供了一种双惠斯通电桥温度补偿差压压力传感器的制作方法，其特征在于：
1)提供硅衬底，所述硅衬底从上至下包括保护层、处理层及牺牲层，从上往下在所述硅衬底上依次刻蚀形成压力浅腔、压力深腔，牺牲层通道；
2)提供SOI，所述SOI包括device层、第一氧化层及handle层；采用硅硅键合方法，在所述硅衬底表面生成一层第二氧化层，再将所述硅衬底和所述SOI键合；所述device层与所述保护层键合接触；
3)通过化学机械减薄及腐蚀方法将所述handle层及所述第一氧化层去除，形成硅薄膜；
4)继续在所述硅薄膜上腐蚀形成双惠斯通电桥；所述双惠斯通电桥，其中一个电桥对气压变化和温度变化敏感，另一个电桥只对温度变化敏感；
5)在所述处理层通过深反应离子刻蚀方法形成背腔；
6)通过所述背腔通入气态HF刻蚀第二氧化层，使所述背腔与所述牺牲层通道连通。
优选地，所述步骤1)的具体工艺步骤如下：在所述硅衬底正面光刻和刻蚀出所述压力浅腔，在所述压力浅腔区域内光刻和深反应离子刻蚀方法刻蚀所述压力深腔，用氢氟酸再腐蚀出埋氧层通道，最后通过热氧化工艺做一层用于键合的所述第二氧化层。
优选地，所述硅衬底可以是普通的SOI，或者是根据外延工艺制作的硅衬底。优选地，根据外延工艺制作的所述硅衬底工艺如下：
1)提供普通硅片；
2)热氧化或者LPCVD含硼或含磷或不含掺杂的氧化硅；
3)光刻并刻蚀氧化层图形，形成所需的牺牲层；
4)进行硅外延工艺；
5)进行CMP工艺。
优选地，CMP工艺中形成的背腔深度等于含牺牲层的硅衬底背面到埋氧层通道距离的硅厚度。
综上所述，本发明提出的一种双惠斯通电桥温度补偿差压压力传感器及其制作方法利用含牺牲层的硅衬底及其内的压力深腔和牺牲层通道，由于压力深腔开口和背腔开口图形无重叠，背腔开口图形和牺牲层通道横向截面部分重叠，从而保证硅薄膜结构背面导通大气的同时，避免了用深反应离子刻蚀方法形成背腔时，由于刻蚀工艺刻蚀均匀性等问题，导致硅薄膜结构损坏等问题。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中的实施例一的压阻分布图；
图3为本发明的实施例二的压阻分布图；
图中：1、硅衬底；2、保护层；3、牺牲层；4、处理层；5、压力浅腔；6、压力深腔；7、牺牲层通道；8、第二氧化层、9、SOI；10、背腔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明提供一种双惠斯通电桥温度补偿差压压力传感器及其制作方法，至少包括以下步骤：
首先，请参照图1所示，提供一厚度为500微米的含牺牲层的硅衬底1，所述含牺牲层的硅衬底是常规SOI材料。含牺牲层的硅衬底1的保护层2厚度为25微米，牺牲层3厚度为2微米，处理层4厚度为473微米；接着在该含牺牲层的硅衬底1上表面光刻并干法刻蚀或各向异性腐蚀硅形成压力浅腔5，刻蚀深度为1微米；继续光刻并深反应离子刻蚀硅形成压力深腔6，压力深腔底部在含牺牲层的硅衬底1的牺牲层3部位；用氢氟酸刻蚀形成牺牲层通道7；热氧生成用于键合的第二氧化硅层8，氧化硅厚度为0.5微米。本实施例中，该压力浅腔5图形可以是矩形或者圆形，压力深腔6图形可以为是规则或不规则图形等。
接着再提供另一SOI9，采用硅硅键合方法，使得SOI9的device层封在含牺牲层的硅衬底1的第二氧化层8上。
通过化学机械减薄及腐蚀的方法，将SOI9的handle层和第一氧化层去除。
在device层表面形成压阻条和金属电极，压阻条分布如图2所示，R1～R4对压力和温度变化灵敏，R5～R8只对温度变化灵敏，且由于结构分布相同，温度变化时相对应位置上压阻的变化规律也相同：如R1与R8位置对应，当R8由于温度发生变化时，R1会跟踪R8同时变大或变小，该电路可以解决压力传感器零点漂移及温度漂移问题。
通过正反对准光刻，在含牺牲层硅衬底1的背面，在含牺牲层的硅衬底1的处理层4光刻压力导入开口图形，该压力导入开口图形和压力深腔6开口无重叠，和牺牲层通道7横向截面部分重叠。然后采用深反应离子刻蚀方法(属于本领域的公知技术，在此不再赘述)，自所述压力导入开口图形向含牺牲层的硅衬底1内刻蚀硅，形成背面通道10；再通入气态HF使背面通道10和牺牲层通道7连通。从而释放硅薄膜结构，完成制作。
一种双惠斯通电桥温度补偿差压压力传感器,包括含有双惠斯通电桥的硅薄膜及硅衬底1，所述硅衬底1从上至下包括保护层2、处理层3及牺牲层4，所述保护层2包括压力浅腔5及压力深腔6，所述压力浅腔5位于所述硅薄膜下方，与所述压力深腔7连通，所述压力深腔7另一端和所述牺牲层3连接，所述处理层4包括背腔10，所述背腔10一端和所述牺牲层3连接，另一端和外界大气连通，所述背腔10及所述压力深腔6和所述牺牲层3连接的部分在水平方向的投影无重叠，所述牺牲层3包括牺牲层通道7，所述牺牲层通道7连通所述压力深腔6和所述背腔10。由于压力深腔6开口和背腔10开口图形无重叠，背腔10开口图形和牺牲层通道7横向截面部分重叠，从而保证硅薄膜结构背面导通大气的同时，避免了用深反应离子刻蚀方法形成背腔10时，由于刻蚀工艺刻蚀均匀性等问题，导致硅薄膜结构损坏等问题。同时双惠斯通电桥结构有效解决差压压力传感器的零点漂移及温度漂移等问题。
实施例二
本实施例与实施例一不同之处一在于，含牺牲层的硅衬底1采用外延工艺制作，其工艺如下：提供普通硅片作为处理层4厚度为600微米；LPCVD含硼氧化层1um形成牺牲层103；光刻并刻蚀牺牲层3；外延150微米的硅；对外延的150um硅进行CMP工艺，去除50um，形成100um厚的保护层2。
本实施例与实施例一不同之处二在于，热氧生成用于键合的氧化硅8的厚度为0.2微米。
本实施例与实施例一不同之处三在于，压阻条分布如图3所示。
其他工艺过程与产品和实施例一相同。
Claims (7)
1.一种双惠斯通电桥温度补偿差压压力传感器,其特征在于：包括含有双惠斯通电桥的硅薄膜及硅衬底，所述硅衬底从上至下包括保护层、处理层及牺牲层，所述保护层包括压力浅腔及压力深腔，所述压力浅腔位于所述硅薄膜下方，与所述压力深腔连通，所述压力深腔另一端和所述牺牲层连接，所述处理层包括背腔，所述背腔一端和所述牺牲层连接，另一端和外界大气连通，所述背腔及所述压力深腔和所述牺牲层连接的部分在水平方向的投影无重叠，所述牺牲层包括牺牲层通道，所述牺牲层通道连通所述压力深腔和所述背腔。
2.根据权利要求1所述的一种双惠斯通电桥温度补偿差压压力传感器，其特征在于：所述压力深腔和所述压力浅腔的底部或侧壁连通。
3.一种双惠斯通电桥温度补偿差压压力传感器的制作方法，其特征在于：
1)提供硅衬底，所述硅衬底从上至下包括保护层、处理层及牺牲层，从上往下在所述硅衬底上依次刻蚀形成压力浅腔、压力深腔，牺牲层通道；
2)提供SOI，所述SOI包括device层、第一氧化层及handle层；采用硅硅键合方法，在所述硅衬底表面生成一层第二氧化层，再将所述硅衬底和所述SOI键合；所述device层与所述保护层键合接触；
3)通过化学机械减薄及腐蚀方法将所述handle层及所述第一氧化层去除，形成硅薄膜；
4)继续在所述硅薄膜上腐蚀形成双惠斯通电桥；所述双惠斯通电桥，其中一个电桥对气压变化和温度变化敏感，另一个电桥只对温度变化敏感；
5)在所述处理层通过深反应离子刻蚀方法形成背腔；
6)通过所述背腔通入气态HF刻蚀第二氧化层，使所述背腔与所述牺牲层通道连通。
4.根据权利要求3所述的一种双惠斯通电桥温度补偿差压压力传感器的制作方法，其特征在于：所述步骤1)的具体工艺步骤如下：在所述硅衬底正面光刻和刻蚀出所述压力浅腔，在所述压力浅腔区域内光刻和深反应离子刻蚀方法刻蚀所述压力深腔，用氢氟酸再腐蚀出埋氧层通道，最后通过热氧化工艺做一层用于键合的所述第二氧化层。
5.根据权利要求4所述的一种双惠斯通电桥温度补偿差压压力传感器的制作方法，其特征在于：所述硅衬底可以是普通的SOI，或者是根据外延工艺制作的硅衬底。
6.根据权利要求5所述的一种双惠斯通电桥温度补偿差压压力传感器的制作方法，其特征在于：根据外延工艺制作的所述硅衬底工艺如下：
1)提供普通硅片；
2)热氧化或者LPCVD含硼或含磷或不含掺杂的氧化硅；
3)光刻并刻蚀氧化层图形，形成所需的牺牲层；
4)进行硅外延工艺；
5)进行CMP工艺。
7.根据权利要求6所述的一种双惠斯通电桥温度补偿差压压力传感器的制作方法，其特征在于：CMP工艺中形成的背腔深度等于含牺牲层的硅衬底背面到埋氧层通道距离的硅厚度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20181214 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |