CN116062677A - 一种抗干扰的mems压力传感器芯片及其制备方法 - Google Patents
一种抗干扰的mems压力传感器芯片及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116062677A CN116062677A CN202310276018.3A CN202310276018A CN116062677A CN 116062677 A CN116062677 A CN 116062677A CN 202310276018 A CN202310276018 A CN 202310276018A CN 116062677 A CN116062677 A CN 116062677A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- type
- heavily doped
- doped region
- type epitaxial
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 46
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 30
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 7
- -1 phosphorous ions Chemical class 0.000 claims description 29
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 15
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 4
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- DYRBFMPPJATHRF-UHFFFAOYSA-N chromium silicon Chemical compound [Si].[Cr] DYRBFMPPJATHRF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- UUWCBFKLGFQDME-UHFFFAOYSA-N platinum titanium Chemical compound [Ti].[Pt] UUWCBFKLGFQDME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000026676 system process Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
- B81B7/0032—Packages or encapsulation
- B81B7/0064—Packages or encapsulation for protecting against electromagnetic or electrostatic interferences
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
- B81B7/0032—Packages or encapsulation
- B81B7/0045—Packages or encapsulation for reducing stress inside of the package structure
- B81B7/0048—Packages or encapsulation for reducing stress inside of the package structure between the MEMS die and the substrate
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
- B81B7/0032—Packages or encapsulation
- B81B7/0058—Packages or encapsulation for protecting against damages due to external chemical or mechanical influences, e.g. shocks or vibrations
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
- B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
- B81C1/00134—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems comprising flexible or deformable structures
- B81C1/00158—Diaphragms, membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
- B81C1/00261—Processes for packaging MEMS devices
- B81C1/00269—Bonding of solid lids or wafers to the substrate
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
- B81C1/00261—Processes for packaging MEMS devices
- B81C1/00325—Processes for packaging MEMS devices for reducing stress inside of the package structure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00642—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for improving the physical properties of a device
- B81C1/0065—Mechanical properties
- B81C1/00666—Treatments for controlling internal stress or strain in MEMS structures
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00642—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for improving the physical properties of a device
- B81C1/00698—Electrical characteristics, e.g. by doping materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
- G01L1/2287—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges
- G01L1/2293—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges of the semi-conductor type
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/02—Sensors
- B81B2201/0264—Pressure sensors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
本发明提供一种抗干扰的MEMS压力传感器芯片及其制备方法，应用于敏感元件与传感器技术领域，包括P型基体和压敏电阻、N型层、第一重掺杂区、N型外延层、第二重掺杂区、N+层、介质层、金属层和玻璃层，N型层位于P型基体的上方，压敏电阻包埋于N型层中；第一重掺杂区注入于N型层内；N型外延层与N型层连接；第二重掺杂区位于N型外延层的内部；N+层位于N型外延层的内部；介质层位于N型外延层的上方；金属层位于介质层内，与N型外延层、第二重掺杂区连接；玻璃层，嵌入介质层中，与N+层连接。能够提高芯片的抗干扰性能，能够控制刻蚀深度，具有良好的隔膜厚度可控性，且能够减小因介质层造成的内应力，降低工艺难度。
Description
技术领域
本发明属于敏感元件与传感器技术领域，具体涉及一种抗干扰的MEMS压力传感器芯片及其制备方法。
背景技术
压力传感器是一种能够将外界压力载荷转换为电信号的装置，根据其结构和工作原理，可以细分为MEMS压力传感器、陶瓷压力传感器、玻璃微熔压力传感器、溅射薄膜压力传感器、注油芯体压力传感器等。
其中，MEMS压力传感器是基于微机电系统工艺制备得到的，而MEMS技术，是一种在硅集成电路（IC）基础上发展而来的技术，可以兼容部分IC工艺的优点。因此，MEMS压力传感器具有小型化、批量化、低成本等优势，被广泛应用于工业控制、航空航天、汽车船舶等领域。
常规MEMS压力传感器芯片，在实际使用过程中，会受到外界环境，如封装、水汽、介质等的影响，而出现输出信号不稳定的现象。具体表现形式包括：上电漂移，即上电后1分钟内存在输出尖峰、信号不稳定等现象；长期零位输出漂移，即传感器零位输出信号会随着时间单方向大幅度变化等。
为了解决这些问题，专利号为US5231301A，名称为：具有压敏电阻和改进静电结构的半导体传感器的美国专利，提出了一种方案：在MEMS芯片隔膜上方引入金属铬，形成铬硅合金，作为电荷掩蔽层，同时通过N型掺杂，将硅基体、电源正极、掩蔽层相连接，使得压敏电阻周边等电势，从而保证压敏电阻在工作时不受外界环境的影响。
不过，这种方案同样具备缺陷：一方面，该方案需要在MEMS芯片应变区域上方新增金属层，会额外引入内应力，因此需要同时优化金属层、介质层的厚度，以规避内应力的影响，工艺难度大，需要较长的时间来调整工艺；另一方面，该方案额外增加了一个需要与电源正连接的输入/输出端子，这会增加芯片的复杂度，降低芯片的通用性。
发明内容
鉴于现有技术中存在上述问题，本发明的目的是提供一种抗干扰的MEMS压力传感器芯片及其制备方法，能够提高芯片的抗干扰性能，便于控制刻蚀深度，具有良好的隔膜厚度可控性，且能够减小因介质层造成的内应力，降低工艺难度。
一种抗干扰的MEMS压力传感器芯片，包括P型基体和压敏电阻，还包括：
N型层，位于P型基体的上方，所述压敏电阻包埋于所述N型层中；
第一重掺杂区，注入于所述N型层内，用于将压敏电阻与第二重掺杂区连接；
N型外延层，位于N型层的上方，用于包埋所述压敏电阻，使压敏电阻周围的电势相等；
第二重掺杂区，位于所述N型外延层的内部；
N+层，位于所述N型外延层的内部；
介质层，位于所述N型外延层的上方，用于保护N型外延层、第二重掺杂区；
金属层，位于所述介质层内，与所述N型外延层、第二重掺杂区连接，所述金属层用于在外部形成信号输入端和信号输出端；
带有空腔的玻璃层，嵌入所述介质层中，与所述N+层连接，用于实现阳极键合。
所述P型基体的电阻率为1-20Ω·cm，晶面为（100），厚度范围为200-1000μm。
所述N型层的电阻率为1-20Ω·cm，所述N型层掺杂有磷离子，掺杂深度范围为5-20μm。
所述第一重掺杂区掺杂有硼离子。
所述N型外延层、N+层均掺杂有磷离子，所述N型外延层的厚度为1-10μm。
所述第二重掺杂区掺杂有硼离子，掺杂深度大于所述N型外延层厚度至少3μm。
所述介质层的材料为氧化硅，厚度为100-1000nm。
本发明的另一个目的在于，提出一种抗干扰的MEMS压力传感器芯片的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1、在P型基体上通过离子注入法掺杂磷离子以形成N型层，掺杂类型为轻掺杂，电阻率为1-20Ω·cm，掺杂深度为5-20μm，具体包括掩膜层制备、高能离子注入、热退火、掩膜层去除工序；
步骤2、在N型层内通过离子注入法掺杂硼离子形成第一重掺杂区并将压敏电阻包埋于N型层、第一重掺杂区中；其中，第一重掺杂区的形成过程包括轻掺杂过程和重掺杂过程，所述轻掺杂过程为P-型掺杂，掺杂深度为0.5-2μm，方阻范围为100-1000Ω/□：所述重掺杂过程为P+型掺杂，掺杂厚度为0.5-2μm，方阻范围为10-100Ω/□：
步骤3、将N型层外延形成N型外延层，外延过程中通过轻掺杂方式掺杂磷离子，其中，N型外延层的厚度为1-10μm；
步骤4、通过P+型掺杂方式在N型外延层中掺杂硼离子以形成第二重掺杂区，其中，掺杂类型为重掺杂，掺杂厚度大于步骤三中N型外延层的厚度至少3μm，方阻范围为10-100Ω/□；
步骤5、在N型外延层中通过离子注入法掺杂磷离子形成N+层，掺杂类型为重掺杂；
步骤6、在N型外延层、第二重掺杂区、N+层上方通过热氧化物法制备介质层，其中，介质层的材料为氧化硅，介质层的厚度为100-1000nm；
步骤7、在介质层上通过干法刻蚀制备第一引线孔将介质层打通；
步骤8、在介质层上通过物理气相沉积制备金属层；
步骤9、通过湿法腐蚀的方式进行背腔刻蚀；
步骤10、在介质层上通过干法刻蚀制备第二引线孔将介质层打通；
步骤11、通过阳极键合的方法将玻璃层与经过步骤10处理后的芯片键合，其中，阳极键合施加外部偏压为200-1000V、温度为200-400℃；
步骤12、通过激光划片或机械划片将对玻璃层进行切割，使作为信号输入端、信号输出端的金属层露出。
本发明的有益效果是：该抗干扰的MEMS压力传感器芯片及其制备方法，将压敏电阻包埋于上下均为等电势的N型硅材料，保证了压敏电阻处于外界电荷屏蔽区域，从而具有良好的抗干扰性能，且由于压敏电阻采用包埋结构，位于芯片顶部的介质层厚度可设置得非常薄，且不需要额外沉积电荷掩蔽层进行保护，从而能够显著减小因介质层、电荷掩蔽层等造成的内应力，降低工艺难度；此外，可通过控制离子注入的深度控制刻蚀深度，防止刻蚀不足或过度刻蚀的情况发生，具有良好的隔膜厚度可控性，能够有效提高产品的一致性；另外，通过在芯片表面键合玻璃层作为密封，可以避免该芯片在应用过程中受到外界环境侵蚀，能够保证该传感器芯片的长期环境稳定性。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明芯片制备的工艺流程步骤1-3的结构示意图；
图3是本发明芯片制备的工艺流程步骤4-7的结构示意图；
图4是本发明芯片制备的工艺流程步骤8-10的结构示意图；
图5是本发明芯片制备的工艺流程步骤11-12的结构示意图。
图中标记为：1、P型基体；2、N型层；3、压敏电阻；4、第一重掺杂区；5、N型外延层；6、第二重掺杂区；7、N+层；8、介质层；9、金属层；10、玻璃层。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，一种抗干扰的MEMS压力传感器芯片，包括P型基体1和压敏电阻3，还包括：N型层2、第一重掺杂区4、N型外延层5、第二重掺杂区6、N+层7、介质层8、金属层9和带有空腔的玻璃层10。
具体的，P型基体1的电阻率为1-20Ω·cm，晶面为（100），厚度范围为200-1000μm，常用为380μm、400μm或625μm。
N型层2位于P型基体1的上方，压敏电阻3包埋于所述N型层2中，N型层2的电阻率为1-20Ω·cm，N型层2掺杂有磷离子，掺杂深度范围为5-20μm。
第一重掺杂区4位于N型层2内，用于将压敏电阻3与第二重掺杂区6连接，其中，第一重掺杂区4掺杂有硼离子。
N型外延层5位于N型层2的上方，用于包埋所述压敏电阻3，使压敏电阻3周围的电势相等，N型外延层5掺杂有磷离子，N型外延层5的厚度为1-10μm。
第二重掺杂区6贯穿所述N型外延层5的内部并且与第一重掺杂区4连接，第二重掺杂区6掺杂有硼离子，掺杂深度大于所述N型外延层5厚度至少3μm。
N+层7掺杂有磷离子，位于所述N型外延层5的内部。
介质层8位于N型外延层5的上方，用于保护N型外延层5、第二重掺杂区6，介质层8的材料为氧化硅，厚度为100-1000nm。
金属层9位于介质层8内，与N型外延层5、第二重掺杂区6连接，所述金属层9用于在外部形成信号输入端和信号输出端。
带有空腔的玻璃层10嵌入介质层8中，与所述N+层7连接，用于实现阳极键合。
实施例二
如图2所示，本发明的第二方面，提出一种抗干扰的MEMS压力传感器芯片的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1、在P型基体1上通过离子注入法掺杂磷离子以形成N型层2，掺杂类型为轻掺杂，电阻率为1-20Ω·cm，掺杂深度为5-20μm，具体包括掩膜层制备、高能离子注入、热退火、掩膜层去除工序；
步骤2、在N型层2内通过离子注入法掺杂硼离子形成第一重掺杂区4并将压敏电阻3包埋于N型层2、第一重掺杂区4中；其中，第一重掺杂区4的形成过程包括轻掺杂过程和重掺杂过程，所述轻掺杂过程为P-型掺杂，掺杂深度为0.5-2μm，方阻范围为100-1000Ω/□：经过轻掺杂过程，可以得到包埋的压敏电阻3，所述重掺杂过程为P+型掺杂，掺杂厚度为0.5-2μm，方阻范围为10-100Ω/□：
步骤3、将N型层2外延形成N型外延层5，外延过程中通过轻掺杂方式掺杂磷离子，其中，N型外延层5的厚度为1-10μm；用于将由步骤二形成的包埋式压敏电阻3进一步包埋，使压敏电阻3的周围处于等电势状态，保证了其处于外界电荷屏蔽区域，从而具有良好的抗干扰性能。
步骤4、通过P+型掺杂方式在N型外延层5中掺杂硼离子以形成第二重掺杂区6，其中，掺杂类型为重掺杂，掺杂厚度大于步骤三中N型外延层5的厚度至少3μm，方阻范围为10-100Ω/□；
步骤5、在N型外延层5中通过离子注入法掺杂磷离子形成N+层7，掺杂类型为重掺杂；用于保障后续的阳极键合成功进行。
步骤6、在N型外延层5、第二重掺杂区6、N+层7上方通过热氧化物法制备介质层8，其中，介质层8的材料为氧化硅，介质层8的厚度为100-1000nm；介质层8用于保护内部的压敏电阻3、第一重掺杂区4和第二重掺杂区6等结构。由于介质层8未使用常规的氧化硅或氮化硅的结构，而是仅采用一层氧化硅薄层的结构，因此内应力较小，能够大幅降低工艺难度。
步骤7、在介质层8上通过干法刻蚀制备第一引线孔将介质层8打通；用于确保后续金属层9可以与包埋的第二重掺杂区6连接。
步骤8、在介质层8上通过物理气相沉积制备金属层9，金属材料可为铝、金、铂、钛铂金等，通常选择铝。
步骤9、通过湿法腐蚀的方式进行背腔刻蚀；其中，将N型层2所在的一面称为正面，其对应的一面称为反面，刻蚀材料可选择KOH或TMAH刻蚀液，通常选择KOH刻蚀液；湿法腐蚀过程中需要在芯片上施加偏置，以保证刻蚀至N型层2时刻蚀自动停止，可以防止刻蚀不足或过度刻蚀的情况发生，具有良好的隔膜厚度可控性，能够有效提升产品的一致性，其中，刻蚀的深度由N型层2的厚度决定。
步骤10、在介质层8上通过干法刻蚀制备第二引线孔将介质层8打通；用于确保后续玻璃层10可以与N+层连接，实现阳极键合。
步骤11、通过阳极键合的方法将玻璃层10与经过步骤10处理后的芯片键合，其中，阳极键合施加外部偏压为200-1000V、温度为200-400℃；
步骤12、通过激光划片或机械划片将对玻璃层10进行切割，使作为信号输入端、信号输出端的金属层9露出。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种抗干扰的MEMS压力传感器芯片，包括P型基体（1）和压敏电阻（3），其特征在于，还包括：
N型层（2），位于P型基体（1）的上方，所述压敏电阻（3）包埋于所述N型层（2）中；
第一重掺杂区（4），注入于所述N型层（2）内，用于将压敏电阻（3）与第二重掺杂区（6）连接；
N型外延层（5），位于N型层（2）的上方，用于包埋所述压敏电阻（3），使压敏电阻（3）周围的电势相等；
第二重掺杂区（6），位于所述N型外延层（5）的内部；
N+层（7），位于所述N型外延层（5）的内部；
介质层（8），位于所述N型外延层（5）的上方，用于保护N型外延层（5）、第二重掺杂区（6），所述介质层（8）的厚度为100-1000nm；
金属层（9），位于所述介质层（8）内，与所述N型外延层（5）、第二重掺杂区（6）连接，所述金属层（9）用于在外部形成信号输入端和信号输出端；
带有空腔的玻璃层（10），嵌入所述介质层（8）中，与所述N+层（7）连接，用于实现阳极键合。
2.根据权利要求1所述的抗干扰的MEMS压力传感器芯片，其特征在于，所述P型基体（1）的电阻率为1-20Ω·cm，晶面为（100），厚度范围为200-1000μm。
3.根据权利要求1所述的抗干扰的MEMS压力传感器芯片，其特征在于，所述N型层（2）的电阻率为1-20Ω·cm，所述N型层（2）掺杂有磷离子，掺杂深度范围为5-20μm。
4.根据权利要求1所述的抗干扰的MEMS压力传感器芯片，其特征在于，所述第一重掺杂区（4）掺杂有硼离子。
5.根据权利要求1所述的抗干扰的MEMS压力传感器芯片，其特征在于，所述N型外延层（5）、N+层（7）均掺杂有磷离子，所述N型外延层（5）的厚度为1-10μm。
6.根据权利要求1所述的抗干扰的MEMS压力传感器芯片，其特征在于，所述第二重掺杂区（6）掺杂有硼离子，掺杂深度大于所述N型外延层（5）厚度至少3μm。
7.根据权利要求1所述的抗干扰的MEMS压力传感器芯片，其特征在于，所述介质层（8）的材料为氧化硅。
8.一种制备如权利要求1-7中任一项所述的抗干扰的MEMS压力传感器芯片的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1、在P型基体（1）上掺杂磷离子以形成N型层（2）；
步骤2、在N型层（2）内掺杂硼离子形成第一重掺杂区（4）并将压敏电阻（3）包埋于N型层（2）、第一重掺杂区（4）中；其中，第一重掺杂区（4）的形成过程包括轻掺杂过程和重掺杂过程；
步骤3、将N型层（2）外延形成N型外延层（5），外延过程中通过轻掺杂方式掺杂磷离子；
步骤4、在N型外延层（5）中掺杂硼离子以形成第二重掺杂区（6）；
步骤5、在N型外延层（5）中掺杂磷离子形成N+层（7）；
步骤6、在N型外延层（5）、第二重掺杂区（6）、N+层（7）上方制备介质层（8）；
步骤7、在介质层（8）上制备第一引线孔将介质层（8）打通；
步骤8、在介质层（8）上制备金属层（9）；
步骤9、进行背腔刻蚀；
步骤10、在介质层（8）上制备第二引线孔将介质层（8）打通；
步骤11、将玻璃层（10）与经过步骤10处理后的芯片键合；
步骤12、对玻璃层（10）进行切割，使作为信号输入端、信号输出端的金属层（9）露出。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310276018.3A CN116062677A (zh) | 2023-03-21 | 2023-03-21 | 一种抗干扰的mems压力传感器芯片及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310276018.3A CN116062677A (zh) | 2023-03-21 | 2023-03-21 | 一种抗干扰的mems压力传感器芯片及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116062677A true CN116062677A (zh) | 2023-05-05 |
Family
ID=86177120
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310276018.3A Pending CN116062677A (zh) | 2023-03-21 | 2023-03-21 | 一种抗干扰的mems压力传感器芯片及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116062677A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4314226A (en) * | 1979-02-02 | 1982-02-02 | Nissan Motor Company, Limited | Pressure sensor |
| US5296730A (en) * | 1992-01-16 | 1994-03-22 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Semiconductor pressure sensor for sensing pressure applied thereto |
| CN101719482A (zh) * | 2009-11-25 | 2010-06-02 | 中国电子科技集团公司第二十四研究所 | 单片集成压力传感器的制造方法 |
| CN111591952A (zh) * | 2020-04-22 | 2020-08-28 | 北京大学 | 一种mems压阻式压力传感器及其制备方法 |
| CN112834106A (zh) * | 2021-01-15 | 2021-05-25 | 长芯科技(上海)有限公司 | 压阻式表压压力传感器的制造方法 |
| CN114684774A (zh) * | 2022-03-04 | 2022-07-01 | 无锡胜脉电子有限公司 | 一种硅压阻式压力传感器芯片及其制备方法 |
-
2023
- 2023-03-21 CN CN202310276018.3A patent/CN116062677A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4314226A (en) * | 1979-02-02 | 1982-02-02 | Nissan Motor Company, Limited | Pressure sensor |
| US5296730A (en) * | 1992-01-16 | 1994-03-22 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Semiconductor pressure sensor for sensing pressure applied thereto |
| CN101719482A (zh) * | 2009-11-25 | 2010-06-02 | 中国电子科技集团公司第二十四研究所 | 单片集成压力传感器的制造方法 |
| CN111591952A (zh) * | 2020-04-22 | 2020-08-28 | 北京大学 | 一种mems压阻式压力传感器及其制备方法 |
| CN112834106A (zh) * | 2021-01-15 | 2021-05-25 | 长芯科技(上海)有限公司 | 压阻式表压压力传感器的制造方法 |
| CN114684774A (zh) * | 2022-03-04 | 2022-07-01 | 无锡胜脉电子有限公司 | 一种硅压阻式压力传感器芯片及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104931163B (zh) | 一种双soi结构mems压力传感器芯片及其制备方法 | |
| CN106153221B (zh) | 一种基于硅硅键合的高精度压力传感器的制造方法 | |
| WO2017028466A1 (zh) | 一种mems应变计芯片及其制造工艺 | |
| CN101266176A (zh) | 硅硅键合的绝缘体上硅的高温压力传感器芯片及制作方法 | |
| US11391637B1 (en) | MEMS pressure sensor and preparation method thereof | |
| US5589810A (en) | Semiconductor pressure sensor and related methodology with polysilicon diaphragm and single-crystal gage elements | |
| EP0672899B1 (en) | Semiconductor pressure sensor with single-crystal silicon diaphragm and single-crystal gage elements and fabrication method therefor | |
| CN104297520A (zh) | 一种单片嵌入结构集成硅加速度和压力复合传感器 | |
| CN109342836B (zh) | 基于压电压阻式宽频高场强微型电场传感器的生产工艺 | |
| San et al. | Silicon–glass-based single piezoresistive pressure sensors for harsh environment applications | |
| CN114684774A (zh) | 一种硅压阻式压力传感器芯片及其制备方法 | |
| EP2881721A2 (en) | Silicon on nothing pressure sensor | |
| CN109292729B (zh) | 一种全硅环境隔离mems器件的制备方法 | |
| CN213812675U (zh) | 实现无引线封装的高温压力传感器芯片 | |
| CN116062677A (zh) | 一种抗干扰的mems压力传感器芯片及其制备方法 | |
| CN116295967B (zh) | 高压mems压力传感器芯片及芯片、传感器的制备方法 | |
| CN112284605A (zh) | 一种十字岛梁膜高温微压传感器芯片及制备方法 | |
| CN204855051U (zh) | 一种双soi结构mems压力传感器芯片 | |
| KR20080098990A (ko) | 압력센서 제조방법 및 그 구조 | |
| JPH0554709B2 (zh) | ||
| CN102539055B (zh) | 基于智能剥离硅隔离芯片的耐高温抗腐蚀压力传感器 | |
| CN111076851B (zh) | 一种压力传感器及其制作方法 | |
| JPH0554708B2 (zh) | ||
| JPS59169184A (ja) | 圧力センサの製造方法 | |
| CN111122904A (zh) | 一种三明治加速度计微结构制作方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20230505 |