[发明专利]一种宽量程压力传感器芯片及其单片集成制备方法

权利要求书

1.一种宽量程压力传感器芯片，其特征在于：包括从下至上依次层叠设置的背面玻璃层(12)、SOI底硅层(10)、SOI埋氧层(9)、SOI顶硅层(8)、聚酰亚胺钝化层(7)，共同构成传感器芯片结构；所述的背面玻璃层(12)与SOI底硅层(10)通过阳极键合工艺键合在一起，并形成压力传感器的真空腔室；SOI顶硅层(8)和聚酰亚胺钝化层(7)共同构成压力敏感膜；分布在SOI顶硅层(8)上的四个压阻构成惠斯通电桥结构；当外界压力变化时，压力敏感膜的形变引起四个压阻的阻值发生变化并导致惠斯通电桥结构的输出电压变化；通过检测该输出电压的大小推算出外界压力的大小。

2.根据权利要求1所述的一种宽量程压力传感器芯片，其特征在于：SOI顶硅层(8)中的压阻由低浓度的硼掺杂硅形成；背面玻璃层(12)与SOI底硅层(10)通过阳极键合工艺键合前，在SOI硅片的边缘通过高功率溅射一层金属铝，形成SOI硅片正反面之间的导电通路，避免阳极键合过程的失败或击穿压阻。

3.根据权利要求1所述的一种宽量程压力传感器芯片，其特征在于：各压阻之间的互连线由蒸发沉积的铝构成，通过铝与掺杂硅之间的欧姆接触来实现导通。

4.根据权利要求1所述的一种宽量程压力传感器芯片，其特征在于：压阻的长和宽分别为250微米和20微米；四个压阻分别为依次排列的压阻R1、R2、R3、R4；压阻R1与压阻R2的间距，以及压阻R3与压阻R4的间距均为140微米；压阻R2与压阻R3的间距为50微米；SOI顶硅层(8)的长、宽、厚分别为900、450、50微米。

5.如权利要求1所述的一种宽量程压力传感器芯片的单片集成制备方法；其特征在于，具体步骤为：

S1：采用SOI作为衬底，利用光刻，离子注入，等离子体增强化学气相沉积，反应离子刻蚀，旋涂，蒸发沉积，湿法腐蚀以及剥离等微加工工艺，形成四个压阻，焊盘和互连线(5)以及钝化层(7)的平面结构；

S2：采用双面对准光刻，背面深硅刻蚀，RIE刻蚀埋氧层以及背面硅-玻璃阳极键合工艺，形成压力传感器的真空腔室(11)。

6.根据权利要求5所述的单片集成制备方法，其特征在于：步骤S1的具体过程如下：

1)使用SOI硅片作为衬底，将衬底清洗、吹干并烘烤；

2)旋涂一层正性光刻胶并进行光刻图形化，形成硼离子注入窗口；

3)硼离子注入，形成轻掺杂的压阻结构；

4)用聚酰亚胺薄膜覆盖压阻区域，采用深硅刻蚀将对准标记转移到硅衬底；

5)旋涂一层正性光刻胶并进行光刻图形化，形成二次硼离子注入窗口；

6)硼离子注入，形成重掺杂的接触点和导线；

7)PECVD沉积一层氧化硅；

8)旋涂一层正性光刻胶并进行光刻图形化，形成氧化硅刻蚀窗口；

9)RIE刻蚀氧化硅，暴露出离子注入区域和铝导线的接触点；

10)蒸发沉积一层金属铝作为导电金属层；

11)旋涂一层正性光刻胶并进行光刻图形化，形成湿法腐蚀铝的掩模；

12)湿法腐蚀铝金属层，形成金属互连线和焊盘；

13)旋涂沉积一层聚酰亚胺薄膜作为聚酰亚胺钝化层(7)；

14)旋涂一层正性光刻胶并进行光刻图形化，形成聚酰亚胺的刻蚀窗口；

15)RIE刻蚀聚酰亚胺，暴露出铝焊盘的窗口以及SOI边缘的顶硅层；

16)蒸发沉积一层金属铝作为SOI顶层硅和底层硅的导电金属层。