[发明专利]一种硅压阻式压力传感器芯片

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量压力的器件，特别涉及一种硅压阻式压力传感器芯片。

背景技术

硅压阻式压力传感器是利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器。单晶硅材料在受到力的作用后，电阻率发生变化，通过测量电路就可得到正比于力变化的电信号输出。硅压阻式压力传感器已广泛用于压力、拉力、压力差和可以转变为力的变化的其他物理量（如液位、加速度、重量、应变、流量、真空度）的测量和控制。

目前被大批量生产和使用的硅压阻式压力传感器芯片都是在N型硅衬底上制作出P型压敏电阻。这是由于P型硅的压阻系数远远大于N型硅压阻系数，而且压敏电阻的方向性问题很容易解决。但这种设计也有不利之处。其一，当传感器工作时，P型压敏电阻上的电流会向N型硅衬底中漏电，而且漏电流的大小随着温度的升高而增大。这导致了传感器的输出漂移；其二，P型压敏电阻与N型硅衬底接触处形成空间电荷区。空间电荷区的宽度会影响压敏电阻的阻值。另一方面，传感器芯片表面和内部界面上静电荷和固定电荷会影响到该空间电荷区的宽度。因此，传感器芯片表面及内部界面上的静电荷和固定电荷会导致压阻式压力传感器的输出出现不稳定现象。

发明内容

本发明的目的是针对目前硅压阻式压力传感器芯片因漏电和静电荷导致传感器输出不稳定的现象，本发明提供了一种用于提高硅压阻式压力传感器芯片稳定性结构的硅压阻式压力传感器芯片。本发明包括：硅压阻式压力传感器基本体、隔离层、增稳层、金属层、接触孔、硅衬底重掺杂区，硅压阻式压力传感器基本体由压敏电阻、内部互连、压力感应膜片、焊盘、硅基体、二氧化硅埋层组成。其特征在于由SOI（绝缘层上的硅）硅片制作的硅压阻式压力传感器芯片表面依次沉积隔离层和增稳层，在压敏电阻下方埋有二氧化硅层，由二氧化硅或氮化硅或二者组成复合层的隔离层覆盖在硅压阻式压力传感器基本体上，其作用是保护传感器芯片表面，并且将上方的增稳层和下面的芯片进行绝缘隔离。隔离层上刻蚀有接触孔，接触孔的位置处于硅衬底重掺杂区上方，接触孔内填充有金属，该金属与下方的硅衬底上重掺杂区进行欧姆接触，并与芯片表面的金属层相连，经化学气相沉积、蒸发、溅射方法制作的增稳层设置在隔离层上，由扩散掺杂或离子注入掺杂的方式在SOI（绝缘层上的硅）硅片的表面衬底上制作的硅衬底重掺杂区为低阻区域，增稳层与接触孔内的金属经金属层实现电气连接，金属层上形成芯片的最高电位点，即传感器的供电焊盘。

所述隔离层通过热氧生长制作或经化学气相沉积的方法制作。

所述增稳层厚度在20纳米到500纳米之间。增稳层的覆盖区域包括硅压阻式压力传感器的压敏电阻区域及其内部电气互连区域。

所述增稳层的热膨胀系数（CTE）与单晶硅的CTE比较接近，以减小因该层引起的压力传感器迟滞和非线性。由与单晶硅热膨胀系数（CTE）相近为0～15ppm/℃、并具有一定导电性能的材料制作而成。比较典型的材料有：掺杂多晶硅、铬的硅化物（硅铬合金）、镍铬合金、碳化硅、氮化钽、氮化钨、氮化钛/氮化钨、钛、铂、铬、钨、钼、锗、镍以及其它类型的可导电的氧化物、氮化物和合金。

本发明的结构能够提高硅压阻式压力传感器芯片的稳定性，主要原因有三个。第一，使用SOI（绝缘层上的硅）硅片制作的压力传感器的压敏电阻下方埋有二氧化硅层，该层可以阻止电流从P型压敏电阻流向N型衬底，大大降低了漏电流；第二，该结构通过将SOI（绝缘层上的硅）硅片的表面衬底通过重掺杂的低阻区、金属化接触孔以及金属层连接到了最高电位点。当芯片工作时，N型衬底的电位比P型压敏电阻的电位要高，使得电流无法从P型压敏电阻流向N型衬底，再次降低了漏电电流；第三，芯片表面的增稳层也通过金属层将电位固定在供电电压上，让芯片表面的静电荷以及芯片内部界面上的固定电荷产生的电场稳定下来，从而使得压敏电阻周围的空间电荷区的宽度固定下来，以达到稳定电阻的目的。

本发明的优点是在于未大幅改动传统硅压阻式压力传感器芯片的结构前提下，只需稍微改变一下硅压阻式压力传感器芯片的结构，增加少量工艺步骤就可以显著提升其输出稳定性。

附图说明

图1本发明的横截面结构示意图；

图2本发明的俯视结构示意图。

图中：1压力感应膜片、2隔离层、3增稳层、4硅衬底重掺杂区、5压敏电阻、6内部互连、7接触孔、8金属层、9硅基体、10供电焊盘、11二氧化硅埋层。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的实施例：