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单晶硅SOI高温压力传感器的可行性以及制作工艺

日期:2016-03-14    来源:物联网在线

国际新能源网

2016
03/14
16:24
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关键词: 单晶硅 多晶硅

如何制作与生产适宜高温环境下应用的压力传感器,一直受到国内外众多生产企业与用户的关注。我国天津大学的研究人员也在国家自然科学基金的资助下,对此进行了深入的研究和探讨。多晶硅高温压力传感器是目前传感器市场上,用于在高温压力测量领域中替代扩散硅压力传感器理想产品,但多晶硅在结构上存在长程无序性,使多晶硅电阻膜的灵敏度要低于单晶硅电阻膜的灵敏度。如果用单晶硅电阻膜替代多晶硅电阻膜,可以获得良好的高温性能和更高的灵敏度,基于这种想法,天津大学姚素英教授等人,目前正对单晶硅SOI高温压力传感器的可行性以及制作工艺进行深入的研究。

该传感器用单晶硅材料做应变电阻,并以一层SiO2薄膜将硅衬底与应变电阻层隔离,形成单晶硅SOI结构。其制作方法是,用硅片直接键合减薄的单晶硅SOI材料,衬底为高电阻率P型单晶硅,然后对单晶硅进行高浓度B扩散,并用等离子体干法刻蚀电阻条,用LPCVD法双面淀积Si3N4保护膜,背面光刻腐蚀窗口,各向异性腐蚀硅杯;最后光刻引线孔,并做多层金属化。上述步骤完成后,再对芯片进行静电封接、压焊、封装等后道工序。与多晶硅压力传感器相比,单晶硅做应变电阻材料,具有较高的灵敏度,单晶硅材料具有相同高的纵向和横向灵敏灵敏因子,有利于设计优良的压阻电桥,保证传感器有最大的输出;应变电阻与衬底之间用SiO2介质层隔离,减小了漏电流,显著提高了传感器的工作温度范围;由于Si与SiO2之间的直接键合,接触面很匹配,没有其它过滤层,避免了附加应力的产生,提高了传感器的电学与力学特性;同时,单晶硅SOI传感器的制作工艺与传统的CMOS制作工艺兼容,易于实现集成化。所以这是一种性能理想的高温压力传感器。

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