一種DSOI應(yīng)變計(jì)及其制作方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種DSOI應(yīng)變計(jì)及其制作方法，包括應(yīng)變計(jì)，應(yīng)變計(jì)包括襯底層和器件薄膜層，所述器件薄膜層設(shè)于襯底層上方且兩者之間設(shè)有絕緣薄膜層隔離，器件薄膜層包括至少一個電阻敏感柵，每個電阻敏感柵由至少兩條電阻條串接而成，襯底層底部設(shè)有與其相接的絕緣膜基底。該結(jié)構(gòu)減少了電泄漏，提高了傳感器的工作溫度范圍，同時襯底層底部的絕緣膜基底把整個應(yīng)變計(jì)連成一片，既保證了電阻敏感柵中電阻條的相對位置不發(fā)生變化，減小全橋電路的失調(diào)電壓，又防止了玻璃膠中的有害雜質(zhì)直接與襯底層、彈性膜接觸，提高了應(yīng)變計(jì)與彈性膜之間的絕緣耐壓性能。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及壓力傳感器領(lǐng)域，特別是一種DSOI應(yīng)變計(jì)及其制作方法。
技術(shù)介紹
在6Mpa～200Mpa的高壓傳感器領(lǐng)域中，封裝結(jié)構(gòu)己成為突出矛盾，靠O型圈密封已無法抵阻高溫高壓情況下的壓力泄漏問題。所以在高壓傳感器中一般先把壓敏橋路電阻制作在17-4PH不銹鋼基座上，再把基座通過氬弧焊、電子束、高能激光束等工藝燒焊在不銹鋼外殼的接口端，以保證基座背面受壓時能經(jīng)得住幾千公斤壓力而不漏氣。目前國內(nèi)外的大量程的壓力傳感器或變送器主要有以下兩種結(jié)構(gòu)：（1）一種是全封閉式濺射膜結(jié)構(gòu)，其在不銹鋼基座的彈性膜上，采用濺射技術(shù)、PECVD技術(shù)及光刻技術(shù)，先生長一薄層絕緣膜(例如氮化硅薄膜)，再淀積一薄層鉑、鉑銥、鉑鎢等合金薄膜，再通過微細(xì)加工光刻技術(shù)把這層金屬膜制成電阻敏感柵，電阻敏感柵位于彈性膜的應(yīng)力峰值區(qū)，以便得到最大的信號輸出，在電阻敏感柵表面上復(fù)蓋一層保護(hù)膜，具有防潮、防濕的作用；（2）另一種是全封閉式微熔結(jié)構(gòu)，其在不銹鋼基座的彈性膜上，用絲網(wǎng)印刷辦法，印上玻璃膠，然后把半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)移植到玻璃膠表面，通過500℃左右的高溫?zé)Y(jié)工藝，把半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)、玻璃膠和彈性膜的應(yīng)力峰值區(qū)連為一體。由于濺射膜結(jié)構(gòu)成本高、產(chǎn)量低、成品率低、一致性差、耐絕緣電壓低，其抗絕緣電壓一般低于250伏，不適宜于大規(guī)模生產(chǎn)。因此近幾年己逐漸被超薄型半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)的微熔結(jié)構(gòu)所取代。微熔結(jié)構(gòu)中用到的超薄型半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)采用集成電路平面工藝和微機(jī)械工藝技術(shù)相結(jié)合辦法制造，可以大規(guī)摸生產(chǎn)，一致性好。一個6英寸的硅片可以生產(chǎn)超薄型半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)在23500片以上（若半橋半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)尺寸為0.5*1.5mm2），應(yīng)變計(jì)的電學(xué)性能一致性極好。抗絕緣電壓高達(dá)500伏以上，而且微熔結(jié)構(gòu)中的應(yīng)變計(jì)與彈性膜表面的玻璃粉燒結(jié)技術(shù)己成熟，不銹鋼基座通過熱板自動傳送帶進(jìn)入燒結(jié)爐，自動升溫，自動恒溫，自動退火處理，實(shí)現(xiàn)了一條全自動的生產(chǎn)線。這正適合當(dāng)前1800公斤車用高壓共軌壓力傳感器的大規(guī)模需求。但是這種超薄型半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)目前國內(nèi)全靠進(jìn)口來維持微熔結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)，本專利就是在這種形勢下提出一種新型結(jié)構(gòu)的應(yīng)變計(jì)來滿足國內(nèi)對高壓共軌壓力傳感器制造的需求。現(xiàn)有的單晶硅應(yīng)變計(jì)一般采用外延結(jié)構(gòu)，橋路電阻間采用P-N結(jié)隔離，存在P-N結(jié)反向漏電流，導(dǎo)致輸出溫度漂移大，不能在高溫環(huán)境下工作。同時現(xiàn)有的單晶硅應(yīng)變計(jì)在將其移植到彈性膜上的玻璃膠進(jìn)行微熔時，橋路電阻之間的相對位置容易發(fā)生變化，由于橋路電阻的尺寸及其小（寬度和厚度均為微米級），只要電阻條之間的相對位置發(fā)生微小變化，就將造成橋路電阻的微小變化，而這種變化將造成全橋電路的失調(diào)電壓變大，降低了成品率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提供一種可減少電泄漏、提高測量精度的DSOI應(yīng)變計(jì)及其制作方法。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種DSOI應(yīng)變計(jì)，包括應(yīng)變計(jì)，應(yīng)變計(jì)包括襯底層和器件薄膜層，所述器件薄膜層設(shè)于襯底層上方且兩者之間設(shè)有絕緣薄膜層隔離，器件薄膜層包括至少一個電阻敏感柵，每個電阻敏感柵由至少兩條電阻條串接而成，襯底層底部設(shè)有與其相接的絕緣膜基底。作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述電阻條外表包裹一絕緣薄膜層。進(jìn)一步，所述器件薄膜層的外形與襯底層的外形相一致，且兩者之間形成下寬上窄的臺階結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，所述襯底層、器件薄膜層外輪廓的轉(zhuǎn)角均為圓角。進(jìn)一步，所述應(yīng)變計(jì)的外表覆蓋一層氮化硅薄膜，所述絕緣膜基底為二氧化硅薄膜和氮化硅薄膜構(gòu)成的復(fù)合基底。進(jìn)一步，所述每個電阻敏感柵的電阻條之間通過濃硼填埋層電連接而形成短路。進(jìn)一步，所述電阻敏感柵包括熱壓腳，電阻條與熱壓腳之間通過濃硼填埋層電連接，所述熱壓腳在濃硼填埋層表面上行走。本專利技術(shù)還提供一種DSOI應(yīng)變計(jì)的制作方法，包括以下步驟：A、制作絕緣硅片，所述絕緣硅片包括從下至上設(shè)置的犧牲層、襯底層、器件薄膜層，犧牲層與襯底層、襯底層與器件薄膜層之間均設(shè)有絕緣薄膜層；B、采用熱氧化工藝在絕緣硅片上表面生成第一氧化層，在所述第一氧化層上光刻出濃硼區(qū)窗口，并在該濃硼區(qū)窗口進(jìn)行硼雜質(zhì)擴(kuò)散而形成濃硼填埋層；C、采用熱氧化工藝在濃硼區(qū)窗口覆蓋第二氧化層，保護(hù)濃硼埋層不受外界污染的影響；D、光刻電阻區(qū)，使電阻區(qū)以外的第一氧化層被光刻腐蝕液漂凈，保留電阻區(qū)表面的光刻膠，用干法刻蝕電阻區(qū)至應(yīng)變片襯底上表面的絕緣薄膜層止，形成電阻條；E、光刻第一引線孔，在第二氧化層上光刻出第一引線孔，漂凈第一引線孔區(qū)域內(nèi)的第二氧化層，在第一引線孔上方覆蓋一層與濃硼填埋層接觸的金屬層。F、光刻熱壓腳，用干法刻蝕熱壓腳區(qū)域外的金屬層，形成熱壓腳；G、光刻深刻蝕區(qū)，把襯底層上表面除深刻蝕區(qū)外的絕緣薄膜層通過光刻腐蝕液漂蝕干凈，保留深刻蝕區(qū)表面的光刻膠，用干法刻蝕深刻區(qū)外的襯底層，終止于犧牲層上表面的絕緣薄膜層上；H、采用自停止腐蝕技術(shù)去除犧牲層。作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，在所述的G步驟之后H步驟之前增加如下步驟：G(1)、光刻深刻蝕區(qū)后，在絕緣硅片除犧牲層外的表面上覆蓋一層氮化硅薄膜層，在襯底層的側(cè)壁表面生長一層氮化硅薄膜層，襯底層與犧牲層之間的絕緣薄膜層及覆蓋于其上表面的氮化硅薄膜層構(gòu)成復(fù)合基底；G(2)、光刻第二引線孔，把熱壓腳表面覆蓋的氮化硅薄膜去除，暴露電極熱壓腳。進(jìn)一步，在所述的F步驟之后將形成有熱壓腳的絕緣硅片進(jìn)行合金化處理。本專利技術(shù)的有益效果是：本專利技術(shù)由于在器件薄膜層和襯底層之間設(shè)置絕緣薄膜層隔離，器件薄膜層和襯底層形成電學(xué)性能相互獨(dú)立的雙層結(jié)構(gòu)，代替P-N結(jié)隔離，減少了電泄漏，提高了傳感器的工作溫度范圍，可以滿足傳感器在高溫工作環(huán)境下的要求，同時襯底層底部設(shè)有與其相接的絕緣膜基底，把整個應(yīng)變計(jì)連成一片，既保證了電阻敏感柵中電阻條的相對位置不發(fā)生變化，減小全橋電路的失調(diào)電壓，提高測量精度，又防止了玻璃膠中的有害雜質(zhì)直接與襯底層、彈性膜接觸，提高了應(yīng)變計(jì)與彈性膜之間的絕緣耐壓性能。此外，電阻條外表包裹一絕緣薄膜層，電阻條的側(cè)面和背面均有絕緣薄膜層保護(hù)，使電阻敏感柵之間完全處于絕緣隔離狀態(tài)，即使在幾百度的高溫下，也不會出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，因而本專利技術(shù)具有耐高溫、低漂移的優(yōu)良特性，適用于工作溫度高達(dá)300℃以上的場合。附圖說明下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本專利技術(shù)進(jìn)一步說明。圖1是本專利技術(shù)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本專利技術(shù)安裝在不銹鋼基座上的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本專利技術(shù)中的絕緣硅片的示意圖；圖4是本專利技術(shù)中的絕緣硅片上生成第一氧化層的示意圖；圖5是本專利技術(shù)中的絕緣硅片上光刻出濃硼區(qū)窗口的示意圖；圖6是本專利技術(shù)中的絕緣硅片上形成濃硼填埋層的示意圖；圖7是本專利技術(shù)中的絕緣硅片上將電阻區(qū)以外的第一氧化層被光刻腐蝕掉的示意圖；圖8是本專利技術(shù)中的絕緣硅片上形成電阻條的示意圖；圖9是本專利技術(shù)中的絕緣硅片上光刻出第一引線孔的示意圖；圖10是本專利技術(shù)中的絕緣硅片上形成金屬層的示意圖；圖11是本專利技術(shù)中的絕緣硅片上光刻出熱壓腳的示本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種DSOI應(yīng)變計(jì)，其特征在于：包括應(yīng)變計(jì)，應(yīng)變計(jì)包括襯底層和器件薄膜層，所述器件薄膜層設(shè)于襯底層上方且兩者之間設(shè)有絕緣薄膜層隔離，器件薄膜層包括至少一個電阻敏感柵，每個電阻敏感柵由至少兩條電阻條串接而成，襯底層底部設(shè)有與其相接的絕緣膜基底。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種DSOI應(yīng)變計(jì)，其特征在于：包括應(yīng)變計(jì)，應(yīng)變計(jì)包括襯底層和器件薄膜層，所述器件薄膜層設(shè)于襯底層上方且兩者之間設(shè)有絕緣薄膜層隔離，器件薄膜層包括至少一個電阻敏感柵，每個電阻敏感柵由至少兩條電阻條串接而成，襯底層底部設(shè)有與其相接的絕緣膜基底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種DSOI應(yīng)變計(jì)，其特征在于：所述電阻條外表包裹一絕緣薄膜層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種DSOI應(yīng)變計(jì)，其特征在于：所述器件薄膜層的外形與襯底層的外形相一致，且兩者之間形成下寬上窄的臺階結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種DSOI應(yīng)變計(jì)，其特征在于：所述襯底層、器件薄膜層外輪廓的轉(zhuǎn)角均為圓角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種DSOI應(yīng)變計(jì)，其特征在于：所述應(yīng)變計(jì)的外表覆蓋一層氮化硅薄膜，所述絕緣膜基底為二氧化硅薄膜和氮化硅薄膜構(gòu)成的復(fù)合基底。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種DSOI應(yīng)變計(jì)，其特征在于：所述每個電阻敏感柵的電阻條之間通過濃硼填埋層電連接而形成短路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種DSOI應(yīng)變計(jì)，其特征在于：所述電阻敏感柵包括熱壓腳，電阻條與熱壓腳之間通過濃硼填埋層電連接，所述熱壓腳在濃硼填埋層表面上行走。
8.一種權(quán)利要求1~7任一所述的一種DSOI應(yīng)變計(jì)的制作方法，其特征在于，包括以下步驟：
A、制作絕緣硅片，所述絕緣硅片包括從下至上設(shè)置的犧牲層、襯底層、器件薄膜層，犧牲層與襯底層、襯底層與器件薄膜層之間均設(shè)有絕緣薄膜層；
B、采用熱氧化工藝在絕緣硅片上表...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：沈紹群，羅小勇，梁棟漢，
申請(專利權(quán))人：新會康宇測控儀器儀表工程有限公司，上海旦宇傳感器科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44