一种压力传感器芯片及制造方法与流程

本申请属于压力传感器，具体涉及一种压力传感器芯片及制造方法。

背景技术：

1、微机电系统(mems，micro-electro-mechanical system)是基于半导体制造技术发展的新型传感器技术，mems具备微型化、集成化、智能化、成本低、性能高、可大批量生产等优点。硅压阻式压力传感器作为第一种批量生产的mems传感器，已经广泛应用于消费电子、生物医疗、航空航天和国防军工等多个领域。相较于其他mems传感原理，如压电式、电容式和谐振式，压阻式压力传感器具备结构简单可靠、精度高、响应快、抗电磁干扰强等特点。

2、目前市场上mems压阻式压力传感器以硅基为主，硅作为最常用的半导体材料，其加工工艺成熟高效。但硅压阻也受到材料性质的限制，硅的禁带较窄，在高温下会加剧pn结漏电流，影响高温下性能；而且硅的导热性能较差，长时间运行会导致压阻温度升高；硅的压阻系数受温度影响较大，高温下灵敏度下降很多。压阻式压力传感器的主要结构分为两部分：承受压力的敏感膜片和膜片上的压敏电阻(简称压阻)，当压力作用在敏感膜片上时，膜片产生形变并对压阻施加应力，通过电桥电路测量压阻的变化来得到压力的大小。

3、碳化硅作为第三代半导体材料，具备化学性质稳定、导热系数高、热膨胀系数小、禁带宽、电子迁移率大和耐辐照等优良特点，是制造压阻式压力传感器的理想材料。但碳化硅的加工难度远大于硅，无论是碳化硅晶圆的制造还是刻蚀，因此导致使用碳化硅制造的压力传感器芯片成本居高不下。

技术实现思路

1、本申请提供一种压力传感器芯片及制造方法，用于解决现有碳化硅压力传感器芯片制造成本高的问题。

2、本申请提供了一种压力传感器芯片，包括：

3、衬底，所述衬底为n型单晶硅衬底；

4、二氧化硅氧化层，位于所述衬底正面；

5、n型碳化硅敏感电阻，位于所述二氧化硅氧化层正面；

6、金属电极，位于所述二氧化硅氧化层正面；

7、金属导线，位于所述二氧化硅氧化层正面，与所述n型碳化硅敏感电阻和所述金属电极电性连接。

8、上述压力传感器芯片通过使用碳化硅作为敏感电阻，利用碳化硅压阻具备耐高温、耐高辐射的优越性能，使得制作的压力传感器芯片能够在高温、高辐射环境下稳定运行；同时，结合使用单晶硅衬底，单晶硅衬底的加工工艺更加成熟和简单，成本也低廉，适合大批量生产，解决了现有碳化硅压力传感器芯片制造成本高的问题。

9、在一实施例的技术方案中，所述压力传感器芯片还包括氮化硅钝化层，所述氮化硅钝化层位于所述二氧化硅氧化层和n型碳化硅敏感电阻正面；所述氮化硅钝化层在所述n型碳化硅敏感电阻正面开设有接触窗口，所述金属导线通过所述接触窗口与所述n型碳化硅敏感电阻电性连接。

10、在一实施例的技术方案中，所述衬底背面开设有凹槽，所述凹槽中心位置具有凸起的硅岛，所述硅岛与所述凹槽构成的环形空腔对应的衬底为敏感膜片。

11、在一实施例的技术方案中，所述衬底为正方形，所述凹槽位于衬底中心位置；所述凹槽的槽底和槽口均为正方形，所述槽口正方形面积大于所述槽底正方形面积，所述槽底正方形在所述槽口正方形上的正投影与所述槽口正方形共内切圆圆心；所述硅岛的底面和顶面均为正方形，所述底面正方形大于所述顶面正方形面积，所述顶面正方形在所述底面正方形上的正投影与所述底面正方形共内切圆圆心。

12、在一实施例的技术方案中，所述衬底的正面和背面均具有二氧化硅氧化层。

13、在一实施例的技术方案中，所述压力传感器芯片包括四个所述n型碳化硅敏感电阻和四个所述金属电极，四个所述n型碳化硅敏感电阻和四个所述金属电极之间通过金属导线交叉连接成闭合电路；四个所述n型碳化硅敏感电阻分布在敏感膜片处，四个所述金属电极分别位于所述衬底的四个角处。

14、一种压力传感器芯片制造方法，包括以下步骤：

15、准备n型单晶硅衬底；

16、在n型单晶硅衬底表面氧化生成二氧化硅氧化层；

17、在n型单晶硅衬底正面的二氧化硅氧化层上沉积n型碳化硅层；

18、在n型碳化硅层上刻蚀出n型碳化硅敏感电阻；

19、在n型单晶硅衬底背面刻蚀处凹槽和硅岛；

20、通过蒸发镀膜在n型单晶硅衬底正面的二氧化硅氧化层上依次沉积镍、钛和金构成金属层，再剥离成型出金属电极和金属导线。

21、在一实施例的技术方案中，在剥离出金属电极和金属导线后，对金属电极和金属导线在1000℃氩气氛中进行20分钟热退火处理。

22、在一实施例的技术方案中，在刻蚀出n型碳化硅敏感电阻后，在n型单晶硅衬底正面的二氧化硅氧化层以及n型碳化硅敏感电阻上沉积氮化硅钝化层；再对n型碳化硅敏感电阻正面的氮化硅钝化层刻蚀，释放出接触窗口。

技术特征：

1.一种压力传感器芯片，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的压力传感器芯片，其特征在于，所述压力传感器芯片还包括氮化硅钝化层，所述氮化硅钝化层位于所述二氧化硅氧化层和n型碳化硅敏感电阻正面；所述氮化硅钝化层在所述n型碳化硅敏感电阻正面开设有接触窗口，所述金属导线通过所述接触窗口与所述n型碳化硅敏感电阻电性连接。

3.根据权利要求1所述的压力传感器芯片，其特征在于，所述衬底背面开设有凹槽，所述凹槽中心位置具有凸起的硅岛，所述硅岛与所述凹槽构成的环形空腔对应的衬底为敏感膜片。

4.根据权利要求3所述的压力传感器芯片，其特征在于，所述衬底为正方形，所述凹槽位于衬底中心位置；所述凹槽的槽底和槽口均为正方形，所述槽口正方形面积大于所述槽底正方形面积，所述槽底正方形在所述槽口正方形上的正投影与所述槽口正方形共内切圆圆心；所述硅岛的底面和顶面均为正方形，所述底面正方形大于所述顶面正方形面积，所述顶面正方形在所述底面正方形上的正投影与所述底面正方形共内切圆圆心。

5.根据权利要求1所述的压力传感器芯片，其特征在于，所述衬底的正面和背面均具有二氧化硅氧化层。

6.根据权利要求1所述的压力传感器芯片，其特征在于，所述压力传感器芯片包括四个所述n型碳化硅敏感电阻和四个所述金属电极，四个所述n型碳化硅敏感电阻和四个所述金属电极之间通过金属导线交叉连接成闭合电路；四个所述n型碳化硅敏感电阻分布在敏感膜片处，四个所述金属电极分别位于所述衬底的四个角处。

7.一种压力传感器芯片制造方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的压力传感器芯片制造方法，其特征在于，在剥离出金属电极和金属导线后，对金属电极和金属导线在1000℃氩气氛中进行20分钟热退火处理。

9.根据权利要求7所述的压力传感器芯片制造方法，其特征在于，在刻蚀出n型碳化硅敏感电阻后，在n型单晶硅衬底正面的二氧化硅氧化层以及n型碳化硅敏感电阻上沉积氮化硅钝化层；再对n型碳化硅敏感电阻正面的氮化硅钝化层刻蚀，释放出接触窗口。

技术总结本申请属于压力传感器技术领域，具体涉及一种压力传感器芯片，主要包括n型单晶硅衬底、二氧化硅氧化层、n型碳化硅敏感电阻、金属电极和金属导线。其中，二氧化硅氧化层位于衬底正面，n型碳化硅敏感电阻位于二氧化硅氧化层正面，金属电极和金属导线均位于所述二氧化硅氧化层正面，金属导线与n型碳化硅敏感电阻和金属电极电性连接。上述压力传感器芯片通过使用碳化硅作为敏感电阻，利用碳化硅压阻的优越性能，使得压力传感器芯片能够在高温、高辐射环境下稳定运行；同时，结合使用单晶硅衬底，单晶硅衬底的加工工艺更加成熟和简单，成本也低廉，适合大批量生产，解决了现有碳化硅压力传感器芯片制造成本高的问题。技术研发人员：官威,胡振朋,张作然受保护的技术使用者：武汉中航传感技术有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/1/14