一种车规级MEMS压力传感器芯片的工艺方法与流程

本发明涉及芯片制造工艺领域，更具体的说是，涉及一种车规级mems压力传感器芯片的工艺方法。

背景技术：

1、mems：microelectro mechanical systems，微机电系统；

2、mems压力传感器：基于硅的压阻效应并采用先进的mems微加工工艺的压力应变器件；

3、gauge：应变片，用于测量应变的元件，它能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化；

4、内应力：内应力是mems压力传感芯片常见的问题；在生产过程中产生的应力会导致器件良率和性能降低，以及淀积膜的分层和开裂。

5、mems压力传感器具有微型化、重量轻、集成度高、智能化、低成本、功耗低、可大规模生产等优点，使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。在此背景下，mems压力传感器已经成为市场上主流产品，但常规的mems压力传感器，特别是绝对压力传感器，由于其核心器件半导体传感芯片的性能制约，在一些较为恶劣的环境下，如有腐蚀性气体、高温、高压等，无法保证长期的稳定性和可靠性，容易出现被腐蚀或者在高压冲击下焊盘脱落、高低温下出现零点漂移等现象，从而降低了mems压力传感器的精度和使用寿命，严重时甚至引起传感器失效。

6、现有广泛应用的mems压力传感器由敏感薄膜、质量块与悬梁臂组成，其中敏感薄膜是一个相对较薄的硅压力敏感膜，可在压力作用下发生形变，敏感膜上通过离子注入形成压敏电阻，压敏电阻可以检测到敏感膜在压力作用下的形变大小，相应的，检测出压力的大小；现有的工艺技术是采用硅片正面刻蚀工艺结合淀积、外延工艺、湿法腐蚀、背面刻蚀等工艺形成感压硅薄膜、悬臂梁、质量块、前腔、后腔及深槽通道，能够有效控制硅薄膜的厚度。

7、现有工艺技术的缺点：

8、1、目前的刻蚀工艺无法保证片内与片间的悬臂梁厚度的一致性与均匀性；

9、2、不同氧化物淀积会造成内应力残余，导致传感器输出随着时间发生漂移，严重影响传感器输出的准确性和稳定性；

10、3、车规级电子器件对跌落测试要求等级高，现有工艺无法达标。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种车规级mems压力传感器芯片的工艺方法。

2、本发明要解决的是现有技术中mems压力传感器温度特性不好、过压能力低、输出灵敏度低、长时间工作后输出漂移、无法满足车规要求的问题。

3、与现有技术相比，本发明技术方案及其有益效果如下：

4、一种车规级mems压力传感器芯片的工艺方法，包括：

5、s1，在p型衬底上设置p型外延片，在所述p型外延片上形成钝化层；

6、s2，使用光刻胶在所述钝化层上制作刻蚀掩蔽层，并在所述掩蔽层上刻出接触孔；

7、s3，在等离子体刻蚀设备中溅射al膜，磁控溅射淀积形成金属层；

8、s4，在接触孔顶端设置pad，腐蚀除pad外的金属层；

9、s5，在所述掩蔽层上腐蚀形成深槽，形成硅应变电阻的电阻体；

10、s6，在所述深槽反应离子刻蚀形成硅应变结构gauge的敏感薄膜；

11、s7，对所述金属层退火处理形成欧姆接触；

12、s8，对背面进行腐蚀处理，形成gauge应变片。

13、作为进一步改进的，所述步骤s1中，所述p型衬底的尺寸为6英寸，所述p型衬底为p型单晶片，所述p型衬底离子掺杂为硼，所述p型衬底的电阻率为10-30ohm-cm，所述p型衬底的晶向为110±1.0°，所述p型衬底的厚度为600-700um；所述外延片为p型，所述外延片的生长晶向为110°，所述外延片的离子掺杂为硼，所述外延片的厚度为10um-30um，所述外延片的电阻率为0.02-0.05ohm-cm。

14、作为进一步改进的，所述步骤s1中，所述外延片采用浓硼重掺杂的外延材料，形成浓硼重掺杂的感压薄膜。

15、作为进一步改进的，所述步骤s1中，所述钝化层材料为sio2和sin，采用teos和o2在等离子体设备中生长二氧化硅，二氧化硅厚度400nm-600nm,采用n2/nh3/sih4在等离子体设备中生长氮化硅,氮化硅硅厚度500nm-800nm。

16、作为进一步改进的，所述步骤s2中，在等离子体刻蚀设备中去除氮化硅和二氧化硅，介质层刻蚀，刻蚀的反应终点控制在钝化层和外延层交界面。

17、作为进一步改进的，所述步骤s2中，所述光刻胶的厚度为2um-4um。

18、作为进一步改进的，所述步骤s3包括：采用al靶/ar气在等离子体设备中溅射al膜，磁控溅射淀积，金属层厚度为8ka-15ka。

19、作为进一步改进的，所述步骤s4包括：在接触孔顶端设置pad，腐蚀除pad外的金属层；pad通过键合方式引出传感器的输出信号。

20、作为进一步改进的，所述步骤s6中，利用sio2/sin介质层作为掩蔽层，采用c4f8和sf6在高密度等离子体设备中刻蚀硅，深槽反应离子刻蚀用来形成硅应变结构gauge的敏感薄膜部分；深沟槽深度为10um-20um，cpk＝1.67。

21、作为进一步改进的，所述步骤s7中，所述退火处理的退火温度300℃-400℃，退火时间为20分钟-40分钟。

22、本发明的有益效果为：

23、本发明旨在解决现有技术的缺点，提出一个完整工艺方法，提高片内和片间的压敏电阻的一致性和均匀性，保证mems传感器输出的稳定性。退火工艺步骤以消除gauge内应力，带来传感器输出的准确性和优异的温度特性，在-40℃至150℃全温度范围内可靠输出。焊盘引出金属连线材料和金属淀积工艺的优化，保证后续键合的可靠性，以通过mems传感器应用在汽车上必需的反复跌落测试。

24、本发明技术能实现一种高性能的mems压力传感器芯片，用该技术方案制作的gauge应变片，通过微熔技术烧结在不锈钢膜片上，生产的mems压力传感器具备高可靠性、高精度、高抗过压的特性，能应对最为严苛的使用环境，满足车规要求。

25、应用本发明所提供的工艺方法的mems压力传感芯片，同样能应用于工程机械、油压测量控制以及制冷行业、空压机，注塑机等工业设备配套领域。

技术特征：

1.一种车规级mems压力传感器芯片的工艺方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种车规级mems压力传感器芯片的工艺方法，其特征在于，所述步骤s1中，

3.根据权利要求1所述的一种车规级mems压力传感器芯片的工艺方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述外延片采用浓硼重掺杂的外延材料，形成浓硼重掺杂的感压薄膜。

4.根据权利要求1所述的一种车规级mems压力传感器芯片的工艺方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述钝化层材料为sio2和sin，采用teos和o2在等离子体设备中生长二氧化硅，二氧化硅厚度400nm-600nm,采用n2/nh3/sih4在等离子体设备中生长氮化硅,氮化硅硅厚度500nm-800nm。

5.根据权利要求1所述的一种车规级mems压力传感器芯片的工艺方法，其特征在于，所述步骤s2中，

6.根据权利要求1所述的一种车规级mems压力传感器芯片的工艺方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述光刻胶的厚度为2um-4um。

7.根据权利要求1所述的一种车规级mems压力传感器芯片的工艺方法，其特征在于，所述步骤s3包括：

8.根据权利要求1所述的一种车规级mems压力传感器芯片的工艺方法，其特征在于，所述步骤s4包括：

9.根据权利要求1所述的一种车规级mems压力传感器芯片的工艺方法，其特征在于，所述步骤s6中，

10.根据权利要求1所述的一种车规级mems压力传感器芯片的工艺方法，其特征在于，所述步骤s7中，

技术总结本发明提供了一种车规级MEMS压力传感器芯片的工艺方法，包括：S1，在P型衬底上设置P型外延片，在所述P型外延片上形成钝化层；S2，使用光刻胶在所述钝化层上制作刻蚀掩蔽层，并在所述掩蔽层上刻出接触孔；S3，在等离子体刻蚀设备中溅射AL膜，磁控溅射淀积形成金属层；S4，在接触孔顶端设置PAD，腐蚀除PAD外的金属层；S5，在所述掩蔽层上腐蚀形成深槽，形成硅应变电阻的电阻体；S6，在所述深槽反应离子刻蚀形成硅应变结构gauge的敏感薄膜；S7，对所述金属层退火处理形成欧姆接触；S8，对背面进行腐蚀处理，形成gauge应变片。本发明提供一个完整工艺方法，提高片内和片间的压敏电阻的一致性和均匀性，保证MEMS传感器输出的稳定性。技术研发人员：樊子宇,陈秋齐受保护的技术使用者：江苏致芯微电子技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/5