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單片集成壓力傳感器的制造方法

文檔序號:6156823閱讀:124來源:國知局
專利名稱:單片集成壓力傳感器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種單片集成壓力傳感器的制造方法。它適用于小型化、高可靠的壓
力傳感器加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)
目前,半導(dǎo)體壓力傳感器制造技術(shù)中,制造壓力傳感器的方法主要有 1、薄膜壓阻技術(shù)。它是在硅片襯底生長一層對壓力敏感的壓電薄膜材料,光刻出
壓阻區(qū)、濺射金屬引線、光刻金屬引線、合金,制作出薄膜壓力傳感器。它是利用了對壓力敏
感的壓電薄膜材料來檢測壓力,從而形成壓電薄膜電阻式的壓力傳感器。 2、硅電阻式技術(shù)。它是通過氧化、光刻、P型擴(kuò)散等半導(dǎo)體工藝技術(shù)方法,在N型
硅片上制作出P型擴(kuò)散電阻,利用MEMS技術(shù)的雙面光刻、深槽腐蝕、硅玻璃鍵合,在硅片正
對P型擴(kuò)散電阻的硅片襯底背面腐蝕出深坑,讓P型擴(kuò)散電阻在硅薄膜上。它是利用壓力
致使硅薄膜變形,使得P型擴(kuò)散電阻值發(fā)生變化,通過檢測P型擴(kuò)散電阻阻值的變化來測試
壓力,形成電阻式壓力傳感器。 3、電容技術(shù)。它是通過MEMS技術(shù)的雙面光刻、深槽腐蝕、硅玻璃鍵合等體硅技術(shù),硅片為一極、玻璃上的金屬為另一個電極,形成一個中空的極板電容。當(dāng)硅片受力時,中空的極板電容距離發(fā)生變化,電容發(fā)生變化,通過檢測電容的變化來檢測壓力,形成電容式壓力傳感器。 不管采用上述哪一種半導(dǎo)體壓力傳感器,都需要把這些變化轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行處理,最終形成所使用的壓力傳感器。隨著壓力傳感器使用范圍的廣泛深入,迫切需求壓力傳感器與放大處理電路的單片式集成,以提高壓力傳感器的可靠性,降低其體積。
而薄膜壓阻技術(shù)所制作的壓電薄膜電阻式壓力傳感器,其實現(xiàn)與放大處理電路的單片集成比較困難,主要原因是壓電薄膜材料淀積、腐蝕加工與IC加工兼容時,容易污染IC工藝,引起IC漏電。電容技術(shù)所制作的電容式壓力傳感器,由于深槽腐蝕、硅玻璃鍵合等
體硅技術(shù)與ic加工技術(shù)兼容有較大困難,因此其與放大處理電路實現(xiàn)單片集成也較困難。
而硅電阻式技術(shù)所制作的電阻式壓力傳感器與放大處理電路實現(xiàn)單片集成,也存在如何有機(jī)地把壓力傳感器的加工工藝與放大電路加工工藝結(jié)合起來的難點,在實際工藝過程中,很難做到不相互影響,因此,其實現(xiàn)單片集成也很困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種單片集成壓力傳感器集成方法,把壓力傳感器加工工藝與雙極電路加工工藝融和起來,將壓力傳感器與放大處理電路集成在同一芯片上,實現(xiàn)單片集成壓力傳感器的制作,以滿足單片集成壓力傳感器的市場要求。 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案在于,一種單片集成壓力傳感器的制造方法,其步驟為 (1)在P型硅襯底片上,制作雙極模擬集成電路和壓敏電阻用的P型硅襯底;
(2)在所述雙極模擬集成電路和壓敏電阻用的P型硅襯底上進(jìn)行N-外延工藝,在 所述N-外延層上制作雙極集成電路與傳感器的壓敏電阻; (3)采用專用的腐蝕夾具,對所述已經(jīng)做出了雙極集成電路與傳感器的壓敏電阻
的硅片的背面進(jìn)行腐蝕、再進(jìn)行硅玻璃鍵合,實現(xiàn)單片集成的壓力傳感器。 所述制作雙極模擬集成電路和壓敏電阻用的P型硅襯底的步驟包括 (l)P型硅襯底片,為〈100〉晶向、雙面拋光、厚度400士10iim、電阻率7-13Q *cm,
氧化,氧化層厚度為0. 6±0. 05 ii m ; (2)光刻N(yùn)+埋層區(qū); (3)帶膠砷注入,劑量6E15/cm2,能量100keV,去膠;
(4)光刻P+埋層區(qū); (5)帶膠硼注入,劑量1E15/cm2,能量60keV,去膠; (6)雙面曝光,光刻出傳感器電阻區(qū)的背面區(qū)域;干法腐蝕硅,腐蝕深度為 1±0. liim ; (7)雙面淀積二氧化硅,其厚度為0. 5±0. 1 ii m ; (8)高溫推結(jié),溫度120(TC,8h,去掉所有氧化層,形成P+埋層、N+埋層及背面區(qū) 域標(biāo)記。 在所述N-外延層上制作雙極集成電路與傳感器的壓敏電阻的步驟包括 (1)用所述P型硅襯底材料進(jìn)行N-外延工藝,外延層厚度8士liim,電阻率
2±0. 3Q cm ; (2)將所述進(jìn)行了 N-外延工藝的P型硅襯底硅片的表面進(jìn)行氧化,形成二氧化硅
氧化層,厚度為1±0. liim; (3)光刻N(yùn)PN管的穿透區(qū); (4)磷穿透擴(kuò)散,結(jié)深2±0. 3iim, R □ = 15士5Q,形成穿透區(qū);
(5)光刻晶體管的隔離區(qū); (6)硼隔離擴(kuò)散,結(jié)深8士0. 5iim,R口二8士3Q,形成隔離區(qū)8;
(7)去掉所有氧化層,再次氧化,厚度0.6士0.05iim; (8)光刻N(yùn)PN管的基區(qū)、傳感器敏感電阻的接觸區(qū)和橫向PNP管的集電區(qū)_發(fā)射 區(qū); (9)硼基區(qū)擴(kuò)散,結(jié)深2士0. 3iim,R口二 130±20 Q ,形成NPN管的基區(qū)、傳感器敏 感電阻的接觸區(qū)、橫向PNP管的集電區(qū)和發(fā)射區(qū); (10)光刻N(yùn)PN管的發(fā)射區(qū)和橫向PNP管的基區(qū)、壓敏電阻的嵌位區(qū)、MOS電容區(qū);
(11)磷擴(kuò)散調(diào)13 , 13 = 60-100,形成NPN管的發(fā)射區(qū)、橫向PNP管的基區(qū)、壓敏電 阻的嵌位區(qū)和MOS電容區(qū);
(12)光刻傳感器敏感電阻區(qū); (13)帶膠硼注入,劑量3E13/cm2,能量60keV,去膠;
(14) LPCVD淀積二氧化硅,厚度為0. 3±0. 05 ii m ;
(15)光刻電容區(qū);
(16)薄氧化,厚度為0. 1±0. 02iim ; (17)雙面淀積氮化硅,雙面的氮化硅厚度為0. 13士0.02iim,形成傳感器敏感電阻,M0S電容; (18)光刻引線孔; (19)濺射鉻硅薄膜電阻,R □ = 1000 ± 200 Q ; (20)光刻鉻硅薄膜電阻; (21)濺射硅鋁層,硅鋁層厚度1. 2±0. 2iim ; (22)光刻引線,形成硅鋁引線; (23)合金,溫度440。C,30min ; (24)PECVD淀積二氧化硅,厚度1. 2±0. 2 ii m,光刻鈍化孔。 對所述已經(jīng)做出了雙極集成電路與傳感器的壓敏電阻的硅片的背面進(jìn)行腐蝕、再 進(jìn)行硅玻璃鍵合的步驟包括 (1)將已經(jīng)做好集成電路和傳感器電阻的硅片,進(jìn)行背面光刻,光刻出其背面正對 傳感器壓敏電阻區(qū)域下面的硅區(qū)域; (2)用專用的腐蝕夾具(已申請發(fā)明專利,專利名稱為硅片腐蝕單面保護(hù)夾具,
專利號為2008102330392),讓KOH腐蝕液只腐蝕背面正對傳感器的壓敏電阻區(qū)域下面的
硅,而正面的集成電路和壓敏電阻都不會被腐蝕,腐蝕深度350士10iim ; (3)干法腐蝕掉背面的氮化硅和二氧化硅; (4)將所述硅片的背面與玻璃片進(jìn)行硅玻璃陽極鍵合。 有益效果 由于本發(fā)明方法采用了上述的技術(shù)方案,將壓敏電阻制作工藝與雙極集成電路加 工工藝結(jié)合起來,將高靈敏的壓敏電阻制作放在雙極電路加工工藝之后,避免了雙極電路 加工的高溫過程影響壓敏電阻,且利用專用的夾具保護(hù)了正面的集成電路和壓敏電阻,同 時也腐蝕出了壓敏電阻下面的深槽,使壓敏電阻成功地制作在可動的硅薄膜上,解決了壓 力傳感器與電路加工工藝兼容的技術(shù)難題,實現(xiàn)了壓力傳感器與放大處理電路的單片集 成。


圖1為本發(fā)明帶二氧化硅氧化層的P型硅片剖面示意圖; 圖2為本發(fā)明圖1的硅襯底片上制作了雙極模擬集成電路和壓敏電阻的P+隔離、 N+埋層后的剖面示意圖; 圖3為本發(fā)明圖2進(jìn)行N-外延后的剖面示意圖; 圖4為本發(fā)明圖3進(jìn)行磷穿透擴(kuò)散、P型隔離擴(kuò)散、去掉二氧化硅后的剖面示意 圖; 圖5為本發(fā)明圖4進(jìn)行NPN管的基區(qū)、橫向PNP管的集電區(qū)_發(fā)射區(qū)、壓敏電阻的 接觸區(qū)擴(kuò)散后的剖面示意圖; 圖6為本發(fā)明圖5進(jìn)行了 NPN管發(fā)射區(qū)、集電區(qū)、橫向PNP管的基區(qū)、壓敏電阻的 嵌位區(qū)、M0S電容區(qū)擴(kuò)散,并調(diào)了 13后的剖面示意圖; 圖7為本發(fā)明圖6光刻壓敏電阻、注入硼、LPCVD淀積二氧化硅后的剖面示意圖;
圖8為本發(fā)明圖7光刻電容、薄氧化、LPCVD雙面淀積氮化硅后的剖面示意圖;
圖9為本發(fā)明圖8光刻引線孔、濺射鉻硅薄膜電阻、光刻鉻硅薄膜電阻、濺射硅鋁、光刻硅鋁引線、合金并PECVD 二氧化硅鈍化和光刻后的剖面示意圖; 圖10為本發(fā)明圖9進(jìn)行背面光刻、利用專用夾具進(jìn)行背面深槽腐蝕、干法去掉背 面氮化硅和二氧化硅后與玻璃進(jìn)行陽極鍵合的剖面示意具體實施例方式
本發(fā)明的具體實施方式
不僅限于下面的描述?,F(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明加以進(jìn)一步說 明。
本發(fā)明方法的主要步驟如下 1.在P型硅襯底片2上,制作雙極模擬集成電路和壓敏電阻用的P型硅襯底的步 驟如下 (l)P型硅襯底片2,為〈100〉晶向,雙面拋光,厚度400士10iim,電阻率 7-13 Q cm,清洗,氧化,氧化層1厚度為0.6士0.05iim,如圖1所示; [ooes] (2)光刻N(yùn)+埋層區(qū)3; (3)帶膠砷注入,劑量6E15/cm2,能量100keV,去膠;
(4)光刻P+埋層區(qū)4; (5)帶膠硼注入,劑量1E15/cm2,能量60keV,去膠; (6)采用雙面曝光(MEMS常用技術(shù))的方法,光刻出傳感器電阻區(qū)的背面區(qū)域一干
法腐蝕硅5,腐蝕深度為1±0. liim; (7)雙面淀積二氧化硅,其厚度0. 5±0. 1 ii m ; (8)高溫推結(jié),溫度1200°C , 8h,去掉所有氧化層,得到P+埋層3, N+埋層4,背面 區(qū)域標(biāo)記5,如圖2所示。 2.在所述N-外延層上,制作雙極集成電路與傳感器的壓敏電阻的步驟如下
(1)用所述P型硅襯底片進(jìn)行N-外延工藝,外延層6厚度8士liim,電阻率 2±0. 3Q cm,如圖3所示; (2)將所述進(jìn)行了 N-外延工藝的P型硅襯底硅片的表面進(jìn)行氧化,形成二氧化硅
氧化層,厚度1±0. liim; (3)光刻N(yùn)PN管的穿透區(qū)7 ; (4)磷穿透擴(kuò)散,結(jié)深2士0. 3iim,R口二 15±5 Q ,得到穿透區(qū)7,如圖4所示;
(5)光刻晶體管的隔離區(qū)8 ; (6)硼隔離擴(kuò)散,結(jié)深8±0. 5iim, R □ = 8士3Q ,得到隔離區(qū)8,如圖4所示;
(7)去掉所有氧化層;再次氧化,厚度0.6士0.05iim; (8)光刻N(yùn)PN管的基區(qū)9、傳感器敏感電阻的接觸區(qū)10、橫向PNP管的集電區(qū)11和 發(fā)射區(qū)12 ; (9)硼基區(qū)擴(kuò)散,結(jié)深2士0. 3iim,R口二 130±20 Q ,得到NPN管的基區(qū)9、傳感器 敏感電阻的接觸區(qū)10、橫向PNP管的集電區(qū)11和發(fā)射區(qū)12,如圖5所示;
(10)光刻N(yùn)PN管的發(fā)射區(qū)13、橫向PNP管的基區(qū)14、壓敏電阻的嵌位區(qū)15、M0S電 容區(qū)16 ; (11)磷擴(kuò)散調(diào)|3 , |3 = 60-100,得到NPN管的發(fā)射區(qū)13、橫向PNP管的基區(qū)14、 壓敏電阻的嵌位區(qū)15和MOS電容區(qū)16,如圖6所示;
(12)光刻傳感器敏感電阻區(qū)17 ; (13)帶膠硼注入,劑量3E13/cm2,能量60keV,去膠; (14)LPCVD淀積二氧化硅,厚度0. 3±0. 05iim,如圖7所示; (15)光刻電容區(qū)16; (16)薄氧化,氧化層18厚度0. 1±0. 02iim ; (17)雙面淀積氮化硅層19,一方面可以提高電容量,另一方面為了以后進(jìn)行背面 深槽腐蝕時用作掩蔽層,氮化硅層19厚度0. 13±0. 02iim,得到傳感器敏感電阻17,M0S電 容16,如圖8所示;
(18)光刻引線孔20; (19)濺射鉻硅薄膜電阻,用于精密電阻,R □ = 1000士200Q ; (20)光刻鉻硅薄膜電阻,得到鉻硅電阻21,如圖9所示; (21)濺射硅鋁,厚度1.2±0. 2iim; (22)光刻引線,得到硅鋁引線22,如圖9所示; (23)合金,溫度440。C,30min ; (24)PECVD淀積二氧化硅,厚度1. 2±0. 2 ii m,光刻鈍化孔。 3.對所述已經(jīng)做出了雙極集成電路與傳感器的壓敏電阻的硅片的背面進(jìn)行腐蝕、 再進(jìn)行硅玻璃鍵合的步驟如下 (1)將已經(jīng)做好集成電路和傳感器電阻的硅片2,進(jìn)行背面光刻,光刻出正對傳感 器壓敏電阻區(qū)域下面的硅區(qū)域5 ; (2)用專用的腐蝕夾具(已申請發(fā)明專利,專利名稱為硅片腐蝕單面保護(hù)夾具, 專利號為2008102330392),讓KOH腐蝕液只腐蝕背面正對傳感器的壓敏電阻區(qū)域下面的 硅,而正面的集成電路和壓敏電阻都不會被腐蝕,腐蝕深度350± 10 ii m,硅槽23,如圖10所 示; (3)干法腐蝕掉背面的氮化硅和二氧化硅; (4)將所述硅片背面與玻璃片24進(jìn)行硅玻璃陽極鍵合,得到單片集成的壓力傳感 器,如圖IO所示。 本發(fā)明方法中所用單項工藝,除已經(jīng)作了詳細(xì)描述的外,其他的,如清洗、氧化、沉 積氮化硅、硅/玻鍵合、光刻、硅及硅氧化層、氮化硅的腐蝕、涂膠、除膠等的單項工藝、設(shè)備 及化工材料、試劑均為本領(lǐng)域通用技術(shù),不再詳述。
權(quán)利要求
一種單片集成壓力傳感器的制造方法,其特征在于該方法包括如下步驟(1)在P型硅襯底片上,制作雙極模擬集成電路和壓敏電阻用的P型硅襯底;(2)在所述雙極模擬集成電路和壓敏電阻用的P型硅襯底上進(jìn)行N-外延工藝,在所述N-外延層上制作雙極集成電路與傳感器的壓敏電阻;(3)采用專用的腐蝕夾具,對所述已經(jīng)做出了雙極集成電路與傳感器的壓敏電阻的硅片的背面進(jìn)行腐蝕、再進(jìn)行硅玻璃鍵合,實現(xiàn)單片集成的壓力傳感器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單片集成壓力傳感器的制造方法,其特征在于所述制 作雙極模擬集成電路和壓敏電阻用的P型硅襯底的步驟包括(1) P型硅襯底片,為〈100〉晶向、雙面拋光、厚度400士10iim、電阻率7-13Q cm,氧 化,氧化層厚度為0.6士0.05iim;(2) 光刻N(yùn)+埋層區(qū);(3) 帶膠砷注入,劑量6E15/cm2,能量100keV,去膠;(4) 光刻P+埋層區(qū);(5) 帶膠硼注入,劑量1E15/cm2,能量60keV,去膠;(6) 雙面曝光,光刻出傳感器電阻區(qū)的背面區(qū)域;干法腐蝕硅,腐蝕深度為1±0. liim;(7) 雙面淀積二氧化硅,其厚度為0. 5±0. liim ;(8) 高溫推結(jié),溫度120(TC,8h,去掉所有氧化層,形成P+埋層、N+埋層及背面區(qū)域標(biāo)記。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單片集成壓力傳感器的制造方法,其特征在于在所述N-外延層上制作雙極集成電路與傳感器的壓敏電阻的步驟包括(1) 用所述P型硅襯底材料進(jìn)行N-外延工藝,外延層厚度8士lym,電阻率 2±0. 3Q cm ;(2) 將所述進(jìn)行了N-外延工藝的P型硅襯底硅片的表面進(jìn)行氧化,形成二氧化硅氧化 層,厚度為1±0. liim;(3) 光刻N(yùn)PN管的穿透區(qū);(4) 磷穿透擴(kuò)散,結(jié)深2士0. 3iim,R口二 15士5Q,形成穿透區(qū);(5) 光刻晶體管的隔離區(qū);(6) 硼隔離擴(kuò)散,結(jié)深8士0. 5iim, R □ = 8士3Q,形成隔離區(qū)8 ;(7) 去掉所有氧化層,再次氧化,厚度0.6士0.05ym;(8) 光刻N(yùn)PN管的基區(qū)、傳感器敏感電阻的接觸區(qū)和橫向PNP管的集電區(qū)-發(fā)射區(qū);(9) 硼基區(qū)擴(kuò)散,結(jié)深2±0. 3 ii m,R □ = 130±20 Q ,形成NPN管的基區(qū)、傳感器敏感電 阻的接觸區(qū)、橫向PNP管的集電區(qū)和發(fā)射區(qū);(10) 光刻N(yùn)PN管的發(fā)射區(qū)和橫向PNP管的基區(qū)、壓敏電阻的嵌位區(qū)、MOS電容區(qū);(11) 磷擴(kuò)散調(diào)P,e 二 60-100,形成NPN管的發(fā)射區(qū)、橫向PNP管的基區(qū)、壓敏電阻的 嵌位區(qū)和MOS電容區(qū);(12) 光刻傳感器敏感電阻區(qū);(13) 帶膠硼注入,劑量3E13/cm2,能量60keV,去膠;(14) LPCVD淀積二氧化硅,厚度為0. 3±0. 05 ii m ;(15) 光刻電容區(qū);(16) 薄氧化,厚度為O. 1±0. 02iim;(17) 雙面淀積氮化硅,雙面的氮化硅厚度為0. 13±0. 02iim,形成傳感器敏感電阻, MOS電容;(18) 光刻引線孔;(19) 濺射鉻硅薄膜電阻,R口二 1000±200Q ;(20) 光刻鉻硅薄膜電阻;(21) 濺射硅鋁層,硅鋁層厚度1.2±0.2iim;(22) 光刻引線,形成硅鋁引線;(23) 合金,溫度440。C,30min ;(24) PECVD淀積二氧化硅,厚度1. 2±0. 2 ii m,光刻鈍化孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單片集成壓力傳感器的制造方法,其特征在于對所述 已經(jīng)做出了雙極集成電路與傳感器的壓敏電阻的硅片的背面進(jìn)行腐蝕、再進(jìn)行硅玻璃鍵合的步驟包括(1) 將已經(jīng)做好集成電路和傳感器電阻的硅片,進(jìn)行背面光刻,光刻出其背面正對傳感器壓敏電阻區(qū)域下面的硅區(qū)域;(2) 用專用的腐蝕夾具(已申請發(fā)明專利,專利名稱為硅片腐蝕單面保護(hù)夾具,專利 號為2008102330392),讓KOH腐蝕液只腐蝕背面正對傳感器的壓敏電阻區(qū)域下面的硅,而 正面的集成電路和壓敏電阻都不會被腐蝕,腐蝕深度350士10iim ;(3) 干法腐蝕掉背面的氮化硅和二氧化硅;(4) 將所述硅片的背面與玻璃片進(jìn)行硅玻璃陽極鍵合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單片集成壓力傳感器的制造方法。本發(fā)明方法克服了電阻式壓力傳感器與放大處理電路加工工藝兼容的問題,將電阻式壓力傳感器加工工藝與放大處理電路的加工工藝結(jié)合起來,利用專用的夾具保護(hù)了正面的集成電路和壓敏電阻,同時也腐蝕出了壓敏電阻下面的深槽,使壓敏電阻成功地制作在可動的硅薄膜上,解決了壓力傳感器與電路加工工藝兼容的技術(shù)難題,實現(xiàn)了壓力傳感器與電路的單片集成。本發(fā)明方法適用于小型化、高可靠的壓力傳感器加工領(lǐng)域。
文檔編號G01L1/18GK101719482SQ200910191568
公開日2010年6月2日 申請日期2009年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日
發(fā)明者馮志成, 張正元, 徐勇, 李小剛, 李建根, 梅勇 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第二十四研究所
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