压阻式压力传感器

为了补偿温度效应的影源自文库，一般还可在膜片上沿对压力不敏感的晶向生成一个电 阻，这个电阻只感受温度变化，可接入桥路作为温度补偿电阻，以提高测量精度。
压阻式压力传感器的特点：是灵敏度高，频率响应高； 测量范围宽，可测低至10Pa的微压到高至60Mpa的高压； 精度高，工作可靠，其精度可达±0.2％～0.02％；易于微 小型化，目前国内生产出直径φ1.8～2mm的压阻式压力传 感器。
• 两步扩散：实际生产中的扩散温度一般为900~1200℃，在
这样的温度范围内，常用杂质，如硼、砷等在硅中的固溶度
随温度变化不大，因而采用恒定表面源扩散很难得到低表面
浓度的杂质分布形式。实际生产中将扩散过程分为两步完成。
其中第一步称为预扩散或者预淀积，第二步称为主扩散或再
分布。
N (x,t) 2Ns
2）湿氧氧化：氧气通过盛有950C高纯去离子水的石英瓶后携带水汽到硅片 表面发生氧化反应： Si+O2SiO2 Si+2H2OSiO2+2H2 优点：生长速率较快；缺点：与光刻胶粘附性不好。
（3）氢氧合成氧化：在常压下分别是将纯H2 和纯氧直接通入石英管内，使之在一定温度燃 烧生成水，水在高温下氧化后与硅反应生成 SiO2，生长速度比湿氧快，膜质量好、纯度高。
x0
A 2
1
t
A2 / 4B
1
步骤三：标准光刻和标准氧化层腐蚀形成压阻硼掺杂电阻图形；
光刻工艺是利用光刻胶受光照部分与未受光部分溶解特性的巨大差异在衬 底表面制作图形的技术。它是一种复印图像同化学腐蚀相结合的综合性技 术。首先采用匀胶机在硅片表面涂敷一层光刻胶，通过掩膜版对光刻胶辐 照辐射，受到光照的光刻胶发生光化学反应，其内部分子结构发生变化。 在显影液中感光部分与未感光部分的溶解速率相差非常大，在正胶工艺中 显影后感光部分光刻胶后被除去，未感光部分保留。而在负胶工艺中与之 相反。这样，在光刻胶上就留下了掩膜版的图形。利用这层图形化的光刻 胶作为掩模，进一步对未被覆盖的Si（或SiO2、Si3N4等材料）进行腐蚀 （刻蚀）或薄膜淀积工艺，把光刻胶上的图形转移到硅衬底的薄膜上去， 从而作成各种器件和电路结构。
6 坚膜：将显影后的硅片进行烘烤，除去显影时胶膜所吸收的显影液和残留水分
7。腐蚀：腐蚀就是用适当的腐蚀剂，对未被胶膜覆盖的二氧化硅或其它薄膜进行 腐蚀。经过腐蚀后，光刻胶上的图形转移到了SiO2上。
BHF溶液腐蚀SiO2，配方为：HF:NH4F:H2O=3ml:6g:10ml。
8 去胶： 将起保护作用或模子的胶去除干净的过程。 主要方法有：①硫酸去胶；②丙酮去胶；③等离子去胶。
3）2#液。盐酸：双氧水：水=1：2：7。 80ºC, 10分钟。酸性、氧化性，络合性， 除去Na+,Fe3+.S及重金属离子。清洗液不可反复利用。
步骤二：标准氧化
1）干氧氧化：在900-1200 0C 硅与干燥的氧气反应生成SiO2薄膜: Si+O2SiO2 优点：结构致密，均匀性和重复性好，掩蔽能力强，与光刻胶粘附性好， 是一种理想的钝化膜；缺点: 生长速率较慢。
图1为一种压阻式压力传感器的结构示意图，硅平膜片在圆形硅杯的底部，其两边 有两个压力腔，分别输入被测差压或被测压力与参考压力。髙压腔接被测压力，低压 腔与大气连通或接参考压力。膜片上的两对电阻中，一对位于受压应力区，另一对位 于受拉应力区，当压力差使膜片变形，膜片上的两对电阻阻值发变化，使电桥输出相 应压力变化的信号。
x2
D t e 1 1 4D2t2 D2t2
扩散工艺
按原始杂质源在室温下的相态加以分类，可分为固态源扩散、液态源扩散、气态源 扩散。 • 固态源扩散：固态源大多是杂质的氧化物或是其他化合物。如：B2O3，P2O5，BN 等。每种杂质源的性质不同，本所扩硼所用的杂质源为上海海鸥的BN固态源。液态源 扩散。
压阻式压力传感器
压阻式压力传感器是基于半导体材料(单晶硅)的压阻效应原理制成的传感器，就是 利用集成电路工艺直接在硅平膜片上按一定晶向制成扩散压敏电阻，当硅膜片受压时， 膜片的变形将使扩散电阻的阻值发生变化。
硅平膜片上的扩散电阻通常构成桥式测量电路，相对的桥臂电阻是对称布置的， 电阻变化时，电桥输出电压与膜片所受压力成对应关系。
• 液态源一般都是杂质化合物，在高温下杂质化合物与硅反应释放出杂质原子。或者 杂质化合物先分解产生杂质的氧化物，氧化物再与硅反应释放出杂质原子。扩硼所用 的液态硼源是北京化学试剂研究所生产的乳胶液态源。
步骤五：标准光刻和标准氧化层腐蚀形成电接触孔；
步骤六：蒸发或溅射铝薄膜，厚度在0.3-1微米；
1 硅片的清洗处理
2涂胶：涂胶的目的是在硅片表面形成厚度均匀、附着性强、并且没有缺陷的光刻胶薄膜。
3 前烘：经过甩胶之后的光刻胶虽然液态的光刻胶已经成为固态的薄膜，但含有10%~ 30%的溶剂，容易沾染灰尘。通过在较高温度下进行烘焙，使溶剂从光刻胶中挥发出来。 4 对准与曝光：曝光的光源为紫外光的汞灯，形成平行光束垂直照射到硅片上。受到光照 的光刻胶发生光化学反应，其内部分子结构发生变化。 5 显影：把曝光后的基片放在显影液里，将应除去的光刻胶膜溶除干净，以获得所需要 光刻胶的图形。
掩膜版
步骤四：标准淡硼预扩散或离子注入，在经过标准再分布或退火 形成方块电阻率在80-250W可控的压阻，结深1-3微米。
• 恒定表面源扩散：在整个扩散过程中，硅片表面的杂质浓度 始终不变。
• 有限表面源扩散：扩散之前在硅片表面先淀积一层杂质，在 整个扩散过程中以这层杂质作为扩散的杂质源，不再有新源 补充。
压阻式压力传感器制作工艺
• 材料：N型（100）4英寸硅片，双面或单面抛光，电阻率： 0.5-8Wcm, 厚度：400-500微米
• 步骤一：进炉前标准清洗；
1）3#液。硫酸：双氧水=5：1，120ºC, 10分钟。酸性、氧化性，除去有机沾污、 光刻胶、酸性可溶杂质。清洗液可反复利用
2）1#液。氨水：双氧水：水=1：2：5。 80ºC, 10分钟。碱性、氧化性，络合性， 除去有机沾污、光刻胶、重金属离子。清洗液不可反复利用