一种半导体耐高温压力温度传感器芯片及其制备方法与流程

本发明涉及传感器芯片技术领域，特别是涉及一种半导体耐高温压力温度传感器芯片及其制备方法。

背景技术：

硅压力传感器通常采用mems工艺制作而成，以压敏电阻式的为例：用半导体单晶硅为原材料作为压力的敏感元件材料，采用惠斯顿电桥把四根具有压阻效应的用半导体工艺制作的扩散电阻制作在受压膜片合适位置上，由于硅电阻的压阻效应，膜片的形变导致电阻值的变化，导致电桥的输出就会有大的变化，从而反映被测压强的变化，这样的测量原理使得电阻的变化规律必须跟压强的变化是一一对应。然而，在实际使用过程中，没有做过温度补偿的芯片的输出误差会非常大，测量变的没有意义，传统的温度补偿方式是采用在半导体芯片上制作一个pn结，利用pn结的温度特性来测量温度以补偿压力芯片的参数，但是pn结受本身的温度以及本身准确度的局限限制，只能在很窄的范围内补偿，补偿后的准确度达不到很高的性能，这种半导体压力芯片的介质使用温度不能太高，一般不会超过100摄氏度，补偿的最高准确度也受到很大限制。随着半导体压力传感器的应用范围越来越广泛，使用场合的不断增加，工作温度范围也在不断扩大，因此需要更加宽的温度补偿且耐高温的温度传感器芯片技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种具有宽温度补偿、耐高温的压力温度传感器芯片。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种半导体耐高温压力温度传感器芯片，包括有压力传感器芯片和铂电阻，所述铂电阻由多条薄膜电阻条组成，铂电阻与压力传感器芯片的硅衬板之间设有sno2过渡层；铂电阻、sno2过渡层和所述压力传感器芯片为一体化结构。

优选的，所述压力传感器芯片包括有硅衬板和电极，硅衬板的正面安装有所述的电机，硅衬板的背面设有杯型的空腔。

本发明的另一目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种具有宽温度补偿、耐高温的压力温度传感器芯片。

一种半导体耐高温压力温度传感器芯片的制备方法，其特征在于，包括有以下步骤：

第一步：在硅衬底的正面使用光刻技术注入四根电极，再硅衬底的背面刻蚀出杯型凹腔，制得薄片；

第二步：在薄片的正面施加光刻胶并空出计划制作铂电阻的区域；

第三步：在制作铂电阻的区域真空喷溅一层sn，喷溅时间8~12分钟后加热至450~500℃，在有氧情况下自然冷却至120±5℃，生成sno2过渡层；

第四步：在sno2过渡层上真空喷溅一层pt层，采用激光刻线方法在pt层上刻出预设的电阻值。

优选的，还包括有测试步骤：将步骤四制得的产品硅片加热到150摄氏度后立即快速放置到0摄氏度的环境，进行温度冲击，分析观察有没有薄膜脱落现象，记录0摄氏度下测量电阻值，筛选出符合条件的产品。

优选的，还包括有封装引线测试步骤。

本发明的有益效果：

本发明采用了半导体工艺制作的pt热敏电阻作为补偿电阻，pt测温电阻作文测温元件，pt测温电阻是利用金属的电阻随着工作温度的变化发生线性变化的原理而实现测量，具有优异的稳定性和准确度，同时，pt电阻测量到450摄氏度的温度，因此可以在很宽的范围内对本芯片进行补偿，实现在更加高温度要求的场合的使用，同时输出测量的温度的数值。集成在芯片上的pt电阻用于直接测量介质的工作温度，可以输出这个实时温度信号，也可以用于压力测量单元的温度修正用，保证压力测量时候在介质高温时候的准确度要求。并且通过芯片上面的pt电阻测量芯片所处的环境温度，把温度信号和压强信号通过mcu数据处理，实现-40摄氏度~130℃间的补偿，实现高精度测量。。

由于材料特性，pt薄膜与si02直接黏贴的效果不好，pt薄膜容易掉落，而本发明的半导体耐高温压力温度传感器芯片的制备方法在制备pt电阻前先制备一层sno2（二氧化锡）过渡层，而且该sno2过渡层使用先真空溅射一层sn，8~12分钟的作用使sn牢固地贴在硅片再加热并有氧冷却的特殊工艺制备，sno2过渡层在硅衬板上的粘着效果好，然后再在sno2过渡层上制作pt薄膜电阻。此方法可解决pt薄膜电阻与si02直接黏贴的效果不好及容易掉落的问题。同时，本发明整个制备方法操作简单，能够大量生产。

附图说明

利用附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1是半体耐高温压力温度传感器芯片的一个实施例的结构示意图。

图2是半体耐高温压力温度传感器芯片的一个实施例的另构示意图。

在图1和图2中包括有：

1——硅片（又称“硅衬板”）、2——pt电阻、3——压力传感器芯片、4——电极、5——空腔。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本实施例的半导体耐高温压力温度传感器芯片的制备方法包括有以下步骤：

第一步：在硅片（也称“硅衬底”）的正面使用光刻技术注入四根电极，再硅片（硅衬底）的背面刻蚀出杯型凹腔，制得薄片；

第二步：在薄片的正面施加光刻胶并空出计划制作铂电阻的区域；

第三步：在制作铂电阻的区域真空喷溅一层sn，喷溅时间8~12分钟后加热至450~500℃，在有氧情况下自然冷却至120±5℃，生成sno2过渡层；

第四步：在sno2过渡层上真空喷溅一层pt层，采用激光刻线方法在pt层上刻出预设的电阻值，电阻值可以为100欧姆、500欧姆、1000欧姆或者其他数值。

第五步：将步骤四制得的产品硅片加热到150摄氏度后立即快速放置到0摄氏度的环境，进行温度冲击，分析观察有没有薄膜脱落现象，记录0摄氏度下测量电阻值，筛选出符合条件的产品。

第六步：划片封装引线测试。

通过上述方法制备的半导体耐高温压力温度传感器芯片包括有压力传感器芯片和铂电阻，所述铂电阻由多条薄膜电阻条组成，铂电阻与压力传感器芯片的硅衬板之间设有sno2过渡层；铂电阻、sno2过渡层和所述压力传感器芯片为一体化结构。其中，压力传感器芯片包括有硅衬板和电极，硅衬板的正面安装有所述的电机，硅衬板的背面设有杯型的空腔。

其中，压力传感器芯片是采用惠斯顿电桥结构的扩散电阻方式，也可以是采用电容式测量方式或者谐振硅式的结构、

将上述制得的产品进行测试如下：

测试方法：产品硅片加热到150摄氏度后立即快速放置到0摄氏度的环境，进行温度冲击，分析观察有没有薄膜脱落现象，记录0摄氏度下测量电阻值，筛选出符合条件的产品

测试数据：

结论：通过上述测试可知，本发明的半导体耐高温压力温度传感器芯片具有较宽的温度补偿范围，耐高温和电阻具有稳定性，并且pt电阻不易掉落。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案说明而非对权利要求保护范围的限制。本领域的普通技术人员参照较佳实施例应当理解，并可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，但属于本发明技术方案的实质相同和保护范围。