作为微机电系统MEMS的主要产品，压力传感器，尤其是高温压力传感器有着广阔的应用领域（1），典型的高温压力传感器有高温压阻式压力传感器、石英压力传感器、溅射合金薄膜高温压力传感器、陶瓷厚膜高温压力传感器（2）、光纤高温压力传感器、金刚石压力传感器等，它们各具特点和不足，使用环境不同，高温压阻式压力传感器由于其制作工艺先进，与半导体集成电路平面工艺兼容，易于实现系统化、智能化，符合传感器的发展方向。（3）

传统的硅扩散压阻式压力传感器用重掺杂 4个P型硅应变电阻构成惠斯顿电桥的力敏检测模式(4)，采用PN结隔离，当温度在100℃以上时，PN结漏电流很大，使器件无法工作。因此，设计制作高温压阻式压力传感器较容易的方法是取消单晶硅PN结隔离。

2 多晶硅中高温压力传感器

多晶硅薄膜用低压气相淀积法 LPCVD(1owpres— surechemicalvapordeposition)制备在 Si02或 Si3N4上，形成力敏材料，用离子注入掺杂构成惠斯顿应变检测电桥。多晶硅压力传感器定位于低成本、中等工作温度和中等灵敏度L5j5(与相同设计参数的单晶压力传感器相比，灵敏度只有其 1／4—1／5)，其横向压阻系数远小于纵向压阻系数，因此，设计中只能充分利用正负纵向应力。多晶硅芯片晶粒问界中有大量的悬挂键，其在薄膜形成中俘获了氢离子，而氢离子在较高温度下的非富氢环境中有大量解缚逃逸的能力，因此，很难解决其高温性能稳定性问题。图1是多晶硅高温压力传感器的典型设计。

3 SiC高温压力传感器

3．1 仅(6H)一SiC高温压力传感器

如图2所示，用N型6H—SiC单晶作为衬底，在其上外延P型和N型 6H—SiC，中间的P型6H—SiC作为刻蚀停止层，用电化学刻蚀 PEC(photoelectrochemical etching)N型6H—SiC制作压敏电阻，然后在表面淀积si02，最后刻出接触孔，淀积金属，进行金属化以形成欧姆接触。a(6H)一SiC高温压力传感器用 6H—SiC材料的宽禁带和低空穴迁移率的 SiCPN结取代了传统的硅 PN结隔离，而提高了传感器的工作温度。美国 KULflE公司利用SiCPN结，使得此传感器工作温度提高到500℃．I6j在500℃时，灵敏度为 0.58mV／ V／MPa，在室温时灵敏度为 1.17mV／V／MPa，满量程非线性和迟滞分别为一0.17％和 0.17％。国内未见相关报道。

3.2 3C—SiC高温压力传感器

3C—SiC高温压力传感器，以 SOI(siliconOilinsula— tor)晶片为衬底，在掩膜层的sio2表面选择性地生长3C—SiC，3C—SiC仅淀积在与 si相接触的部位，形成3C—SiC压敏电阻条。德国戴姆勒一奔驰技术研究中心与柏林工业大学合作研制的传感器采用了圆膜结构获得了较高的灵敏度，在200℃时，灵敏度为21mV／V／MPa，室温时灵敏度为35mV／V／MPa，且认为由于SiC优良的压阻效应可将工作温度提到 450℃以上。[7] “九五”期间，国内技术人员展开了 si上碳化硅薄膜材料生长、分析及压阻式压力传感器制作研究。用过渡缓冲层生长技术获得了si上的优质3C—SiC薄膜，并制成了碳化硅压阻高温高压传感器，包括Si02／ si上的择优3C—SiC多晶薄膜制作的中压传感器和si上3C—SiC单晶薄膜制作的高压传感器。因未能解决封装问题做到 200℃样品而停止。（8）

4 单晶硅SO1高温压力传感器

采用硅氧化物绝缘体 SOl（9）技术的两种基本的SOl晶片结构如图3所示，其制作方法一种为硅在绝缘体上，如硅一蓝宝石SOS(silicononsapphire)技术；另外一种为埋设绝缘体在体硅与表面硅层之间，如硅／硅键合 SDB(siliconwaferdirectbonding)LlO]技术和SIMOX(separationbyimplantedoxygen)_l 技术等，而SDB技术与背部刻蚀相结合形成BESOI技术、与氢离子注人相结合形成 SMARTCUT(或 UNIBOND)12技术，利用多孑L硅的特性外延单晶硅的ELTRAN(epitaxial layertransfer)13技术等

其他SOI晶片制作方法有RMR(zone．meltingre． crystallization)、SEG／ELO(selectiveepitaxial growthand epitaxiallateralovergrowth)（14）。而提供商用SOI晶片的常用方法是BESOI、SMARTCUT和 SIMOXll（15）．

4.1 BESOI技术

如图4所示，在P型(100)硅衬底上外延l层N型硅膜，在另一 N型 (100)硅膜上用各向异性腐蚀出孔腔，然后将两硅片键合；用PN自停止腐蚀方法将P型衬底腐蚀掉，并用双面光刻和离子注人技术形成电阻；按照设计要求的尺寸用抛光方法将背面的硅去掉，形成所需结构。其主要优点是工艺简单，硅膜质量好，SiO：层性能良好且厚度容易控制，缺点是每次键合都耗费2块硅片，较难获得均匀超薄的硅膜。

经过多年的发展，美国KULrrE公司采用此si02介质隔离的BESOI技术，已开发出超高温的压力传感器，如XTEH一10LAC一190(M)系列，工作温度为 -55 ~ 482℃．目前，国内此项技术已成熟，耐温以200℃为上限，芯片制作方法和传感器的制作方法授权专利见文献16—17。

4.2 SMARTCUT技术

智能剥离SMARTCUT技术是在一块硅片中注人中等剂量的氢离子，然后与另一硅片低温键合，经热处理，硅／硅键合对在氢离子注人的投影射程处裂开。其中一片形成SOI结构，另一片硅可以循环利用。此技术背部无需腐蚀，能提供较好的晶片质量和绝缘层，硅膜和埋设氧化层能够调节，低成本，适合批量制作。其主要工艺流程如图5所示。

利用此技术制作的传感器耐温到150℃，灵敏度为63mv／(MPa·5v)，并预计通过改进封装工艺，工作温度可提高到300℃．（18）

4.3 SIMOX技术

如图6所示，采用SIMOX技术，在N型硅片上高能注人氧离子，获得了优质商用的SiO₂ 介质隔离的SOI晶片，并在微加工平台上，用MEMS工艺制作耐高温芯片。

利用SIMOX技术的SOI芯片，采用悬臂梁隔离结构,将被测高温流体(或气体)与硅敏感元件相隔离避免了被测物的瞬时高温冲击,解决了2kC瞬时高温冲击的难题,传感器性能指标达到了国际先进水亚,结构图见图7。

针对低成本化和系列化,使得研究成果产业化商品化,研制了通用型高温压力传感器,产品也达到了国际同类产品的先进水亚。[20]

5耐高温压阻式压力传感器展望

制约高温压力传感器的发展有 2个因素:芯片自身质量和耐高温封装工艺。受MEMS工艺微加工偏差的影响,力敏元件一致性差,给后期的温度漂移的补偿带来了很大困难,制约了传感器静态精度和动态响应能力的提高。因此,需对芯片的初测数据进行分析反馈,从而使其制作工艺愈加成熟,成品率上升在封装工艺中,图7中采用了玻璃浆料低温烧结的方法将芯片与弹性元件结合为一体,图 8[20]中采用芯片/玻璃环静电键合技术,然后用高温胶粘结,两种工艺中都需解决材料间热膨胀系数的匹配和应力消除问题,才能进一步拓宽工作温度,提高稳定性,从而实现低成本化。此外,在结构上,针对各行业需求,通过建模分析,解决与之相对应的处理电路,从而扩大产品使用领域,如取代高温熔体压力传感器[21]等,使产品标准化和系列化。

6 结束语

高温压力传感器广泛应用于航空航天、石油化工、汽车等领域高温环境下的压力测量,有着极大的应用前景。国外耐高温压力传感器长期垄断国际市场,随着国内MEMS工艺水平的提高和在敏感元件集成设计和传感器结构设计的突破,必定会在此高新技术领域拥有一席之地。

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