SOI（Silicon On Insulator）高溫壓力傳感器具有耐高溫，低功耗,，抗輻照能力優(yōu)異等特點,，在未來具有廣闊的市場前景,。如何制作與生產(chǎn)適宜高溫環(huán)境下應(yīng)用的壓力傳感器,，一直受到國內(nèi)外眾多生產(chǎn)企業(yè)與用戶的關(guān)注,。SOI高溫壓力傳感器從原理上說是一種硅壓阻式壓力傳感器。利用SOI的單晶硅膜制備的壓敏電阻條,，其靈敏度較多晶硅電阻條高,，且在高溫下仍具有較好的壓阻效應(yīng),；在相同尺寸下，SOI結(jié)構(gòu)的漏電流比硅PN結(jié)低3個數(shù)量級,，因此SOI材料適合研制高溫壓力傳感器,。

多晶硅高溫壓力傳感器是目前傳感器市場上用于在高溫壓力測量領(lǐng)域中替代擴散硅壓力傳感器理想產(chǎn)品，但多晶硅在結(jié)構(gòu)上存在長程無序性,，使多晶硅電阻膜的靈敏度要低于單晶硅電阻膜的靈敏度,。如果用單晶硅電阻膜替代多晶硅電阻膜，可以獲得良好的高溫性能和更高的靈敏度,。

利用單晶硅(Single-crystalline silicon)取代多晶硅有兩種可行的方式,。第一是量產(chǎn)微機械加工(Bulk micromachining)，利用深層蝕刻技術(shù)將量產(chǎn)晶圓與基板區(qū)隔開來,；這種技術(shù)適合應(yīng)用在垂直高度大于100mm的材料結(jié)構(gòu),。然而這種作法面臨的挑戰(zhàn)則是須精準地控制蝕刻深度，且在MEMS結(jié)構(gòu)底下進行橫向的蝕刻,，其作業(yè)難度會更高,。第二種方法則是使用SOI，這種技術(shù)提供單晶硅的所有優(yōu)點,，加上固定的薄膜厚度確保能針對移動零件生產(chǎn)出精準的振蕩頻率,。基于這種想法,，天津大學(xué)姚素英教授等人,，目前正對單晶硅SOI高溫壓力傳感器的可行性以及制作工藝進行深入的研究。該傳感器用單晶硅材料做應(yīng)變電阻,，并以一層SiO₂薄膜將硅襯底與應(yīng)變電阻層隔離,，形成單晶硅SOI結(jié)構(gòu)。其制作方法是,，用硅片直接鍵合減薄的單晶硅SOI材料,，襯底為高電阻率P型單晶硅，然后對單晶硅進行高濃度B擴散,，并用等離子體干法刻蝕電阻條,，用LPCVD法雙面淀積Si₃N₄保護膜，背面光刻腐蝕窗口,，各向異性腐蝕硅杯,；最后光刻引線孔，并做多層金屬化,。上述步驟完成后,，再對芯片進行靜電封接、壓焊,、封裝等后道工序,。

SOI技術(shù)最初是用來針對軍事與太空領(lǐng)域研發(fā)與生產(chǎn)高可靠度的電子零件,，但如今則應(yīng)用在主流市場的高效能IC，如超高速的微處理器,。就像各種電子應(yīng)用,，SOI很快就吸引了MEMS、光學(xué)MEMS,、微光電型電路,、及其它需要應(yīng)用類似材料設(shè)計者的目光。在SOI結(jié)構(gòu)中,，單晶硅薄膜與單晶硅基板之間透過埋入式非固定型二氧化硅(buried amorphous SiO2)加以隔離,，因此SiO₂架構(gòu)在這類應(yīng)用中能提供許多優(yōu)點。大量鑄造SOI晶圓主要是運用Smart Cut技術(shù),。氫布植的能量會決定單晶硅層的厚度與均勻度,，而單硅晶層是從一個「種子」晶圓轉(zhuǎn)換成「生產(chǎn)」晶圓的。種子晶圓可重復(fù)循環(huán)回收,，供日后生產(chǎn)之用,。埋入氧化層(Buried oxide)是傳統(tǒng)的熱氧化層(thermal oxide)，運用標準的布植工具可生產(chǎn)出厚度為1.5mm,、均勻度低于5% (3s)的硅薄膜,。將離子能量提高至>200keV可提高薄膜厚度，但業(yè)者通常在SOI晶圓上采用更簡單的傳統(tǒng)磊晶長成技術(shù),，將薄膜厚度提高至數(shù)微米,。這種技術(shù)的好處是不會受限于SOI。MEMS產(chǎn)業(yè)在這方面采用的多層式材料包括熔融石英層上覆硅,，或石英,、玻璃層上覆硅、氧化硅上覆碳化硅(SiC),、氧化硅上覆磷化銦(InP)或砷化鎵(GaAs)等材料,。與多晶硅壓力傳感器相比，單晶硅做應(yīng)變電阻材料,，具有較高的靈敏度,，單晶硅材料具有相同高的縱向和橫向靈敏因子，有利于設(shè)計優(yōu)良的壓阻電橋,，保證傳感器有最大的輸出,；應(yīng)變電阻與襯底之間用SiO₂介質(zhì)層隔離，減小了漏電流,，顯著提高了傳感器的工作溫度范圍,；由于Si與SiO₂之間的直接鍵合，接觸面很匹配，沒有其它過濾層,，避免了附加應(yīng)力的產(chǎn)生,，提高了傳感器的電學(xué)與力學(xué)特性,；同時,，單晶硅SOI傳感器的制作工藝與傳統(tǒng)的CMOS制作工藝兼容，易于實現(xiàn)集成化,。所以這是一種性能理想的高溫壓力傳感器,。微機電系統(tǒng)(MEMS)目前正經(jīng)歷一場大革命。愈來愈多的業(yè)者從量產(chǎn)型硅晶圓轉(zhuǎn)移至絕緣層上覆硅(Silicon-on-insulator,，SOI)─這波革命背后最主要的推動力量,，是因為芯片制造商愈來愈了解到SOI能提升效能與功能，并能解決各種功耗問題,。

目前,，美國Kulite公司采用BESOI（Back-etching SOI）技術(shù)研發(fā)了XTEH-10LAC-190（M）系列高溫表壓傳感器，實現(xiàn)了無引線封裝,，可在480℃下長期穩(wěn)定工作,，代表了目前SOl壓力傳感器的最高水平。2009年,，馬里蘭大學(xué)-巴爾迪默分校的Guo Shuwen等人研制了基于極薄重摻雜壓阻膜的SOI高溫壓力傳感器,，在將壓阻膜厚度減小到0.34um、載流子濃度提高到2×l0¹⁸cm3時,，傳感器短時間最高工作溫度達到600℃,；傳感器在500℃高溫下連續(xù)工作50個小時后，滿量程輸出偏離小于0.19%,。除此以外,，意大利Gefan公司和法國的LET1研究所研制的SOI高溫壓力傳感器均能在400℃下穩(wěn)定工作。國內(nèi)西安交通大學(xué)采用SIMOX（Separation by Implantation of Oxygen）技術(shù)成功研發(fā)出能在250℃下工作的壓力傳感器產(chǎn)品,，天津大學(xué),、中北大學(xué)也進行了相關(guān)的研究，目前仍處于原理樣機階段,，主要指標及長期穩(wěn)定性較Kulite的產(chǎn)品仍有較大差距,，高溫壓力傳感器制備工藝相對成熟，也是目前市場上最常見的一種高溫壓力產(chǎn)品,。但受高溫下硅壓阻系數(shù)退化,、高溫漏電流增大以及硅高溫蠕變等因素的限制，傳感器難以在500℃或更高溫度的環(huán)境下長期工作,。本文源自澤天傳感,，轉(zhuǎn)載請保留出處。