智能传感器的集成技术

《智能传感器的集成技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、目录第1章概述第2章智能传感器系统中经典传感技术基础第3章不同集成度智能传感器系统介绍第4章智能传感器的集成技术第5章智能传感器系统智能化功能的实现方法第6章通信功能与总线接口第7章智能技术在传感器系统中的应用第8章智能传感器系统的设计与应用第9章无线传感器网络技术概述第4章智能传感器的集成技术要点：集成电路工艺及典型元件电路的示例；微机械工艺及微机械结构的示例；集成智能传感器系统示例。第4章智能传感器的集成技术集成电路的基本工艺——制作传感器的电路部分，主要包括：材料的生长、扩散、离子注入、外延、光刻、腐蚀等。微机械

2、加工技术是在集成电路工艺的基础上发展起来的，制作传感器的敏感单元。推荐一本参考书：《微传感器与微执行器全书》(MICROMACHINEDTRANSDUCERSSOURCEBOOK)[美]GregoryT.A.Kovacs张文栋等译[北京]科学出版社不同深宽比示意图(100)硅片各向异性腐蚀图§4.1集成电路的基本工艺§4.1.1晶片的制备单晶硅片是制造半导体智能传感器最主要的材料，所以有必要先了解单晶硅片是怎么制造出来的。直拉单晶炉介绍生长单晶硅的装置：1）炉子：包括石英坩埚、石墨基座、旋转装置、加热元件及电源；2）单

3、晶提拉机构：籽晶夹持器及旋转装置；3）保护气体控制系统：气体源、流量控制装置、抽气系统。对籽晶的要求：晶向要合适[111]；要使生长出来的晶体有一定的掺杂浓度，在熔体中加入一定量的掺杂剂；切片的主要参数：表面晶向、厚度、斜度及弯曲度。衬底材料的选择：1）导电类型和电阻率：力敏器件多数是选N型单晶硅作衬底材料，采用扩散或离子注入工艺制作P型掺杂电阻。＊同一电阻率的P型硅掺杂浓度高于N型掺杂浓度。掺杂浓度越高，温度漂移越小。＊相同温度相同表面杂质浓度下，P型层的压阻系数比N型层的高，有利于提高灵敏度。2）位错密度：位错是单

4、晶硅的原子排列上出现一种缺陷；位错会加快杂质扩散速度，影响隔离效果，产生应力集中。3）晶向和晶面压阻效应与晶向有关，P型硅的压阻效应是[111]>[110]>[100]；硅单晶的原子密度是以晶面(111)>(110)>(100)的次序递减，而扩散速度、腐蚀速度以（111）<(110)<(100)的顺序递增。制作力敏器件，为加快扩散速度，缩短腐蚀时间和提高器件的稳定性，应选取（100）、（110）晶面。4）衬底切割的质量要求＊硅片厚度公差±0.015mm；＊平行度0.02mm；＊晶向偏差：<1°；＊弯曲度：影响加工量，一

5、般要求<磨片磨削量的1/2。§4.1.2外延作用：控制杂质分布，优化器件和电路性能方法：气相外延（VPC）；液相外延（LPC）；分子束外延（MBE）。主要目的：通过一种化学反应的方式，在硅基片的表面生长一层所需的膜层，如掺杂层的生成。优点：在远低于熔点的温度下生长。气相外延常用的三种基座（a）水平型（b）圆盘型（c）桶型选择性外延生长的三种可能方案§4.1.3热氧化主要是生成半导体电路中所需的氧化层，如MOSFET电路中的栅氧化层，场氧化层。氧化层的作用：隔离层、钝化层方法：干氧氧化（高纯度干燥氧气）湿氧氧化（高纯度水

6、蒸气）特点：干氧氧化（慢、性能好）湿氧氧化（快，用于较厚氧化层）反应条件：T：900～1000℃；v（气体流量）：1cm3/s，ΔT＝±1℃；钝化膜的作用：起掩蔽、保护、绝缘等作用；防止高温下硅表面以及硅中杂质的挥发，以及化学处理而引起的器件电学性能下降。电阻加热氧化炉结构示意图§4.1.4物理气相淀积作用：淀积一些金属材料，作为电极或连线；对器件进行金属化。方法：真空蒸发淀积（辉光放电）——用于铝等熔点较低的材料；物理溅射淀积（分直流、射频、磁控、离子束）——用于难熔金属或化合物材料。图4-6有错误，电源极性倒过来。

7、直流射频磁控溅射离子束气压高（1.3～13.3Pa）0.133Pa0.133Pa（1.33×10-3Pa）高真空只能用于导电材料用于绝缘靶薄膜均匀性好，淀积速率高1μm/min可用于绝缘靶，淀积速率高蒸镀、平面溅射、S枪溅射台阶覆盖能力示意图§4.1.5化学气相淀积作用：淀积用于分立器件和集成电路绝缘和钝化的介质膜，与物理气相淀积相比产生化学反应。方法：常压化学气相淀积低压化学气相淀积等离子体化学气相淀积CVDLPCVDPCVD用于金属化工艺用于钝化器件、绝缘膜作器件最终钝化膜温度高温度中等（750℃）温度低（300℃

8、）薄膜电阻，氮化硅膜氮化硅膜§4.1.6光刻光刻工艺是利用光刻胶受光照部分与未受光照部分溶解特性的巨大差异在衬底表面制作图形的技术。这有点类似照相底片的功能。热壁低压化学气相淀积反应器原理图1、光刻工艺流程光刻胶分：正性光刻胶（曝光部分被溶解）；负性光刻胶（又叫反转片）。工艺步骤：清洗、烘烤→涂胶（厚度取决于光刻胶种类、旋转速度、