注氧隔离技术SOI晶圆材料高温压阻效应.pdf

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1、2011钲仪表技术与传感器2011第6期InstrumentTechniqueandSensorNo．6注氧隔离技术SOI晶圆材料高温压阻效应李新，刘沁(1．沈阳工业大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳110178；2．沈阳仪表科学研究院，辽宁沈阳110043)摘要：对注氧隔离技术制备的SOI晶圆顶层硅材料的高温压阻效应，设计并制作研究压阻效应的实验装置与测试样品，在高温条件下，利用悬臂梁结构研究SOl晶圆顶层硅的压阻效应。研究结果表明：在一定的掺杂浓度条件下，硅[110]晶向上的纵向压阻系数随温度的升高而减小，横向压阻系数

2、随温度的升高变化不大。在300oC条件下，硅[110]晶向具有较大的纵向压阻系数和横向阻系数，且性能稳定，适于高温压阻式压力传感器的制作。关键词：压阻效应；注氧隔离；高温中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1002—1841(2011)06—0001—02HighTemperaturePiezoresistiveEfectofSIMOXSOIWaferLIXin，LIUQin(1．ShenyangUniversityofTechnology，Shenyang110023，China；2．ShenyangAcad

3、emyofInstrumentScience，Shenyang110043，China)Abstract~HightemperaturepiezoresistiveeffectofseparationbyimplantationofoxygenSO1waferwasinvest!gated．Theex—perimentalsetupandsamplesweredesignedandfabricated．Underhightemperatureconditions，piezoresistiveeffectofSO1wafe

4、rtoplayersiliconwasanalyzedwiththecantileverstructure．Theresultsshowthatunderthecertaindopingconcentrationcondition，thelongitudinalpiezoresistivecoefficientof[110]crystaldirectionsilicondecreaseswithtemperature，transversepiezoresistiveeo—efficientlesschangeswitht

5、emperature．Underthe300℃conditions，Si[110]crystaldirectionhaslargerlongitudinalandtrans—versepiezoresistivecoeficient，andithasstableperformance，itissuitableforhightemperaturepiezoresistivepressuresensorpro-duction．Keywords：piezoresistiveeffect；separationbyimplanta

6、tionofoxygen；hightemperature0引言阻变化量；or和or分别为电阻受到的纵向和横向应力；仃。和高温压阻式压力传感器通常将敏感电阻制作在绝缘的或7r分别为纵向和横向压阻系数。有绝缘层覆盖的衬底上，以减小在高温条件下的漏电，保证传采用矩形等截面悬臂梁结构研究材料的压阻效应，结构如感器可靠工作。随着材料和工艺的进步，在解决常规扩散硅压图1所示，一端固定，另一端受到集中力F作用时，悬臂梁表力传感器无法胜任高温环境测压的要求这一难题时，提出了多面处的纵向应力为种结构的高温压阻式压力传感器I2J，其中，采用

7、注氧隔离技()：F(2)D凡术SOI晶圆进行高温压阻式压力传感器研制引起了业界普遍关注J。不过，作为一种新型材料，注氧隔离技术SOI晶圆材式中：z为长度；6为宽度；^为厚度。料顶层硅高温条件下的压阻效应尚需深入探讨。文中采用悬臂梁结构来研究该材料的压阻效应，通过在悬臂梁一端施加压力，测量敏感电阻阻值，分析阻值变化和应力的关系，从而研究SOI晶圆材料顶层硅的压阻效应，研究结果将为高温压力传感器的设计与制作提供重要的理论依据。1实验方法材料的压阻系数仃表示在应力作用下，电阻发生的相对变化，扩散硅压阻式压力传感器采用薄膜电阻，

8、在沿薄膜平面任图1悬梁表面电阻受力情况测出悬梁的几何参数，根据式(2)计算出薄膜点产生的意方向的应力或应变作用下，电阻的相对变化为方向和Y方向应力大小，改变F就得到相应的or()的变化。AR／R：丌ll+，r(1)悬臂梁表面硅薄膜电阻、，悬臂梁表面只存在纵向应力or式中：为无应力作用时的电阻值；△为应力作用所引起的电