[發(fā)明專利]壓阻式壓力傳感器及其制造方法

無效

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• 申請日: 2012-03-29
• 公開（公告）號: CN103364118A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設計）人: 杜利東;趙湛;方震;肖麗;陳繼超;劉啟明
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18;G01L9/06
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發(fā)明涉及電子行業(yè)傳感器技術領域，尤其涉及一種壓阻式壓力傳感器及其制造方法。

背景技術

壓力參數(shù)的測量在工業(yè)生產、氣象預報、氣候分析、環(huán)境監(jiān)測等領域應用十分廣泛，其中氣象壓力參數(shù)的預報對人們日常生活有重大影響。現(xiàn)有市場上微機電系統(tǒng)(MEMS系統(tǒng))的壓阻式壓力傳感器主要通過離子注入、陽極鍵合技術制作而成。

圖1為現(xiàn)有技術壓阻式壓力傳感器的結構示意圖。如圖1所示，該壓阻式壓力傳感器，其結構包括：普通硅片與玻璃片，普通硅片與玻璃片通過陽極鍵合形成壓阻式壓力傳感器。其中普通硅片上表面通過兩次離子注入工藝制作低摻雜濃度壓力檢測電阻與高摻雜濃度的連接電阻，普通硅片下部通過刻蝕形成壓力空腔。

如圖1所示壓阻式壓力傳感器制作工藝流程為：1)通過離子注入形成壓阻；2)通過再次離子注入形成互聯(lián)電阻；3)通過濺射形成引線盤；4)通過腐蝕工藝形成空腔；5)通過陽極鍵合工藝完成壓力芯片真空封接。

上述MEMS壓阻式壓力傳感器主要采用單晶硅材料通過離子注入制造而成，制造過程中需要進行兩次離子注入形成低摻雜的應變檢測電阻和高摻雜的引線，制作工藝復雜，需要多次退火，增加了傳感器制作成本；其中壓阻電阻同襯底之間采用PN結進行隔離，由于PN結存在一定的漏電流，溫度較高情況下傳感器的穩(wěn)定性變差。同時上述壓阻式壓力傳感器真空封裝主要采用硅玻璃陽極鍵合技術，需要在溫度450℃高溫，且無污染接觸面上進行，制造工藝過程中濕法刻蝕留下的K、Na等金屬離子會嚴重影響鍵合效果。故而存在對鍵合面要求苛刻，成品率低的缺點，而且鍵合后應力大，影響壓阻式壓力傳感器的性能。

發(fā)明內容

(一)要解決的技術問題

為解決上述的一個或多個問題，本發(fā)明提供了一種壓阻式壓力傳感器及其制造方法，以降低壓阻式壓力傳感器真空鍵合工藝難度。

(二)技術方案

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種壓阻式壓力傳感器，其由上而下包括：壓力傳感SOI硅片，其下表面包括第一鍵合種子金屬層；真空鍵合封接片，其上表面包括第二鍵合種子金屬層，該第二鍵合種子金屬層與壓力傳感SOI硅片下表面的第一鍵合種子金屬層通過含錫合金焊料共晶真空鍵合在一起。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種壓阻式壓力傳感器的制備方法，包括：在SOI硅片下表面制作第一鍵合種子金屬層，形成壓力傳感SOI硅片；在真空封接片上表面制作第二鍵合種子金屬層，形成真空鍵合封接片；將壓力傳感SOI硅片和真空鍵合封接片兩者的鍵合種子金屬層相對，通過含錫合金焊料進行真空共晶鍵合，完成壓阻式壓力傳感器的制備。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發(fā)明壓阻式壓力傳感器及其制造方法具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明中，通過銀錫共晶真空鍵合技術，降低了壓阻式壓力傳感器真空鍵合工藝難度，減小了壓阻式壓力傳感器真空鍵合成本；

(2)本發(fā)明中，基于SOI硅片本體上P型摻雜硅器件層通過刻蝕工藝形成壓力檢測電阻，從而避免了采用離子注入方式形成的壓阻電阻存在的PN結漏電流問題，降低了壓阻電阻制作難度，提高了壓力檢測穩(wěn)定性，提高了不同溫度下重復性；

(3)本發(fā)明中，基于銀錫共晶真空鍵合技術的SOI-MEMS壓阻式壓力傳感器具有制造工藝簡單，成本低，壓力器件性能好的優(yōu)點，具有良好的重復性。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術壓阻式壓力傳感器的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例壓阻式壓力傳感器的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例壓阻式壓力傳感器制備方法中執(zhí)行各步驟后元件的剖面示意圖；

圖3A為執(zhí)行標準清洗步驟后的結構示意圖；

圖3B為執(zhí)行形成壓力空腔步驟后的結構示意圖；

圖3C為執(zhí)行形成壓力檢測電阻/測溫電阻步驟后的結構示意圖；

圖3D為執(zhí)行制作絕緣層步驟后的結構示意圖；

圖3E為執(zhí)行形成鍵合窗口步驟后的結構示意圖；

圖3F為執(zhí)行制作鋁電極步驟后的結構示意圖；

圖3G為執(zhí)行形成壓力傳感SOI硅片步驟后的結構示意圖；

圖3H為執(zhí)行形成真空鍵合封裝片步驟后的結構示意圖；

圖3I為執(zhí)行清洗銀錫焊片步驟后的結構示意圖；

圖3J為執(zhí)行共晶鍵合步驟后的結構示意圖。

【主要元件符號說明】

1-SOI硅片本體；????2-銀錫焊片；

3-真空鍵合封裝片；?4-硅基板層；