[發(fā)明專利]銀錫共晶真空鍵合金屬應(yīng)變式MEMS壓力傳感器及其制造方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210103968.8
• 申請(qǐng)日: 2012-04-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103364120A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜利東;趙湛;方震;肖麗;陳繼超;劉啟明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01L1/22
• 分類號(hào): G01L1/22;B81C1/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種MEMS(微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical?Systems)壓力傳感器及其制造方法，特別是基于銀錫共晶真空鍵合技術(shù)的鎳鉻合金應(yīng)變式MEMS壓力傳感器及其制造方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的壓阻式壓力傳感器主要采用單晶硅材料并通過(guò)離子注入的工藝制造而成，該制造工藝需要進(jìn)行兩次離子注入以形成低摻雜的應(yīng)變檢測(cè)電阻和高摻雜的引線，因此需要多次退火，增加了傳感器的制作成本且工藝復(fù)雜。這種工藝制造的壓力傳感器中的壓阻電阻同襯底之間采用PN結(jié)進(jìn)行隔離，由于PN結(jié)存在一定的漏電流，因此這將使壓力傳感器的穩(wěn)定性變差。并且，由于PN結(jié)漏電流受溫度影響較大，因此無(wú)法在較寬的溫度范圍內(nèi)使用。

現(xiàn)有壓阻式壓力傳感器真空封裝主要采用硅玻璃陽(yáng)極鍵合技術(shù)，硅玻璃陽(yáng)極鍵合溫度為450℃，需要無(wú)污染接觸面，濕法刻蝕留下的K、Na等金屬離子會(huì)嚴(yán)重影響鍵合效果，因此這種技術(shù)存在對(duì)鍵合面要求苛刻的缺點(diǎn)，且成品率低下。并且，鍵合后應(yīng)力大影響壓力傳感器的性能。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有壓阻式壓力傳感器應(yīng)變檢測(cè)成本高以及降低壓阻式壓力傳感器真空鍵合工藝難度大的問(wèn)題。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種應(yīng)變式MEMS壓力傳感器，包括壓力檢測(cè)片、焊片和封接片，所述壓力檢測(cè)片、焊片和封接片由上至下依次疊置，其中所述焊片將所述壓力檢測(cè)片和所述封接片進(jìn)行共晶鍵合。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述的壓力檢測(cè)片的下方包括一個(gè)第一鍵合種子層，所述封接片的上方包括一個(gè)第二鍵合種子層，所述第一鍵合種子層和第二鍵合種子層均與焊片在真空環(huán)境中進(jìn)行共晶鍵合。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述焊片由合金焊料構(gòu)成，所述第一鍵合種子層和第二鍵合種子層由金屬構(gòu)成。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述焊片由銀錫、金錫、銅錫中的一種合金焊料構(gòu)成，所述第一鍵合種子層和第二鍵合種子層由金鉻疊加層構(gòu)成。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述壓力檢測(cè)片包括一個(gè)硅層，在該硅層的上表面以該硅層為中心由內(nèi)向外疊置有一個(gè)上二氧化硅層和一個(gè)上氮化硅層，在該硅層的下表面以該硅層為中心由內(nèi)向外疊置有一個(gè)下二氧化硅層和一個(gè)下氮化硅層。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，在所述的壓力檢測(cè)片的上氮化硅層的上方，由下至上還設(shè)置有電阻層、外二氧化硅層和電極，所述電阻層包括應(yīng)變電阻和溫變電阻。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述應(yīng)變電阻由鎳鉻合金構(gòu)成。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，在所述的壓力檢測(cè)片的下部，開(kāi)有一個(gè)向下開(kāi)口的空腔，該空腔的深度穿透過(guò)所述下氮化硅層、下二氧化硅層，以及部分的硅層。

本發(fā)明還提供一種制造應(yīng)變式MEMS壓力傳感器的方法，包括如下步驟：在一個(gè)由硅片構(gòu)成的硅層的上表面以該硅層為中心由內(nèi)向外疊置一個(gè)上二氧化硅層和一個(gè)上氮化硅層，在該硅層的下表面以該硅層為中心由內(nèi)向外疊置有一個(gè)下二氧化硅層和一個(gè)下氮化硅層，得到應(yīng)變式MEMS壓力傳感器的的壓力檢測(cè)層，對(duì)上述步驟形成的壓片檢測(cè)片的下二氧化硅層、下氧化硅層和硅層的下部進(jìn)行開(kāi)口，形成一個(gè)向下開(kāi)口的空腔；還包括如下步驟：在所述壓力檢測(cè)片的下部，以及在一個(gè)封接片的上部，分別制作一個(gè)第一鍵合種子層和一個(gè)第二鍵合種子層；將所述壓力檢測(cè)片、焊片、封接片按照由上到下的順序?qū)盈B在真空環(huán)境中進(jìn)行共晶鍵合。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，在形成第一鍵合種子層和一個(gè)第二鍵合種子層的步驟之前，還包括如下步驟：在所述壓力檢測(cè)片的上氮化硅層上形成應(yīng)變電阻和溫變電阻；接著，對(duì)所述壓力檢測(cè)片進(jìn)行退火；在所述壓力檢測(cè)片的上表面形成外二氧化硅層，使得所述外二氧化硅層覆蓋應(yīng)變電阻和溫變電阻；在壓力檢測(cè)片的上表面形成貫穿所述外二氧化硅層的，并且與所述應(yīng)變電阻、溫變電阻相連接的電極。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述應(yīng)變電阻由鎳鉻合金構(gòu)成。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述焊片由合金焊料構(gòu)成，所述第一鍵合種子層和第二鍵合種子層由金屬構(gòu)成。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述焊片由銀錫、金錫、銅錫中的一種合金焊料構(gòu)成，所述第一鍵合種子層和第二鍵合種子層由金鉻疊加層構(gòu)成。

(三)有益效果

本發(fā)明的應(yīng)變式MEMS壓力傳感器采用普通硅片為壓力敏感膜，利用鎳鉻合金檢測(cè)應(yīng)變，基于銀錫共晶真空鍵合技術(shù)形成壓力檢測(cè)元件，因此具有制造工藝簡(jiǎn)單、成本低、壓力器件性能好的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的重復(fù)性和可批量生產(chǎn)；