[發(fā)明專利]MEMS差壓傳感器芯片及制作方法

有效

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• 申請日: 2014-09-05
• 公開（公告）號: CN104236787B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 殷宗平;薛靜靜
• 申請（專利權(quán)）人: 龍微科技無錫有限公司
• 主分類號: G01L13/06
• 分類號: G01L13/06;G01L13/02
• 代理公司: 北京中恒高博知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11249
• 代理人: 高玉濱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及壓力傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種MEMS差壓傳感器芯片及制作方法。

背景技術(shù)

MEMS壓力傳感器具有體積小、重量輕、成本低、線性度好、重復(fù)性高、可靠性高等的特點，是當(dāng)前壓力傳感器發(fā)展的主流方向，將替代傳統(tǒng)各式壓力傳感器。MEMS差壓傳感器是MEMS壓力傳感器發(fā)展的一個重要分支，在工業(yè)自動化控制、汽車、醫(yī)療衛(wèi)生、氣象、消費類電子產(chǎn)品等許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但是當(dāng)前MEMS差壓傳感器芯片大都是采用背面開孔設(shè)計，即通過背面開孔引入基準(zhǔn)壓力，當(dāng)芯片正面施加待測壓力時，傳感器輸出差壓的大小，這在傳感器芯片的封裝及應(yīng)用上有著很大的局限性，不利于差壓傳感器應(yīng)用的推廣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出本發(fā)明MEMS差壓傳感器芯片及制作方法，減小了傳統(tǒng)差壓傳感器的封裝尺寸，促進(jìn)了差壓傳感器的應(yīng)用。保證了測試結(jié)果的精確。減小了封裝時熱應(yīng)力對傳感器的影響。該發(fā)明制造工藝使得襯底與結(jié)構(gòu)層之間連接具有較好的力學(xué)性能，制造工藝簡單，一致性好，生產(chǎn)效率高。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：?

MEMS差壓傳感器芯片，包括位于下部的襯底和位于上部的結(jié)構(gòu)層，?

在所述襯底頂面設(shè)有導(dǎo)壓通道，

在所述上部結(jié)構(gòu)層底面設(shè)有敏感壓力淺腔和基準(zhǔn)壓力淺腔，所述上部結(jié)構(gòu)層頂面與所述敏感壓力淺腔和所述基準(zhǔn)壓力淺腔之間分別為敏感壓力膜和基準(zhǔn)壓力膜，

所述導(dǎo)壓通道連通所述敏感壓力淺腔和所述基準(zhǔn)壓力淺腔，

在所述基準(zhǔn)壓力膜上設(shè)置有貫穿所述基準(zhǔn)壓力膜的導(dǎo)壓孔，

在所述敏感壓力膜頂部設(shè)有壓敏電阻，所述壓敏電阻與金屬引線連接。

進(jìn)一步地，在所述上部結(jié)構(gòu)層頂面覆蓋有絕緣隔離層。

進(jìn)一步地，在所述襯底底面中部設(shè)有熱隔離腔。

進(jìn)一步地，包括以下步驟：

A、在所述襯底頂面光刻，定義出所述導(dǎo)壓通道圖形，

在所述襯底底面光刻，定義出熱隔離腔和槽狀對準(zhǔn)標(biāo)記，然后利用濕法雙面腐蝕形成所述導(dǎo)壓通道、所述熱隔離腔和所述槽狀對準(zhǔn)標(biāo)記；

B、在所述結(jié)構(gòu)層底面上進(jìn)行光刻，定義出所述敏感壓力腔和所述基準(zhǔn)壓力腔的圖形，然后利用濕法腐蝕形成所述敏感壓力腔和所述基準(zhǔn)壓力腔；

C、對所述襯底和所述結(jié)構(gòu)層進(jìn)行鍵合對準(zhǔn)和預(yù)鍵合，然后將預(yù)鍵合后的所述襯底和所述結(jié)構(gòu)層放置在高溫退火爐中進(jìn)行硅硅鍵合退火，所述襯底與所述結(jié)構(gòu)層之間實現(xiàn)硅硅鍵合并形成密封；

D、在所述結(jié)構(gòu)層頂面光刻出所述壓敏電阻所在區(qū)域的圖形，注入離子并擴散，形成所述壓敏電阻；

E、在所述壓敏電阻兩端光刻并刻蝕出引線孔，在所述引線孔內(nèi)濺射金屬形成金屬層，光刻并腐蝕金屬層，形成所述金屬引線；

F、在所述基準(zhǔn)壓力膜上光刻并干法干法刻蝕出所述導(dǎo)壓孔。

進(jìn)一步地，在所述步驟A之前，要選擇單晶硅片作為所述襯底，對所述襯底表面進(jìn)行熱氧化形成氧化層；在所述步驟A之后要去除所述氧化層；

在所述步驟B之前，要選擇SOI硅片作為所述結(jié)構(gòu)層，對所述結(jié)構(gòu)層進(jìn)行熱氧化形成熱氧化層，然后進(jìn)入LPCVD淀積低應(yīng)力氮化硅，形成氮化硅層；在所述步驟B之后，要去除所述熱氧化層和所述氮化硅層。

進(jìn)一步地，所述襯底和所述結(jié)構(gòu)層之間進(jìn)行硅硅鍵合，形成密封；在所述步驟C之前，要對所述襯底和所述結(jié)構(gòu)層進(jìn)行兆聲波清洗和表面處理。

進(jìn)一步地，所述硅硅鍵合退火的溫度為1100攝氏度，時間為1小時。

本發(fā)明MEMS差壓傳感器芯片及制作方法，實現(xiàn)了將待測壓力與基準(zhǔn)壓力放置于差壓傳感器芯片同一面上，該芯片可以采用表貼封裝，減小了傳統(tǒng)差壓傳感器的封裝尺寸，促進(jìn)了差壓傳感器的應(yīng)用。該發(fā)明采用將基準(zhǔn)壓力膜和敏感壓力膜相隔離的設(shè)計，保證了測試結(jié)果的精確。同時，傳感器襯底采用熱隔離腔設(shè)計，減小了封裝時熱應(yīng)力對傳感器的影響。該發(fā)明采用基于硅硅鍵合的體硅工藝制造，具有較好的力學(xué)性能，制造工藝簡單，一致性好，生產(chǎn)效率高。導(dǎo)壓通道和熱隔離結(jié)構(gòu)利用濕法腐蝕雙面同步加工，實現(xiàn)敏感壓力膜應(yīng)力均勻分布并簡化加工工藝。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述MEMS差壓傳感器芯片的主視截面示意圖；

圖2為本發(fā)明所述MEMS差壓傳感器芯片的俯視示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性，不應(yīng)對本發(fā)明的保護(hù)范圍有任何的限制作用。

如圖1和圖2所示的MEMS差壓傳感器芯片，包括位于下部的襯底1和位于上部的結(jié)構(gòu)層2，?