[發明專利]一種適合表面貼裝工藝的壓阻式壓力傳感器及其制造方法

有效

• 申請號: 201710381881.X
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107176585B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 周志健;朱二輝;陳磊;楊力建;于洋;鄺國華
• 申請（專利權）人: 廣東合微集成電路技術有限公司
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81C1/00;G01L1/18
• 代理公司: 廣東莞信律師事務所 44332
• 代理人: 曾秋梅

本發明涉及一種適合表面貼裝工藝的壓阻式壓力傳感器及其制造方法。使用的晶圓結構包括襯底半導體材料和頂層半導體材料及絕緣層，在襯底半導體材料內與絕緣層界面位置設有空腔；頂層半導體材料和襯底半導體材料為反相摻雜；襯底半導體材料上設有電隔離溝槽；被電隔離溝槽包圍的襯底半導體材料形成有電接觸孔，電接觸孔內重摻雜、沉積金屬，形成電通道及金屬引腳；在頂層半導體材料上形成有壓力傳感器的壓阻條、電學引線區及電學連接孔；電學引線區與部分壓阻條及電隔離溝槽包圍的襯底半導體材料重合；電連接孔在電學引線區和襯底半導體材料的重合區域內；在電學連接孔內沉積導電層形成電連接通道。本發明的壓阻式壓力傳感器便于后續與相應控制電路(IC)實現三維(3D)封裝，成本低。

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，具體涉及一種適合表面貼裝工藝的壓阻式壓力傳感器及其制造方法。

背景技術

隨著物聯網等行業的興起，MEMS(Micro electro Mechanical Systems，微機電系統)傳感器由于其體積小，功耗低，重量輕，響應快等優點，有著巨大的應用前景。尤其是MEMS壓力傳感器，在汽車電子、消費類產品、工業控制等領域有巨大的應用。

目前，MEMS傳感器需要和相應的控制IC一起使用，實現具體的功能，將MEMS傳感器和相應控制IC封裝在一個封裝模塊中，目前有兩種方式：(1)將MEMS傳感器和相應控制IC并列放在一個封裝基底上，通過引線鍵合實現MEMS傳感器和相應控制IC以及與封裝模塊引腳的電連接；(2)通過倒裝焊形式的三維(3D)封裝，以堆疊方式將MEMS傳感器和相應控制IC封裝在一個模塊中。與通過引線鍵合方式比，倒裝焊形式的3D封裝的電連接可靠性更高，封裝結構面積更小。一般加工的半導體器件及MEMS傳感器，其金屬引腳(Pad)一般在器件表面，為了方便實現MEMS傳感器倒裝焊形式的3D封裝，業界的辦法一般是通過硅通孔(TSV)技術，形成器件表面的金屬引腳(Pad)與器件底部的電通道，將金屬引腳放在器件的底部，以便實現器件和封裝基底或者其它器件之間的電連接。但傳統的TSV技術一般需要在通孔中電鍍銅，以形成電通道，但電鍍銅后，后續工藝就不能進行高溫工藝(≤500℃)，限制了后續器件加工的工藝可選擇性及工藝先后順序的靈活性，造成后續加工的困難。此外電鍍銅后，由于銅和半導體材料熱膨脹系數的不匹配，會產生殘余應力，影響器件性能；而且電鍍銅工藝和傳統的CMOS工藝不兼容。也有一些通過在晶圓上形成電隔離溝槽，用電隔離溝槽包圍的晶圓材料作為電通道，將電信號引到器件底部，但一般都是需要使用兩個晶圓，分別加工，通過鍵合方式實現，工藝復雜，加工成本高，而且晶圓厚度比較厚，由于目前加工工藝深寬比一般最大可以做到20:1，形成貫穿晶圓的電隔離溝槽比較困難，一般都沒有開通孔，而是通過減薄暴露電通道，減薄時由于器件已經做好，為了保護減薄過程中器件不受損傷，還需要臨時鍵合，增加器件加工成本。

相關技術的公開文獻有：

1、《Design and realize of 3D integration of pressure sensors systemwith through silicon Via(TSV)approach》(基于硅通孔技術技術的壓力傳感器系統的3維集成的設計及制作)

2011美國電氣電子工程師學會(IEEE)電子封裝及高密度封裝國際會議(2011International Conference on Electronics Packaging Technology&HighDensity Packaging 2011 IEEE)上公開了該文章；該文公開了通過首先形成壓力傳感器(功能芯片)，然后在壓力傳感的金屬引腳(Pad)上通過TSV技術在晶圓底部加工深孔。由于晶圓很厚，深孔貫穿整個晶圓加工比較困難，孔沒有貫通整個晶圓，后續通過硅-玻璃臨時鍵合，在采用機械化學研磨(CMP)晶圓底部，露出孔，然后在孔壁進行電絕緣處理，而后電鍍銅，然后形成芯片底部的金屬引腳(Pad)，將壓力傳感器的電信號端引到芯片底部。