[發明專利]壓力傳感器及其制造方法

在審

• 申請號: 202110093640.1
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112924058A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 趙懌;周志健;熊娟;余倫宙
• 申請（專利權）人: 慧石（上海）測控科技有限公司
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18;G01L9/06;B81C1/00
• 代理公司: 深圳國新南方知識產權代理有限公司 44374
• 代理人: 周雷

本發明涉及一種壓力傳感器及其制造方法，壓力傳感器包括襯底結構、頂層結構以及敏感膜層結構，頂層結構包括第一硅層、設于第一硅層背面的第一絕緣層、設于第一絕緣層背面的壓阻層以及設于第一硅層正面的頂層第一下絕緣層；頂層結構上形成有貫穿頂層第一下絕緣層、第一硅層及第一絕緣層的淀積孔及梁孔，淀積孔的孔壁上形成有孔壁絕緣層；襯底結構的上表面向下凹陷形成鍵合槽，頂層結構倒置與襯底結構上，頂層第一下絕緣層的正面朝向襯底結構，淀積孔與鍵合槽連通；敏感膜層結構形成于孔壁絕緣層的內壁且向下延伸并包覆鍵合槽的內壁與頂層結構的下表面。該壓力傳感器形成梁?膜應力集中結構，達到測量微小壓力的目的。

技術領域

本發明涉及壓力傳感器技術領域，特別是涉及一種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、重量輕及響應快等優點，有著巨大的應用前景。尤其是MEMS壓力傳感器，在汽車電子、消費類產品及工業控制等領域有巨大的應用。目前，MEMS壓力傳感器多采用普通雙面拋光晶圓或單層SOI晶圓制成。

對于由普通雙面拋光晶圓制成的壓力傳感器，雖然可以同時形成“梁-膜-島”應力集中結構，但其壓阻只能采用PN結型實現互相電學隔離，限制了使用溫度范圍，不能滿足在大于150℃環境溫度下的測量需求，此外，現有技術中，由普通雙面拋光晶圓制成的壓力傳感器的梁、膜以及島結構的厚度都是由刻蝕深度決定，其取決于刻蝕速率與刻蝕時間，很難保證批量加工器件的一致性。

對于由單層SOI晶圓制成的壓力傳感器，為了滿足高溫測量的要求，其采用SOI晶圓的頂層硅作為壓阻，采用物理隔離方式實現高溫測量。但是，這種方式雖然滿足可高溫測試需求，卻無法加工梁結構，只能采用“膜-島”一次應力集中結構，相比于“梁-膜-島”兩次應力集中結構，降低了器件的靈敏度。

發明內容

基于此，本發明提供一種壓力傳感器及其制造方法，形成梁-膜應力集中結構，達到測量微小壓力的目的。

一種壓力傳感器，包括襯底結構、頂層結構以及敏感膜層結構，所述頂層結構包括第一硅層、設于所述第一硅層背面的第一絕緣層、設于所述第一絕緣層背面的壓阻層以及設于所述第一硅層正面的頂層第一下絕緣層；所述頂層結構上形成有貫穿所述頂層第一下絕緣層、所述第一硅層及所述第一絕緣層的淀積孔及梁孔，所述淀積孔的孔壁上形成有孔壁絕緣層；

所述襯底結構的上表面向下凹陷形成鍵合槽，所述頂層結構倒置與所述襯底結構上，所述頂層第一下絕緣層的正面朝向所述襯底結構，所述淀積孔與所述鍵合槽連通；

所述敏感膜層結構形成于所述孔壁絕緣層的內壁且向下延伸并包覆所述鍵合槽的內壁與所述頂層結構的下表面。

上述壓力傳感器，采用所述第一硅層作為梁-膜應力集中結構中的“梁”層，利用形成于所述孔壁絕緣層的內壁且向下延伸并包覆所述鍵合槽的內壁與所述頂層結構的下表面的敏感膜層結構制作梁-膜應力集中結構中的“膜”層，該壓力傳感器能夠加工出薄的壓力敏感膜，用來測量微小壓力，同時又很好的利用晶圓的特性，使得壓阻結構(壓阻層)沒有PN結，可以耐高溫(大于150℃)工作。

在其中一個實施例中，所述敏感膜層結構包括壓力敏感膜以及敏感膜絕緣層，所述壓力敏感膜形成于所述孔壁絕緣層的內壁且向下延伸并包覆所述鍵合槽的內壁與所述頂層結構的下表面，所述敏感膜絕緣層形成在所述壓力敏感膜上并包覆所述壓力敏感膜。

在其中一個實施例中，所述頂層結構還包括形成在所述頂層第一下絕緣層正面的厚半導體材料層以及包覆所述厚半導體材料層的頂層第二下絕緣層，所述厚半導體材料層用作島結構；所述厚半導體材料層鍵合于所述鍵合槽內并與所述鍵合槽形成間隙。

在其中一個實施例中，所述頂層結構還包括淀積在所述第一絕緣層的上表面并包覆所述壓阻層的絕緣保護層，所述絕緣保護層上形成有與所述壓阻層對應的至少一個導電接觸孔；