[發(fā)明專利]一種MEMS電容式壓力傳感器芯片及其制造工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110362791.2
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN112857628B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 不公告發(fā)明人
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門市敬微精密科技有限公司
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14;G01L9/12
• 代理公司: 廈門律嘉知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 35225
• 代理人: 李增進(jìn);溫潔

1.一種MEMS電容式壓力傳感器芯片，其特征在于，包括：

第一晶圓，包括相互鍵合連接的第一結(jié)構(gòu)層和可動電極層，所述的可動電極層通過整體刻蝕穿透形成相互物理電氣隔離的第一封閉環(huán)、參考電容極板和可動電容極板，所述的參考電容極板和可動電容極板上分別設(shè)有第一接觸電極，所述第一結(jié)構(gòu)層的頂部開設(shè)有凹腔，所述可動電容極板位于所述凹腔正下方；

第二晶圓，包括相互鍵合連接的固定電極層和第二結(jié)構(gòu)層，所述的固定電極層通過整體刻蝕穿透形成相互物理電氣隔離的第二封閉環(huán)和固定電容極板，所述的固定電容極板上設(shè)有第二接觸電極，固定電容極板頂部開設(shè)有淺腔，所述的第二封閉環(huán)在兩第一接觸電極對應(yīng)的位置上分別開設(shè)有用于背部引線的第一通孔，所述的第二結(jié)構(gòu)層在所述第二接觸電極以及兩個第一通孔對應(yīng)的位置上分別開設(shè)有用于背部引線的第二通孔；

所述的固定電極層和可動電極層相互鍵合連接，所述淺腔位于所述可動電容極板正下方；所述第二結(jié)構(gòu)層遠(yuǎn)離固定電極層的一側(cè)表面、第一通孔的側(cè)壁面和第二通孔的側(cè)壁面上分別形成有絕緣層；在所述的第一接觸電極和第二接觸電極的開窗區(qū)域上制作導(dǎo)電薄膜。

2.如權(quán)利要求1所述的一種MEMS電容式壓力傳感器芯片，其特征在于：所述第一結(jié)構(gòu)層在遠(yuǎn)離可動電極層的一側(cè)表面形成有保護(hù)層。

3.如權(quán)利要求2所述的一種MEMS電容式壓力傳感器芯片，其特征在于：所述的保護(hù)層為二氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氧化鋁薄膜中的一種或復(fù)合膜系。

4.如權(quán)利要求1所述的一種MEMS電容式壓力傳感器芯片，其特征在于：所述的絕緣層為二氧化硅薄膜、氮化硅薄膜中的一種或復(fù)合膜系。

5.如權(quán)利要求1所述的一種MEMS電容式壓力傳感器芯片，其特征在于：所述的第一接觸電極和第二接觸電極為Al膜、Ta膜、W膜、Cr膜、Au膜、Cu膜、Ti膜、Pt膜的一種或復(fù)合膜系。

6.如權(quán)利要求1所述的一種MEMS電容式壓力傳感器芯片，其特征在于：所述的第二通孔由內(nèi)至外呈倒錐形或柱形。

7.如權(quán)利要求1所述的一種MEMS電容式壓力傳感器芯片，其特征在于：所述淺腔的深度為5～20μm。

8.如權(quán)利要求1所述的一種MEMS電容式壓力傳感器芯片，其特征在于：所述第一結(jié)構(gòu)層、可動電極層和固定電極層的材質(zhì)為單晶硅、多晶硅、碳化硅、金屬薄膜中的一種。

9.如權(quán)利要求1所述的一種MEMS電容式壓力傳感器芯片，其特征在于：所述第二結(jié)構(gòu)層的材質(zhì)為單晶硅、多晶硅、碳化硅、玻璃中的一種。

10.一種如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的MEMS電容式壓力傳感器芯片的制造工藝，其特征在于，包括如下步驟：

S1、準(zhǔn)備第一SOI晶圓，在第一SOI晶圓的頂層刻蝕形成未穿透第一SOI晶圓頂層的凹腔，底層通過整體穿透刻蝕形成相互物理電氣隔離的第一封閉環(huán)、參考電容極板和可動電容極板；

S2、準(zhǔn)備第二SOI晶圓，將第二SOI晶圓的頂層整體穿透刻蝕形成相互物理電氣隔離的第二封閉環(huán)和固定電容極板，在第二封閉環(huán)上整體穿透刻蝕形成第一通孔，在固定電容極板頂部刻蝕形成淺腔，在第二SOI晶圓的底層相應(yīng)位置上整體穿透刻蝕形成第二通孔；

S3、分別對第一SOI晶圓和第二SOI晶圓進(jìn)行熱氧化，在第一SOI晶圓底面和第二SOI晶圓頂面分別形成氧化層；

S4、將第一SOI晶圓和第二SOI晶圓進(jìn)行對準(zhǔn)鍵合，使得淺腔位于可動電容極板的正下方，完成晶圓級封裝；

S5、通過刻蝕工藝，對需要做第一接觸電極和第二接觸電極的區(qū)域先進(jìn)行光刻圖形化，再通過刻蝕完全去除第一接觸電極和第二接觸電極區(qū)域的表面氧化層，完成開窗刻蝕；

S6、通過薄膜沉積工藝，在第一接觸電極和第二接觸電極的開窗區(qū)域上制作導(dǎo)電薄膜；

S7、對制作好導(dǎo)電薄膜的鍵合晶圓進(jìn)行熱處理，形成歐姆接觸，最后劃片形成單個MEMS電容式壓力傳感器芯片。