[發明專利]一種MEMS電容式壓力傳感器芯片及其制造工藝

有效

• 申請號: 202110362791.2
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN112857628B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）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: 廈門律嘉知識產權代理事務所(普通合伙) 35225
• 代理人: 李增進;溫潔

本發明公開了一種MEMS電容式壓力傳感器芯片，包括第一晶圓和第二晶圓。第一晶圓包括相互鍵合的第一結構層和可動電極層，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、參考電容極板和可動電容極板。第一結構層頂部開設有凹腔，可動電容極板位于凹腔下方；第二晶圓包括相互鍵合的固定電極層和第二結構層，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和固定電容極板。固定電極層和可動電極層相互鍵合連接。本發明還公開了該芯片的制造工藝。本發明的芯片實現了電容電極與外界介質隔離的效果，采用差分電容設計，使得芯片具備消除由于外界溫度、濕度和電磁環境等因素產生的共模干擾能力，具有極強的環境適應性。

技術領域

本發明涉及壓力傳感器技術領域，特別涉及一種MEMS壓力傳感器芯片及其制造工藝。

背景技術

電容式壓力傳感器與電阻式、電感式等傳感器的相比具有溫度穩定性好、結構簡單、適應性強、動態響應好、容易實現非接觸測量并且具有一定平均效應，一般以無機材料作為絕緣支撐，因此能工作在高低溫、強輻射及強磁場等惡劣環境中，可以承受很大的溫度變化，承受高壓力、高沖擊、大過載等。

目前的MEMS電容式壓力傳感器的主要結構形式是利用兩個硅基的電容極板，分別是可動板和固定板，可動板既作為電容極板又作為感壓膜，這種結構設計比較簡單、易加工的特點，但也有很明顯的缺陷。首先，可動板既作為電容極板又作為感壓膜，可動極板與固定極板之間形成的電容易受外界環境干擾，尤其是被測介質如果是帶電介質或者導電介質，耦合電容干擾難以消除；其次，在惡劣環境下，傳感器的可動極板直接與被測介質接觸，易導致可動極板結構被破壞；最后，這種結構設計決定了其壓力芯片的封裝形式多為引線鍵合的方式，這種封裝方式使得傳感器的介質兼容性大大受限，傳感器很難在具有腐蝕性、導電性的液體或氣體介質中工作。所以現有技術很難克服MEMS電容式壓力傳感器的環境適應性較差的問題，需要從設計和制作的角度來解決這個問題。

發明內容

針對背景技術中所存在的技術問題，本發明的目的在于提供一種MEMS壓力傳感器芯片及其制造工藝，采用全隔離式結構的設計及背面通孔互連的電氣連接方式，實現了電容極板、電氣連接與壓力介質的完全隔離的效果，大大提高了傳感器的環境適應性。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種MEMS電容式壓力傳感器芯片，包括：

第一晶圓，包括相互鍵合連接的第一結構層和可動電極層，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、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有第一接觸電極，所述第一結構層的頂部開設有凹腔，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構層，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和固定電容極板，所述的固定電容極板上設有第二接觸電極，固定電容極板頂部開設有淺腔，所述的第二封閉環在兩第一接觸電極對應的位置上分別開設有用于背部引線的第一通孔，所述的第二結構層在所述第二接觸電極以及兩個第一通孔對應的位置上分別開設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。

優選地，所述第一結構層在遠離可動電極層的一側表面形成有保護層。

其中，所述的保護層為二氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氧化鋁薄膜中的一種或復合膜系。

優選地，所述第二結構層遠離固定電極層的一側表面、第一通孔的側壁面和第二通孔的側壁面上分別形成有絕緣層。

其中，所述的絕緣層為二氧化硅薄膜、氮化硅薄膜中的一種或復合膜系。

優選地，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膜的一種或復合膜系。