[发明专利]MEMS压力传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及MEMS技术领域，特别涉及一种MEMS压力传感器及其制作方法。

背景技术

MEMS(Micro Electromechanical System，微电子机械系统)是集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。近年来，MEMS压力传感器在汽车电子、消费电子和工业电子领域逐渐取代传统的机械量传感器，具有广阔的市场前景，例如轮胎压力监测压力传感器、发动机机油压力传感器、汽车刹车系统空气压力传感器和汽车发动机进气歧管压力传感器等都广泛应用了MEMS技术。

相对于传统的机械量传感器，MEMS压力传感器的尺寸更小，控制精度更高，制作工艺可以与硅集成电路技术兼容，因而其性价比大幅度提高。目前的MEMS压力传感器有压阻式压力传感器和电容式压力传感器，两者都是在硅片上制作的MEMS传感器。

电容式压力传感器具有以空气为隔离介质的的薄膜平板电容结构，当平板电容的一个薄膜电极受到外界压力而产生形变时，电容值随之变化，经信号处理电路将电容值转换成电压信号后放大输出，具有较高的测量精度和较低的功耗。

现有技术中，通常利用多晶硅淀积和氧化层刻蚀的方法制作电容式压力传感器，该方法将放松后架空的多晶硅薄膜作为感应薄膜，在外界压力下感应薄膜产生形变而导致电容变化。

然而问题在于，上述传统的电容式压力传感器制作方法中，压力传感器芯片和信号处理电路芯片是分立的，分别制作后通过封装工艺集成，无论是带空腔加盖的塑封，或金属壳封装的方法，其封装过程都较复杂，不便于和成熟的集成电路制造技术兼容，并且器件尺寸较大，成本也由此升高。

另外，传统电容式压力传感器的感应薄膜一般位于芯片的最上表面，容易在硅衬底减薄以及芯片封装时受到破坏，影响成品率；而且在封装过程中压力传感器芯片和信号处理电路芯片需要分别覆盖保护胶以增加对环境影响的保护，导致电容式压力传感器的成本较高。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种MEMS压力传感器及其制作方法，能够与集成电路制造工艺兼容，有效地降低制作成本并减小传感器尺寸。

为解决上述问题，本发明提供一种MEMS压力传感器，包括：

第一衬底，具有电容式压力传感单元的感应薄膜、电连线层和所述第一衬底表面的第一粘合层；

第二衬底，具有导体间介质层、位于所述导体间介质层中的导体连线层和/或所述第二衬底表面的第二粘合层；

其中，所述第二衬底与第一衬底相对设置，通过第一粘合层和第二粘合层固定连接，所述第一粘合层与第二粘合层的图案对应并且均为导电材料。

所述电容式压力传感单元包括感应薄膜、参考压力腔和固定电极，所述参考压力腔位于感应薄膜与第二衬底之间，所述固定电极位于参考压力腔中；

所述第一衬底的背面具有开口，该开口将所述感应薄膜暴露于大气中。

所述第一粘合层和/或第二粘合层为Si层、Ge层、Au层、Al层、Au/Sn叠层或Al/Ge叠层。

所述固定电极位于第二衬底的表面，与所述感应薄膜的位置对应。

所述第一衬底包括：硅衬底、所述硅衬底上的第一介质层、所述第一介质层上的第二介质层、镶嵌于所述第二介质层中的第一导体层，以及所述第二介质层上的第二导体层；

所述第一粘合层位于第二导体层上；

所述电容式压力传感单元还包括位于所述参考压力腔内的可动电极，所述可动电极形成于第二导体层中且通过支撑臂与所述感应薄膜中心位置连接；

所述感应薄膜形成于第一导体层中。

所述固定电极位于第一衬底的表面，与所述感应薄膜的位置对应。

所述第一衬底包括：硅衬底、所述硅衬底上的第一介质层、所述第一介质层上的第二介质层、镶嵌于所述第二介质层中的第一导体层，以及所述第二介质层上的第二导体层；

所述第一粘合层位于第二导体层上；

所述感应薄膜形成于第一导体层中；

所述固定电极形成于第二导体层中且通过支撑臂与第一导体层除感应薄膜之外的部分连接。

所述参考压力腔内的第二衬底表面具有自测电极，该自测电极与所述固定电极的位置对应。

所述支撑臂为第二导体层或第二介质层的一部分。

所述第二衬底为SOI衬底或者单晶硅衬底，所述导体间介质层下的衬底内还包括信号处理电路。

所述第二衬底还包括位于导体连线层外围的多个压焊焊垫，所述多个压焊焊垫所对应的第一衬底被去除。