[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。压阻式压力传感器利用硅电阻在应(压)力下电阻发生变化的原理，采用高精密硅电阻应变片组成惠斯顿电阻桥作为力电变换测量电路，具有较高的测量精度、较低的功耗。

压阻式压力传感器的传统制作方法是先利用离子注入或扩散工艺在硅衬底中形成多个电阻或惠斯顿电阻桥，然后将电阻所在的硅衬底区域用湿法或干法刻蚀工艺形成感应薄膜，最后通过密封工艺在感应薄膜的背后形成压力参照腔，封装后形成传感器芯片。所述感应薄膜在外界压力下产生形变及应力，于是电阻或电阻桥的阻值随之产生变化，在电压偏置下，上述阻值变化被转换成电压信号并被信号处理电路放大后作为输出信号。这种制作方法主要工艺均与CMOS集成电路相似。

近年来，Bosch发明了一种压阻式压力传感器制作方法。该方法利用一种特殊的工艺在硅衬底中的特定区域形成潜埋的空腔，从而不使用传统的深硅刻蚀工艺形成感应薄膜。意法微电子利用刻蚀、外延和退火的工艺在单晶硅衬底中制作空腔，以形成单晶硅表面薄膜和压阻式压力传感器。

传统的MEMS压力传感器制作完成后即进行与信号处理芯片的封装工艺，会将压力传感器芯片和信号处理电路芯片放置到具有空腔的封装衬底上并用压焊引线将两芯片连接，然后涂覆保护软胶，最后采用塑料盖或金属盖密封，也可以先将压力传感器和信号处理电路芯片放置到平面封装衬底上，用压焊引线将两芯片连接，然后涂覆保护软胶并采用金属壳覆盖。

然而问题在于，上述传统的MEMS压力传感器制作和封装方法中，压力传感器芯片和信号处理电路芯片是分立的，通过封装工艺集成，带空腔加盖的塑封，或金属壳的方法，其工艺过程都较复杂，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，成本也由此而升高。

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，具有压阻式压力传感单元、电连线扩散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。

所述第二粘合层位于导体连线层上方，或者，所述第二粘合层为导体连线层中的最上层导体层。

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

所述第一衬底包括SOI衬底，该SOI衬底依次包括硅本体层、埋氧层和SOI层，其中所述压阻式压力传感单元及电连线扩散层形成于所述SOI层中。

所述压阻式压力传感单元包括感应薄膜和参考压力腔，所述感应薄膜中具有多个电阻构成的惠斯顿电阻桥，所述参考压力腔位于感应薄膜与第二衬底之间，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。

所述第二衬底包括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。

所述参考压力腔内的第二衬底表面具有自测电极，与所述感应薄膜的位置对应。

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。

所述的MEMS压力传感器还包括：

封装衬底，位于第二衬底下方，具有多个压焊管脚；

封装体，位于所述封装衬底上方并将所述第一衬底和第二衬底包裹；

粘合胶，位于第二衬底和封装衬底之间；