[发明专利]银锡共晶真空键合金属应变式MEMS压力传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种MEMS(微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems)压力传感器及其制造方法，特别是基于银锡共晶真空键合技术的镍铬合金应变式MEMS压力传感器及其制造方法。

背景技术

现有的压阻式压力传感器主要采用单晶硅材料并通过离子注入的工艺制造而成，该制造工艺需要进行两次离子注入以形成低掺杂的应变检测电阻和高掺杂的引线，因此需要多次退火，增加了传感器的制作成本且工艺复杂。这种工艺制造的压力传感器中的压阻电阻同衬底之间采用PN结进行隔离，由于PN结存在一定的漏电流，因此这将使压力传感器的稳定性变差。并且，由于PN结漏电流受温度影响较大，因此无法在较宽的温度范围内使用。

现有压阻式压力传感器真空封装主要采用硅玻璃阳极键合技术，硅玻璃阳极键合温度为450℃，需要无污染接触面，湿法刻蚀留下的K、Na等金属离子会严重影响键合效果，因此这种技术存在对键合面要求苛刻的缺点，且成品率低下。并且，键合后应力大影响压力传感器的性能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是现有压阻式压力传感器应变检测成本高以及降低压阻式压力传感器真空键合工艺难度大的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种应变式MEMS压力传感器，包括压力检测片、焊片和封接片，所述压力检测片、焊片和封接片由上至下依次叠置，其中所述焊片将所述压力检测片和所述封接片进行共晶键合。

根据本发明的一个优选实施例，所述的压力检测片的下方包括一个第一键合种子层，所述封接片的上方包括一个第二键合种子层，所述第一键合种子层和第二键合种子层均与焊片在真空环境中进行共晶键合。

根据本发明的一个优选实施例，所述焊片由合金焊料构成，所述第一键合种子层和第二键合种子层由金属构成。

根据本发明的一个优选实施例，所述焊片由银锡、金锡、铜锡中的一种合金焊料构成，所述第一键合种子层和第二键合种子层由金铬叠加层构成。

根据本发明的一个优选实施例，所述压力检测片包括一个硅层，在该硅层的上表面以该硅层为中心由内向外叠置有一个上二氧化硅层和一个上氮化硅层，在该硅层的下表面以该硅层为中心由内向外叠置有一个下二氧化硅层和一个下氮化硅层。

根据本发明的一个优选实施例，在所述的压力检测片的上氮化硅层的上方，由下至上还设置有电阻层、外二氧化硅层和电极，所述电阻层包括应变电阻和温变电阻。

根据本发明的一个优选实施例，所述应变电阻由镍铬合金构成。

根据本发明的一个优选实施例，在所述的压力检测片的下部，开有一个向下开口的空腔，该空腔的深度穿透过所述下氮化硅层、下二氧化硅层，以及部分的硅层。

本发明还提供一种制造应变式MEMS压力传感器的方法，包括如下步骤：在一个由硅片构成的硅层的上表面以该硅层为中心由内向外叠置一个上二氧化硅层和一个上氮化硅层，在该硅层的下表面以该硅层为中心由内向外叠置有一个下二氧化硅层和一个下氮化硅层，得到应变式MEMS压力传感器的的压力检测层，对上述步骤形成的压片检测片的下二氧化硅层、下氧化硅层和硅层的下部进行开口，形成一个向下开口的空腔；还包括如下步骤：在所述压力检测片的下部，以及在一个封接片的上部，分别制作一个第一键合种子层和一个第二键合种子层；将所述压力检测片、焊片、封接片按照由上到下的顺序层叠在真空环境中进行共晶键合。

根据本发明的一个优选实施例，在形成第一键合种子层和一个第二键合种子层的步骤之前，还包括如下步骤：在所述压力检测片的上氮化硅层上形成应变电阻和温变电阻；接着，对所述压力检测片进行退火；在所述压力检测片的上表面形成外二氧化硅层，使得所述外二氧化硅层覆盖应变电阻和温变电阻；在压力检测片的上表面形成贯穿所述外二氧化硅层的，并且与所述应变电阻、温变电阻相连接的电极。

根据本发明的一个优选实施例，所述应变电阻由镍铬合金构成。

根据本发明的一个优选实施例，所述焊片由合金焊料构成，所述第一键合种子层和第二键合种子层由金属构成。

根据本发明的一个优选实施例，所述焊片由银锡、金锡、铜锡中的一种合金焊料构成，所述第一键合种子层和第二键合种子层由金铬叠加层构成。

(三)有益效果

本发明的应变式MEMS压力传感器采用普通硅片为压力敏感膜，利用镍铬合金检测应变，基于银锡共晶真空键合技术形成压力检测元件，因此具有制造工艺简单、成本低、压力器件性能好的优点，具有良好的重复性和可批量生产；