[发明专利]压阻式压力传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明位于微电子机械系统技术领域，尤其涉及一种压阻式压力传感器及其制造方法。

背景技术

压力传感器是MEMS传感器中最早出现及应用的产品之一，依工作原理可分为压阻式、电容式及压电式等几种。其中，压阻式压力传感器具有输出信号大、后续处理简单及适合大批量生产等优点。灵敏度是压力传感器的一个关键性能参数，且单晶硅压阻薄膜厚度的均匀性与一致性决定着压力传感器灵敏度的一致性。

目前，压阻式压力传感的单晶硅压阻薄膜的加工方法有两种：一种是利用碱性溶液从硅片的背面进行各向异性腐蚀，从而在硅片的背面形成背腔的同时在正面形成单晶硅感压薄膜。这种方式采用控制腐蚀时间来控制压阻薄膜的厚度，不能保证压阻薄膜厚度在片内与片间的均匀性及一致性；另一种较常采用的方法是电化学腐蚀，该方法能得到可在其上制作压阻的轻掺杂感压薄膜，但该种方法需添加较为昂贵的恒电位仪，并采用特殊设计的夹具保护正面不被腐蚀与施加电压到硅片的正面，这样一方面提高了设备成本，另一方面也增加了工艺的复杂度，使得生产效率很低。

现有的压阻式压力传感器大部分都采用正面进气，压阻薄膜直接与外界环境接触，压阻膜表面易受污染，可靠性不好；尽管可在芯片表面滴入凝胶来保护芯片不受污染，但是凝胶价格贵，大大增加了传感器成本。

压阻式压力传感器的另一种制作方法是在压力传感器的背面或正面键合玻璃，但是硅玻璃键合温度高，会影响载流子再分布，影响传感器性能；而且，硅玻璃键合预留面积要足够大，防止颗粒的存在影响键合质量，且使得芯片尺寸大。

因此，有必要对现有的压力传感器及其制造方法予以改进以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方便制作且灵敏度和一致性较好的压阻式压力传感器及其制造方法。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种压阻式压力传感器，所述压力传感器包括基片、键合在基片正面的第一层晶圆、以及形成在第一层晶圆和基片之间的真空腔体，所述基片具有衬底、设置在衬底正面的第一绝缘层和设置在第一绝缘层正面与第一层晶圆之间的可动敏感膜层，所述衬底形成有将可动敏感膜层背面向下暴露的背腔。

作为本发明的进一步改进，所述基片和第一层晶圆之间采用Al-Ge键合，其中所述第一层晶圆具有形成在朝向基片一侧的双岛以及设置在双岛表面的Ge金属连接层，所述基片具有与Ge金属连接层键合的Al金属对接部，所述真空腔体形成在双岛和基片之间。

作为本发明的进一步改进，所述可动敏感膜层正面设置有掺杂区域，所述基片还具有设置在可动敏感膜层正面的绝缘复合层以及贯穿绝缘复合层而连接掺杂区域的压焊点，所述Al金属对接部设置在所述绝缘复合层正面、并位于掺杂区域上方。

作为本发明的进一步改进，所述绝缘复合层包括淀积在可动敏感膜层正面的氧化硅层、淀积在氧化硅层正面的氮化硅层以及淀积在氮化硅层正面的又一氧化硅层，或者也可为仅包括淀积在可动敏感膜层正面的氧化硅层和淀积在氧化硅层正面的氮化硅层。

作为本发明的进一步改进，所述背腔呈上大下小型设置。

为实现上述发明目的，本发明还提供了一种压阻式压力传感器的制作方法，所述制作方法包括以下步骤：S1、提供一衬底； S2、在衬底的正面和背面上分别形成第一绝缘层；S3、在衬底正面的第一绝缘层上键合一硅层，该硅层形成为可动敏感膜层；S4、在可动敏感膜层正面形成掺杂区域；S5、在可动敏感膜层正面形成绝缘复合层；S6、在绝缘复合层上形成与部分掺杂区域连通的通孔，并在通孔内以及掺杂区域上方的绝缘复合层表面淀积金属，从而形成与掺杂区域接触的压焊点和位于绝缘复合层表面的Al金属对接部；S7、在衬底背面的第一绝缘层上经刻蚀形成窗口；S8、提供第一层晶圆，该第一层晶圆经在另一衬底上刻蚀出双岛、同时在该双岛表面设置Ge金属连接层而形成；并将该第一层晶圆通过Ge金属连接层与Al金属对接部相键合而形成为一体，其中双岛与绝缘复合层之间形成真空腔体；S9、以第一绝缘层作为掩膜板对窗口上方的衬底进行刻蚀，直至刻蚀到第一绝缘层停止，从而形成背腔，然后去除暴露于背腔内的第一绝缘层，使可动敏感膜层背面与大气接触，其中，上述具有背腔的衬底、第一绝缘层、可动敏感膜层和绝缘复合层形成基片。

作为本发明的进一步改进，所述制作方法还包括：S10、对第一层晶圆的边缘进行切割以露出压焊点。