[发明专利]压力传感器及其制造方法

说明书

本发明涉及一种压力传感器及其制造方法，压力传感器包括衬底结构、顶层结构以及敏感膜层结构，顶层结构包括第一硅层、设于第一硅层背面的第一绝缘层、设于第一绝缘层背面的压阻层以及设于第一硅层正面的顶层第一下绝缘层；顶层结构上形成有贯穿顶层第一下绝缘层、第一硅层及第一绝缘层的淀积孔及梁孔，淀积孔的孔壁上形成有孔壁绝缘层；衬底结构的上表面向下凹陷形成键合槽，顶层结构倒置与衬底结构上，顶层第一下绝缘层的正面朝向衬底结构，淀积孔与键合槽连通；敏感膜层结构形成于孔壁绝缘层的内壁且向下延伸并包覆键合槽的内壁与顶层结构的下表面。该压力传感器形成梁‑膜应力集中结构，达到测量微小压力的目的。

技术领域

本发明涉及压力传感器技术领域，特别是涉及一种压力传感器及其制造方法。

背景技术

随着物联网等行业的兴起，MEMS(Micro electro Mechanical Systems，微机电系统)传感器由于其体积小、功耗低、重量轻及响应快等优点，有着巨大的应用前景。尤其是MEMS压力传感器，在汽车电子、消费类产品及工业控制等领域有巨大的应用。目前，MEMS压力传感器多采用普通双面抛光晶圆或单层SOI晶圆制成。

对于由普通双面抛光晶圆制成的压力传感器，虽然可以同时形成“梁-膜-岛”应力集中结构，但其压阻只能采用PN结型实现互相电学隔离，限制了使用温度范围，不能满足在大于150℃环境温度下的测量需求，此外，现有技术中，由普通双面抛光晶圆制成的压力传感器的梁、膜以及岛结构的厚度都是由刻蚀深度决定，其取决于刻蚀速率与刻蚀时间，很难保证批量加工器件的一致性。

对于由单层SOI晶圆制成的压力传感器，为了满足高温测量的要求，其采用SOI晶圆的顶层硅作为压阻，采用物理隔离方式实现高温测量。但是，这种方式虽然满足可高温测试需求，却无法加工梁结构，只能采用“膜-岛”一次应力集中结构，相比于“梁-膜-岛”两次应力集中结构，降低了器件的灵敏度。

发明内容

基于此，本发明提供一种压力传感器及其制造方法，形成梁-膜应力集中结构，达到测量微小压力的目的。

一种压力传感器，包括衬底结构、顶层结构以及敏感膜层结构，所述顶层结构包括第一硅层、设于所述第一硅层背面的第一绝缘层、设于所述第一绝缘层背面的压阻层以及设于所述第一硅层正面的顶层第一下绝缘层；所述顶层结构上形成有贯穿所述顶层第一下绝缘层、所述第一硅层及所述第一绝缘层的淀积孔及梁孔，所述淀积孔的孔壁上形成有孔壁绝缘层；

所述衬底结构的上表面向下凹陷形成键合槽，所述顶层结构倒置与所述衬底结构上，所述顶层第一下绝缘层的正面朝向所述衬底结构，所述淀积孔与所述键合槽连通；

所述敏感膜层结构形成于所述孔壁绝缘层的内壁且向下延伸并包覆所述键合槽的内壁与所述顶层结构的下表面。

上述压力传感器，采用所述第一硅层作为梁-膜应力集中结构中的“梁”层，利用形成于所述孔壁绝缘层的内壁且向下延伸并包覆所述键合槽的内壁与所述顶层结构的下表面的敏感膜层结构制作梁-膜应力集中结构中的“膜”层，该压力传感器能够加工出薄的压力敏感膜，用来测量微小压力，同时又很好的利用晶圆的特性，使得压阻结构(压阻层)没有PN结，可以耐高温(大于150℃)工作。

在其中一个实施例中，所述敏感膜层结构包括压力敏感膜以及敏感膜绝缘层，所述压力敏感膜形成于所述孔壁绝缘层的内壁且向下延伸并包覆所述键合槽的内壁与所述顶层结构的下表面，所述敏感膜绝缘层形成在所述压力敏感膜上并包覆所述压力敏感膜。

在其中一个实施例中，所述顶层结构还包括形成在所述顶层第一下绝缘层正面的厚半导体材料层以及包覆所述厚半导体材料层的顶层第二下绝缘层，所述厚半导体材料层用作岛结构；所述厚半导体材料层键合于所述键合槽内并与所述键合槽形成间隙。

在其中一个实施例中，所述顶层结构还包括淀积在所述第一绝缘层的上表面并包覆所述压阻层的绝缘保护层，所述绝缘保护层上形成有与所述压阻层对应的至少一个导电接触孔；