專利名稱：一種基于硅硅鍵合的壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種壓力傳感器，尤其是一種基于硅硅鍵合的壓力傳感器，具體 地說是一種利用MEMS工藝形成的壓力傳感器。
背景技術(shù)：
MEMS (微電子機械系統(tǒng))壓力傳感器是一種用于壓力測量的微型傳感器，它是最 早開始研制的MEMS器件，也是商品化最成功的MEMS產(chǎn)品。工作在常溫條件下的壓力傳感 器在醫(yī)療器械、氣象監(jiān)控、汽車電子等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用并有大量的需求。根據(jù)不同的敏感機理壓力傳感器主要有壓阻式、壓電式、電容式及諧振式等。壓阻 式壓力傳感器由于制造簡單、設(shè)計成熟且性能較好，是目前應(yīng)用較多的壓力傳感器。傳統(tǒng)的 壓阻式壓力傳感器采用體微機械加工工藝，在硅片上制作好敏感電阻及電阻互連后，用各 向異性濕法腐蝕制作出背腔，然后與玻璃襯底鍵合在一起，完成壓力傳感器的制備。但是由 于體微機械加工中的濕法腐蝕對于壓力敏感膜厚度控制的一致性較差，使得制備的芯片成 品率較低；結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用C型平膜結(jié)構(gòu)，使得傳感器靈敏度及線性度較低；而且由于硅材 料與襯底玻璃的熱膨脹系數(shù)不匹配，使壓力傳感器在溫度稍高的條件下應(yīng)用時性能變差。 這些問題成為了使用硅-玻璃鍵合及濕法腐蝕制備壓力傳感器的過程中降低成本，提高芯 片性能及成品率的障礙。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于硅硅鍵合的壓力 傳感器，其提高了敏感膜厚度的均勻性，提高了成品率，降低了光刻對準(zhǔn)偏差的影響，提高 了靈敏度和線性度。按照本實用新型提供的技術(shù)方案，所述基于硅硅鍵合的壓力傳感器，包括襯底硅 片；所述襯底硅片上設(shè)有結(jié)構(gòu)硅片，所述結(jié)構(gòu)硅片與襯底硅片通過硅鍵合相固定連接；所 述結(jié)構(gòu)硅片對應(yīng)于與襯底硅片相接觸的表面上設(shè)有淺杯槽，所述淺杯槽的槽底設(shè)有背島； 所述淺杯槽的槽口由襯底硅片封閉，所述背島位于淺杯槽與襯底硅片相密閉的空腔內(nèi)；結(jié) 構(gòu)硅片對應(yīng)于與襯底硅片相連接的另一端表面設(shè)有敏感電阻，所述結(jié)構(gòu)硅片上的敏感電阻 分別形成惠斯通電橋的橋臂電阻；所述敏感電阻位于淺杯槽槽底的上方；結(jié)構(gòu)硅片對應(yīng)于 設(shè)置敏感電阻的表面上分別依次設(shè)置有氧化層及絕緣介質(zhì)層；所述絕緣介質(zhì)層上設(shè)有電 極，所述電極分別穿過絕緣介質(zhì)層、氧化層后與敏感電阻電性連接；所述結(jié)構(gòu)硅片上還設(shè)有 對準(zhǔn)深孔，對準(zhǔn)深孔位于淺杯槽的外圈；所述對準(zhǔn)深孔的深度由絕緣介質(zhì)層的表面延伸到 襯底硅片。所述絕緣介質(zhì)層的材料包括氮化硅。所述結(jié)構(gòu)硅片對應(yīng)于淺杯槽槽底上方的表面 形成壓力敏感膜，所述壓力敏感膜上設(shè)置敏感電阻。所述電極的材料包括鋁。所述氧化層 為二氧化硅層。所述襯底硅片對應(yīng)于與結(jié)構(gòu)硅片相接觸的表面上設(shè)有氧化層。本實用新型的優(yōu)點利用硅/硅直接鍵合技術(shù)及化學(xué)機械拋光技術(shù)制備壓力傳感器，避免了硅_玻璃鍵合過程中，由于材料熱膨脹系數(shù)不匹配引起的傳感器性能漂移，避免 了長時間的濕法腐蝕，改善了敏感膜厚度均勻性，提高了成品率；采用單獨的腐蝕深孔做為 光刻對準(zhǔn)標(biāo)記，避免了雙面光刻工藝，降低了光刻對準(zhǔn)偏差的影響；結(jié)構(gòu)中增加了背島設(shè) 計，提高了芯片的靈敏度和線性度。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。如圖1所示本實用新型包括襯底硅片1、結(jié)構(gòu)硅片2、淺杯槽3、背島4、對準(zhǔn)深刻 5、敏感電阻6、壓力敏感膜7、氧化層8、絕緣介質(zhì)層9及電極10。如圖1所示所述襯底硅片1 一端的表面上設(shè)有氧化層8，襯底硅片1對應(yīng)于設(shè)置 氧化層8的表面上設(shè)有結(jié)構(gòu)硅片2，所述結(jié)構(gòu)硅片2與襯底硅片1通過硅硅鍵合相固定連 接。所述結(jié)構(gòu)硅片2對應(yīng)于與襯底硅片1相接觸的表面設(shè)有淺杯槽3，所述淺杯槽3凹設(shè) 在結(jié)構(gòu)硅片2內(nèi)。所述淺杯槽3的槽口由襯底硅片1封閉，襯底硅片1封閉淺杯槽3的槽 口。襯底硅片1與結(jié)構(gòu)硅片2對應(yīng)于設(shè)置淺杯槽3的部分形成密閉的腔體。所述淺杯槽3 的槽底上設(shè)有背島4，所述背島4與襯底硅片1不接觸。結(jié)構(gòu)硅片2對應(yīng)于淺杯槽3槽底 上方的表面形成壓力敏感膜7，所述壓力敏感膜7上設(shè)有敏感電阻6，所述敏感電阻6形成 惠斯通電橋的橋臂電阻。結(jié)構(gòu)硅片2對應(yīng)于設(shè)置敏感電阻6外的其余部分分別覆蓋有氧化 層8，所述氧化層8上淀積有絕緣介質(zhì)層9，所述絕緣介質(zhì)層9的材料包括氮化硅等。所述 絕緣介質(zhì)層9上設(shè)有電極10，所述電極10分別穿過絕緣介質(zhì)層9與氧化層8后與敏感電阻 6電性連接；所述電極10的材料通常為鋁。所述結(jié)構(gòu)硅片2上設(shè)有對準(zhǔn)深孔5，所述對準(zhǔn)深 孔5位于淺杯槽3的外側(cè)；對準(zhǔn)深孔5從絕緣介質(zhì)層9的表面延伸到襯底硅片1的表面。上述結(jié)構(gòu)的壓力傳感器通過下述工藝步驟實現(xiàn)(1)、根據(jù)量程要求，采用有限元分析軟件確定壓力敏感膜7及背島4的厚度，并確 定壓力敏感膜7上的應(yīng)力區(qū)域，并將敏感電阻6布置在線性應(yīng)力最大區(qū)域；(2)、根據(jù)過載要求，采用有限元分析軟件確定壓力敏感膜7的中心最大位移，從 而確定淺杯槽3的最大深度，進而確定光刻對準(zhǔn)深孔的深度，并完成光刻版的制作；(3)、選用結(jié)構(gòu)硅片2，采用氧化、光刻及腐蝕工藝，在結(jié)構(gòu)硅片2上形成對準(zhǔn)深孔 5、淺杯槽3及背島4;(4)、選擇襯底硅片1，并將襯底硅片1 一個表面進行氧化，得到氧化層8，利用硅硅 鍵合工藝，將結(jié)構(gòu)硅片2與襯底硅片1固定連接；所述結(jié)構(gòu)硅片2對應(yīng)于設(shè)置淺杯槽3的端 面與襯底硅片1相接觸；(5)、將結(jié)構(gòu)硅片2進行減薄、化學(xué)機械拋光(CMP)至所需的厚度；(6)、在結(jié)構(gòu)硅片2對應(yīng)于與襯底硅片1相連的另一端面通過離子注入和熱擴散制 作出敏感電阻6及用于形成歐姆接觸的濃硼區(qū)；并在設(shè)有敏感電阻6的表面形成氧化層8， 所述氧化層8覆蓋在結(jié)構(gòu)硅片2的表面；(7)、采用LPCVD (低壓化學(xué)氣相沉積)工藝，在氧化層8上淀積絕緣介質(zhì)層9，所述
4絕緣介質(zhì)層9的材料可為氮化硅等材料；并在絕緣介質(zhì)層9的表面刻蝕出引線孔，所述引線 孔的刻蝕深度由絕緣介質(zhì)層9的表面延伸到敏感電阻6的表面；所述引線孔位于敏感電阻 6的正上方；(8)、在絕緣介質(zhì)層9的表面淀積金屬，所述金屬包括鋁；所述金屬填充在引線孔 內(nèi)，并與敏感電阻6電性連接；(9)、劃片、芯片性能測試，完成壓力傳感器的制備。如圖1所示，使用時，所述電極10與相應(yīng)的外部設(shè)備相連，電極10與敏感電阻6電 性連接。由于敏感電阻6均為惠斯通電橋的橋臂電阻，因此當(dāng)壓力傳感器不受外部壓力時， 所述惠斯通電橋輸出的電壓為零電位；當(dāng)壓力傳感器上有外部壓力時，所述電極10與敏感 電阻6形成的惠斯通電橋輸出相應(yīng)的電壓信號，通過檢測所述惠斯通電橋的輸出電壓，得 到壓力傳感器的靈敏度。所述淺杯槽3與襯底硅片1間形成密閉空腔，淺杯槽3的槽底上 設(shè)有背島4，當(dāng)壓力傳感器受到壓力時，結(jié)構(gòu)硅片2能夠利用淺杯槽3形成的腔體產(chǎn)生相應(yīng) 的應(yīng)變量，具有較好的靈敏度；同時設(shè)置背島4提高了壓力傳感器的過載能力，增強了可靠 性。本實用新型利用硅/硅鍵合技術(shù)及化學(xué)機械拋光技術(shù)制備壓力傳感器，避免了 硅-玻璃鍵合過程中，由于材料熱膨脹系數(shù)不匹配引起的傳感器性能漂移，避免了長時間 的濕法腐蝕，改善了敏感膜厚度均勻性，提高了成品率；采用單獨的腐蝕深孔做為光刻對準(zhǔn) 標(biāo)記，避免了雙面光刻工藝，降低了光刻對準(zhǔn)偏差的影響；結(jié)構(gòu)中增加了背島設(shè)計，提高了 芯片的靈敏度和線性度。
權(quán)利要求一種基于硅硅鍵合的壓力傳感器，包括襯底硅片(1)；其特征是所述襯底硅片(1)上設(shè)有結(jié)構(gòu)硅片(2)，所述結(jié)構(gòu)硅片(2)與襯底硅片(1)通過硅硅鍵合相固定連接；所述結(jié)構(gòu)硅片(2)對應(yīng)于與襯底硅片(1)相接觸的表面上設(shè)有淺杯槽(3)，所述淺杯槽(3)的槽底設(shè)有背島(4)；所述淺杯槽(3)的槽口由襯底硅片(1)封閉，所述背島(4)位于淺杯槽(3)與襯底硅片(1)相密閉的空腔內(nèi)；結(jié)構(gòu)硅片(2)對應(yīng)于與襯底硅片(1)相連接的另一端表面設(shè)有敏感電阻(6)，所述結(jié)構(gòu)硅片(2)上的敏感電阻(6)分別形成惠斯通電橋的橋臂電阻；所述敏感電阻(6)位于淺杯槽(3)槽底的上方；結(jié)構(gòu)硅片(2)對應(yīng)于設(shè)置敏感電阻(6)的表面上分別依次設(shè)置有氧化層(8)及絕緣介質(zhì)層(9)；所述絕緣介質(zhì)層(9)上設(shè)有電極(10)，所述電極(10)分別穿過絕緣介質(zhì)層(9)、氧化層(8)后與敏感電阻(6)電性連接；所述結(jié)構(gòu)硅片(2)上還設(shè)有對準(zhǔn)深孔(5)，對準(zhǔn)深孔(5)位于淺杯槽(3)的外圈；所述對準(zhǔn)深孔(5)的深度由絕緣介質(zhì)層(9)的表面延伸到襯底硅片(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于硅硅鍵合的壓力傳感器，其特征是所述絕緣介質(zhì)層(9) 的材料包括氮化硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于硅硅鍵合的壓力傳感器，其特征是所述結(jié)構(gòu)硅片(2)對 應(yīng)于淺杯槽(3)槽底上方的表面形成壓力敏感膜(7)，所述壓力敏感膜(7)上設(shè)置敏感電阻 (6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于硅硅鍵合的壓力傳感器，其特征是所述電極(10)的材料 包括鋁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于硅硅鍵合的壓力傳感器，其特征是所述氧化層(8)為二氧化硅層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硅硅鍵合的壓力傳感器，其特征是所述襯底硅片(1) 對應(yīng)于與結(jié)構(gòu)硅片(2)相接觸的表面上設(shè)有氧化層(8)。
專利摘要本實用新型涉及一種基于硅硅鍵合的壓力傳感器。其襯底硅片上設(shè)有結(jié)構(gòu)硅片，結(jié)構(gòu)硅片與襯底硅片通過硅鍵合固定連接；結(jié)構(gòu)硅片上設(shè)有淺杯槽，淺杯槽的槽底設(shè)有背島；結(jié)構(gòu)硅片對應(yīng)于與襯底硅片相連接的另一端表面設(shè)有敏感電阻，結(jié)構(gòu)硅片上的敏感電阻分別形成惠斯通電橋的橋臂電阻；結(jié)構(gòu)硅片對應(yīng)于設(shè)置敏感電阻的表面上分別依次設(shè)置有氧化層及絕緣介質(zhì)層；絕緣介質(zhì)層上設(shè)有電極，電極與敏感電阻電性連接；結(jié)構(gòu)硅片上還設(shè)有對準(zhǔn)深孔，對準(zhǔn)深孔位于淺杯槽的外圈；對準(zhǔn)深孔的深度由絕緣介質(zhì)層的表面延伸到襯底硅片。本實用新型提高了敏感膜厚度的均勻性，提高了成品率，降低了光刻對準(zhǔn)偏差的影響，提高了靈敏度和線性度。
文檔編號G01L1/18GK201653605SQ20102015374
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者劉同慶, 沈紹群 申請人:無錫芯感智半導(dǎo)體有限公司