MEMS压力传感器及其形成方法技术

一种MEMS压力传感器及其形成方法，形成方法包括：提供包括相对的第一表面和第二表面的第一衬底，包括至少一层导电层，导电层位于第一衬底的第一表面一侧；提供包括相对的第三表面和第四表面的第二衬底，包括第二基底和压敏电阻元件，第二衬底包括压力传感区，压敏电阻元件位于压力传感区内，压敏电阻元件位于第二衬底的第三表面一侧；将第一衬底的第一表面与第二衬底的第三表面相互固定；在第一衬底与第二衬底的压力传感区之间形成空腔；去除第二基底，形成与第二衬底的第三表面相对的第五表面；自第二衬底的第五表面一侧形成贯穿至至少一层导电层表面的第一导电插塞。MEMS压力传感器的性能和可靠性提高、尺寸缩小、工艺成本降低。

【技术实现步骤摘要】
MEMS压力传感器及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种MEMS压力传感器及其形成方法。
技术介绍
微机电系统(Micro-ElectroMechanicalSystem，简称MEMS)是一种获取信息、处理信息和执行操作的集成器件。微机电系统中的传感器能够接收压力、位置、速度、加速度、磁场、温度或湿度等外部信息，并将所获得的外部信息转换成电信号，以便于在微机电系统中进行处理。常见的微机电系统包括温度传感器、压力传感器和湿度传感器等。对于MEMS压力传感器来说，其尺寸更微小、且工艺精度，而且其制作工艺能够与集成电路芯片的制造工艺兼容，因而使性价比大幅提高。目前的MEMS压力传感器包括压阻式压力传感器和电容式压力传感器。压阻式压力传感器利用硅电阻在应(压)力作用下，电阻能够发生变化的原理，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。MEMS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，封装后形成压力传感器芯片。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信号并被信号处理电路放大后作为输出信号。而所述压力传感器芯片还需要与信号处理电路实现电信号的传输，以便对压力传感器芯片输出的电信号进行处理，因此，需要对将所述压力传感器芯片与信号处理电路芯片进行系统封装以形成MEMS压阻式压力传感器。在现有的MEMS压力传感器制作方法中，集成压力传感器芯片和信号处理电路的工艺采用的工艺区别较大，实现单片集成的难度较大。同时，在单一衬底同时制作集成电路和压力传感器时，压力传感器的存在对集成电路的发展起到了阻碍的作用，在同一衬底上集成电路的存在也给小尺寸压力传感器的制作造成了困难。因此，用单一衬底作集成电路和压力传感器的制程较为复杂，所形成的器件尺寸较大，造成制造成本的提高。在单一衬底上制作集成的压力传感器和电路时，如果先制作压力传感器的部件，后制作电路，压力传感器的工艺往往对衬底造成影响，导致集成电路制作的困难的成品率的降低。如果先制作集成电路，后制作压力传感器，集成电路的存在对压力传感器材料的选择以及加工工艺的温度有很大的限制，从而严重降低压力传感器的性能。因此，急需一种可以有效集成压力传感器和集成电路的方法和结构。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种MEMS压力传感器及其形成方法，所述MEMS压力传感器制作方法中，制作工艺相互独立，材料选择自由，成品率高，后续集成方法简单，从而形成的集成压力传感器性能和可靠性提高、尺寸缩小、工艺成本降低。为解决上述问题，本专利技术提供一种MEMS压力传感器的形成方法，包括：供第一衬底，所述第一衬底包括相对的第一表面和第二表面，所述第一衬底包括至少一层导电层，所述导电层位于所述第一衬底的第一表面一侧；提供第二衬底，所述第二衬底包括相对的第三表面和第四表面，所述第二衬底包括第二基底以及位于第二基底上的压敏电阻元件，所述第二衬底包括压力传感区，所述压敏电阻元件位于所述压力传感区内，所述压敏电阻元件位于所述第二衬底的第三表面一侧；将第一衬底的第一表面与第二衬底的第三表面相互固定；在所述第一衬底与第二衬底的压力传感区之间形成空腔；去除所述第二基底，形成与所述第二衬底的第三表面相对的第五表面；自所述第二衬底的第五表面一侧形成贯穿至至少一层所述导电层的第一导电插塞，所述第一导电插塞用于将所述导电层与压敏电阻元件形成电连接。可选的，所述第一衬底还包括电路。可选的，所述第二衬底的形成步骤包括：提供绝缘体上半导体衬底，所述绝缘体上半导体衬底包括基底、位于基底表面的绝缘层、以及位于绝缘层表面的半导体层；在所述半导体层内形成压敏电阻元件，所述基底为第二基底。可选的，所述第二衬底还包括位于所述第三表面一侧的第二结合层；或者，所述第一衬底包括位于所述第一表面一侧的第一结合层；或者，所述第二衬底还包括位于所述第三表面一侧的第二结合层，且所述第一衬底包括位于第一表面一侧的第一结合层。可选的，在所述第一结合层和第二结合层中，至少一者的材料包括绝缘材料。可选的，将第一衬底的第一表面与第二衬底的第三表面相互固定工艺为粘结工艺；所述第一结合层或第二结合层为粘结层，材料包括绝缘材料、半导体材料、金属材料或有机材料。可选的，将第一衬底的第一表面与第二衬底的第三表面相互固定工艺为键合工艺。可选的，所述空腔的形成步骤包括：在将第一衬底的第一表面与第二衬底的第三表面相互固定之前，形成第一开口，所述第一开口位于所述第二衬底的第三表面一侧或第一衬底的第一表面一侧，或者所述第一衬底的第一表面一侧和第二衬底第三表面一侧均具有第一开口，所述第一开口的位置与所述压力传感区的位置对应。可选的，所述第一衬底还包括自测电极，在将第一衬底的第一表面与第二衬底的第三表面相互固定之后，所述自测电极的位置与所述压力传感区的位置对应。可选的，所述第二衬底还包括参考单元区；在将第一衬底的第一表面与第二衬底的第三表面相互固定之后，还在所述第一衬底与第二衬底的参考单元区之间形成空腔，在受到相同外部压力的情况下，所述参考单元区的第二衬底比压力传感区的第二衬底具有更小的形变。可选的，形成贯通所述第一衬底的第二开口，在将第一衬底的第一表面与第二衬底的第三表面相互固定之后，所述第二开口的位置与所述第二衬底的压力传感区的位置对应。可选的，还包括：形成自所述第一衬底的第二表面一侧贯穿至至少一层所述导电层的第四导电插塞。相应的，本专利技术还提供一种MEMS压力传感器的形成方法，包括：提供第一衬底，所述第一衬底包括相对的第一表面和第二表面，所述第一衬底包括至少一层导电层，所述导电层位于所述第一衬底的第一表面一侧；提供第二衬底，所述第二衬底包括相对的第三表面和第四表面，所述第二衬底包括第二基底以及位于第二基底上或内部的压敏电阻元件，所述第二衬底包括压力传感区，所述压敏电阻元件位于所述压力传感区内，所述压敏电阻元件位于所述第二衬底的第三表面一侧；将第一衬底的第一表面与第二衬底的第三表面相互固定；在所述第一衬底与第二衬底的压力传感区之间形成空腔；对所述第二衬底的第四表面进行减薄，去除部分厚度的第二基底，形成与所述第二衬底的第三表面相对的第五表面；自所述第二衬底的第五表面一侧形成贯穿至至少一层所述导电层的第一导电插塞，所述第一导电插塞用于将所述导电层与压敏电阻元件形成电连接。可选的，所述第一衬底还包括电路。可选的，在对所述第二衬底的第四表面进行减薄之后，在所述第二衬底内形成第三开口，且所述第三开口的位置与压力传感区对应。可选的，所述第二衬底的形成步骤包括：提供绝缘体上半导体衬底，所述绝缘体上半导体衬底包括基底、位于基底表面的绝缘层、以及位于绝缘层表面的半导体层；在所述半导体层内形成压敏电阻元件，所述基底为第二基底。可选的，所述第二衬底还包括位于所述第三表面一侧的第二结合层；或者，所述第一衬底包括位于所述第一表面一侧的第一结合层；或者，所述第二衬底还包括位于所述第三表面一侧的第二结合层，且所述第一衬底包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MEMS压力传感器的形成方法，其特征在于，包括：提供第一衬底，所述第一衬底包括相对的第一表面和第二表面，所述第一衬底包括至少一层导电层，所述导电层位于所述第一衬底的第一表面一侧；提供第二衬底，所述第二衬底包括相对的第三表面和第四表面，所述第二衬底包括第二基底以及位于第二基底上的压敏电阻元件，所述第二衬底包括压力传感区，所述压敏电阻元件位于所述压力传感区内，所述压敏电阻元件位于所述第二衬底的第三表面一侧；将第一衬底的第一表面与第二衬底的第三表面相互固定；在所述第一衬底与第二衬底的压力传感区之间形成空腔；去除所述第二基底，形成与所述第二衬底的第三表面相对的第五表面；自所述第二衬底的第五表面一侧形成贯穿至至少一层所述导电层的第一导电插塞，所述第一导电插塞用于将所述导电层与压敏电阻元件形成电连接。

【技术特征摘要】
1.一种MEMS压力传感器的形成方法，其特征在于，包括：提供第一衬底，所述第一衬底包括相对的第一表面和第二表面，所述第一衬底包括至少一层导电层，所述导电层位于所述第一衬底的第一表面一侧；提供第二衬底，所述第二衬底包括相对的第三表面和第四表面，所述第二衬底包括第二基底以及位于第二基底上的压敏电阻元件，所述第二衬底包括压力传感区，所述压敏电阻元件位于所述压力传感区内，所述压敏电阻元件位于所述第二衬底的第三表面一侧；将第一衬底的第一表面与第二衬底的第三表面相互固定；在所述第一衬底与第二衬底的压力传感区之间形成空腔；去除所述第二基底，形成与所述第二衬底的第三表面相对的第五表面；自所述第二衬底的第五表面一侧形成贯穿至至少一层所述导电层的第一导电插塞，所述第一导电插塞用于将所述导电层与压敏电阻元件形成电连接。2.如权利要求1所述的MEMS压力传感器的形成方法，其特征在于，所述第一衬底还包括电路。3.如权利要求1所述的MEMS压力传感器的形成方法，其特征在于，所述第二衬底的形成步骤包括：提供绝缘体上半导体衬底，所述绝缘体上半导体衬底包括基底、位于基底表面的绝缘层、以及位于绝缘层表面的半导体层；在所述半导体层内形成压敏电阻元件，所述基底为第二基底。4.如权利要求1所述的MEMS压力传感器的形成方法，其特征在于，所述第二衬底还包括位于所述第三表面一侧的第二结合层；或者，所述第一衬底包括位于所述第一表面一侧的第一结合层；或者，所述第二衬底还包括位于所述第三表面一侧的第二结合层，且所述第一衬底包括位于第一表面一侧的第一结合层。5.如权利要求4所述的MEMS压力传感器的形成方法，其特征在于，在所述第一结合层和第二结合层中，至少一者的材料包括绝缘材料。6.如权利要求4所述的MEMS压力传感器的形成方法，其特征在于，将第一衬底的第一表面与第二衬底的第三表面相互固定工艺为粘结工艺；所述第一结合层或第二结合层为粘结层，材料包括绝缘材料、半导体材料、金属材料或有机材料。7.如权利要求1所述的MEMS压力传感器的形成方法，其特征在于，将第一衬底的第一表面与第二衬底的第三表面相互固定工艺为键合工艺。8.如权利要求1所述的MEMS压力传感器的形成方法，其特征在于，所述空腔的形成步骤包括：在将第一衬底的第一表面与第二衬底的第三表面相互固定之前，形成第一开口，所述第一开口位于所述第二衬底的第三表面一侧或第一衬底的第一表面一侧，或者所述第一衬底的第一表面一侧和第二衬底第三表面一侧均具有第一开口，所述第一开口的位置与所述压力传感区的位置对应。9.如权利要求1所述的MEMS压力传感器的形成方法，其特征在于，所述第一衬底还包括自测电极，在将第一衬底的第一表面与第二衬底的第三表面相互固定之后，所述自测电极的位置与所述压力传感区的位置对应。10.如权利要求1所述的MEMS压力传感器的形成方法，其特征在于，所述第二衬底还包括参考单元区；在将第一衬底的第一表面与第二衬底的第三表面相互固定之后，还在所述第一衬底与第二衬底的参考单元区之间形成空腔，在受到相同外部压力的情况下，所述参考单元区的第二衬底比压力传感区的第二衬底具有更小的形变。11.如权利要求1所述的MEMS压力传感器的形成方法，其特征在于，形成贯通所述第一衬底的第二开口，在将第一衬底的第一表面与第二衬底的第三表面相互固定之后，所述第二开口的位置与所述第二衬底的压力传感区的位置对应。12.如权利要求1所述的MEMS压力传感器的形成方法，其特征在于，还包括：形成自所述第一衬底的第二表面一侧贯穿至至少一层所述导电层的第四导电插塞。13.一种MEMS压力传感器的形成方法，其特征在于，包括：提供第一衬底，所述第一衬底包括相对的第一表面和第二表面，所述第一衬底包括至少一层导电层，所述导电层位于所述第一衬底的第一表面一侧；提供第二衬底，所述第二衬底包括相对的第三表面和第四表面，所述第二衬底包括第二基底以及位于第二基底上或内部的压敏电阻元件，所述第二衬底包括压力传感区，所述压敏电阻元件位于所述压力传感区内，所述压敏电阻元件位于所述第二衬底的第三表面一侧；将第一衬底的第一表面与第二衬底的第三表面相互固定；在所述第一衬底与第二衬底的压力传感区之间形成空腔；对所述第二衬底的第四表面进行减薄，去除部分厚度的第二基底，形成与所述第二衬底的第三表面相对的第五表面；自所述第二衬底的第五表面一侧形成贯穿至至少一层所述导电层的第一导电插塞，所述第一导电插塞用于将所述导电层与压敏电阻元件形成电连接。14.如权利要求13所述的MEMS压力传感器的形成方法，其特征在于，所述第一衬底还包括电路。15.如权利要求13所述的MEMS压力传感器的形成方法，其特征在于，在对所述第二衬底的第四表面进行减薄之后，在所述第二衬底内形成第三开口，且所述第三开口的位置与压力传感区对应。16.如权利要求13所述的MEMS压力传感器的形成方法，其特征在于，所述第二衬底的形成步骤包括：提供绝缘体上半导体衬底，所述绝缘体上半导体衬底包括基底、位于基底表面的绝缘层、以及位于绝缘层表面的半导体层；在所述半导体层内形成压敏电阻元件，所述基底为第二基底。17.如权利要求13所述的MEMS压力传感器的形成方法，其特征在于，所述第二衬底还包括位于所述第三表面一侧的第二结合层；或者，所述第一衬底包括位于所述第一表面一侧的第一结合层；或者，所述第二衬底还包括位于所述第三表面一侧的第二结合层，且所述第一衬底包括位于第一表面一侧的第一结合层。18.如权利要求17所述的MEMS压力传感器的形成方法，其特征在于，在所述第一结合层和第二结合层中，至少一者的材料包括绝缘材料。19.如权利要求17所述的MEMS压力传感器的形成方法，其特征在于，将第一衬底的第一表面与第二衬底的第三表面相互固定工艺为粘结工艺；所述第一结合层或第二结合层为粘结层，材料包括绝缘材料、半导体材料、金属材料或有机材料。20.如权利要求13所述的MEMS压力传感器的形成方法，其特征在于，将第一衬底的第一表面与第二衬底的第三表面相互固定工艺为键合工艺。21.如权利要求13所述的MEMS压力传感器的形成方法，其特征在于，所述空腔的形成步骤包括：在将第一衬底的第一表面与第二衬底的第三表面相互固定之前，形成第一开口，所述第一开口位于所述第二衬底的第三表面一侧或第一衬底的第一表面一侧，或者所述第一衬底的第一表面一侧和第二衬底第三表面一侧均具有第一开口，所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：周文卿，
申请(专利权)人：迈尔森电子天津有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12