压力传感器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种压力传感器及其制造方法，所述压力传感器包括：衬底；收容腔，位于所述衬底内，包括底壁和侧壁；感应本体，悬浮于所述收容腔内，所述感应本体与所述收容腔侧壁之间具有深槽，所述感应本体与收容腔底壁之间具有与所述深槽连通的第一腔体，且所述感应本体与收容腔侧壁之间通过位于所述深槽内的悬梁固定连接；所述感应本体包括：半导体层、位于所述半导体层表面的介质层、贯穿所述介质层至半导体层内的密闭的第二腔体、覆盖所述介质层和第二腔体的器件层，所述器件层表面具有压阻条。上述压力传感器具有应力释放结构，可靠性高。

Pressure sensor and its manufacturing method

The invention relates to a pressure sensor and its manufacturing method, the pressure sensor includes a substrate; a cavity is in the substrate, including a bottom wall and side wall; induction body, suspended in the accommodating cavity, the induction body and the holding groove is between the walls of the chamber, a first cavity communicated with the deep groove between the induction body and the cavity bottom wall, and between the induction body and the cavity wall by deep groove in the cantilever fixed; the induction body includes a semiconductor layer, a semiconductor layer is positioned on the surface of the dielectric layer, through the medium layer to semiconductor layer within the sealed cavity, covering the second dielectric layer and second cavity device layer, the surface layer has a piezoresistive device. The pressure sensor has the stress release structure, and the reliability is high.

【技术实现步骤摘要】
压力传感器及其制造方法
本专利技术涉及微电子机械系统领域，尤其涉及一种压力传感器及其制造方法。
技术介绍
MEMS(微电子机械系统)技术是近年来快速发展的一项高新技术，它采用先进的半导体制造工艺，可实现MEMS器件的批量制造，与对应的传统器件相比，MEMS器件在体积、功耗、重量及价格方面有相当的优势。压力传感器是MEMS中最早出现及应用的产品之一，被广泛用于消费电子、医疗领域、汽车电子等领域，如电子血压计、胎压计、高度计、天气预报计、汽车进气歧管传感器等等。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。但是，压阻传感器的感压薄膜厚度的均匀性及一致性是一个关键指标，目前常用的感压薄膜加工方法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感压薄膜。该种方法不能保证感压薄膜厚度在片内与片间的均匀性及一致性，感压膜尺寸大。另一种目前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。另外，压阻原理决定了感压薄膜对于封装以及外界环境变化所引入的应力是敏感的。当芯片在封装、组装过程中，产生的应力将通过衬底传递到感压薄膜，将使得器件性能发生漂移，且带来的冲击也将影响产品的可靠性和鲁棒性，这是压阻式传感器亟待解决的问题。因此，需要提出一种新的压力传感器，均匀性好，且性能更优。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种压力传感器及其制造方法。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种压力传感器，其特征在于，包括：衬底；收容腔，位于所述衬底内，包括底壁和侧壁；感应本体，悬浮于所述收容腔内，所述感应本体与所述收容腔侧壁之间具有深槽，所述感应本体与收容腔底壁之间具有与所述深槽连通的第一腔体，且所述感应本体与收容腔侧壁之间通过位于所述深槽内的悬梁固定连接；所述感应本体包括：半导体层、位于所述半导体层表面的介质层、贯穿所述介质层至半导体层内的密闭的第二腔体、覆盖所述介质层和第二腔体的器件层，所述器件层表面具有压阻条。可选的，所述感应本体底部朝向收容腔底壁的表面具有网状分布的凸柱。可选的，所述悬梁连接所述感应本体和所述收容腔相对侧壁的中心部位；或者所述悬梁沿感应本体的边缘延伸，一端连接至感应本体顶角，另一端连接至收容腔侧壁的中心部位。可选的，所述悬梁包括：连接感应本体的顶角与收容腔侧壁的弯折梁。可选的，所述悬梁数量为两个以上，对称分布于感应本体与收容腔侧壁之间。可选的，还包括：专用集成电路芯片，所述专用集成电路芯片的正面与所述衬底底部粘结；基板，与所述专用集成电路芯片背面粘结；所述收容腔外围的衬底表面具有第一焊盘，所述专用集成电路芯片正面具有第二焊盘，所述第一焊盘与第二焊盘通过引线键合。可选的，还包括：专用集成电路芯片，所述专用集成电路芯片的背面与所述衬底底部粘结；基板，所述基板正面与所述专用集成电路芯片正面通过倒装焊工艺连接；所述收容腔外围的衬底表面具有第一焊盘，所述基板正面具有第三焊盘，所述第一焊盘与第三焊盘之间通过引线键合。可选的，还包括：盖帽层，所述盖帽层具有至少一个气孔，所述盖帽层与位于收容腔外围的衬底表面通过键合层连接，覆盖所述衬底及感应本体；封装材料层，覆盖所述衬底外围、专用集成电路芯片以及基板。可选的，还包括：金属外壳，所述金属外壳包括顶部与侧壁，且所述金属外壳顶部具有气孔；所述金属外壳侧壁底部与所述基板边缘粘合形成箱体结构，所述衬底及传感本体位于所述金属外壳内。为了解决上述问题，本专利技术的技术方案还提供一种上述压力传感器的制造方法，包括：提供基底，所述基底具有第一表面和第二表面；刻蚀所述基底，在所述基底内形成深孔以及位于所述深孔底部的第一腔体；在所述基底第一表面外延形成半导体层，所述半导体层覆盖所述深孔；在所述半导体层表面形成介质层；刻蚀所述介质层至所述半导体层内部，形成第二腔体，所述第二腔体宽度小于第一腔体宽度；形成覆盖所述介质层和第二腔体的器件层以及位于器件层表面的压阻条，使所述第二腔体密封；刻蚀所述第二腔体外围的器件层、介质层以及半导体层，形成与所述第一腔体连通的深槽以及位于所述深槽内的悬梁，所述深槽与第一腔体构成收容腔，悬浮于所述收容腔内的部分半导体层、介质层、第二腔体以及器件层构成感应本体，所述悬梁连接所述感应本体与收容腔侧壁。可选的，在形成所述第一腔体的同时，所述第一腔体上方的基底形成网状分布的凸柱。可选的，所述悬梁连接所述感应本体和所述收容腔相对侧壁的中心部位；或者所述悬梁沿感应本体的边缘延伸，一端连接至感应本体顶角，另一端连接至收容腔侧壁的中心部位。可选的，所述悬梁包括：连接感应本体的顶角与收容腔侧壁的弯折梁。可选的，所述悬梁数量为两个以上，对称分布于感应本体与收容腔侧壁之间。可选的，还包括：在形成所述器件层之后，在所述器件层表面形成第一焊盘；提供专用集成电路芯片和基板，所述专用集成电路芯片正面具有第二焊盘；将所述专用集成电路芯片的正面与所述基底的第二表面粘结；将所述专用集成电路芯片背面与基板粘结；将所述第一焊盘与第二焊盘通过引线键合。可选的，还包括：在形成所述器件层之后，在所述器件层表面形成第一焊盘；提供专用集成电路芯片和基板，所述基板正面具有第三焊盘；将所述专用集成电路芯片的背面与所述基底的第二表面粘结；通过倒装焊工艺将所述专用集成电路芯片正面与基板的正面连接；将所述第一焊盘与第三焊盘之间通过引线键合。可选的，还包括：在器件层边缘区域上形成第一键合层；形成具有气孔的盖帽层，所述盖帽层的边缘区域上具有第二键合层；将所述盖帽层与所述器件层通过所述第一键合层、第二键合层键合连接；采用注塑成型工艺，形成覆盖所述专用集成电路芯片以及基板的塑封材料。可选的，还包括：提供金属外壳，所述金属外壳包括顶部与侧壁，所述金属外壳顶部具有气孔；将所述金属外壳侧壁底部与所述基板边缘粘合形成箱体结构。本专利技术在传统硅片基础上采用SOI(绝缘衬底上硅)技术，制备一感应本体，悬浮于收容腔之上，且通过悬梁连接于外围连接部上，避免了应力通过衬底传递到应力敏感膜上，使得器件性能发生偏移。并且，采用SOI技术形成的器件层的厚度决定了压力传感器的灵敏度。由于本专利技术的压力传感器中的器件层通过对晶圆研磨后形成，厚度易于控制，一致性较高，尺寸可以做到很小，且工艺简单，生产效率高；并且可以确保在大批量生产的过程中，不同压力传感器之间的器件层的均匀性和一致性较高。进一步的，在制备第一空腔时，形成若干凸柱，可起到限位作用，防止产品在封装、组装或运输过程中带来的瞬间冲击超过了悬梁的最大承受应力，提高了产品的鲁棒性。为了使得压力传感器方便的感应外界环境气压的变化，本专利技术还提供了多种封装方法。在封装过程中会引入封装应力，当应力从封装体传递到压力传感芯片的外围连接部，由于感应本体是悬浮的，且通过悬梁与外围连接部相连，当外界应力传递到悬梁上，悬梁比较软，应力会被吸收，起到应力释放的作用，提高了产品的鲁棒性。附图说明图1为本专利技术具体实施方式的压力传感器的制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力传感器，其特征在于，包括：衬底；收容腔，位于所述衬底内，包括底壁和侧壁；感应本体，悬浮于所述收容腔内，所述感应本体与所述收容腔侧壁之间具有深槽，所述感应本体与收容腔底壁之间具有与所述深槽连通的第一腔体，且所述感应本体与收容腔侧壁之间通过位于所述深槽内的悬梁固定连接；所述感应本体包括：半导体层、位于所述半导体层表面的介质层、贯穿所述介质层至半导体层内的密闭的第二腔体、覆盖所述介质层和第二腔体的器件层，所述器件层表面具有压阻条。

【技术特征摘要】
1.一种压力传感器，其特征在于，包括：衬底；收容腔，位于所述衬底内，包括底壁和侧壁；感应本体，悬浮于所述收容腔内，所述感应本体与所述收容腔侧壁之间具有深槽，所述感应本体与收容腔底壁之间具有与所述深槽连通的第一腔体，且所述感应本体与收容腔侧壁之间通过位于所述深槽内的悬梁固定连接；所述感应本体包括：半导体层、位于所述半导体层表面的介质层、贯穿所述介质层至半导体层内的密闭的第二腔体、覆盖所述介质层和第二腔体的器件层，所述器件层表面具有压阻条。2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述感应本体底部朝向收容腔底壁的表面具有网状分布的凸柱。3.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述悬梁连接所述感应本体和所述收容腔相对侧壁的中心部位；或者所述悬梁沿感应本体的边缘延伸，一端连接至感应本体顶角，另一端连接至收容腔侧壁的中心部位。4.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述悬梁包括：连接感应本体的顶角与收容腔侧壁的弯折梁。5.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述悬梁数量为两个以上，对称分布于感应本体与收容腔侧壁之间。6.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，还包括：专用集成电路芯片，所述专用集成电路芯片的正面与所述衬底底部粘结；基板，与所述专用集成电路芯片背面粘结；所述收容腔外围的衬底表面具有第一焊盘，所述专用集成电路芯片正面具有第二焊盘，所述第一焊盘与第二焊盘通过引线键合。7.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，还包括：专用集成电路芯片，所述专用集成电路芯片的背面与所述衬底底部粘结；基板，所述基板正面与所述专用集成电路芯片正面通过倒装焊工艺连接；所述收容腔外围的衬底表面具有第一焊盘，所述基板正面具有第三焊盘，所述第一焊盘与第三焊盘之间通过引线键合。8.根据权利要求6或7所述的压力传感器，其特征在于，还包括：盖帽层，所述盖帽层具有至少一个气孔，所述盖帽层与位于收容腔外围的衬底表面通过键合层连接，覆盖所述衬底及感应本体；封装材料层，覆盖所述衬底外围、专用集成电路芯片以及基板。9.根据权利要求6或7所述的压力传感器，其特征在于，还包括：金属外壳，所述金属外壳包括顶部与侧壁，且所述金属外壳顶部具有气孔；所述金属外壳侧壁底部与所述基板边缘粘合形成箱体结构，所述衬底及传感本体位于所述金属外壳内。10.一种压力传感器的制造方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底具有第一表面和第二表面；刻蚀所述基底，在所述基底内形成深孔以及位于所述深孔底部的第一腔体；在所述基底第一表面外延形成半导体层，所述半导体层覆盖所述深...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕萍，李刚，胡维，
申请(专利权)人：苏州敏芯微电子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32