用于恶劣环境下的MEMS压力传感器芯片及制备方法技术

本发明专利技术公开了用于恶劣环境下的MEMS压力传感器芯片及制备方法，属于敏感元件与传感器技术领域。所述压力传感器芯片包括：从上到下依次键合的第一力敏芯片、互联层、第二力敏芯片；本发明专利技术通过双芯片集成，互联层连接的结构设计，将电路部分与环境完全隔离，大幅度的提升了芯片在恶劣环境中应用的可靠性，且可以用于差压检测，即双面均为腐蚀性介质的环境中。同时，本发明专利技术可以直接使用常规封装手段进行封装，解决了现有介质隔离压力传感器封装困难的问题，可广泛应用于恶劣环境下使用的传感器芯片的制备。片的制备。片的制备。

【技术实现步骤摘要】
用于恶劣环境下的MEMS压力传感器芯片及制备方法


[0001]本专利技术涉及用于恶劣环境下的MEMS压力传感器芯片及制备方法，属于敏感元件与传感器


技术介绍

[0002]基于微机电系统(Microelectro Mechanical Systems)工艺制备的扩散硅压阻式MEMS压力传感器，其原理是在单个芯片上制备四个电阻，构成惠斯通电桥，当加载外界载荷时，四个电阻的阻值将会依据其位置而变大或变小，进而造成输出电压的改变，实现对压力的感应。由于其易于工业化大批量制备，成本较低，非线性度好等优点，在工业控制、消费电子、医疗设备、石油矿业等领域备受人们的青睐。
[0003]但在汽车尾气处理、石油化工、冶金等应用环境较为恶劣的环境下，压力传感器芯片，尤其是正面电路很容易被介质污染或腐蚀，从而降低其可靠性。
[0004]为了解决这个问题，专利CN201510564315.3，介质隔离式压力传感器封装结构，采用了介质隔离的封装方式，将芯片与腐蚀性介质进行隔离，避免了压力传感器芯片与介质直接接触，但这种手段封装难度较大，成本较高。专利CN201410264486.X，一种压阻式压力传感器及其制造方法，提供了另一种解决手段，即在压力传感器芯片正面键合玻璃外壳，这种手段虽然实现了芯片正面电路与环境隔离，但只能做背部受压的绝压芯片，无法做表压或差压芯片。

技术实现思路

[0005]为了解决目前恶劣环境下压力传感器封装难度大、适用性差、难以实现表压或差压应用等问题，本专利技术提供了一种用于恶劣环境下的MEMS压力传感器芯片，所述压力传感器芯片包括：从上到下依次键合的第一力敏芯片、互联层、第二力敏芯片；
[0006]所述第一力敏芯片的下表面设有：金属垫、压阻条，并通过金属连接线连接；所述第二力敏芯片的上表面设有金属垫、压阻条，并通过金属连接线连接；
[0007]所述互联层设有上下贯通的通孔，通孔中贯穿金属柱，所述第一芯片电路的金属垫和所述第二芯片电路的金属垫通过所述金属柱对应连接；
[0008]所述第二力敏芯片的面积大于所述第一力敏芯片的面积，所述第二力敏芯片上还包括对外输入输出金属垫，所述对外输入输出金属垫通过金属连接线与所述第二力敏芯片的上表面的电路连接。
[0009]可选的，所述互联层采用玻璃或硅制备，上下表面设有凹槽，用于提供给所述第一力敏芯片和第二力敏芯片在受压时的变形空间。
[0010]本专利技术还提供一种用于恶劣环境下的MEMS压力传感器芯片的制备方法，所述方法包括：
[0011]步骤一：制备第一力敏芯片，制备过程包括：
[0012]步骤11：以硅片为基底，离子注入第一离子注入区，形成了重掺杂区域，用于连接
压阻条和金属电极；
[0013]步骤12：离子注入第二离子注入区，构成压阻条；
[0014]步骤13：退火，以激活离子掺杂效果，提升离子注入区域的表面电导率；
[0015]步骤14：沉积氧化硅、氮化硅，形成介质层，用于隔离掺杂区和金属；
[0016]步骤15：沉积或溅射金属层，形成金属连接线和金属垫；
[0017]步骤16：干法或湿法刻蚀背腔，形成压力隔膜；
[0018]步骤二：制备第二力敏芯片，所述第二力敏芯片面积大于所述第一力敏芯片，制备方法与所述第一力敏芯片制备方法相同；
[0019]步骤三：制备互联层，所述互联层表面尺寸与所述第一力敏芯片表面尺寸一致，制备过程包括：
[0020]步骤31：采用玻璃或硅材料，制备通孔，所述通孔的位置与数量与所述第一力敏芯片表面的金属垫的位置和数量一致；
[0021]步骤32：电镀金属，填充所述通孔的内部空间和所述互联层的表面；
[0022]步骤33：采用机械研磨、CMP方法抛光所述互联层的表面，去除互联层表面的金属，使金属仅保留在通孔内，形成金属柱；
[0023]步骤34：用干法或湿法刻蚀所述互联层的上下表面，在上下表面形成凹槽；
[0024]步骤四：采用阳极键合，将所述第一力敏芯片、互联层、第二力敏芯片键合，其中，所述金属柱的上下端分别与所述第一力敏芯片和第二力敏芯片的金属垫贴合，所述第一力敏芯片和第二力敏芯片表面的压阻条位于所述凹槽的边缘中点附近。
[0025]可选的，所述硅片为N型、(100)晶向的双抛硅片。
[0026]可选的，所述第一离子注入区和所述第二离子注入区注入的是硼离子。
[0027]可选的，所述第一离子注入区中的离子注入浓度大于所述第二离子注入区的离子浓度。
[0028]可选的，所述方法还包括：在所述第二力敏芯片相比所述第一力敏芯片的额外面积上制备对外输出金属垫。
[0029]可选的，所述第一力敏芯片有4个金属垫，所述互联层对应制备4个通孔。
[0030]可选的，所述步骤32的电镀金属为铜。
[0031]本专利技术有益效果是：
[0032]本专利技术通过双芯片集成，互联层连接的结构设计，将电路部分与环境完全隔离，解决了目前恶劣环境下压力传感器适用性差、难以实现表压或差压应用等问题，本专利技术大幅度的提升了芯片在恶劣环境中应用的可靠性，且可以用于差压检测，即双面均为腐蚀性介质的环境中。
[0033]同时，本专利技术可以直接使用常规封装手段进行封装，解决了现有介质隔离压力传感器封装困难的问题。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他
的附图。
[0035]图1是本专利技术传感器芯片的结构示意图。
[0036]图2是本专利技术传感器芯片的分体表面图案示意图。
[0037]图3是本专利技术的力敏芯片制备流程图。
[0038]图4是本专利技术的互联层制备流程图。
[0039]1、第一力敏芯片基体；2、连接层；3、第二力敏芯片基体；4、压力传感器芯片电路；5、导电铜柱；6、空腔；7、金属连接线；8、输入/输出金属垫；
[0040]101、金属垫；102、压敏电阻；201、铜柱；301、金属垫；302、压敏电阻；
[0041]10、硅基体；11、重掺杂区域；12、轻掺杂区域(压阻条)；13、介质层；14、金属线以及金属垫；
[0042]20、玻璃基体；21、通孔；22、电镀铜；23、空腔。
具体实施方式
[0043]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。
[0044]实施例一：
[0045]本实施例提供一种用于恶劣环境下的MEMS压力传感器芯片，所述压力传感器芯片包括：从上到下依次键合的第一力敏芯片、互联层、第二力敏芯片；
[0046]所述第一力敏芯片的下表面设有：金属垫、压阻条，并通过金属连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于恶劣环境下的MEMS压力传感器芯片，其特征在于，所述压力传感器芯片包括：从上到下依次键合的第一力敏芯片、互联层、第二力敏芯片；所述第一力敏芯片的下表面设有：金属垫、压阻条，并通过金属连接线连接；所述第二力敏芯片的上表面设有金属垫、压阻条，并通过金属连接线连接；所述互联层设有上下贯通的通孔，通孔中贯穿金属柱，所述第一芯片电路的金属垫和所述第二芯片电路的金属垫通过所述金属柱对应连接；所述第二力敏芯片的面积大于所述第一力敏芯片的面积，所述第二力敏芯片上还包括对外输入输出金属垫，所述对外输入输出金属垫通过金属连接线与所述第二力敏芯片的上表面的电路连接。2.根据权利要求1所述的压力传感器芯片，其特征在于，所述互联层采用玻璃或硅制备，上下表面设有凹槽，用于提供给所述第一力敏芯片和第二力敏芯片在受压时的变形空间。3.一种用于恶劣环境下的MEMS压力传感器芯片的制备方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一：制备第一力敏芯片，制备过程包括：步骤11：以硅片为基底，离子注入第一离子注入区，形成了重掺杂区域，用于连接压阻条和金属电极；步骤12：离子注入第二离子注入区，构成压阻条；步骤13：退火，以激活离子掺杂效果，提升离子注入区域的表面电导率；步骤14：沉积氧化硅、氮化硅，形成介质层，用于隔离掺杂区和金属；步骤15：沉积或溅射金属层，形成金属连接线和金属垫；步骤16：干法或湿法刻蚀背腔，形成压力隔膜；步骤二：制备第二力敏芯片，所述第二力敏芯片面积大于所述第一力敏芯片，制备方法与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕勤，刘晓宇，
申请(专利权)人：无锡胜脉电子有限公司，
类型：发明
国别省市：