CN102156012A - Mems压力传感器及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种MEMS压力传感器，包括：第一衬底，具有压阻式压力传感单元、电连线扩散层和所述第一衬底表面的第一粘合层；第二衬底，具有导体间介质层、位于所述导体间介质层中的导体连线层和/或所述第二衬底表面的第二粘合层；其中，所述第二衬底与第一衬底相对设置，通过第一粘合层和第二粘合层固定连接，所述第一粘合层与第二粘合层的图案对应并且均为导电材料。该MEMS压力传感器及其制作方法，能够与集成电路制造工艺兼容，有效地降低制作成本并减小传感器尺寸。

Description

MEMS压力传感器及其制作方法
技术领域
本发明涉及MEMS技术领域，特别涉及一种MEMS压力传感器及其制作方法。
背景技术
MEMS(Micro Electromechanical System，微电子机械系统)是集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。近年来，MEMS压力传感器在汽车电子、消费电子和工业电子领域逐渐取代传统的机械量传感器，具有广阔的市场前景，例如轮胎压力监测压力传感器、发动机机油压力传感器、汽车刹车系统空气压力传感器和汽车发动机进气歧管压力传感器等都广泛应用了MEMS技术。
相对于传统的机械量传感器，MEMS压力传感器的尺寸更小，控制精度更高，制作工艺可以与硅集成电路技术兼容，因而其性价比大幅度提高。目前的MEMS压力传感器有压阻式压力传感器和电容式压力传感器，两者都是在硅片上制作的MEMS传感器。压阻式压力传感器利用硅电阻在应(压)力下电阻发生变化的原理，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。
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压信号并被信号处理电路放大后作为输出信号。这种制作方法主要工艺均与CMOS集成电路相似。
近年来，Bosch发明了一种压阻式压力传感器制作方法。该方法利用一种特殊的工艺在硅衬底中的特定区域形成潜埋的空腔，从而不使用传统的深硅刻蚀工艺形成感应薄膜。意法微电子利用刻蚀、外延和退火的工艺在单晶硅衬底中制作空腔，以形成单晶硅表面薄膜和压阻式压力传感器。
传统的MEMS压力传感器制作完成后即进行与信号处理芯片的封装工艺，会将压力传感器芯片和信号处理电路芯片放置到具有空腔的封装衬底上并用压焊引线将两芯片连接，然后涂覆保护软胶，最后采用塑料盖或金属盖密封，也可以先将压力传感器和信号处理电路芯片放置到平面封装衬底上，用压焊引线将两芯片连接，然后涂覆保护软胶并采用金属壳覆盖。
然而问题在于，上述传统的MEMS压力传感器制作和封装方法中，压力传感器芯片和信号处理电路芯片是分立的，通过封装工艺集成，带空腔加盖的塑封，或金属壳的方法，其工艺过程都较复杂，不便于和成熟的集成电路制造技术兼容，并且器件尺寸较大，成本也由此而升高。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种MEMS压力传感器及其制作方法，能够与集成电路制造工艺兼容，有效地降低制作成本并减小传感器尺寸。
为解决上述问题，本发明提供一种MEMS压力传感器，包括：
第一衬底，具有压阻式压力传感单元、电连线扩散层和所述第一衬底表面的第一粘合层；
第二衬底，具有导体间介质层、位于所述导体间介质层中的导体连线层和/或所述第二衬底表面的第二粘合层；
其中，所述第二衬底与第一衬底相对设置，通过第一粘合层和第二粘合层固定连接，所述第一粘合层与第二粘合层的图案对应并且均为导电材料。
所述第二粘合层位于导体连线层上方，或者，所述第二粘合层为导体连线层中的最上层导体层。
所述第一粘合层和/或第二粘合层为Ge层、Si层、Au层、Al层、Au/Sn叠层或Al/Ge叠层。
所述第一衬底包括SOI衬底，该SOI衬底依次包括硅本体层、埋氧层和SOI层，其中所述压阻式压力传感单元及电连线扩散层形成于所述SOI层中。
所述压阻式压力传感单元包括感应薄膜和参考压力腔，所述感应薄膜中具有多个电阻构成的惠斯顿电阻桥，所述参考压力腔位于感应薄膜与第二衬底之间，所述第一衬底的背面具有开口，该开口将所述感应薄膜暴露于大气中。
所述第二衬底包括SOI衬底或者单晶硅衬底，所述导体间介质层下的衬底内还包括信号处理电路。
所述参考压力腔内的第二衬底表面具有自测电极，与所述感应薄膜的位置对应。
所述第二衬底还包括位于导体连线层外围的多个压焊焊垫，所述多个压焊焊垫所对应的第一衬底被去除。
所述的MEMS压力传感器还包括：
封装衬底，位于第二衬底下方，具有多个压焊管脚；
封装体，位于所述封装衬底上方并将所述第一衬底和第二衬底包裹；
粘合胶，位于第二衬底和封装衬底之间；
引线，位于所述封装体内，两端分别与压焊焊垫和压焊管脚焊接。
所述封装体和固定连接的第一衬底、第二衬底之间还包括应力缓冲层。
相应的、还提供一种MEMS压力传感器的制作方法，包括：
提供第一衬底，在所述第一衬底上形成压阻式压力传感单元、电连线扩散层和所述第一衬底表面的第一粘合层；
提供第二衬底，在所述第二衬底上形成导体间介质层、位于所述导体间介质层中的导体连线层和/或所述第二衬底表面的第二粘合层；
将所述第一粘合层和第二粘合层相对设置并按照图案对应的方式粘接，以固定连接及电连接所述第一衬底和第二衬底。
所述第一衬底包括SOI衬底，该SOI衬底包括硅本体层、埋氧层和SOI层，在所述第一衬底上形成压阻式压力传感单元、电连线扩散层和所述第一衬底表面的第一粘合层的步骤具体包括：
在所述SOI层中制作压阻式压力传感单元及电连线扩散层，所述压阻式压力传感单元包括感应薄膜，在所述感应薄膜中制作多个电阻构成的惠斯顿电阻桥；
在具有所述压阻式压力传感单元及电连线扩散层的第一衬底表面淀积第一粘合材料层；
采用第一掩模板进行光刻工艺，对第一粘合材料层进行刻蚀从而形成第一粘合层，其中，所述感应薄膜上方的第一粘合材料层也被去除。
在所述第二衬底上形成导体间介质层、位于所述导体间介质层中的导体连线层和所述第二衬底表面的第二粘合层的步骤具体包括：
在所述第二衬底上形成导体间介质层、位于所述导体间介质层中的导体连线层；
在所述导体连线层上淀积第二粘合材料层，或者，该第二粘合材料层为导体连线层中的最上层导体材料层；
采用第二掩模板进行光刻工艺，对第二粘合材料层进行刻蚀从而形成第二粘合层。
所述的MEMS压力传感器的制作方法，还包括：在所述第二衬底上形成第二粘合层的同时在导体连线层外围的压焊焊垫区内形成多个压焊焊垫。
固定连接及电连接第一衬底和第二衬底之后或之前还包括：去除所述压焊焊垫区对应的第一衬底，以暴露出压焊焊垫区内的多个压焊焊垫，同时，去除所述感应薄膜背向所述第二衬底一面的硅本体层和埋氧层，仅剩余感应薄膜。
固定连接及电连接第一衬底和第二衬底之后或之前还包括：去除所述压焊焊垫区对应的第一衬底，以暴露出压焊焊垫区内的多个压焊焊垫，同时，去除所述感应薄膜背向所述第二衬底一面的硅本体层，剩余埋氧层和感应薄膜。
将所述第一粘合层和第二粘合层相对设置并按照图案对应的方式粘接包括以下步骤：
将第一衬底的第一粘合层与第二衬底的第二粘合层的位置相对，使其图案相互接触；
从两个衬底的背面施加压力，同时进行加热使第一粘合层和第二粘合层的接触面相互融合。
所述的MEMS压力传感器的制作方法还包括：
在所述第二衬底上形成第二粘合层的同时形成自测电极，或者，在第二衬底上形成导体连线层的同时形成自测电极，其位置对应于第一衬底上压阻式压力传感单元的感应薄膜。
固定连接及电连接第一衬底和第二衬底之后还包括：
提供封装衬底，设置有多个压焊管脚；
将所述第二衬底背向所述第一衬底的一面与封装衬底连接；
通过引线将第二衬底的各个压焊焊垫与封装衬底上的相应的压焊管脚电连接；
进行塑料灌模封装，以将第一衬底和第二衬底之外的封装衬底表面的空间填充封装体。
进行塑料灌模封装之前还包括：
在所述封装体和固定连接的第一衬底、第二衬底之间形成应力缓冲层。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
本发明实施例提供的MEMS压力传感器及其制作方法包括两个衬底，第一衬底用于形成压阻式压力传感单元，第二衬底用于形成导体连线层(及信号处理电路)，两个衬底面对面通过第一粘合层和第二粘合层粘合在一起，也同时形成两衬底间的密封结构，然后用硅深法刻蚀第一衬底的背面，同时暴露压阻式压力传感单元的感应薄膜元素及第二衬底上的压焊焊垫区，最后进行封装。这样一来，第一衬底和第二衬底可以分工制作，其制作过程均与集成电路兼容，两者通过粘合工艺集成在一起，避免了封装工艺集成的复杂性，而且有利于减小器件尺寸，降低成本，具有工艺简单、方便的优点。
此外，上述方法可以实现QFN或DFN，SOIC等各类塑料封装，与传统的压力传感器相比，有效地降低成本及减小传感器体积。
附图说明
通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1为实施例一中MEMS压力传感器的结构示意图；
图2为实施例一中MEMS压力传感器的制作方法的流程图；
图3至图7为实施例一中MEMS压力传感器的制作方法的示意图；
图8为实施例二中MEMS压力传感器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
实施例一
图1为本实施例中MEMS压力传感器的结构示意图，如图所示，该MEMS压力传感器包括：第一衬底100，具有压阻式压力传感单元101、电连线扩散层103和所述第一衬底100表面的第一粘合层102；第二衬底200，具有导体间介质层、位于所述导体间介质层中的导体连线层201和所述第二衬底200表面的第二粘合层202。
其中，所述第二衬底200与第一衬底100相对设置，通过第一粘合层102和第二粘合层202固定连接，所述第一粘合层102与第二粘合层202的图案对应并且均为导电材料。所述“图案对应”是指第一粘合层102与第二粘合层202相应位置的图案匹配，尺寸、形状均可以不同，位置可以也可错位，只需要第二衬底200与第一衬底100相对设置后，图案能够具有交叠的部分可以相互接触。需要说明的是，下文中表示位置关系的“上”、“下”仅限于图1中所示的第一衬底100倒置于第二衬底200上方的情况。
本实施例中，第一衬底100包括SOI衬底，所述SOI衬底包括硅本体层100a、埋氧层(BOX)100b和SOI层100c；所述SOI层100c具有压阻式压力传感单元101及电连线扩散层103，所述压阻式压力传感单元101包括感应薄膜101a，该感应薄膜101a中具有多个电阻构成的惠斯顿电阻桥(图中未示出)。所述感应薄膜101a和电连线扩散层103均由SOI层100c通过光刻、刻蚀和扩散工艺形成。此外，所述压阻式压力传感单元101及电连线扩散层103上还可以具有保护介质层(图中未示出)，用于防止在后续形成第一粘合层的过程中损伤感应薄膜，同时也可以作为后续工艺的刻蚀停止层。
所述感应薄膜101a上方(背向第二衬底200的一面)的硅本体层100a、埋氧层100b被去除，形成开口101b，而将感应薄膜101a暴露于大气中。感应薄膜101a的下方(朝向第二衬底200的一面)具有参考压力腔101c，位于第二衬底200和感应薄膜101a之间，这是由于所述开口101b和参考压力腔101c的存在，感应薄膜101a才具有沿垂直于第一衬底100和第二衬底200方向形变的自由度。
所述第二衬底200包括S0I衬底或者单晶硅衬底，第二衬底200上具有导体间介质层203和所述导体间介质层203中的导体连线层201，导体间介质层203上方还具有第二粘合层202。
所述第一粘合层102形成于SOI层100c上面，其图案并不位于SOI层中感应薄膜101a上，避免影响感应薄膜101a的灵敏度。所述第二粘合层202形成于导体连线层201上方，在本发明的其他实施例中，所述第二粘合层202为导体连线层中的最上层导体层，换言之，在制造导体连线层中的最上层导体层的过程中，同时制作第二粘合层202的图案，这样可以节省一道光刻工艺，有利于降低成本。
优选的，第二衬底200的表面内还具有信号处理电路(图中未示出)，例如CMOS电路，信号处理电路上方为导体间介质层和导体连线层，所述信号处理电路用于接受、转化和检测压阻式压力传感单元101感应到的外界压力信号，导体连线层201用于连接不同的器件并连接第二粘合层202和第二衬底200内的信号处理电路。
所述第一粘合层102与第二粘合层202的图案对应并且相互固定连接，第一粘合层102与第二粘合层202均为导电材料，则可以实现第一衬底100和第二衬底200的电连接，从而将第一衬底100内的压阻式压力传感单元101与第二衬底200内的导体连线层201集成。
所述第一粘合层和/或第二粘合层为Ge层、Si层、Au层、Al层、Au/Sn叠层或Al/Ge叠层。所述第一粘合层和/或第二粘合层也可以为其他导体或合金材料。
参考压力腔101c由第一衬底的感应薄膜101a、第一粘合层102和第二衬底的导体间介质层203、第二粘合层202围成，其位置与所述开口101b对应。所述参考压力腔101b位于感应薄膜101a与第二衬底200之间，所述第一衬底100的背面的开口101c将所述感应薄膜101a暴露于大气中。该参考压力腔101c和开口101b分别位于感应薄膜101a的两侧，并且参考压力腔101c相对于外界密封，从而为另一侧开口端的压力变化提供固定的参考压力值。
此外，所述第二衬底200上还具有多个压焊焊垫204，所述压焊焊垫204位于第二衬底200的导体连线层201之外，位于所述第二粘合层202的同一膜层。压焊焊垫204对应的第一衬底100被去除，使得压焊焊垫204暴露，与引线303焊接。
第一衬底100包括多个所述MEMS压力传感器芯片组成的阵列，第二衬底200上包括与多个所述MEMS压力传感器芯片对应的导体连线阵列(图中未示出)，两者集成后再进行分割、封装，与集成电路的芯片封装工艺兼容，适合大批量制造，有利于提高产能。
进行封装工艺之后，本实施例中所述MEMS压力传感器还包括位于第二衬底200下方的封装衬底300和封装衬底300上方将第一衬底100和第二衬底200包裹的封装体301。所述第二衬底200和封装衬底300之间还具有粘合胶302。优选的，所述封装体301和固定连接的第一衬底100、第二衬底200之间还包括应力缓冲层，用于缓冲封装体301的应力，从而避免对感应薄膜敏感度的干扰。
下面结合附图详细说明上述MEMS压力传感器的制作方法。图2为本发明实施例中所述MEMS压力传感器的制作方法的流程图，图3至图6为所述MEMS压力传感器的制作方法的示意图。如图所示，所述制作方法包括：
步骤S1：提供第一衬底100，在所述第一衬底100上形成压阻式压力传感单元101、电连线扩散层103和所述第一衬底100表面的第一粘合层102，参照图3所示。
具体的，第一衬底100包括SOI衬底，该SOI衬底包括硅本体层100a、埋氧层(BOX)100b和SOI层100c，在所述SOI层100c中利用光刻、刻蚀和扩散工艺制作压阻式压力传感单元101及电连线扩散层103，所述压阻式压力传感单元101包括感应薄膜101a，在所述感应薄膜101a中制作多个电阻构成的惠斯顿电阻桥(图中未示出)。此外，优选的，在所述压阻式压力传感单元101及电连线扩散层103上还可以形成保护介质层(图中未示出)。
接着，在具有压阻式压力传感单元101及电连线扩散层103的第一衬底表面淀积第一粘合材料层(图中未示出)，所述第一粘合材料层形成于SOI层100c上面，但并不位于SOI层中感应薄膜上，避免影响感应薄膜101a的灵敏度；采用第一掩模板进行光刻工艺，然后对第一粘合材料层进行刻蚀从而形成第一粘合层102，该步骤的刻蚀工艺可以采用传统的湿法刻蚀或等离子刻蚀工艺，从而完成第一衬底100的制作过程。
步骤S2：提供第二衬底200，在所述第二衬底200上形成导体间介质层203和所述导体间介质层203中的导体连线层201，以及导体间介质层203上方的第二粘合层202，参照图4所示。
第二衬底200包括SOI衬底或者单晶硅衬底，优选的，按照传统工艺在该第二衬底200内先形成信号处理电路，所述信号处理电路例如包括CMOS电路；然后形成信号处理电路上的导体间介质层203、位于所述导体间介质层203中的导体连线层201，该步骤可以采用铜互连工艺或者铝互连工艺。
接着，在所述导体间介质层203上淀积第二粘合材料层(图中未示出)，采用第二掩模板进行光刻工艺，然后对第二粘合材料层进行刻蚀从而形成第二粘合层202，该第二粘合层202可以由导体间介质层中的通孔和连接插塞与其下方的导体连线层201电性连接。
其中，所述第一粘合层102与第二粘合层202均为导电材料，例如，所述第一粘合层102和/或第二粘合层202为Au层、Al层、Au/Sn叠层或Al/Ge叠层。当所述第一粘合102层和/或第二粘合层202为Au/Sn叠层时，采用电镀工艺形成其图形，Al/Ge叠层可以采用光刻、刻蚀工艺形成其图形。所述第一粘合层102与第二粘合层202均为导电材料，例如，所述第一粘合层102和/或第二粘合层202为Au层、Al层、Au/Sn叠层或Al/Ge叠层。当所述第一粘合102层和/或第二粘合层202为Au/Sn叠层时，先依次淀积Au层、Sn层，然后对上述叠层进行光刻、刻蚀工艺，类似的，Al/Ge叠层构成的第一粘合层和/或第二粘合层也是同样的制作方法。
优选的，第二粘合层202采用与导体连线层201相同的材料，例如Al，则所述第二粘合层202为导体连线层中的最上层导体层，换言之，在制造导体连线层中的最上层导体层的过程中，同时制作第二粘合层202的图案，这样可以节省一道光刻工艺，有利于降低成本。
经过光刻、刻蚀工艺后，所述第一粘合层102与第二粘合层202的图案对应，这里“对应”的含义是当第一衬底100和第二衬底200相对设置时，第一粘合层102朝向第二粘合层202，两者图案的位置和形状相互配合，能够对应连接。
形成第二粘合层202的同时，在所述导体连线层201以及之外的第二衬底200上形成压焊焊垫区的多个压焊焊垫204。各个压焊焊垫204与第二粘合层202同一工艺中形成。
具体的，所述信号处理电路和所述导体连线层201位于第二衬底200的器件区内，所述器件区之外为压焊焊垫区，压焊焊垫区包括多个压焊焊垫204，用于与压焊引线连接，此外，所述器件区之外还具有芯片分割区。
步骤S3：将所述第一粘合层102和第二粘合层202相对设置并按照图案对应的方式粘接，以连接第一衬底100和第二衬底200，参照图5所示。
具体的，先将第一衬底100的第一粘合层102与第二衬底200的第二粘合层202的位置相对，使其图案相互接触，然后从两个衬底的背面施加压力，同时进行加热使第一粘合层102和第二粘合层202的接触面相互融合，例如所述第一粘合层102和第二粘合层202为Al层，通过衬底背面的吸盘对衬底施加40k-90k牛压力，加热衬底至400℃，相互接触的Al层发生固态扩散，降温后实现固定连接。上述连接工艺的工艺参数因第一粘合层102和第二粘合层202材料不同而不同。
第一粘合层102和第二粘合层202均为导电材料，例如导体或者合金，固定连接的同时还能够将第一衬底100的压阻式压力传感单元101及电连线扩散层103与第二衬底200的导体连线层203(及信号处理电路)电连接，实现压阻式压力传感单元101与导体连线层203(及信号处理电路)的集成。
优选的，如图6所示，连接第一衬底100和第二衬底200之后还包括：采用刻蚀工艺去除所述压焊焊垫区对应的第一衬底100，以暴露出压焊焊垫区内的多个压焊焊垫204，同时，去除所述感应薄膜背面的硅本体层100a和埋氧层100b，刻蚀停止在感应薄膜101a的背面。例如，先在第一衬底100背面形成刻蚀阻挡层(图中未示出)，该刻蚀阻挡层暴露出开口和压焊焊垫区对应的第一衬底100的背面，采用第一类刻蚀气体从第一衬底100的背面开始刻蚀硅本体层100a和埋氧层100b，当去除大部分埋氧层材料时，开口位置的刻蚀接近感应薄膜背面，而压焊焊垫区对应的第一衬底100仅剩余较薄的埋氧层，换用第二类刻蚀气体(对硅的刻蚀选择比较高)继续刻蚀，直到全部去除埋氧层，露出开口并且去除压焊焊垫区对应的所有第一衬底。
另外，上述步骤也可以在第一衬底100的第一粘合层102与第二衬底200的第二粘合层202的图案相互接触之前单独对第一衬底100进行，这样可以避免刻蚀工艺对第二衬底200的污染。
去除压阻式压力传感单元101的感应薄膜101a对应的第一衬底100可以依次去除硅本体层100a和埋氧层100b，仅剩余感应薄膜101a；也可以使刻蚀停止在埋氧层100b表面而仅去除硅本体层100a，这样埋氧层100b可以起到保护感应薄膜的作用，这种方案需要在制作第一衬底的步骤S1中提前去除压焊焊垫区对应的第一衬底上的埋氧层。
第一衬底的感应薄膜101a、第一粘合层102和第二衬底的导体间介质层203、第二粘合层202进行粘合连接后，在与所述开口101b对应的位置围成参考压力腔101c。
本发明的另一实施例中，以上步骤S1和步骤S2的顺序可以相互调换，也可以同时进行，不分先后顺序，实际生产中第一衬底和第二衬底制作工艺可以能够在不同的机台完成，有利于提高产能。
至此，本实施例提供的MEMS压力传感器的芯片制作完成，第一衬底100上包括多个MEMS压力传感器组成的阵列，第二衬底200上包括与多个所述MEMS压力传感器芯片对应的导体连线阵列(图中未示出)，接下来进行分割工艺，而后从硅片制作工艺转到芯片封装工艺，与集成电路的芯片封装工艺兼容，适合大批量制造，有利于提高产能。
上述MEMS压力传感器芯片的封装工艺参照图2和图7所示，包括以下步骤：
步骤S4：提供封装衬底300，设置有多个压焊管脚301。所述封装衬底300可以为陶瓷材料也可以为引线框架(Leadfream)
步骤S5：将上述MEMS压力传感器的第二衬底200背向所述第一衬底100的一面与封装衬底300连接，例如采用粘合胶206将第二衬底200粘接在封装衬底300上。
步骤S6：通过引线302将第二衬底200的各个压焊焊垫204与封装衬底300上的相应的压焊管脚301电连接，具体的，采用压焊工艺分别将引线302的两端与压焊焊垫204和压焊管脚301焊接。
步骤S7：焊接引线后的MEMS压力传感器进行塑料灌模封装，将第一衬底100和第二衬底200之外的封装衬底300表面的空间填充塑料封装体303，以保护压力传感单元101(及信号处理电路)等功能区域，而且也起到固定引线302的作用。
此外，在塑料灌模封装时，应用模具防止塑料灌入感应薄膜101a上的开口101b。最后形成的封装体303的顶表面可以与第一衬底100的背面平齐(参见图7)，也可以相对于第一衬底100的背面突出。为避免塑料灌入开口，封装过程中用模具遮挡开口。
本发明的优选实施例中，进行塑料灌模封装之前还包括：在所述封装体303和固定连接的第一衬底100、第二衬底200之间形成应力缓冲层(图中未示出)。
本发明实施例提供的MEMS压力传感器及其制作方法包括两个衬底，第一衬底用于形成压阻式压力传感单元，第二衬底用于形成导体连线层(及其信号处理电路)，两个衬底面对面通过第一粘合层和第二粘合层粘合在一起，也同时形成两衬底间的密封结构，然后用硅深法刻蚀第一衬底的背面，同时暴露压阻式压力传感单元的感应薄膜元素及第二衬底上的压焊焊垫区，最后进行封装。这样一来，第一衬底和第二衬底可以分工制作，其制作过程均与集成电路兼容，两者通过粘合工艺集成在一起，避免了封装工艺集成的复杂性，而且有利于减小器件尺寸，降低成本，具有工艺简单、方便的优点。
此外，上述方法可以实现QFN或DFN，SOIC等各类塑料封装，与传统的压力传感器相比，有效地降低成本及减小传感器体积。
实施例三
图8为本实施例中MEMS压力传感器的结构示意图。
如图所示，参考压力腔101c内的第二衬底200表面具有自测电极205，该自测电极205与感应薄膜101a之间具有一定距离，该自测电极205上方与第一衬底100上的感应薄膜对准，其与下方的导体连线连接，在自测电极205和感应薄膜101a之间施加测试电压，则可以实现压阻式压力传感单元的自测功能。本实施例MEMS压力传感器的其他结构均与实施例一相同，在此不再赘述。
本实施例MEMS压力传感器的制作方法与实施例一的区别仅在于，第二衬底200的制作工艺中，在所述第二衬底200上形成第二粘合层202的同时形成自测电极205，或者，在第二衬底200上形成导体连线层201的同时形成自测电极205，其位置对应于第一衬底100上压阻式压力传感单元的感应薄膜101a。优选的，该自测电极205与第二粘合层202在同一膜层，通过同一光刻、刻蚀工艺形成。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。上述MEMS压力传感器的芯片还可以包括与所述压阻式压力传感单元的结构相同的参考单元，组成差分式传感器，同时测量压阻式压力传感单元电容和参考单元电容，取其差值做差分输出，可以大大减小外界环境因素(温度，应力等)对传感器输出的影响。
以上实施例所述MEMS压力传感器，其第二衬底均包括至少一层导体连线层和第二粘合层，事实上，也可以仅具有一层导体连线层，该导体连线层兼作第二粘合层。
本发明实施例所述的导体连线层、导体间介质层或第一导体层、第二导体层中的“导体”包括但不限于金属、合金或半导体等材料。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (20)

1.一种MEMS压力传感器，其特征在于，包括：
第一衬底，具有压阻式压力传感单元、电连线扩散层和所述第一衬底表面的第一粘合层；
第二衬底，具有导体间介质层、位于所述导体间介质层中的导体连线层和/或所述第二衬底表面的第二粘合层；
其中，所述第二衬底与第一衬底相对设置，通过第一粘合层和第二粘合层固定连接，所述第一粘合层与第二粘合层的图案对应并且均为导电材料。
2.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述第二粘合层位于导体连线层上方，或者，所述第二粘合层为导体连线层中的最上层导体层。
3.根据权利要求1或2所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述第一粘合层和/或第二粘合层为Ge层、Si层、Au层、Al层、Au/Sn叠层或Al/Ge叠层。
4.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述第一衬底包括SOI衬底，该SOI衬底依次包括硅本体层、埋氧层和SOI层，其中所述压阻式压力传感单元及电连线扩散层形成于所述SOI层中。
5.根据权利要求4所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述压阻式压力传感单元包括感应薄膜和参考压力腔，所述感应薄膜中具有多个电阻构成的惠斯顿电阻桥，所述参考压力腔位于感应薄膜与第二衬底之间，所述第一衬底的背面具有开口，该开口将所述感应薄膜暴露于大气中。
6.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述第二衬底包括SOI衬底或者单晶硅衬底，所述导体间介质层下的衬底内还包括信号处理电路。
7.根据权利要求5或6所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述参考压力腔内的第二衬底表面具有自测电极，与所述感应薄膜的位置对应。
8.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述第二衬底还包括位于导体连线层外围的多个压焊焊垫，所述多个压焊焊垫所对应的第一衬底被去除。
9.根据权利要求8所述的MEMS压力传感器，其特征在于，还包括：
封装衬底，位于第二衬底下方，具有多个压焊管脚；
封装体，位于所述封装衬底上方并将所述第一衬底和第二衬底包裹；
粘合胶，位于第二衬底和封装衬底之间；
引线，位于所述封装体内，两端分别与压焊焊垫和压焊管脚焊接。
10.根据权利要求9所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述封装体和固定连接的第一衬底、第二衬底之间还包括应力缓冲层。
11.一种MEMS压力传感器的制作方法，其特征在于，包括：
提供第一衬底，在所述第一衬底上形成压阻式压力传感单元、电连线扩散层和所述第一衬底表面的第一粘合层；
提供第二衬底，在所述第二衬底上形成导体间介质层、位于所述导体间介质层中的导体连线层和/或所述第二衬底表面的第二粘合层；
将所述第一粘合层和第二粘合层相对设置并按照图案对应的方式粘接，以固定连接及电连接所述第一衬底和第二衬底。
12.根据权利要求11所述的MEMS压力传感器的制作方法，其特征在于，所述第一衬底包括SOI衬底，该SOI衬底包括硅本体层、埋氧层和SOI层，在所述第一衬底上形成压阻式压力传感单元、电连线扩散层和所述第一衬底表面的第一粘合层的步骤具体包括：
在所述SOI层中制作压阻式压力传感单元及电连线扩散层，所述压阻式压力传感单元包括感应薄膜，在所述感应薄膜中制作多个电阻构成的惠斯顿电阻桥；
在具有所述压阻式压力传感单元及电连线扩散层的第一衬底表面淀积第一粘合材料层；
采用第一掩模板进行光刻工艺，对第一粘合材料层进行刻蚀从而形成第一粘合层，其中，所述感应薄膜上方的第一粘合材料层也被去除。
13.根据权利要求12所述的MEMS压力传感器的制作方法，其特征在于，在所述第二衬底上形成导体间介质层、位于所述导体间介质层中的导体连线层和所述第二衬底表面的第二粘合层的步骤具体包括：
在所述第二衬底上形成导体间介质层、位于所述导体间介质层中的导体连线层；
在所述导体连线层上淀积第二粘合材料层，或者，该第二粘合材料层为导体连线层中的最上层导体材料层；
采用第二掩模板进行光刻工艺，对第二粘合材料层进行刻蚀从而形成第二粘合层。
14.根据权利要求11所述的MEMS压力传感器的制作方法，其特征在于，还包括：在所述第二衬底上形成第二粘合层的同时在导体连线层外围的压焊焊垫区内形成多个压焊焊垫。
15.根据权利要求14所述的MEMS压力传感器的制作方法，其特征在于，固定连接及电连接第一衬底和第二衬底之后或之前还包括：去除所述压焊焊垫区对应的第一衬底，以暴露出压焊焊垫区内的多个压焊焊垫，同时，去除所述感应薄膜背向所述第二衬底一面的硅本体层和埋氧层，仅剩余感应薄膜。
16.根据权利要求14所述的MEMS压力传感器的制作方法，其特征在于，固定连接及电连接第一衬底和第二衬底之后或之前还包括：去除所述压焊焊垫区对应的第一衬底，以暴露出压焊焊垫区内的多个压焊焊垫，同时，去除所述感应薄膜背向所述第二衬底一面的硅本体层，剩余埋氧层和感应薄膜。
17.根据权利要求11所述的MEMS压力传感器的制作方法，其特征在于，将所述第一粘合层和第二粘合层相对设置并按照图案对应的方式粘接包括以下步骤：
将第一衬底的第一粘合层与第二衬底的第二粘合层的位置相对，使其图案相互接触；
从两个衬底的背面施加压力，同时进行加热使第一粘合层和第二粘合层的接触面相互融合。
18.根据权利要求12所述的MEMS压力传感器的制作方法，其特征在于，还包括：
在所述第二衬底上形成第二粘合层的同时形成自测电极，或者，在第二衬底上形成导体连线层的同时形成自测电极，其位置对应于第一衬底上压阻式压力传感单元的感应薄膜。
19.根据权利要求14所述的MEMS压力传感器的制作方法，其特征在于，固定连接及电连接第一衬底和第二衬底之后还包括：
提供封装衬底，设置有多个压焊管脚；
将所述第二衬底背向所述第一衬底的一面与封装衬底连接；
通过引线将第二衬底的各个压焊焊垫与封装衬底上的相应的压焊管脚电连接；
进行塑料灌模封装，以将第一衬底和第二衬底之外的封装衬底表面的空间填充封装体。
20.根据权利要求19所述的MEMS压力传感器的制作方法，其特征在于，进行塑料灌模封装之前还包括：
在所述封装体和固定连接的第一衬底、第二衬底之间形成应力缓冲层。
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