CN107892268B - 压力传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

压力传感器及其制造方法

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明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，本发明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。

本发明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。由于本发明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，本发明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为本发明具体实施方式的压力传感器的制造方法的流程示意图；

图2至图24为本发明具体实施方式的压力传感器的制造过程的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的压力传感器及其制造方法的具体实施方式做详细说明。

请参考图1，为本发明的压力传感器制造方法的流程示意图。

本发明的压力传感器制造方法包括如下步骤：

步骤S11：提供基底，所述基底具有第一表面和第二表面。所述基底可以为单晶硅晶圆或其他半导体晶圆。

步骤S12：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。

步骤S13：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。

步骤S14：在所述半导体层表面形成介质层；

步骤S15：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；

步骤S16：键合形成覆盖所述半导体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；

步骤S17：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。

请参考图2至图24为本发明一具体实施方式的压力传感器的制造过程的结构示意图。

请参考图2，提供基底101，所述基底101包括第一表面101a和第二表面101b。该具体实施方式中，所述基底101为单晶硅晶圆。

请参考图3，在所述第一表面101a上形成具有第一掩膜图形103的第一掩膜层102。所述第一掩膜层102的制造方法包括：采用低压化学气相沉积、等离子体化学气相沉积或热氧化等工艺在所述第一表面101a上形成掩膜材料层102之后，然后采用光刻和湿法腐蚀工艺，或者光刻和干法刻蚀工艺去除部分掩膜材料层，形成第一掩膜图形103。该具体实施方式中，所述第一掩膜层102的材料为氧化硅，在本发明的其他具体实施方式中，所述第一掩膜层102的材料还可以为氮化硅、碳化硅、氮氧化硅等介质材料，可以为单层或多层复合结构。

请参考图4，以所述第一掩膜层102为掩膜，刻蚀所述基底101，在所述基底101内形成深孔104。该具体实施方式中，采用各向异性刻蚀工艺，例如深反应离子硅刻蚀(DRIE)工艺，刻蚀所述基底101得到若干深孔104，所述深孔104的横截面形状可以是矩形、圆形、五边形、六边形或其他多边形。所述深孔104的大小可以根据工艺及设计需求确定。所述深孔104的深度一般为几十微米。

请参考图5，继续刻蚀所述基底101，形成位于所述深孔104底部的第一腔体105。具体的，采用各向异性腐蚀工艺，如采用氢氧化钾(KOH)、四甲基氢氧化铵(TMAH)等碱性溶液注入若干深孔104中，对所述基底101进行腐蚀，从而于基底101内将若干深孔104底部连通以形成第一腔体105。在该步骤中，在形成所述第一腔体105同时，位于第一腔体105上方的基底形成网状凸柱106。所述第一腔体105的位置和尺寸范围有第一掩膜图形103决定。所述凸柱106的深度通常为几十微米，所述凸柱106在后续过程中，起到限位作用，防止产品在封装、组装货运输过程中带来的瞬间冲击超过后续形成的悬臂梁或折叠梁的最大承受应力，提高了产品的鲁棒性。

在本发明的其他具体实施方式中，所述第一腔体105和凸柱106也可以采用干法刻蚀工艺，如深反应离子硅刻蚀(DRIE)工艺，并通过合适的工艺参数得到。

在本发明的其他具体实施方式中，也可以通过调整刻蚀基底101的刻蚀参数，使得所述第一腔体105顶部的凸柱106也同时被刻蚀去除。

请参考图6，去除所述第一掩膜层102，然后在所述基底101第一表面101a外延形成半导体薄膜107，所述半导体薄膜107覆盖所述深孔104。可以采用干法刻蚀或湿法腐蚀工艺，如用缓冲氢氟酸(BOE)去除所述第一掩膜层102，然后与基底101的第一表面101a上采用外延工艺覆盖半导体薄膜107，具体的所述半导体薄膜107可以为单晶硅薄膜。所述半导体薄膜107覆盖若干深孔104，此时第一腔体105成为一密封腔体。由于所述半导体薄膜107在深孔104上外延生长，所述半导体薄膜107表面具有若干凹陷108，使得所述半导体薄膜107表面凹凸不平。

请参考图7，采用半导体研磨工艺去除所述半导体薄膜107表面的凹陷108，形成平坦的半导体层109，所述半导体层109的厚度低于半导体薄膜107的厚度。

请参考图8，在所述半导体层109表面形成介质层110，刻蚀所述介质层110至所述半导体层109内部，形成第二腔体111，所述第二腔体111宽度小于第一腔体105的宽度。具体的，该具体实施方式中，可以在平坦的半导体层109表面，采用低压化学气相沉积(LPCVD)工艺、等离子体化学气相沉积(PECVD)工艺、热氧化等工艺，在所述半导体层109表面形成所述介质层110。该具体实施方式中，所述介质层110的材料为氧化硅；在本发明的其他具体实施方式中，所述介质层110的材料还可以是氮化硅、氮氧化硅等绝缘介质材料。刻蚀所述介质层110形成一开口，然后沿所述开口继续刻蚀半导体层109，形成一定深度的第二腔体111，且在第二腔体111四周形成一台阶110-1。所述第二腔体111的深度可根据刻蚀条件控制，但不与所述第一腔体105连通。且所述第二腔体111的宽度小于第一腔体105的宽度，以便在所述第二腔体111四周留下足够的空间用来进行后续的键合。

请参考图9，形成覆盖所述介质层110和第二腔体111的器件层113，使所述第二腔体111密封。所述器件层113的形成方法具体如下：提供一晶圆，并在所述介质层110表面形成硅-氧化硅键合，所述晶圆覆盖与第二腔体111之后，并形成密封；对键合好的晶圆进行研磨，形成适当厚度的器件层113，所述器件层113的厚度远低于晶圆的厚度，所述厚度根据待形成的压力传感器的量程和灵敏度计算得到。图9所述结构在传统的晶圆基础上采用SOI(绝缘衬底上硅)技术，其中，器件层113的厚度决定了压力传感器的灵敏度。由于所述器件层113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113的均匀性和一致性较高。

请参考图10，在所述器件层113表面制作压阻条114，所述压阻条114可以采用离子注入形成。另外，在器件层113表面形成阻挡层和钝化层(图中未示出)。另外，在器件层113表面还形成一些用于电性连接的金属层(图中未示出)、第一焊盘(图中未示出)和第一键合层115，所述金属层和第一键合层115可以采用同一种材料，同时形成，例如金属Al或Au等。

请参考图11，刻蚀所述第二腔体111外围的器件层113、介质层110以及半导体层109，形成与所述第一腔体105连通的深槽116以及位于所述深槽116内的悬梁，所述深槽116与第一腔体105构成收容腔，悬浮于所述收容腔内的部分半导体层109、介质层110、第二腔体111以及器件层113构成感应本体114-1，所述悬梁连接所述感应本体114-1与收容腔侧壁。具体的，在所述器件层113表面旋涂光刻胶并曝光显影(图中未示出)，采用深反应离子硅刻蚀工艺按照曝光显影后的掩膜图形刻蚀，形成与第一腔体105连通的深槽116。深槽116和第一腔体105围设形成微机电系统传感器的感应本体114-1与外围连接部114-2。至此，形成压力传感芯片。

请参考图12A，为图11中本发明一具体实施方式的压力传感器的俯视示意图。感应本体114-1通过悬梁114-3与外围连接部114-2进行连接，第二腔体111上方的压阻条(图中未示出)通过金属连线(图中未示出)相连，且经过悬梁114-3上，连接到感应本体114-1的金属焊盘117上。悬梁114-3位于感应本体114-1一侧的中心部位，也可以位于感应本体114-1的四个顶角位置处。所述第一键合层115在深槽116外围一圈，且位于外围连接部114-2之上。

当有应力作用于压力传感器上时，应力将通过基底传递至器件层113上，由于感应本体114-1与其他部位，例如外围连接部114-2之间是分开的，并悬浮于收容腔内，通过悬梁114-3连接，应力不会被耦合，不会传递到感应本体114-1的器件层上，因此起到了应力释放的作用。

请参考图12B，为本发明另一具体实施方式的压力传感器的俯视示意图。为了进一步提高应力释放的效果，以及提高产品的鲁棒性，除了用于支撑且布线的悬梁114-3之外，在感应本体114-1四个角上，还形成四个弯折梁118，由于弯折梁118比较软，当产品组装或收到外力撞击时，能大大提高可靠性。在本发明的其他具体实施方式中，也可以不形成所述悬梁114-3，而仅通过弯折梁118连接所述感应本体114-1与外围连接部114-2。

请参考图12C，为本发明另一具体实施方式的压力传感器的俯视示意图。所述感应本体114-1与外围连接部114-2之间的悬梁为长梁119，长梁119的一端与感应本体114-1的一个角连接，另一端与外围连接部114-2一边的中心部位连接，由于长梁119比较长，因此硬度较软，应力释放的同时，也能提升产品的鲁棒性。

更进一步的，请参考图12D，可以制作两个长梁119，对称放置，应力释放的同时，进一步提升产品的鲁棒性，可靠性更高。

在本发明的其他具体实施方式中，所述感应本体114-1与外围连接部114-2之间可以设置两个以上对称分布的悬梁，以提高应力释放效果和产品的可靠性。

在形成压力传感元件之后，本发明的具体实施方式还进一步提供对所述压力传感元件进行封装的方法。

在本发明的一个具体实施方式中，在形成如图11所示压力传感芯片结构之后，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，形成所述盖帽层的方法请参考图13至图15B。

请参考图13，提供一晶圆121，在上表面制作第二键合层123，所述第二键合层123材料为铝，如铝、金、锗或其他金属材料。所述第二键合层123位置与第一键合层113(请参考图11)位置对应；然后利用深沟槽刻蚀工艺，刻蚀出细深槽122，细深槽122可以是一个，也可以是多个；细深槽122可以均匀分布在晶圆121的中心位置，也可以是远离中心位置的任何位置。

请参考图14，将图11中的芯片与图13中加工好的晶圆121，通过第一键合层115和第二键合层123键合在一起。

请参考图15A，采用化学机械研磨工艺将晶圆121减薄，露出细槽122-2。所述细槽122-2的深度小于细深槽122，并且和键合部位共同构成一带气孔的盖帽层121-1。所述气孔即为细槽122-2。气孔122-2位于晶圆121的中心位置，与感应本体顶部的器件层113正相对，可以为1个，也可以为多个。气孔122-2用于与大气环境相通。

请参考图15B，为了防止外界异物通过气孔122-2掉入感应本体顶部的器件层113上，气孔122-2也可以制作与晶圆121外围一圈，同样可以完成与大气互通的作用。

在形成盖帽层121-1之后，请参考图16，提供一专用集成电路(ASIC)芯片124和基板125，所述专用集成电路芯片124正面具有第二焊盘；将所述专用集成电路芯片124的正面与所述基底101的第二表面通过一粘附层(图中未示出)粘结；将所述专用集成电路芯片124背面与基板125粘结；将压力传感芯片上的第一焊盘与专用集成电路芯片124上的第二焊盘(图中未示出)通过引线126键合。所述基板125可以是印刷电路板或其他有机复合多层基板；所述引线126为金线。

继续请参考图17，采用注塑成型工艺，将一封装材料127覆盖住盖帽层121-1的外围、引线126、用集成电路(ASIC)芯片124和基板125。封装材料127的边缘与盖帽层121-1齐平。此封装材料127为树脂，所述封装材料127既保护了第一焊盘、第二焊盘和引线126，也保护了整个压力传感器芯片不被破坏。另外，封装过程中会引入封装应力，因为此芯片的独特的应力释放结构，当应力从封装体传递到芯片上的盖帽层121-1、外围连接部114-2和基底101，最终应力总归集到外围连接部114-2。由于感应本体114-1是悬浮的，且通过悬梁与外围连接部114-2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。

请参考图18至图20本发明还提供另一具体实施方式形成压力传感芯片以及对压力传感芯片进行封装以形成压力传感器。

请参考图18，在器件层113表面形成围坝128，所述围坝128为硬质树脂，然后再形成与第一腔体105连通的深槽116。深槽116和第一腔体105围设形成微机电系统传感器的感应本体114-1与外围连接部114-2。

请参考图19，将图18所示压力传感芯片与专用集成电路芯片124正面通过一层粘附层粘合，专用集成电路124与基板125粘合，将压力传感芯片上的第一焊盘与专用集成电路芯片124上的第二焊盘(图中未示出)通过引线126键合；然后采用注塑成型工艺，将一封装材料127覆盖住围坝128外围、引线126、专用集成电路芯片124以及基板125。封装材料127表面与围坝128顶部齐平。

请参考图20，在图19的结构上方形成带气孔的盖帽层。该具体实施方式中，所述盖帽层为带气孔129的硬质材料130，所述硬质材料130为树脂材料，硬质材料130与图19所示结构通过高温压合或键合而成。所述带气孔129的硬质材料130是为了保护芯片的感应本体表面的器件层113不受污染。同样，所述气孔129可以为一个，也可以为多个，可以位于硬质材料130的中心位置，也可以位于硬质材料130的四周，所述气孔129的作用是与外界连通，便于感应外界环境压力。

请参考图21至图22为本发明另一具体实施方式对压力传感芯片进行封装以形成压力传感器的方法。

请参考图21，将形成的图13所示的压力传感器芯片与专用集成电路芯片124的正面通过一层粘附层(图中未示出)粘合，专用集成电路芯片124的背面与基板125粘合，所述基板125可以是印刷电路板或者其他有机复合多层基板。压力传感器芯片上的第一焊盘与专用集成电路上的第二焊盘进行引线126绑定，所述引线126为金线。

请参考图22，在基板125外围涂覆一粘附材料(图中未示出)，如硅胶或锡膏，然后改善给一个带气孔131的金属外壳132，所述粘附材料的位置与金属外壳132的粘附位置一致。所述气孔131用于与大气连通，且气孔远离压力传感器芯片正上方，防止有异物掉入，影响产品性能。

请参考图23至图24，为本发明另一具体实施方式对压力传感芯片进行封装以形成压力传感器的方法。

请参考图23，对专用集成电路芯片124采用倒装焊(Flip-Chip)工艺，具体的，在专用集成电路芯片124的正面焊盘上通过电镀长成焊球133，然后将专用集成电路芯片124的焊球133经过回流焊焊接到基板125。然后再将图13所示压力传感器芯片与所述专用集成电路芯片124的背面通过一层粘附层粘合。所述基板125上具有第三焊盘(图中未示出)，压力传感器芯片上的第一焊盘117与基板125上的第三焊盘进行引线134绑定，所述引线134为金线。

请参考图24，在基板125外围一圈涂覆一粘附材料，如硅胶或锡膏，然后盖上一个带气孔131的金属外壳132，所述粘附材料的位置与金属外壳132的粘附位置一致。所述气孔131用于与大气连通，且气孔远离压力传感器芯片正上方，防止有异物掉入，影响产品性能。在本发明的其他具体实施方式中，也可以采用注塑成型工艺进行进一步的封装。

上述具体实施方式中，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。

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，本发明的具体实施方式还揭示了多种封装方法。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。

本发明的具体实施方式还提供一种上述方法形成的压力传感器。

请参考图11，为本发明一具体实施方式的压力传感器的结构示意图。

该具体实施方式中，所述压力传感器包括一压力传感芯片，所述压力传感芯片包括：衬底，包括基底101、半导体层109、介质层110以及器件层113；收容腔，位于所述衬底内，包括底壁和侧壁；感应本体114-1，悬浮于所述收容腔内，所述感应本体114-1与所述收容腔侧壁之间具有深槽116，所述感应本体114-1与收容腔底壁之间具有与所述深槽116连通的第一腔体105，且所述感应本体114-1与收容腔侧壁之间通过位于所述深槽116内的悬梁固定连接；所述感应本体114-1包括：部分半导体层109、位于所述半导体层109表面的介质层110、贯穿所述介质层110至半导体层109内的密闭的第二腔体111、覆盖所述介质层110和第二腔体111的器件层113，所述器件层表面具有压阻条114，使得所述感应本体114-1顶部的器件层113作为压力敏感膜。

进一步的，所述感应本体114-1底部朝向收容腔底壁的表面具有网状分布的凸柱106，所述凸柱106作为限位结构，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。

请参考图12A至图12D，为本发明的具体实施方式中，形成的图11所示结构的俯视示意图。

请参考图12A，在一个具体实施方式中，所述感应本体114-1与收容腔侧壁之间通过悬梁114-3连接，所述悬梁114-3连接所述感应本体114-1和所述收容腔相对侧壁的中心部位。

请参考图12B，在另一具体实施方式中，还包括：连接感应本体114-1的顶角与收容腔侧壁的弯折梁118。

请参考图12C，在另一具体实施方式中，所述悬梁119为长梁，沿感应本体114-1的边缘延伸，一端连接至感应本体114-1顶角，另一端连接至收容腔侧壁的中心部位。

请参考图12D，在另一具体实施方式中，具有两个悬梁119，对称分布。

在本发明的其他具体实施方式中，所述悬梁数量为两个以上，可以为其他悬梁结构，对称分布于感应本体与收容腔侧壁之间。

本发明的具体实施方式还提供具有封装外壳的压力传感器。

请参考图17，为一个具体实施方式中，具有封装外壳的压力传感器，封装外壳内部的压力传感芯片结构已在上述具体实施方式中详细描述，在此不作赘述。所述压力传感芯片包括具有气孔122-2的盖帽层121-1，与压力传感芯片的顶部器件层外围键合连接；专用集成电路芯片124，所述专用集成电路芯片124的正面与所述压力传感芯片的衬底底部粘结；基板125，与所述专用集成电路芯片124背面粘结；所述压力传感芯片的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124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。还包括封装材料127，覆盖压力传感芯片外围、引线126以及专用集成电路芯片124、基板125。

请参考图20，在另一具体实施方式中，所述压力传感芯片的外围连接部表面形成有围坝128，封装材料127覆盖压力传感芯片外围、引线126以及专用集成电路芯片124、基板125；还包括具有气孔129的硬质材料130作为盖帽层，覆盖所述封装材料127以及压力传感芯片。

请参考图22，在另一具体实施方式中，还包括：金属外壳132，所述金属外壳132包括顶部与侧壁，且所述金属外壳132顶部具有气孔131；所述金属外壳132侧壁底部与所述基板125边缘粘合形成箱体结构，所述压力传感芯片衬底及传感本体位于所述金属外壳132内。

请参考图24，在另一具体实施方式中，所述压力传感芯片的衬底底部与专用集成电路芯片124的背面粘结；所述专用集成电路芯片124正面通过倒装焊工艺形成焊球133与基板125的正面连接；所述基板正面具有第三焊盘，所述压力传感芯片表面的第一焊盘与第三焊盘之间通过引线134键合；顶部具有气孔131的金属外壳132的侧壁底部与所述基板125边缘粘合形成箱体结构，所述压力传感芯片衬底及传感本体位于所述金属外壳132内。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (16)

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，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；

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。

2.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。

3.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述悬梁数量为两个以上，对称分布于感应本体与收容腔侧壁之间。

4.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。

5.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。

6.根据权利要求4或5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。

7.根据权利要求4或5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。

8.一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。

9.根据权利要求8所述的压力传感器的制造方法，其特征在于，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。

10.根据权利要求8所述的压力传感器的制造方法，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。

11.根据权利要求8所述的压力传感器的制造方法，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。

12.根据权利要求8所述的压力传感器的制造方法，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。

13.根据权利要求8所述的压力传感器的制造方法，其特征在于，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。

14.根据权利要求8所述的压力传感器的制造方法，其特征在于，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。

15.根据权利要求13或14所述的压力传感器的制造方法，其特征在于，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。

16.根据权利要求13或14所述的压力传感器的制造方法，其特征在于，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。

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