CN113074845A - 一种压力传感器芯片的制造工艺 - Google Patents

一种压力传感器芯片的制造工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN113074845A
CN113074845A CN202110397707.0A CN202110397707A CN113074845A CN 113074845 A CN113074845 A CN 113074845A CN 202110397707 A CN202110397707 A CN 202110397707A CN 113074845 A CN113074845 A CN 113074845A
Authority
CN
China
Prior art keywords
support
modulation circuit
circuit
manufacturing
pressure sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110397707.0A
Other languages
English (en)
Inventor
费友健
贾永平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangxi Xinli Sensing Technology Co ltd
Original Assignee
Jiangxi Xinli Sensing Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangxi Xinli Sensing Technology Co ltd filed Critical Jiangxi Xinli Sensing Technology Co ltd
Priority to CN202110397707.0A priority Critical patent/CN113074845A/zh
Publication of CN113074845A publication Critical patent/CN113074845A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/18Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material

Abstract

本发明提供一种压力传感器芯片的制造工艺,该工艺包括:提供衬底和第一支座;通过离子注入掺杂工艺在衬底上表面制作压阻电路;通过化学气相沉积方法在压阻电路上沉积一层第一绝缘介质层;在第一支座下表面刻蚀形成对应于真空腔的凹槽;将第一支座下表面与衬底上表面进行对准键合;其中还包括:制作调制电路,使调制电路连接压阻电路;制作输出电极,使输出电极一端连接调制电路、另一端设于芯片外部。本发明通过将用于感应压力信号的压阻电路和用于对压力信号进行调制的调制电路通过特定方式集成到同一芯片当中,该芯片同时具有MEMS芯片与调制芯片的功能,这样压力传感器就可以只需布置一个芯片,可以进一步缩小传感器的尺寸和成本。

Description

一种压力传感器芯片的制造工艺
技术领域
本发明涉及压力传感器技术领域,特别涉及一种压力传感器芯片的制造工艺。
背景技术
压力传感器在工业生产、医疗卫生、环境监测以及科学研究等众多领域有着广泛的应用,其基本原理是将压力变化值转换为电信号的变化。利用压力传感器将压力变化信息的获取、处理和执行集成在一起,组成具有多功能复合的微型智能系统,不仅可以降低整个机电系统的成本,而且还可以完成大尺寸机电系统所不能完成的任务;此外,还可以将压力传感器嵌入大尺寸系统中,从而大幅度地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。压力传感器是传统机械上的微小型化成果,是整个纳米科学技术的重要组成部分。
近年来,MEMS压力传感器具有体积小、精度高、成本低等特点,在工业领域得到了广泛应用。MEMS压力传感器即为采用MEMS工艺制作的硅压阻式压力传感器。
具体地,目前使用的MEMS压力传感器通常包括用于感应压力信号的MEMS芯片、用于对压力信号进行调制的调制芯片(也称IC芯片)、外围电路、外壳和连接器等部件。如图10所示,目前的技术中, MEMS芯片与调制芯片是分开独立设置得,相互之间必须设计额外的电路和结构来连接,影响了整体的可靠性,且限制了传感器尺寸的缩小、成本的降低。
发明内容
基于此,本发明的目的是提供一种压力传感器芯片的制造工艺,以解决现有技术当中的压力传感器尺寸大的技术问题。
根据本发明实施例当中的一种压力传感器芯片的制造工艺,所述工艺包括:
提供一衬底和一第一支座;
通过离子注入掺杂工艺在所述衬底的上表面制作压阻电路;
通过化学气相沉积方法在所述压阻电路上沉积一层第一绝缘介质层;
在所述第一支座的下表面刻蚀形成对应于真空腔的凹槽;
将所述第一支座的下表面与所述衬底的上表面进行对准键合;
其中,所述工艺还包括:
在所述第一支座、所述衬底和/或所述第一绝缘介质层上制作调制电路,并使所述调制电路连接所述压阻电路;
制作输出电极,使所述输出电极一端连接所述调制电路、另一端设于所述压力传感器芯片的外部。
优选地,在所述衬底上制作调制电路,并使所述调制电路连接所述压阻电路的步骤包括:
在掺杂制作所述压阻电路的同时,在所述衬底的上表面制作与所述离子注入掺杂工艺兼容的所述调制电路,并使所述调制电路与所述压阻电路连接。
优选地,在所述第一绝缘介质层上制作调制电路,并使所述调制电路连接所述压阻电路的步骤包括:
在制备完所述第一绝缘介质层之后,在所述第一绝缘介质层内制备第一导电垫;
在所述第一绝缘介质层的上表面制作与所述第一绝缘介质层兼容的所述调制电路,并使所述调制电路通过所述第一导电垫连接所述压阻电路。
优选地,在所述第一绝缘介质层的上表面制作与所述第一绝缘介质层兼容的所述调制电路,并使所述调制电路通过所述第一导电垫连接所述压阻电路的步骤之后,还包括:
通过化学气相沉积方法在所述调制电路上沉积一层第二绝缘介质层。
优选地,在所述第一支座上制作调制电路,并使所述调制电路连接所述压阻电路的步骤包括:
在将所述第一支座和所述衬底键合之前,在所述第一绝缘介质层内制作第一导电垫;
在将所述第一支座和所述衬底键合之后,在所述第一支座的上表面制作调制电路;
在所述第一支座内制作第一导电柱,并在所述第一支座的上表面制作第三导电垫,所述第一导电柱贯穿所述第一支座,且所述第一导电柱的一端通过所述第三导电垫连接所述调制电路、另一端通过所述第一导电垫连接所述压阻电路。
优选地,在所述第一绝缘介质层上制备第一导电垫的步骤包括:
在所述第一绝缘介质层上刻蚀出通孔;
在所述通孔中沉积金属层,形成所述第一导电垫。
优选地,所述输出电极制作在所述第一支座上。
优选地,在所述第一支座的上表面制作调制电路的步骤之后,还包括:
通过化学气相沉积方法在所述调制电路上沉积一层第三绝缘介质层。
优选地,在所述第一支座内制作第一导电柱,并在所述第一支座的上表面制作第三导电垫的步骤包括:
对所述第三绝缘介质层进行湿法刻蚀,形成用于硅深刻蚀的的第一窗口,所述第一窗口正对所述第一导电垫;
以所述第三绝缘介质层作为硅深刻蚀的掩膜、以透过所述第一窗口在所述第一支座内刻蚀出通孔,所述通孔贯穿所述第一支座,去除所述第三绝缘介质层;
在所述通孔内沉积金属层,形成所述第一导电柱;
通过化学气相沉积方法再在调制电路上沉积一层第三绝缘介质层,对第三绝缘介质层进行表面抛光和湿法刻蚀,形成用于形成导电垫的第二窗口,在所述第二窗口内沉积金属层形成所述第三导电垫。
优选地,在所述第一支座内制作第一导电柱,并在所述第一支座的上表面制作第三导电垫的步骤之后,还包括:
提供一第二支座;
将所述第二支座的下表面与所述第一支座的上表面进行对准键合;
在所述第二支座上制作所述输出电极。
与现有技术相比:通过将用于感应压力信号的压阻电路和用于对压力信号进行调制的调制电路通过特定方式集成到同一芯片当中,该芯片同时具有MEMS芯片与调制芯片的功能,这样压力传感器就可以只需布置一个芯片,可以进一步缩小传感器的尺寸和成本。
附图说明
图1为本发明第一实施例中的压力传感器芯片的结构图;
图2为本发明第一实施例中的压力传感器芯片的制造工艺的流程图;
图3为本发明第二实施例中的压力传感器芯片的结构图;
图4为本发明第二实施例中的压力传感器芯片的制造工艺的流程图;
图5为本发明第三实施例中的压力传感器芯片的结构图;
图6为本发明第三实施例中的压力传感器芯片的制造工艺的流程图;
图7为本发明第四实施例中的压力传感器芯片的结构图;
图8为本发明第四实施例中的压力传感器芯片的制造工艺的流程图;
图9为本发明第五实施例中的压力传感器芯片的结构图;
图10为现有技术当中的MEMS芯片与调制芯片的布局示意图。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是,当元件被称为“固设于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
现有压力传感器的MEMS芯片与调制芯片是分开独立设置得,相互之间必须设计额外的电路和结构来连接,影响了整体的可靠性,且限制了传感器尺寸的缩小、成本的降低。为此,本发明的目的在于,提供一种压力传感器芯片及其制造工艺、以及具有该压力传感器芯片的压力传感器,以通过将用压阻电路和调制电路集成到同一芯片当中,可以进一步缩小传感器的尺寸和成本。
为此,本发明实施例提出了如下技术方案:一种压力传感器芯片,所述芯片包括:
衬底;
压阻电路,设于衬底的上表面并用于感应压力信号,压阻电路包括压敏电阻及与压敏电阻连接的导电电极;
第一支座,层叠于衬底的上表面,其在正对压敏电阻的位置设有凹槽;
第一绝缘介质层,设于衬底和第一支座之间,以隔离压阻电路和第一支座,凹槽被第一绝缘介质层密封形成为真空腔;
调制电路,设于第一支座、衬底和/或第一绝缘介质层上,调制电路与导电电极连接,以对压敏电阻感应的压力信号进行调制;
输出电极,其一端连接调制电路、另一端设于压力传感器芯片的外部。
为了制备上述压力传感器芯片,本发明实施例还提出了一种压力传感器芯片的制造工艺,所述工艺包括:
提供一衬底和一第一支座;
通过离子注入掺杂工艺在所述衬底的上表面制作压阻电路;
通过化学气相沉积方法在所述压阻电路上沉积一层第一绝缘介质层;
在所述第一支座的下表面刻蚀形成对应于真空腔的凹槽;
将所述第一支座的下表面与所述衬底的上表面进行对准键合;
其中,所述工艺还包括:
在所述第一支座、所述衬底和/或所述第一绝缘介质层上制作调制电路,并使所述调制电路连接所述压阻电路;
制作输出电极,使所述输出电极一端连接所述调制电路、另一端设于所述压力传感器芯片的外部。
为此,本发明实施例通过将用于感应压力信号的压阻电路和用于对压力信号进行调制的调制电路通过特定方式集成到同一芯片当中,该芯片同时具有MEMS芯片与调制芯片的功能,这样压力传感器就可以只需布置一个芯片,可以进一步缩小传感器的尺寸和成本,可以获得直径更小的压力传感器。
以下将结合具体的示例来详细说明本发明当中的压力传感器芯片及其制造工艺。
实施例一
请参阅图1,所示为本发明第一实施例中的压力传感器芯片,包括衬底10、设于衬底10的上表面并用于感应压力信号的压阻电路20、层叠于衬底10的上表面的第一支座30、设于衬底10和第一支座30之间的第一绝缘介质层40、设于衬底10的上表面的调制电路50、以及设置于第一支座30上的输出电极60。
其中,压阻电路20包括压敏电阻21及与压敏电阻21连接的导电电极22,衬底10下表面在与压敏电阻21相对位置开设有压力孔11,衬底10在开设压力孔11位置的厚度减薄,形成压力敏感膜片12,使得当介质进入压力孔11之后,可以很好的将压力传递给压敏电阻21。
其次,第一支座30在正对压敏电阻21的位置设有凹槽,在第一支座30和衬底10键合之后,凹槽被第一绝缘介质层40密封形成为真空腔1a。该真空腔1a是为了不限制压力敏感膜片形变,从而进一步使压力更好的传递给压敏电阻21,同时还有提供参考压力的作用。
在本实施例当中,调制电路50与压阻电路20同层设置,并且导电电极22延伸至直接与调制电路50连接,第一绝缘介质层40键合压阻电路20和第一支座30、同时也键合调制电路50和第一支座30。
调制电路50与导电电极22连接,以对压敏电阻21感应的压力信号进行调制,在具体实施时,调制电路50可以采用现有调制芯片(也称IC芯片)内的压力信号调制电路50,或者采用新设计的压力信号调制电路50,在此不做具体限制。
本实施当中的输出电极60包括第二导电柱61、第五导电垫62和第一导电垫63,第五导电垫62设于第一支座30的上表面,第二导电柱61贯穿第一支座30,第一导电垫63设于第一绝缘介质层40内,第五导电垫62、第二导电柱61、第一导电垫63和调制电路50依次连接。
整个信号传递过程如下:压敏电阻21将感应的压力信号通过导电电极22传递给调制电路50,压力信号经过调制电路50调制(如放大、模数转换等)之后,依次经过第一导电垫63、第二导电柱61和第五导电垫62传导出去。
为了制备本发明第一实施例中的压力传感器芯片,请结合图1并参阅图2,本实施例还提出一种压力传感器芯片的制备工艺,包括步骤S11-S18:
步骤S11、提供一衬底10和一第一支座30。
示例而非限定,在具体实施时,衬底10具体可以为硅片,第一支座30具体可以为高阻硅片。
步骤S12、通过离子注入掺杂工艺在衬底10的上表面制作压阻电路20,在掺杂制作压阻电路20的同时,在衬底10的上表面制作与离子注入掺杂工艺兼容的调制电路50,并使调制电路50与压阻电路20连接。
在具体实施时,可以在衬底10的上表面通过多步离子注入硼形成P-型掺杂的区域,构成感应压力的压阻电路20。其中压阻电路20的压敏电阻21为低浓度掺杂,压阻电路20的导电电极22为高浓度掺杂。在此种掺杂的同时,一部分基于相同掺杂工艺的,或是与此掺杂工艺兼容的调制电路50(如可通过氧化硅沉积或刻蚀等手段制作调制电路50,依据具体电路设计需要而定)也被制作在衬底10的上表面。
步骤S13、通过化学气相沉积方法在压阻电路20上沉积一层第一绝缘介质层40。
其中,第一绝缘介质层40具体可以是氧化硅层。
步骤S14、在第一绝缘介质层40内制作第一导电垫63,第一导电垫63连接调制电路50。
在具体实施时,可以在第一绝缘介质层40的特定区域(与调制电路50相对)进行刻蚀,以刻蚀出通孔,然后往通孔中沉积金属层,从而形成第一导电垫63。其中,所沉积的金属层为钛/铝/钛三层结构,其中的钛作为阻挡层和粘附层。
步骤S15、在第一支座30的下表面刻蚀形成对应于真空腔1a的凹槽。
步骤S16、将第一支座30的下表面与衬底10的上表面进行对准键合。
其中,键合工艺应采用与已有电路兼容的低温工艺,以避免键合时对压阻电路20和调制电路50造成损伤。
步骤S17、在第一支座30内制作第二导电柱61,并在第一支座30的上表面制作与第二导电柱61连接的第五导电垫62,第二导电柱61贯穿第一支座30并与第一导电垫63连接。
在具体实施时,可以采用深硅刻蚀手段在第一支座30内刻蚀出通孔,然后同样在通孔中沉积金属层,从而制作第二导电柱61;同时在往通孔中沉积金属层时,可以同时在第一支座30的上表面沉积金属层,从而制作第五导电垫62。
步骤S18、在衬底10的下表面开设压力孔11。
具体地,为有效控制刻蚀深度的一致性,可在最初步骤S11中选择SOI硅片作为衬底10,从而利用SOI硅片中的氧化硅层作为这一步刻蚀的终止层,从而保证压力敏感膜片的厚度一致性和精度。
实施例二
请参阅图3,所示为本发明第二实施例中的压力传感器芯片,本实施例当中的压力传感器芯片与第一实施例当中的压力传感器芯片的不同之处在于:
调制电路50设于第一绝缘介质层40远离衬底10一侧的表面上,同时压力传感器芯片还进一步包括第二绝缘介质层70,第二绝缘介质层70设于第一绝缘介质层40和第一支座30之间,以键合调制电路50和第一支座30。
其中,调制电路50通过第一导电垫63与导电电极22连接,第一导电垫63设于第一绝缘介质层40内。
本实施例当中的输出电极60包括第二导电柱61、第五导电垫62和第二导电垫64,第五导电垫62设于第一支座30的上表面,第二导电柱61贯穿第一支座30,第二导电垫64设于第二绝缘介质层70内,第五导电垫62、第二导电柱61、第二导电垫64和调制电路50依次连接。
整个信号传递过程如下:压敏电阻21将感应的压力信号依次经过导电电极22和第一导电垫63传递给调制电路50,压力信号经过调制电路50调制(如放大、模数转换等)之后,依次经过第二导电垫64、第二导电柱61和第五导电垫62传导出去。
为了制备本发明第二实施例中的压力传感器芯片,请结合图3并参阅图4,本实施例还提出一种压力传感器芯片的制备工艺,包括步骤S21-S29:
步骤S21、提供一衬底10和一第一支座30。
示例而非限定,在具体实施时,衬底10具体可以为硅片,第一支座30具体可以为高阻硅片。
步骤S22、通过离子注入掺杂工艺在衬底10的上表面制作压阻电路20。
在具体实施时,可以在衬底10的上表面通过多步离子注入硼形成P-型掺杂的区域,构成感应压力的压阻电路20。其中压阻电路20的压敏电阻21为低浓度掺杂,压阻电路20的导电电极22为高浓度掺杂。
步骤S23、通过化学气相沉积方法在压阻电路20上沉积一层第一绝缘介质层40。
其中,第一绝缘介质层40具体可以是氧化硅层。
步骤S24、在第一绝缘介质层40内制作第一导电垫63,第一导电垫63连接压阻电路20。
其中,在第一绝缘介质层40上制备第一导电垫63的步骤包括:
在第一绝缘介质层40上刻蚀出通孔;
在通孔中沉积金属层,形成第一导电垫63。
也即,在具体实施时,可以在第一绝缘介质层40的特定区域(与导电电极22相对)进行刻蚀,以刻蚀出通孔,然后往通孔中沉积金属层,从而形成第一导电垫63。其中,所沉积的金属层为钛/铝/钛三层结构,其中的钛作为阻挡层和粘附层。
步骤S25、在第一绝缘介质层40的上表面制作与第一绝缘介质层40兼容的调制电路50,并使调制电路50通过第一导电垫63连接压阻电路20。
步骤S26、通过化学气相沉积方法在调制电路50上沉积一层第二绝缘介质层70,并在第二绝缘介质层70内制作第二导电垫64,第二导电垫64连接调制电路50。
其中,第二绝缘介质层70具体可以是氧化硅层。其中,第二导电垫64的制备方式可与第一导电垫63的制备方式相同,在此不在赘述。
步骤S27、在第一支座30的下表面刻蚀形成对应于真空腔1a的凹槽,并将第一支座30的下表面与衬底10的上表面进行对准键合。
其中,键合工艺应采用与已有电路兼容的低温工艺,以避免键合时对压阻电路20和调制电路50造成损伤。
步骤S28、在第一支座30内制作第二导电柱61,并在第一支座30的上表面制作与第二导电柱61连接的第五导电垫62,第二导电柱61贯穿第一支座30并与第二导电垫64连接。
在具体实施时,可以采用深硅刻蚀手段在第一支座30内刻蚀出通孔,然后同样在通孔中沉积金属层,从而制作第二导电柱61;同时在往通孔中沉积金属层时,可以同时在第一支座30的上表面沉积金属层,从而制作第五导电垫62。
步骤S29、在衬底10的下表面开设压力孔11。
具体地,为有效控制刻蚀深度的一致性,可在最初步骤S21中选择SOI硅片作为衬底10,从而利用SOI硅片中的氧化硅层作为这一步刻蚀的终止层,从而保证压力敏感膜片的厚度一致性和精度。
实施例三
请参阅图5,所示为本发明第三实施例中的压力传感器芯片,本实施例当中的压力传感器芯片与第一实施例当中的压力传感器芯片的不同之处在于:
调制电路50设于第一支座30的上表面、并依次通过第三导电垫31、第一导电柱32和第一导电垫63与导电电极22连接,第一导电柱32贯穿第一支座30,第一导电垫63设于第一绝缘介质层40内,第三导电垫31设于第一支座30的上表面。
本实施例当中的输出电极包括第五导电垫62,第五导电垫62设于第一支座30的上表面、并与调制电路50直接连接。
整个信号传递过程如下:压敏电阻21将感应的压力信号依次经过导电电极22、第一导电垫63、第一导电柱32和第三导电垫31传递给调制电路50,压力信号经过调制电路50调制(如放大、模数转换等)之后,经过第五导电垫62传导出去。
为了制备本发明第三实施例中的压力传感器芯片,请结合图5并参阅图6,本实施例还提出一种压力传感器芯片的制备工艺,包括步骤S31-S39:
步骤S31、提供一衬底10和一第一支座30。
示例而非限定,在具体实施时,衬底10具体可以为硅片,第一支座30具体可以为高阻硅片。
步骤S32、通过离子注入掺杂工艺在衬底10的上表面制作压阻电路20。
在具体实施时,可以在衬底10的上表面通过多步离子注入硼形成P-型掺杂的区域,构成感应压力的压阻电路20。其中压阻电路20的压敏电阻21为低浓度掺杂,压阻电路20的导电电极22为高浓度掺杂。
步骤S33、通过化学气相沉积方法在压阻电路20上沉积一层第一绝缘介质层40。
其中,第一绝缘介质层40具体可以是氧化硅层。
步骤S34、在第一绝缘介质层40内制作第一导电垫63,第一导电垫63连接压阻电路20。
在具体实施时,可以在第一绝缘介质层40的特定区域(与导电电极22相对)进行刻蚀,以刻蚀出通孔,然后往通孔中沉积金属层,从而形成第一导电垫63。其中,所沉积的金属层为钛/铝/钛三层结构,其中的钛作为阻挡层和粘附层。
步骤S35、在第一支座30的下表面刻蚀形成对应于真空腔1a的凹槽。
步骤S36、将第一支座30的下表面与衬底10的上表面进行对准键合。
其中,键合工艺应采用与已有电路兼容的低温工艺,以避免键合时对电路造成损伤。
步骤S37、在第一支座30的上表面制作调制电路50;并在第一支座30内制作第一导电柱32,并在第一支座30的上表面制作第三导电垫31,第一导电柱32贯穿第一支座30,且第一导电柱32的一端通过第三导电垫31连接调制电路50、另一端通过第一导电垫63连接导电电极22。
在具体实施时,可以采用深硅刻蚀手段在第一支座30内刻蚀出通孔,然后同样在通孔中沉积金属层,从而制作第一导电柱32;同时在往通孔中沉积金属层时,可以同时在第一支座30的上表面沉积金属层,从而制作第三导电垫31。
步骤S38、在第一支座30的上表面制作第五导电垫62,使第五导电垫62连接调制电路50。
步骤S39、在衬底10的下表面开设压力孔11。
具体地,为有效控制刻蚀深度的一致性,可在最初步骤S31中选择SOI硅片作为衬底10,从而利用SOI硅片中的氧化硅层作为这一步刻蚀的终止层,从而保证压力敏感膜片的厚度一致性和精度。
上述实施例1-3的主要区别在于,调制电路50被集成在不同层,所对应的电信号传递路径发生改变。
实施例四
请参阅图7,所示为本发明第四实施例中的压力传感器芯片,本实施例当中的压力传感器芯片与第三实施例当中的压力传感器芯片的不同之处在于:
还进一步包括第二支座80和第三绝缘介质层90,第二支座80叠于第一支座30的上表面;第三绝缘介质层90设于第一支座30和第二支座80之间,以键合处在第一支座30上表面的调制电路50和第二支座80。
本实施例当中的输出电极60包括第二导电柱61、第五导电垫62及第四导电垫65,第五导电垫62设于第二支座80的上表面,第二导电柱61贯穿第二支座80,第四导电垫65设于第三绝缘介质层90内,第五导电垫62、第二导电柱61、第三导电垫31和调制电路50依次连接。
在第一支座30上表面含有电路(本实施例为调制电路50)的情况下,为了对该电路进行键合保护,本实施还在第一支座30之上进一步叠加一层第二支座80。
整个信号传递过程如下:压敏电阻21将感应的压力信号依次经过导电电极22、第一导电垫63、第一导电柱32和第三导电垫31传递给调制电路50,压力信号经过调制电路50调制(如放大、模数转换等)之后,依次经过第四导电垫65、第二导电柱61和第五导电垫62传导出去。
为了制备本发明第四实施例中的压力传感器芯片,请结合图7并参阅图8,本实施例还提出一种压力传感器芯片的制备工艺,包括步骤S41-S52:
步骤S41、提供一衬底10和一第一支座30。
示例而非限定,在具体实施时,衬底10具体可以为硅片,第一支座30具体可以为高阻硅片。
步骤S42、通过离子注入掺杂工艺在衬底10的上表面制作压阻电路20。
在具体实施时,可以在衬底10的上表面通过多步离子注入硼形成P-型掺杂的区域,构成感应压力的压阻电路20。其中压阻电路20的压敏电阻21为低浓度掺杂,压阻电路20的导电电极22为高浓度掺杂。
步骤S43、通过化学气相沉积方法在压阻电路20上沉积一层第一绝缘介质层40。
其中,第一绝缘介质层40具体可以是氧化硅层。
步骤S44、在第一绝缘介质层40内制作第一导电垫63,第一导电垫63连接压阻电路20。
在具体实施时,可以在第一绝缘介质层40的特定区域(与导电电极22相对)进行刻蚀,以刻蚀出通孔,然后往通孔中沉积金属层,从而形成第一导电垫63。其中,所沉积的金属层为钛/铝/钛三层结构,其中的钛作为阻挡层和粘附层。
步骤S45、在第一支座30的下表面刻蚀形成对应于真空腔1a的凹槽,并将第一支座30的下表面与衬底10的上表面进行对准键合。
其中,键合工艺应采用与已有电路兼容的低温工艺,以避免键合时对电路造成损伤。
步骤S46、在第一支座30的上表面制作调制电路50,并通过化学气相沉积方法在调制电路50上沉积一层第三绝缘介质层90。
步骤S47、对第三绝缘介质层90进行湿法刻蚀,形成用于硅深刻蚀的的第一窗口,第一窗口正对第一导电垫63;
步骤S48、以第三绝缘介质层90作为硅深刻蚀的掩膜、以透过第一窗口在第一支座30内刻蚀(深刻蚀)出通孔,通孔贯穿第一支座30,去除第三绝缘介质层90;
步骤S49、在第一支座30的通孔内沉积金属层,形成第一导电柱32,通过化学气相沉积方法再在调制电路50上沉积一层第三绝缘介质层90(之前那层第三绝缘介质层90会在步骤S48的深刻蚀之后去除掉),对第三绝缘介质层90进行表面抛光和湿法刻蚀,形成用于形成导电垫的第二窗口,并在第二窗口内沉积金属层形成第三导电垫31和第四导电垫65。
上述步骤S47- S49为制备第一导电柱32、第三导电垫31和第四导电垫65的具体手段,后续也可以采用相同的手段在第二支座80上制作第二导电柱61和第五导电垫62。
步骤S50、提供一第二支座80;并将第二支座80的下表面与第一支座30的上表面进行对准键合。
步骤S51、在第二支座80内制作第二导电柱61,并在第二支座80的上表面制作第五导电垫62。
步骤S52、在衬底10的下表面开设压力孔11。
具体地,为有效控制刻蚀深度的一致性,可在最初步骤S41中选择SOI硅片作为衬底10,从而利用SOI硅片中的氧化硅层作为这一步刻蚀的终止层,从而保证压力敏感膜片的厚度一致性和精度。
实施例五
请参阅图9,所示为本发明第五实施例中的压力传感器芯片,本实施例当中的压力传感器芯片与第一实施例当中的压力传感器芯片的不同之处在于:
调制电路50包括第一层调制电路51、第二层调制电路52和第三层调制电路53。其中,第一层调制电路51设于衬底10的上表面、并与压阻电路20同层设置,导电电极22延伸至与第一层调制电路51连接;第二层调制电路52设于第一绝缘介质层40远离衬底10一侧的表面上,第二层调制电路52通过第一导电垫63与第一层调制电路51连接,第一导电垫63设于第一绝缘介质层40内;同时,所述芯片还进一步包括第二绝缘介质层70,第二绝缘介质层70设于第一绝缘介质层40和第一支座30之间,以键合第二层调制电路52和第一支座30,第三层调制电路53设于第一支座30的上表面,第三层调制电路53依次经过第三导电垫31、第一导电柱32和第二导电垫64与第二层调制电路52连接,第一导电柱32穿过第一支座30,第三导电垫31设于第一支座30上表面,第二导电垫64设于第二绝缘介质层70内。
除此之外,所述芯片还进一步包括第二支座80和第三绝缘介质层90,第二支座80叠于第一支座30的上表面;第三绝缘介质层90,设于第一支座30和第二支座80之间,以键合处在第一支座30上表面的第三层调制电路53和第二支座80。
本实施例当中的输出电极60包括第二导电柱61、第五导电垫62及第四导电垫65,第五导电垫62设于第二支座80的上表面,第二导电柱61贯穿第二支座80,第四导电垫65设于第三绝缘介质层90上,第五导电垫62、第二导电柱61、第四导电垫65和调制电路50依次连接。
在第一支座30上表面含有电路(本实施例为第三层调制电路)的情况下,为了对该电路进行键合保护,还在第一支座30之上进一步叠加一层第二支座80。
整个信号传递过程如下:压敏电阻21将感应的压力信号经过导电电极22传递给第一层调制电路51,经过第一层调制电路51调制之后,通过第一导电垫63再传递给第二层调制电路52,经过第二层调制电路52调制之后,通过第一导电柱32和第三导电垫31传递给第三层调制电路53,经过第三层调制电路53最终调制之后,依次经过第四导电垫65、第二导电柱61和第五导电垫62传导出去。
本实施例当中的压力传感器芯片,相当于上述实施例1-4的结合,其目的在于,将调制电路50拆分成多个子调制电路,并将该多个子调制电路集成在不同层,可以布置更大的调制电路,实现更多的信号调制功能,此外在布局相同功能的调整电路的情况下,这种拆分布局方式相比于将调整电路布置在同一层的方式,由于占用空间减小,可以缩小每层介质的直径,从而进一步缩小传感器的体积,尤其是直径尺寸。同时,本实施例当中的压力传感器芯片,可以结合上述实施例1-4的制备工艺进行制作,结合图9,具体工艺如下:
步骤1、提供一衬底10,衬底10为SOI硅片。
步骤2、在衬底10的上表面通过多步离子注入硼形成P-型掺杂的区域,构成感应压力的压阻电路20,其中压敏电阻21为低浓度掺杂,导电电极22为高浓度掺杂。此种掺杂的同时,一部分基于相同掺杂工艺的,或是与此掺杂工艺兼容的第一层调制电路51也被制作在衬底10的上表面。
步骤3、在完成上述压阻电路20和第一层调制电路51后,在其上以化学气相沉积方法沉积一层第一绝缘介质层40,第一绝缘介质层40为氧化硅材质。
步骤4、在第一绝缘介质层40的特定区域进行刻蚀,并沉积金属层,形成第一导电垫63,第一导电垫63用于对第一层调制电路51与之后电路的连通。所沉积的金属层为钛/铝/钛三层结构,其中的钛作为阻挡层和粘附层。
步骤5、在上述第一绝缘介质层40之上制作可与氧化硅表面兼容的第二层调制电路52,第二层调制电路52接通第一导电垫63。
步骤6、在第二层调制电路52之上沉积第二绝缘介质层70,第二绝缘介质层70具体为氧化硅材质。
步骤7、对第二绝缘介质层70进行刻蚀,刻蚀区域的一部分是对应之后的真空腔1a,另一部分是暴露出第二层调制电路52需要与上方进行电连通的区域。
步骤8、在第二层调制电路52需要与上方进行电连通的区域内沉积金属,形成第二导电垫64。此第二导电垫64可采用钛/铝/钛三层结构。
在具体实施时,示意图中虽未画出,但还可以在第二绝缘介质层70之上再沉积一层氧化硅,再经过抛光,获得良好的平面度。再对此氧化硅层进行刻蚀,暴露出第二导电垫64。
步骤9、提供一第一支座30,第一支座30为高阻硅片。
步骤10、对第一支座30下表面刻蚀形成对应于真空腔1a的凹槽。
步骤11、将第一支座30与衬底10进行对准键合。键合工艺应采用与已有电路兼容的低温工艺。
步骤12、对第一支座30的上表面进行抛光,使其减薄至需要的厚度。
步骤13、在第一支座30上表面制作第三层调制电路53。
步骤14、在第三层调制电路53之上沉积第三绝缘介质层90,第三绝缘介质层90具体为氧化硅材质。
步骤15、对第三绝缘介质层90进行湿法刻蚀,形成一些窗口。其中一些窗口(即第一窗口)是对应下一步的硅深刻蚀区域,另一些窗口(即第二窗口)是对应第三层调制电路53的电连通的区域。
步骤16、再以第三绝缘介质层90作为硅深刻蚀的掩膜,透过第一窗口在第一支座30内刻蚀出通孔,该通孔与第二导电垫64相通。
步骤17、在第一制作层内的通孔中沉积金属以制作第一导电柱32。此过程包括在通孔侧壁和底部沉积金属层,以及对通孔内进行填充。在对通孔侧壁沉积金属层的同时,也在第三绝缘介质层90的第二窗口内沉积第三导电垫31和第四导电垫65。
在具体实施时,示意图中虽未画出,但还可以在第三绝缘介质层90之上再沉积一层氧化硅,再经过抛光,获得良好的平面度。再对此氧化硅层进行刻蚀,暴露出第四导电垫65。
步骤18、对第一支座30的上表面进行抛光,使其减薄至需要的厚度,并制作第二支座80内的第二导电柱61及其表面的第五导电垫62。制作过程与第一导电柱32及第三或第四导电垫65的制作过程相同,具体步骤不做详细描述。
步骤19、对衬底10的下表面进行刻蚀,形成压力孔11。
在本实施例一些可选情况当中,第一支座的数量还可以为多个,各第一支座可逐一堆叠在衬底上,即在衬底上往上依次堆叠多个第一支座。第三层调制电路的数量也相应设置为多个,每一第一支座的上表面各设置一第三层调制电路。即通过堆叠多个第一支座来布置更多层的调制电路,进一步实现更多的信号调制功能。
此外,对于这种堆叠多个第一支座的制备工艺,可以参考上述衬底和第一支座的堆叠、或第一支座和第二支座的堆叠制备工艺,在此不做赘述。
实施例六
本发明第六实施例还提出一种压力传感器,包括壳体及设于壳体内的压力传感器芯片,其特征在于,压力传感器芯片为上述实施例1-5当中任一实施例所述的压力传感器芯片。
综上,本实施例当中的压力传感器,通过将用于感应压力信号的压阻电路和用于对压力信号进行调制的调制电路通过特定方式集成到同一芯片当中,该芯片同时具有MEMS芯片与调制芯片的功能,这样压力传感器就可以只需布置一个芯片,可以进一步缩小传感器的尺寸和成本、并提高可靠性。
需要说明的是,上述各个实施例及其特征之间在没有冲突的情况下可以相互结合,结合所得到的未记载于本申请说明书的技术方案依然属于本申请所囊括的范围。同时,上述各个实施例的制造工艺之间具有一定通用性,对于某个工艺步骤未做详细描述之处,可参阅其它实施例的相应内容。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种压力传感器芯片的制造工艺,其特征在于,所述工艺包括:
提供一衬底和一第一支座;
通过离子注入掺杂工艺在所述衬底的上表面制作压阻电路;
通过化学气相沉积方法在所述压阻电路上沉积一层第一绝缘介质层;
在所述第一支座的下表面刻蚀形成对应于真空腔的凹槽;
将所述第一支座的下表面与所述衬底的上表面进行对准键合;
其中,所述工艺还包括:
在所述第一支座、所述衬底和/或所述第一绝缘介质层上制作调制电路,并使所述调制电路连接所述压阻电路;
制作输出电极,使所述输出电极一端连接所述调制电路、另一端设于所述压力传感器芯片的外部。
2.根据权利要求1所述的压力传感器芯片的制造工艺,其特征在于,在所述衬底上制作调制电路,并使所述调制电路连接所述压阻电路的步骤包括:
在掺杂制作所述压阻电路的同时,在所述衬底的上表面制作与所述离子注入掺杂工艺兼容的所述调制电路,并使所述调制电路与所述压阻电路连接。
3.根据权利要求1所述的压力传感器芯片的制造工艺,其特征在于,在所述第一绝缘介质层上制作调制电路,并使所述调制电路连接所述压阻电路的步骤包括:
在制备完所述第一绝缘介质层之后,在所述第一绝缘介质层内制备第一导电垫;
在所述第一绝缘介质层的上表面制作与所述第一绝缘介质层兼容的所述调制电路,并使所述调制电路通过所述第一导电垫连接所述压阻电路。
4.根据权利要求3所述的压力传感器芯片的制造工艺,其特征在于,在所述第一绝缘介质层的上表面制作与所述第一绝缘介质层兼容的所述调制电路,并使所述调制电路通过所述第一导电垫连接所述压阻电路的步骤之后,还包括:
通过化学气相沉积方法在所述调制电路上沉积一层第二绝缘介质层。
5.根据权利要求1所述的压力传感器芯片的制造工艺,其特征在于,在所述第一支座上制作调制电路,并使所述调制电路连接所述压阻电路的步骤包括:
在将所述第一支座和所述衬底键合之前,在所述第一绝缘介质层内制作第一导电垫;
在将所述第一支座和所述衬底键合之后,在所述第一支座的上表面制作调制电路;
在所述第一支座内制作第一导电柱,并在所述第一支座的上表面制作第三导电垫,所述第一导电柱贯穿所述第一支座,且所述第一导电柱的一端通过所述第三导电垫连接所述调制电路、另一端通过所述第一导电垫连接所述压阻电路。
6.根据权利要求3或5所述的压力传感器芯片的制造工艺,其特征在于,在所述第一绝缘介质层上制备第一导电垫的步骤包括:
在所述第一绝缘介质层上刻蚀出通孔;
在所述通孔中沉积金属层,形成所述第一导电垫。
7.根据权利要求2-5任一项所述的压力传感器芯片的制造工艺,其特征在于,所述输出电极制作在所述第一支座上。
8.根据权利要求5所述的压力传感器芯片的制造工艺,其特征在于,在所述第一支座的上表面制作调制电路的步骤之后,还包括:
通过化学气相沉积方法在所述调制电路上沉积一层第三绝缘介质层。
9.根据权利要求8所述的压力传感器芯片的制造工艺,其特征在于,在所述第一支座内制作第一导电柱,并在所述第一支座的上表面制作第三导电垫的步骤包括:
对所述第三绝缘介质层进行湿法刻蚀,形成用于硅深刻蚀的的第一窗口,所述第一窗口正对所述第一导电垫;
以所述第三绝缘介质层作为硅深刻蚀的掩膜、以透过所述第一窗口在所述第一支座内刻蚀出通孔,所述通孔贯穿所述第一支座,去除所述第三绝缘介质层;
在所述通孔内沉积金属层,形成所述第一导电柱;
通过化学气相沉积方法再在调制电路上沉积一层第三绝缘介质层,对第三绝缘介质层进行表面抛光和湿法刻蚀,形成用于形成导电垫的第二窗口,在所述第二窗口内沉积金属层形成所述第三导电垫。
10.根据权利要求8或9所述的压力传感器芯片的制造工艺,其特征在于,在所述第一支座内制作第一导电柱,并在所述第一支座的上表面制作第三导电垫的步骤之后,还包括:
提供一第二支座;
将所述第二支座的下表面与所述第一支座的上表面进行对准键合;
在所述第二支座上制作所述输出电极。
CN202110397707.0A 2021-04-14 2021-04-14 一种压力传感器芯片的制造工艺 Pending CN113074845A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110397707.0A CN113074845A (zh) 2021-04-14 2021-04-14 一种压力传感器芯片的制造工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110397707.0A CN113074845A (zh) 2021-04-14 2021-04-14 一种压力传感器芯片的制造工艺

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113074845A true CN113074845A (zh) 2021-07-06

Family

ID=76617840

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110397707.0A Pending CN113074845A (zh) 2021-04-14 2021-04-14 一种压力传感器芯片的制造工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113074845A (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101088000A (zh) * 2004-08-23 2007-12-12 霍尼韦尔国际公司 使用绝对微加工压力传感器的废气再循环系统
CN101344447A (zh) * 2007-07-13 2009-01-14 清华大学 微机电压力传感器
CN201653604U (zh) * 2010-04-09 2010-11-24 无锡芯感智半导体有限公司 一种压力传感器
CN103837289A (zh) * 2013-11-22 2014-06-04 中航(重庆)微电子有限公司 压力传感器件及其制作方法
CN104165715A (zh) * 2013-05-17 2014-11-26 上海芯敏微系统技术有限公司 一种压力传感器制作方法及其结构
CN105651431A (zh) * 2014-11-28 2016-06-08 精工爱普生株式会社 电子装置、物理量传感器、压力传感器、振子以及高度计
US20160347604A1 (en) * 2015-05-29 2016-12-01 Seiko Epson Corporation Method for manufacturing resistive element, method for manufacturing pressure sensor element, pressure sensor element, pressure sensor, altimeter, electronic apparatus, and moving object
CN107374625A (zh) * 2017-06-19 2017-11-24 上海大学 有源点阵式柔性电极贴装置
CN110418950A (zh) * 2017-03-17 2019-11-05 株式会社鹭宫制作所 压力传感器
CN211373906U (zh) * 2020-07-24 2020-08-28 南京新力感电子科技有限公司 一种压力传感器

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101088000A (zh) * 2004-08-23 2007-12-12 霍尼韦尔国际公司 使用绝对微加工压力传感器的废气再循环系统
CN101344447A (zh) * 2007-07-13 2009-01-14 清华大学 微机电压力传感器
CN201653604U (zh) * 2010-04-09 2010-11-24 无锡芯感智半导体有限公司 一种压力传感器
CN104165715A (zh) * 2013-05-17 2014-11-26 上海芯敏微系统技术有限公司 一种压力传感器制作方法及其结构
CN103837289A (zh) * 2013-11-22 2014-06-04 中航(重庆)微电子有限公司 压力传感器件及其制作方法
CN105651431A (zh) * 2014-11-28 2016-06-08 精工爱普生株式会社 电子装置、物理量传感器、压力传感器、振子以及高度计
US20160347604A1 (en) * 2015-05-29 2016-12-01 Seiko Epson Corporation Method for manufacturing resistive element, method for manufacturing pressure sensor element, pressure sensor element, pressure sensor, altimeter, electronic apparatus, and moving object
CN110418950A (zh) * 2017-03-17 2019-11-05 株式会社鹭宫制作所 压力传感器
CN107374625A (zh) * 2017-06-19 2017-11-24 上海大学 有源点阵式柔性电极贴装置
CN211373906U (zh) * 2020-07-24 2020-08-28 南京新力感电子科技有限公司 一种压力传感器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8748998B2 (en) Sensor module
US7135749B2 (en) Pressure sensor
JP4768205B2 (ja) マイクロマシン化された絶対圧センサ
US8710599B2 (en) Micromachined devices and fabricating the same
US6465271B1 (en) Method of fabricating silicon capacitive sensor
US7448277B2 (en) Capacitive pressure sensor and method therefor
US8466523B2 (en) Differential pressure sensor device
US4852408A (en) Stop for integrated circuit diaphragm
US8393223B2 (en) Pressure sensor with resistance strain gages
KR20030086228A (ko) 압력 센서
EP1860418A1 (en) A method for fabricating a pressure sensor using SOI wafers
US20160236932A1 (en) Mems pressure sensor and method for forming the same
KR20080031969A (ko) 압력 센서 및 그 제작 방법
CN112798158B (zh) 一种压力传感器芯片及压力传感器
CN107963609B (zh) 一种基于阳极键合的全硅mems圆片级真空封装方法
CN113074845A (zh) 一种压力传感器芯片的制造工艺
WO2015169249A1 (zh) 电容式压力传感器和其制作方法
CN210084937U (zh) 背孔引线式压力传感器
US20190152769A1 (en) Semiconductor device including a microelectromechanical structure and an associated integrated electronic circuit
CN217276593U (zh) 电容式压力传感器
CN109626318B (zh) 盖板结构及其制作方法、电容式传感器
CN213812675U (zh) 实现无引线封装的高温压力传感器芯片
CN211696759U (zh) 一种压力传感器
CN107764317A (zh) 组合式微机电装置以及其制作方法
KR101215922B1 (ko) 정전용량형 압력센서 및 그의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination