CN113247857A - 一种高可靠性mems压力传感器结构及封装方法 - Google Patents

一种高可靠性mems压力传感器结构及封装方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高可靠性MEMS压力传感器结构及封装方法，其中，MEMS压力传感器包括：沿第一方向依次层叠设置的支撑层、绝缘层和器件层，第一方向为支撑层垂直指向器件层的方向；器件层背离绝缘层的一侧表面设置有第一腔体，第一腔体中设置有压敏组件，器件层中还设置有沟槽，沟槽围绕压敏组件设置，沟槽的底部与绝缘层接触，沟槽中填充有隔离墙；封装板，封装板位于器件层背离绝缘层的一侧表面，封装板近邻器件层的一侧表面与器件层近邻封装板的一侧表面键合连接。从而，压敏组件位于第一腔体中，压敏组件位于密封的腔体中，可与外界电绝缘以及空气等隔离，以使得MEMS压力传感器可以适应高温高湿、高油性或高酸碱等恶劣环境。

Description

一种高可靠性MEMS压力传感器结构及封装方法
技术领域
本发明实施例涉及传感器技术领域，尤其涉及一种高可靠性MEMS压力传感器结构及封装方法。
背景技术
压力传感器广泛应用于国防军工、汽车电子、石油化工、航空航天、医疗器械及消费电子等众多行业，占整个传感器市场的三分之一。按照工作原理不同，压力传感器可分为压阻式、电容式、压电式、声表面波式、霍尔效应式等等。其中，基于MEMS技术制作的压阻式压力传感器以其高灵敏度、低成本得到广泛应用。
但其存在的问题是，现有的MEMS压阻式压力传感器正面受压(器件层)，这使得敏感材料以及金属引线都暴露于空气中，因此难以适应高温高湿、高油性、高酸碱等恶劣环境。
发明内容
本发明提供一种高可靠性MEMS压力传感器结构及封装方法，以使得MEMS压力传感器可以适应高温高湿、高油性或高酸碱等恶劣环境。
为实现上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种高可靠性MEMS压力传感器结构，包括：
沿第一方向依次层叠设置的支撑层、绝缘层和器件层，所述第一方向为所述支撑层垂直指向所述器件层的方向；所述器件层背离所述绝缘层的一侧表面设置有第一腔体，所述第一腔体中设置有压敏组件中的压敏电阻，所述器件层中还设置有沟槽，所述沟槽围绕所述压敏组件设置，所述沟槽的底部与所述绝缘层接触，所述沟槽中填充有隔离墙；
封装板，所述封装板位于所述器件层背离所述绝缘层的一侧表面，所述封装板近邻所述器件层的一侧表面与所述器件层近邻所述封装板的一侧表面键合连接。
根据本发明的一个实施例，在所述第一腔体的底部，所述器件层的表面和凸起的所述压敏组件表面设置有隔离层。
根据本发明的一个实施例，所述封装板近邻所述器件层的一侧表面与所述隔离墙背离所述绝缘层的一侧表面键合连接。
根据本发明的一个实施例，所述隔离墙为二氧化硅隔离墙、氮化硅隔离墙或二氧化硅和多晶硅的复合材料隔离墙中其中的一种。
根据本发明的一个实施例，所述隔离层为二氧化硅隔离层、氮化硅隔离层或二氧化硅和多晶硅的复合材料隔离层中其中的一种。
根据本发明的一个实施例，所述封装板为二氧化硅封装板或单晶硅封装板。
根据本发明的一个实施例，所述支撑层为硅层，所述绝缘层为二氧化硅层，所述器件层为低掺杂N型硅层。
根据本发明的一个实施例，所述支撑层背离所述绝缘层的一侧表面设置有第二腔体，所述第一腔体的底面在所述绝缘层上的垂直投影覆盖所述第二腔体的底面在所述绝缘层上的垂直投影，所述第一腔体的底面与所述第二腔体的底面之间设置有应变薄膜层。
根据本发明的一个实施例，沿所述第一方向反方向，所述第一腔体的深度为0.3μm-10μm。
根据本发明的一个实施例，沿所述第一方向，所述第二腔体的深度为20μm-800μm。
根据本发明的一个实施例，所述压敏组件还包括与压敏电阻连接的电极，所述压敏电阻和所述电极形成惠斯通电桥，所述电极由所述第一腔体底面延伸至所述第一腔体四周的器件层表面。
根据本发明的一个实施例，所述封装板中设置有多个通孔，每个所述通孔中填充有导电体，所述导电体的一端连接所述电极，另一端连接焊盘。
根据本发明的一个实施例，所述封装板中设置有多个第一通孔，每个所述第一通孔中填充有导电体，所述导电体的一端连接所述电极，另一端连接焊盘；所述封装板中还设置有第二通孔，所述第二通孔用于所述压敏组件与外界相通。
为实现上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法，包括以下步骤：
提供一衬底，沿所述第一方向，所述衬底包括依次层叠设置的支撑层、绝缘层和器件层；
采用光刻工艺在所述器件层背离所述绝缘层的一侧表面刻蚀形成第一腔体；
采用光刻工艺在所述器件层背离所述绝缘层的一侧表面刻蚀形成沟槽；所述沟槽的底部与所述绝缘层接触；
填充所述沟槽形成隔离墙；
填充所述沟槽形成隔离墙包括：通过化学气相沉积填充所述沟槽形成隔离墙，同时形成隔离层；采用刻蚀工艺刻蚀掉所述隔离层露出所述器件层的表面；
在所述第一腔体中形成压敏组件中的压敏电阻；形成与所述压敏电阻连接的电极；其中，所述沟槽围绕所述压敏组件设置；
化学气相沉积隔离层；
采用光刻工艺刻蚀掉部分所述隔离层露出所述压敏组件中的所述第一腔体四周的器件层表面的电极；
提供一带通孔的封装板，通过键合的方式连接所述封装板近邻所述器件层的一侧表面与所述器件层近邻所述封装板的一侧表面。
为实现上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种MEMS压力传感器的封装方法，包括以下步骤：
提供一衬底，沿所述第一方向，所述衬底包括依次层叠设置的支撑层、绝缘层和器件层；
采用光刻工艺在所述器件层背离所述绝缘层的一侧表面刻蚀形成沟槽；所述沟槽的底部与所述绝缘层接触；
填充所述沟槽形成隔离墙；
填充所述沟槽形成隔离墙包括：通过化学气相沉积填充所述沟槽形成隔离墙，同时形成隔离层；采用刻蚀工艺刻蚀掉所述隔离层露出所述器件层的表面；
采用光刻工艺在所述器件层背离所述绝缘层的一侧表面刻蚀形成第一腔体；
在所述第一腔体中形成压敏组件中的压敏电阻；形成与所述压敏电阻连接的电极；其中，所述沟槽围绕所述压敏组件设置；
化学气相沉积隔离层；
采用光刻工艺刻蚀掉部分所述隔离层露出所述压敏组件中的所述第一腔体四周的器件层表面的电极；
提供一带通孔的封装板，通过键合的方式连接所述封装板近邻所述器件层的一侧表面与所述器件层近邻所述封装板的一侧表面。
为实现上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种MEMS压力传感器的封装方法，包括以下步骤：
提供一衬底，沿所述第一方向，所述衬底包括依次层叠设置的支撑层、绝缘层和器件层；
采用光刻工艺在所述器件层背离所述绝缘层的一侧表面刻蚀形成第一腔体；
在所述第一腔体中形成压敏组件中的压敏电阻，形成与所述压敏电阻连接的电极；
采用光刻工艺在所述器件层背离所述绝缘层的一侧刻蚀表面形成沟槽，所述沟槽围绕所述压敏组件设置；所述沟槽的底部与所述绝缘层接触；
填充所述沟槽形成隔离墙；
填充所述沟槽形成隔离墙包括：通过化学气相沉积填充所述沟槽形成隔离墙，同时形成隔离层；
采用光刻工艺刻蚀掉部分所述隔离层露出所述压敏组件中的所述第一腔体四周的器件层表面的电极；
提供一带通孔的封装板，通过键合的方式连接所述封装板近邻所述器件层的一侧表面与所述器件层近邻所述封装板的一侧表面。
根据本发明的第二、三、四实施例，在通过键合的方式连接封装板近邻所述器件层的一侧表面与所述器件层近邻所述封装板的一侧表面同时还包括：
通过键合的方式连接所述封装板近邻所述器件层的一侧表面与所述隔离墙背离所述绝缘层的一侧表面。
根据本发明的第二、三、四实施例，还包括：
在所述封装板上的通孔中填充导电材料，在所述封装板背离所述器件层的一侧表面，所述导电材料延伸在所述通孔处形成焊盘；在所述封装板邻近所述器件层的一侧表面，所述导电材料延伸与所述电极接触
根据本发明的第二、三、四实施例，还包括：
采用光刻工艺在所述支撑层背离所述绝缘层的一侧表面刻蚀形成第二腔体。
根据本发明实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构及封装方法，其中，MEMS压力传感器包括：沿第一方向依次层叠设置的支撑层、绝缘层和器件层，第一方向为支撑层垂直指向器件层的方向；器件层背离绝缘层的一侧表面设置有第一腔体，第一腔体中设置有压敏组件中的压敏电阻，器件层中还设置有沟槽，沟槽围绕压敏组件设置，沟槽的底部与绝缘层接触，沟槽中填充有隔离墙；封装板，封装板位于器件层背离绝缘层的一侧表面，封装板近邻器件层的一侧表面与器件层近邻封装板的一侧表面键合连接。从而，压敏组件中的压敏电阻位于第一腔体中，凸出于器件层表面设置，应力分布更加集中在压敏电阻上，提高器件的灵敏度；通过绝缘层、隔离墙以及封装板的设置，使得压敏组件的四周均被包裹，压敏组件位于密封的腔体中，可与外界电绝缘以及空气等隔离，以使得MEMS压力传感器可以适应高温高湿、高油性或高酸碱等恶劣环境。
附图说明
图1是本发明实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的结构示意图；
图2是本发明一个实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的结构示意图；
图3是本发明一个实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的剖面图；
图4是本发明另一个实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的剖面图；
图5是本发明又一个实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的分解图；
图6是本发明再一个实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的结构示意图；
图7是本发明实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法流程图；
图8是本发明一个实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法流程图；
图9是本发明另一个实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法流程图；
图10是本发明实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法中一个步骤图；
图11是本发明实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法中一个步骤图；
图12是本发明实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法中一个步骤图；
图13是本发明实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法中一个步骤图；
图14是本发明实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法中一个步骤图；
图15是本发明实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法中一个步骤图；
图16是本发明实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法中一个步骤图；
图17是本发明实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法中一个步骤图；
图18是本发明实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法中一个步骤图；
图19是本发明一个实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法中一个步骤图；
图20是本发明一个实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法中一个步骤图；
图21是本发明一个实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法中一个步骤图；
图22是本发明另一个实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法中一个步骤图；
图23是本发明另一个实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法中一个步骤图；
图24是本发明另一个实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法中一个步骤图；
图25是本发明另一个实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法中一个步骤图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是本发明实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的结构示意图。如图1-3所示，该MEMS压力传感器100包括：
沿第一方向依次层叠设置的支撑层101、绝缘层102和器件层103，第一方向为支撑层101垂直指向器件层103的方向；器件层103背离绝缘层102的一侧表面设置有第一腔体104，第一腔体104中设置有压敏组件105中的压敏电阻，器件层103中还设置有沟槽106，沟槽106围绕压敏组件105设置，沟槽106的底部与绝缘层103接触，沟槽106中填充有隔离墙107；
封装板108位于器件层103背离绝缘层102的一侧表面，封装板108近邻器件层103的一侧表面与器件层103近邻封装板108的一侧表面键合连接。
可以理解的是，隔离墙107可以为二氧化硅隔离墙、氮化硅隔离墙或二氧化硅和多晶硅复合材料隔离墙中其中的一种。封装板108可以为二氧化硅封装板或单晶硅封装板。支撑层101可以为硅层，绝缘层102可以为二氧化硅层，器件层103可以为低掺杂N型硅层。其中，隔离墙107、绝缘层102、封装板108三者的材料可以相同，均可以为二氧化硅。
在器件层103中设置第一腔体104并将压敏组件105的压敏电阻设置在第一腔体104底部，并在支撑层101上方设置绝缘层102，使得压敏组件105的下表面与支撑层101之间绝缘；器件层103中围绕压敏组件105设置有沟槽106，并在沟槽106中填充隔离墙107，使得压敏组件105的各个侧壁与器件层103外侧绝缘；上面设置的封装板108，封装板108与器件层103之间二氧化硅和硅键合连接(其中，在器件层103的上方有浓掺杂硼元素硅层)，使得压敏组件105的上表面与外界绝缘。压敏组件105的上表面与封装板108的下表面之间形成真空腔，保护压敏组件105与外界空气隔绝、与外界电绝缘。以使得MEMS压力传感器100可以适应高温高湿、高油性、高酸碱或带电的等恶劣环境。
由于支撑层101为硅层，即为半导体层，当支撑层101位于带电的环境中时，若不设置绝缘层102，则有可能支撑层101进行导电，这样会使得压敏组件105丧失功能。
压敏组件105的上表面与封装板108的下表面之间形成真空腔，压敏组件105中的压敏电阻突出于第一腔体104的底面，这样使得应力分布更集中于压敏组件105中的压敏电阻上，有利于提高压敏组件105的灵敏度。
支撑层101、绝缘层102和器件层103的外形可以为矩形或者圆形等形状，构成SOI衬底。如图1所示，若支撑层101、绝缘层102和器件层103的外形为矩形，则沟槽106围成的区域也为矩形。若支撑层101、绝缘层102和器件层103的外形为圆形，则沟槽106围成的区域也为圆形。沟槽106围成的区域还可以为其他形状，本发明对此不作具体限制。
根据本发明的一个实施例，如图4所示，在第一腔体的底部，器件层的表面和凸起的压敏组件表面设置有隔离层114。其中，隔离层114可以单独形成，也可以与沟槽106中的隔离墙107在同一步骤中形成。这样，压敏组件105的上下左右前后六个面均被绝缘材料包裹，使得MEMS压力传感器100适应高温高湿、高油性、高酸碱或带电的等恶劣环境。
根据本发明的一个实施例，封装板108近邻器件层103的一侧表面与隔离墙107背离绝缘层102的一侧表面键合连接。其中，封装板108的材料可以为二氧化硅材料，隔离墙107的材料也可以为二氧化硅材料，两者可以实现氧化硅-氧化硅键合连接，从而使得封装板108与器件层103之间的键合面积更大，接触更加牢固，密封性更好。
根据本发明的一个实施例，如图2至图4所示，支撑层101背离绝缘层102的一侧表面设置有第二腔体109，第一腔体104的底面在绝缘层102上的垂直投影覆盖第二腔体109的底面在绝缘层102上的垂直投影，第一腔体104的底面与第二腔体109的底面之间设置有应变薄膜层110。
应变薄膜层110受到压力后发生形变，从而压敏组件105也发生形变，压敏组件105中的压敏电阻由于形变阻值发生变化，打破了电桥的平衡，进而检测到由压力引起的电信号。需要说明的是，中心附近压敏组件105与边缘附近压敏组件105所受应力方向相反，进而，电阻变化极性相反。根据本发明的一个实施例，如图3和图4所示，压敏组件105包括压敏电阻1052和与压敏电阻1052连接的电极1051，压敏电阻1052和电极1051形成惠斯通电桥。电极1051由第一腔体104底面延伸至第一腔体104四周的器件层103表面。根据惠斯通电桥的特性，由四个压敏电阻构成的惠斯通电桥的两个输出电极有电势差的输出，且输出的电势差与应变薄膜层110受到的压力呈正比关系。
其中，电极1051可以为金属电极或者浓掺杂层形成的电极或者浓掺杂层与轻掺杂层共同形成的电极。
根据本发明的一个实施例，沿第一方向反方向，第一腔体104的深度可以为0.3μm-10μm。
根据本发明的一个实施例，沿第一方向，第二腔体109的深度可以为20μm-800μm。
可以理解的是，实际所需的应变薄膜层110的厚度与被测压力的大小相关，当所检测的外界的压力较大时，所需的应变薄膜层110的厚度较厚，反之，当所检测的外界的压力较小时，所需的应变薄膜层110的厚度较薄，具体设计的膜厚可视实际需求情况而定。
根据本发明的一个实施例，如图4至图6所示，封装板108中设置有通孔111，通孔111中填充有导电体112，导电体112的一端连接电极，另一端连接焊盘113。其中，导电体112可以为Cu、Pt、Au等常用的导电金属材料。还可以为其他可以导电的材料，本发明在此不作具体限定。当焊盘113施加电压后，通过导电体112与压敏组件105中电极的电连接，电压施加于压敏组件105上，压敏组件105的压敏电阻的阻值发生变化之后，电桥的平衡被打破，进而通过导电体112向外输出电信号，从而检测到应变薄膜层110受到的压力。
根据本发明的一个实施例，如图6所示，封装板108中设置有多个第一通孔111，每个第一通孔111中填充有导电体112，导电体112的一端连接电极，另一端连接焊盘113；封装板108中设置有第二通孔115，第二通孔115用于压敏组件105与外界相通。其中，当封装板108中设置第二通孔115时，第一腔体104形成可测量差压的开放腔体。第二通孔115的形状不限于图5中所示的圆孔，还可以为其他形状的通孔。本发明对此不作具体限制。
图7是本发明实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法流程图。如图7所示，该方法包括以下步骤：
S101，提供一衬底，沿第一方向，衬底包括依次层叠设置的支撑层101、绝缘层102和器件层103(如图10所示)；
S102，采用光刻工艺在器件层103背离绝缘层102的一侧表面刻蚀形成第一腔体104(如图11所示)；
S103，采用光刻工艺在器件层103背离绝缘层102的一侧表面刻蚀形成沟槽106；沟槽106的底部与绝缘层102接触(如图12所示)；
S104，填充沟槽106形成隔离墙107；
根据本发明的一个实施例，S104填充沟槽106形成隔离墙107包括：
S1041，通过化学气相沉积，过量填充所述沟槽并形成隔离层114(如图13所示)；
S1042，采用刻蚀工艺刻蚀掉隔离层，露出器件层103的表面(如图14所示)。
S105，在第一腔体104中形成压敏组件105的压敏电阻，形成与压敏电阻连接的电极；其中，沟槽106围绕压敏组件105设置(如图15所示)；
在形成与压敏电阻连接的电极之后还包括：
化学气相沉积隔离层114；
采用光刻工艺刻蚀掉部分隔离层114，露出所述压敏组件105中的第一腔体四周的器件层103表面的电极(如图25所示)。
S106，提供一带通孔111封装板108，通过键合的方式连接封装板108近邻器件层103的一侧表面与器件层103近邻封装板108的一侧表面(如图16所示)。
根据本发明的一个实施例，在S106通过键合的方式连接封装板108近邻器件层103的一侧表面与器件层103近邻封装板108的一侧表面同时还包括：
S1061，通过键合的方式连接封装板108近邻器件层103的一侧表面与隔离墙107背离绝缘层102的一侧表面(如图16所示)。
S107，在封装板108上的通孔111内填充导电材料112，在封装板108背离器件层103的一侧表面，导电材料112延伸在通孔111处形成焊盘113，在封装板108邻近器件层103的一侧表面，导电材料112延伸与电极接触(如图17所示)。其中，该通孔111可以为TGV通孔。
S108，采用光刻工艺在支撑层101背离绝缘层102的一侧表面刻蚀形成第二腔体109(如图18所示)。
图8是本发明实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法流程图。如图8所示，该方法包括以下步骤：
S201，提供一衬底，沿第一方向，衬底包括依次层叠设置的支撑层101、绝缘层102和器件层103(如图10所示)；
S202，采用光刻工艺在器件层103背离绝缘层102的一侧表面刻蚀形成沟槽106；沟槽106的底部与绝缘层102接触(如图19所示)；
S203，填充沟槽106形成隔离墙107；
根据本发明的一个实施例，S203填充沟槽106形成隔离墙107包括：
S2031，通过化学气相沉积过量填充所述沟槽并形成隔离层114(如图20所示)；
S2032，采用刻蚀工艺刻蚀掉所述隔离层露出器件层103的表面(如图21所示)。
S204，采用光刻刻蚀工艺在器件层103背离绝缘层102的一侧表面刻蚀形成第一腔体104；(如图14所示)；
S205，在第一腔体104中形成压敏组件105中的压敏电阻，形成与压敏电阻连接的电极；其中，沟槽106围绕压敏组件105设置(如图15所示)；
在形成与压敏电阻连接的电极之后还包括：
化学气相沉积隔离层；
采用光刻工艺刻蚀掉部分隔离层，露出所述压敏组件中的第一腔体四周的器件层表面的电极(如图25所示)。
S206，提供一带通孔111封装板108，通过键合的方式连接封装板108近邻器件层103的一侧表面与器件层103近邻封装板108的一侧表面(如图16所示)。
根据本发明的一个实施例，在S206通过键合的方式连接封装板108近邻器件层103的一侧表面与器件层103近邻封装板108的一侧表面同时还包括：
S2061，通过键合的方式连接封装板108近邻器件层103的一侧表面与隔离墙107背离绝缘层102的一侧表面(如图16所示)。
S207，在封装板108上的通孔111内填充导电材料112，导电材料112延伸在通孔111处形成焊盘113，在封装板108邻近器件层103的一侧表面，导电材料112延伸与电极接触(如图17所示)。
S208，采用光刻工艺在支撑层101背离绝缘层102的一侧表面刻蚀形成第二腔体109(如图18所示)。
图9是本发明实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法流程图。如图9所示，该方法包括以下步骤：
S301，提供一衬底，沿第一方向，衬底包括依次层叠设置的支撑层101、绝缘层102和器件层103(如图10所示)；
S302，采用光刻工艺在器件层103背离绝缘层102的一侧表面刻蚀形成第一腔体104(如图11所示)；
S303，在第一腔体104中形成压敏组件105中的压敏电阻(如图22所示)形成与压敏电阻连接的电极；
S304，采用光刻工艺在器件层103背离绝缘层102的一侧表面刻蚀形成沟槽106，沟槽106围绕压敏组件105设置；沟槽106的底部与绝缘层102接触(如图23所示)；
S305，填充沟槽106形成隔离墙107；
根据本发明的一个实施例，S305填充沟槽106形成隔离墙107包括：
S3051，通过化学气相沉积，过量填充沟槽106并形成隔离层114(如图24所示)；
S3052，采用光刻工艺刻蚀掉部分隔离层，露出压敏组件中的第一腔体四周的器件层表面的电极(如图25所示)。
S306，提供一带通孔111封装板108，通过键合的方式连接封装板108近邻器件层103的一侧表面与器件层103近邻封装板108的一侧表面(如图16所示)。
根据本发明的一个实施例，在S306通过键合的方式连接封装板108近邻器件层103的一侧表面与器件层103近邻封装板108的一侧表面同时还包括：
S3061，通过键合的方式连接封装板108近邻器件层103的一侧表面与隔离墙107背离绝缘层102的一侧表面(如图16所示)。
S307，在封装板108上的通孔111内填充导电材料112，导电材料112延伸在通孔111处形成焊盘113，在封装板108邻近器件层103的一侧表面，导电材料112延伸与电极接触(如图17所示)。
S308，采用光刻工艺在支撑层101背离绝缘层102的一侧表面刻蚀形成第二腔体109(如图18所示)。
需要说明的是，在上述的实施例中，压敏组件105的形成，首先在器件层103背离绝缘层102的一侧表面轻掺杂硼元素，再浓掺杂硼元素，再刻蚀形成。或者首先在器件层103背离绝缘层102的一侧表面轻掺杂硼元素，再刻蚀形成。或者首先在器件层103背离绝缘层102的一侧表面浓掺杂硼元素，再刻蚀形成。图中仅示出的是轻掺杂硼元素与浓掺杂硼元素的示例。
上述实施例中的刻蚀工艺可以干法刻蚀或者湿法蚀刻，本发明对此不作具体限定。导电材料可以为Cu、Au、Pt等通用导电金属。本发明对此也不作具体限制。
需要说明的是，图15至图18、图22至图25中仅在第一腔体104中示出了四个压敏电阻的剖面(是为了简化示意图)，也就是说，第一腔体104中的压敏电阻可以为四个。本发明实施例提出的MEMS压力传感器中的第一腔体中可以设置本领域其他公知的压敏组件，本发明对此不作具体限制。
综上所述，根据本发明实施例提出的高可靠性MEMS压力传感器结构及封装方法，其中，MEMS压力传感器包括：沿第一方向依次层叠设置的支撑层、绝缘层和器件层，第一方向为支撑层垂直指向器件层的方向；器件层背离绝缘层的一侧表面设置有第一腔体，第一腔体中设置有压敏组件，器件层中还设置有沟槽，沟槽围绕压敏组件设置，沟槽的底部与绝缘层接触，沟槽中填充有隔离墙；封装板，封装板位于器件层背离绝缘层的一侧表面，封装板近邻器件层的一侧表面与器件层近邻封装板的一侧表面键合连接。从而，压敏组件位于第一腔体中，通过绝缘层、隔离墙以及封装板的设置，使得压敏组件位于的第一腔体的四周均被包裹，压敏组件位于密封的腔体中，可与外界电绝缘以及空气等隔离，以使得MEMS压力传感器可以适应高温高湿、高油性或高酸碱等恶劣环境。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (22)

1.一种高可靠性MEMS压力传感器结构，其特征在于，包括：
沿第一方向依次层叠设置的支撑层、绝缘层和器件层，所述第一方向为所述支撑层垂直指向所述器件层的方向；所述器件层背离所述绝缘层的一侧表面设置有第一腔体，所述第一腔体中设置有压敏组件中的压敏电阻，所述器件层中还设置有沟槽，所述沟槽围绕所述压敏组件设置，所述沟槽的底部与所述绝缘层接触，所述沟槽中填充有隔离墙；
封装板，所述封装板位于所述器件层背离所述绝缘层的一侧表面，所述封装板近邻所述器件层的一侧表面与所述器件层近邻所述封装板的一侧表面键合连接。
2.根据权利要求1所述的高可靠性MEMS压力传感器结构，其特征在于，在所述第一腔体的底部，所述器件层的表面和凸起的所述压敏组件表面设置有隔离层。
3.根据权利要求1所述的高可靠性MEMS压力传感器结构，其特征在于，所述封装板近邻所述器件层的一侧表面与所述隔离墙背离所述绝缘层的一侧表面键合连接。
4.根据权利要求1所述的高可靠性MEMS压力传感器结构，其特征在于，所述隔离墙为二氧化硅隔离墙、氮化硅隔离墙或二氧化硅和多晶硅复合材料隔离墙中其中的一种。
5.根据权利要求2所述的高可靠性MEMS压力传感器结构，其特征在于，所述隔离层为二氧化硅隔离层、氮化硅隔离层或二氧化硅和多晶硅复合材料隔离层中其中的一种。
6.根据权利要求1所述的高可靠性MEMS压力传感器结构，其特征在于，所述封装板为二氧化硅封装板或单晶硅封装板。
7.根据权利要求1所述的高可靠性MEMS压力传感器结构，其特征在于，所述支撑层为硅层，所述绝缘层为二氧化硅层，所述器件层为低掺杂N型硅层。
8.根据权利要求1所述的高可靠性MEMS压力传感器结构，其特征在于，所述支撑层背离所述绝缘层的一侧表面设置有第二腔体，所述第一腔体的底面在所述绝缘层上的垂直投影覆盖所述第二腔体的底面在所述绝缘层上的垂直投影，所述第一腔体的底面与所述第二腔体的底面之间设置有应变薄膜层。
9.根据权利要求8所述的高可靠性MEMS压力传感器结构，其特征在于，沿所述第一方向的反方向，所述第一腔体的深度为0.3μm-10μm。
10.根据权利要求8所述的高可靠性MEMS压力传感器结构，其特征在于，沿所述第一方向，所述第二腔体的深度为20μm-800μm。
11.根据权利要求1所述的高可靠性MEMS压力传感器结构，其特征在于，所述压敏组件还包括与压敏电阻连接的电极，所述压敏电阻和所述电极形成惠斯通电桥，所述电极由所述第一腔体底面延伸至所述第一腔体四周的器件层表面。
12.根据权利要求1或2所述的高可靠性MEMS压力传感器结构，其特征在于，所述封装板中设置有多个通孔，每个所述通孔中填充有导电体，所述导电体的一端连接所述电极，另一端连接焊盘。
13.根据权利要求1或2所述的高可靠性MEMS压力传感器结构，其特征在于，所述封装板中设置有多个第一通孔，每个所述第一通孔中填充有导电体，所述导电体的一端连接所述电极，另一端连接焊盘；
所述封装板中还设置有第二通孔，所述第二通孔用于所述压敏组件与外界相通。
14.一种高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法，应用于如权利要求1所述的MEMS压力传感器，其特征在于，包括以下步骤：
提供一衬底，沿所述第一方向，所述衬底包括依次层叠设置的支撑层、绝缘层和器件层；
采用光刻工艺在所述器件层背离所述绝缘层的一侧表面刻蚀形成第一腔体；
采用光刻工艺在所述器件层背离所述绝缘层的一侧表面刻蚀形成沟槽；所述沟槽的底部与所述绝缘层接触；
填充所述沟槽形成隔离墙；
在所述第一腔体中形成压敏组件中的压敏电阻；形成与所述压敏电阻连接的电极；其中，所述沟槽围绕所述压敏组件设置；
提供一带通孔的封装板，通过键合的方式连接所述封装板近邻所述器件层的一侧表面与所述器件层近邻所述封装板的一侧表面。
15.一种高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法，应用于如权利要求1所述的MEMS压力传感器，其特征在于，包括以下步骤：
提供一衬底，沿所述第一方向，所述衬底包括依次层叠设置的支撑层、绝缘层和器件层；
采用光刻工艺在所述器件层背离所述绝缘层的一侧表面刻蚀形成沟槽；所述沟槽的底部与所述绝缘层接触；
填充所述沟槽形成隔离墙；
采用光刻工艺在所述器件层背离所述绝缘层的一侧表面刻蚀形成第一腔体；
在所述第一腔体中形成压敏组件中的压敏电阻；形成与所述压敏电阻连接的电极；其中，所述沟槽围绕所述压敏组件设置；
提供一带通孔的封装板，通过键合的方式连接所述封装板近邻所述器件层的一侧表面与所述器件层近邻所述封装板的一侧表面。
16.一种高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法，应用于如权利要求2所述的MEMS压力传感器，其特征在于，包括以下步骤：
提供一衬底，沿所述第一方向，所述衬底包括依次层叠设置的支撑层、绝缘层和器件层；
采用光刻工艺在所述器件层背离所述绝缘层的一侧表面刻蚀形成第一腔体；
在所述第一腔体中形成压敏组件中的压敏电阻；
形成与所述压敏电阻连接的电极；
采用光刻工艺在所述器件层背离所述绝缘层的一侧表面刻蚀形成沟槽，所述沟槽围绕所述压敏组件设置；所述沟槽的底部与所述绝缘层接触；
填充所述沟槽形成隔离墙；
提供一封装板，通过键合的方式连接所述封装板近邻所述器件层的一侧表面与所述器件层近邻所述封装板的一侧表面。
17.根据权利要求14-16任一项所述的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法，其特征在于，在通过键合的方式连接封装板近邻所述器件层的一侧表面与所述器件层背离所述绝缘层的一侧表面同时还包括：
通过键合的方式连接所述封装板近邻所述器件层的一侧表面与所述隔离墙背离所述绝缘层的一侧表面。
18.根据权利要求14-16任一项所述的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法，其特征在于，还包括：
在所述封装板上的通孔中填充导电材料，在所述封装板背离所述器件层的一侧表面，所述导电材料延伸在所述通孔处形成焊盘；在所述封装板邻近所述器件层的一侧表面，所述导电材料延伸与所述电极接触。
19.根据权利要求14-16任一项所述的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法，其特征在于，还包括：
采用光刻工艺在所述支撑层背离所述绝缘层的一侧表面刻蚀形成第二腔体。
20.根据权利要求14或15所述的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法，其特征在于，填充所述沟槽形成隔离墙包括：
通过化学气相沉积，填充所述沟槽并形成隔离层；
采用刻蚀工艺刻蚀掉所述隔离层露出所述器件层的表面。
21.根据权利要求14或15所述的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法，其特征在于，在形成与所述压敏电阻连接的电极之后还包括：
化学气相沉积隔离层；
采用光刻工艺刻蚀掉部分所述隔离层露出所述压敏组件中的所述第一腔体四周的器件层表面的电极。
22.根据权利要求16所述的高可靠性MEMS压力传感器结构的封装方法，其特征在于，填充所述沟槽形成隔离墙包括：
通过化学气相沉积，填充所述沟槽并形成隔离层；
采用光刻工艺刻蚀掉部分所述隔离层露出所述压敏组件中的所述第一腔体四周的器件层表面的电极。
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