[发明专利]硅-玻璃基梁膜结构的超微压力传感器芯片及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超微压力传感器，尤其是涉及一种具有自封装结构的硅-玻璃基梁膜结构的超微压力传感器芯片及制造方法。

背景技术

微机电系统(MEMS)技术起源于硅传感器的发展，最初用于生产硅压阻式压力传器。当MEMS技术迅速崛起之后，大大促进了硅传感器技术进步，各类硅传感器获得了商业化的广泛应用。硅压力传感器是商业化的硅传感器的重要组成部分，在汽车工业、航天工业和医疗卫生、军事等各方面有着广泛应用。硅超微压压力传感器是硅压力传感器发展的一个重要分支，在空间探索、真空度测量等许多领域有着广泛的应用，譬如：火星气压的测量、半导体加工中的许多工艺步骤真空度的测量与控制等。然而，尽管压阻式压力传感器已经是一种很成熟的商业化产品，但传统的硅超微压压阻式压力传感器芯片中的压敏电阻易受到外界环境的污染和腐蚀，影响了硅超微压压阻式压力传感器的可靠性应用。

在传统硅超微压压阻式压力传感器中，基本都把压敏电阻排布在感压薄膜外表面直接与外界环境接触。器件在工作过程中，由于外界环境酸碱物质、静电颗粒、粉尘等对压敏电阻的影响，而导致器件可靠性降低。为了提高器件在恶劣环境下的可靠性，目前商业化普遍采用的是压力变送的封装技术，将压力传感器芯片封装于充满硅油的密闭结构中，外加压力从不锈钢膜片通过硅油传递到压力传感器芯片上（W.P.Eaton,J.H.Smith,“Micromachined pressure sensors:review and recent developments”,Smart Mater.Struct.Vol.6pp.530-539,1997）。但是，硅油化学稳定和耐温性能不够好，硅油长期在高温下工作会发生变化，如果新分解的化学成分里面有小颗粒的导电物质，这种物质可能会穿过芯片的钝化层破坏芯片或者介入扩散电阻条中间，形成短路或污染，造成传感器高温输出信号不稳定，这些问题的存在将影响传感器的长期可靠性。此外，在一些气压传感器中，例如汽车轮胎压力传感器，为了保护薄膜上面的压敏电阻，在封装时用硅胶包裹压力传感芯片，以隔绝测试气体的影响。这种方案不仅增加了制造成本，而且温度的变化会引起硅胶的膨胀或收缩，进而影响压力传感器的输出特性和稳定性。

综上所述，进行具有自封装结构的超微压压阻式压力传感器的研究，实现相关技术攻关，对整个压力传感器技术领域的进步和相关产业的发展具有积极的推动作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种高可靠性且适用于潮湿、酸碱、静电等恶劣环境下的具有自封装结构的硅-玻璃基梁膜结构的超微压力传感器芯片及制造方法。

所述硅-玻璃基梁膜结构的超微压力传感器芯片为盒状结构，设有带空腔的基底和感压薄膜；所述感压薄膜设有凸起的梁结构，形成梁膜复合结构；所述感压薄膜的应力集中区的下表面设有连接成惠斯登电桥的4个压敏电阻，通过基底与感压薄膜的键合将压敏电阻密封于真空压力腔中；所述惠斯登电桥通过键合界面预置电极与外界实现电连接。

所述基底的材料可为玻璃等。

所述空腔的形状可为矩形或圆形等。

所述凸起的梁结构的剖面可为哑铃状等。

所述感压薄膜可由绝缘体上硅晶圆片（简称SOI晶圆片）减薄而成，所述基底和SOI晶圆片键合表面都有界面预置电极，把界面预置电极对应焊盘位置上方的硅层打开制备出电极引线孔，通过压焊金属引线技术，得到一个完整的压力传感器芯片。

所述硅-玻璃基梁膜结构的超微压力传感器用于测量绝对压力。

所述硅-玻璃基梁膜结构的超微压力传感器芯片的制造方法，包括以下步骤：

第一阶段：SOI晶圆片上的工艺制作

a．清洗；氧化；

b．涂光刻胶、掩模、曝光、显影；

c．湿法腐蚀SiO₂，腐蚀完毕后留下的SiO₂图形作为接下来重掺杂所用的掩模；

d．浓硼扩散，形成连接导线；

e．使用湿法腐蚀去除SiO₂，重新氧化；

f．涂光刻胶、掩模、曝光、显影；溅射金属铝；

g．使用剥离工艺，剥离完毕后留下来的铝作为接下来离子注入制作压敏电阻的掩膜；

h．使用离子注入工艺在感压薄膜上制作压敏电阻；

i．使用湿法腐蚀去除铝；

j．涂光刻胶、掩模、曝光、显影；

k．湿法腐蚀SiO₂，腐蚀完毕后留下的SiO₂和光刻胶图形作为接下来制作与重掺杂区域形成欧姆接触的铝电极所用的掩模；