[发明专利]岛膜自封装结构的硅-玻璃微压力传感器芯片及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及微压力传感器，尤其是涉及一种岛膜自封装结构的硅-玻璃微压力传感器芯片及制造方法。

背景技术

在传感器的各应用领域中，温度、流量、压力、位置是最常见的测试参数。

在各类传感器中，因压力传感器可广泛用于压力、高度，以及液体的流量、流速、液位、压强的测量与控制，它已成为传感器技术最成熟、性能比稳定的一类传感器。据日本电气计测器工业协会对过程传感器(温度、流量、压力、位置、密度等)的生产和销售进行的统计，压力类传感器占整个过程传感器的三分之一强，而且其比例还在继续加大，以此为基础的压力类测量及变送仪表也在过程控制系统中占有很高的比例。

目前，压力传感器广泛应用于国防工业、汽车工业、石油工业、航空航天、医疗器械以及电子消费品等领域。

在传统的平膜结构硅压阻式压力传感器中，用于微压测量时，需要减薄硅膜的厚度以提高其灵敏度，这在工艺上有难度。而且对于相同尺寸的膜片，厚度太小使器件信号输出的非线性变差，器件的测量精度降低，因此用平模结构设计微压力传感器是不理想的。

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不仅可靠性较高，而且适用于潮湿、酸碱、静电等恶劣环境下的岛膜自封装结构的硅-玻璃微压力传感器芯片及制造方法。

本发明所述岛膜自封装结构的硅-玻璃微压力传感器芯片设有感压薄膜和带空腔的底座；所述感压薄膜为正面岛膜复合结构，在岛膜复合结构的应力最大的集中区设有4个压敏电阻，所述4个压敏电阻通过金属电极构成惠斯登电桥，采用硅-玻璃阳极键合工艺将惠斯登电桥密封于密闭绝压腔内，所述惠斯登电桥通过金属引线将界面预置电极与外部测试设备连接，构成一个完整的压力敏感和测量系统。

所述感压薄膜为正面凸起的岛状结构和薄的膜状结构复合而成。

所述感压薄膜可由绝缘体上硅晶圆片（简称SOI晶圆片）器件层制备并经减薄工艺制成。

所述带空腔的底座的材料可为玻璃等。

所述空腔的形状可为矩形、方形或圆形等。

所述SOI晶圆片和带空腔的底座键合在一起，且二者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。

所述岛膜自封装结构的硅-玻璃微压力传感器可用于测量绝对压力。

所述岛膜自封装结构的硅-玻璃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

1）.清洗；氧化；

2）.涂光刻胶、掩模、曝光、显影；

3）.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；

4）.浓硼扩散，形成连接导线；

5）.使用湿法腐蚀去除SiO₂，重新氧化；

6）.涂光刻胶、掩模、曝光、显影；溅射金属铝；

7）.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；