[发明专利]一种适合表面贴装工艺的压阻式压力传感器及其制造方法

说明书

本发明涉及一种适合表面贴装工艺的压阻式压力传感器及其制造方法。使用的晶圆结构包括衬底半导体材料和顶层半导体材料及绝缘层，在衬底半导体材料内与绝缘层界面位置设有空腔；顶层半导体材料和衬底半导体材料为反相掺杂；衬底半导体材料上设有电隔离沟槽；被电隔离沟槽包围的衬底半导体材料形成有电接触孔，电接触孔内重掺杂、沉积金属，形成电通道及金属引脚；在顶层半导体材料上形成有压力传感器的压阻条、电学引线区及电学连接孔；电学引线区与部分压阻条及电隔离沟槽包围的衬底半导体材料重合；电连接孔在电学引线区和衬底半导体材料的重合区域内；在电学连接孔内沉积导电层形成电连接通道。本发明的压阻式压力传感器便于后续与相应控制电路(IC)实现三维(3D)封装，成本低。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种适合表面贴装工艺的压阻式压力传感器及其制造方法。

背景技术

随着物联网等行业的兴起，MEMS(Micro electro Mechanical Systems，微机电系统)传感器由于其体积小，功耗低，重量轻，响应快等优点，有着巨大的应用前景。尤其是MEMS压力传感器，在汽车电子、消费类产品、工业控制等领域有巨大的应用。

目前，MEMS传感器需要和相应的控制IC一起使用，实现具体的功能，将MEMS传感器和相应控制IC封装在一个封装模块中，目前有两种方式：(1)将MEMS传感器和相应控制IC并列放在一个封装基底上，通过引线键合实现MEMS传感器和相应控制IC以及与封装模块引脚的电连接；(2)通过倒装焊形式的三维(3D)封装，以堆叠方式将MEMS传感器和相应控制IC封装在一个模块中。与通过引线键合方式比，倒装焊形式的3D封装的电连接可靠性更高，封装结构面积更小。一般加工的半导体器件及MEMS传感器，其金属引脚(Pad)一般在器件表面，为了方便实现MEMS传感器倒装焊形式的3D封装，业界的办法一般是通过硅通孔(TSV)技术，形成器件表面的金属引脚(Pad)与器件底部的电通道，将金属引脚放在器件的底部，以便实现器件和封装基底或者其它器件之间的电连接。但传统的TSV技术一般需要在通孔中电镀铜，以形成电通道，但电镀铜后，后续工艺就不能进行高温工艺(≤500℃)，限制了后续器件加工的工艺可选择性及工艺先后顺序的灵活性，造成后续加工的困难。此外电镀铜后，由于铜和半导体材料热膨胀系数的不匹配，会产生残余应力，影响器件性能；而且电镀铜工艺和传统的CMOS工艺不兼容。也有一些通过在晶圆上形成电隔离沟槽，用电隔离沟槽包围的晶圆材料作为电通道，将电信号引到器件底部，但一般都是需要使用两个晶圆，分别加工，通过键合方式实现，工艺复杂，加工成本高，而且晶圆厚度比较厚，由于目前加工工艺深宽比一般最大可以做到20:1，形成贯穿晶圆的电隔离沟槽比较困难，一般都没有开通孔，而是通过减薄暴露电通道，减薄时由于器件已经做好，为了保护减薄过程中器件不受损伤，还需要临时键合，增加器件加工成本。

相关技术的公开文献有：

1、《Design and realize of 3D integration of pressure sensors systemwith through silicon Via(TSV)approach》(基于硅通孔技术技术的压力传感器系统的3维集成的设计及制作)

2011美国电气电子工程师学会(IEEE)电子封装及高密度封装国际会议(2011International Conference on Electronics Packaging Technology&HighDensity Packaging 2011 IEEE)上公开了该文章；该文公开了通过首先形成压力传感器(功能芯片)，然后在压力传感的金属引脚(Pad)上通过TSV技术在晶圆底部加工深孔。由于晶圆很厚，深孔贯穿整个晶圆加工比较困难，孔没有贯通整个晶圆，后续通过硅-玻璃临时键合，在采用机械化学研磨(CMP)晶圆底部，露出孔，然后在孔壁进行电绝缘处理，而后电镀铜，然后形成芯片底部的金属引脚(Pad)，将压力传感器的电信号端引到芯片底部。