[发明专利]一种MEMS电容式压力传感器芯片及其制造工艺

说明书

本发明公开了一种MEMS电容式压力传感器芯片，包括第一晶圆和第二晶圆。第一晶圆包括相互键合的第一结构层和可动电极层，可动电极层通过整体刻蚀穿透形成相互物理电气隔离的第一封闭环、参考电容极板和可动电容极板。第一结构层顶部开设有凹腔，可动电容极板位于凹腔下方；第二晶圆包括相互键合的固定电极层和第二结构层，固定电极层通过整体刻蚀穿透形成相互物理电气隔离的第二封闭环和固定电容极板。固定电极层和可动电极层相互键合连接。本发明还公开了该芯片的制造工艺。本发明的芯片实现了电容电极与外界介质隔离的效果，采用差分电容设计，使得芯片具备消除由于外界温度、湿度和电磁环境等因素产生的共模干扰能力，具有极强的环境适应性。

技术领域

本发明涉及压力传感器技术领域，特别涉及一种MEMS压力传感器芯片及其制造工艺。

背景技术

电容式压力传感器与电阻式、电感式等传感器的相比具有温度稳定性好、结构简单、适应性强、动态响应好、容易实现非接触测量并且具有一定平均效应，一般以无机材料作为绝缘支撑，因此能工作在高低温、强辐射及强磁场等恶劣环境中，可以承受很大的温度变化，承受高压力、高冲击、大过载等。

目前的MEMS电容式压力传感器的主要结构形式是利用两个硅基的电容极板，分别是可动板和固定板，可动板既作为电容极板又作为感压膜，这种结构设计比较简单、易加工的特点，但也有很明显的缺陷。首先，可动板既作为电容极板又作为感压膜，可动极板与固定极板之间形成的电容易受外界环境干扰，尤其是被测介质如果是带电介质或者导电介质，耦合电容干扰难以消除；其次，在恶劣环境下，传感器的可动极板直接与被测介质接触，易导致可动极板结构被破坏；最后，这种结构设计决定了其压力芯片的封装形式多为引线键合的方式，这种封装方式使得传感器的介质兼容性大大受限，传感器很难在具有腐蚀性、导电性的液体或气体介质中工作。所以现有技术很难克服MEMS电容式压力传感器的环境适应性较差的问题，需要从设计和制作的角度来解决这个问题。

发明内容

针对背景技术中所存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种MEMS压力传感器芯片及其制造工艺，采用全隔离式结构的设计及背面通孔互连的电气连接方式，实现了电容极板、电气连接与压力介质的完全隔离的效果，大大提高了传感器的环境适应性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种MEMS电容式压力传感器芯片，包括：

第一晶圆，包括相互键合连接的第一结构层和可动电极层，所述的可动电极层通过整体刻蚀穿透形成相互物理电气隔离的第一封闭环、参考电容极板和可动电容极板，所述的参考电容极板和可动电容极板上分别设有第一接触电极，所述第一结构层的顶部开设有凹腔，所述可动电容极板位于所述凹腔正下方；

第二晶圆，包括相互键合连接的固定电极层和第二结构层，所述的固定电极层通过整体刻蚀穿透形成相互物理电气隔离的第二封闭环和固定电容极板，所述的固定电容极板上设有第二接触电极，固定电容极板顶部开设有浅腔，所述的第二封闭环在两第一接触电极对应的位置上分别开设有用于背部引线的第一通孔，所述的第二结构层在所述第二接触电极以及两个第一通孔对应的位置上分别开设有用于背部引线的第二通孔；

所述的固定电极层和可动电极层相互键合连接，所述浅腔位于所述可动电容极板正下方。

优选地，所述第一结构层在远离可动电极层的一侧表面形成有保护层。

其中，所述的保护层为二氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氧化铝薄膜中的一种或复合膜系。

优选地，所述第二结构层远离固定电极层的一侧表面、第一通孔的侧壁面和第二通孔的侧壁面上分别形成有绝缘层。

其中，所述的绝缘层为二氧化硅薄膜、氮化硅薄膜中的一种或复合膜系。

优选地，所述的第一接触电极和第二接触电极为Al膜、Ta膜、W膜、Cr膜、Au膜、Cu膜、Ti膜、Pt膜的一种或复合膜系。