[发明专利]一种单片集成MEMS压力传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种单片集成MEMS压力传感器及其制备方法。本发明的单片集成MEMS压力传感器包括：单片集成压力芯片、压力缓冲层、基板、引脚框、导线和塑封体；其中，单片集成压力芯片的内部集成单晶硅压力敏感薄膜、压阻式压力敏感电桥和信号调理电路。本发明的单片集成MEMS压力传感器具有机械和电子系统高度集成、批量大、成本低、体积小等特点，适应多种小尺寸应用领域。

技术领域

本发明涉及微电子传感器技术，具体涉及一种单片集成MEMS压力传感器及其制备方法。

背景技术

MEMS气压传感器面向手机、平板、运动手表、手环等可穿戴设备、智能终端产品及汽车/医疗等工业产品，市场规模高达数十亿只。

MEMS压力传感器包括压力芯片(机械组件)和信号调理电路芯片(电子组件)两部分。现有技术中两部分芯片单独制作，然后通过封装的方式集成到一起，不能满足传感器小型化、低成本的趋势，如果将压力芯片(机械组件)和信号调理电路芯片(电子组件)两部分制造在单一芯片上，就可以实现传感器的小型化和低成本。

发明内容

针对压力传感器小型化、低成本的要求，本发明提供一种单片集成MEMS压力传感器及其制备方法。本发明具有压力敏感部分(机械组件)和信号调理电路(电子组件)单芯片一体集成制造的特点。从而具有批量大、成本低、体积小等优势。

本发明的一个目的在于提供一种压力敏感部分(机械组件)和信号调理电路(电子组件)单芯片一体集成制造的压力传感器。

本发明的MEMS压力传感器包括：单片集成压力芯片、压力缓冲层、基板、引脚框、导线和塑封体；其中，单片集成压力芯片包括压力敏感部分和信号调理电路部分，压力敏感部分包括单晶硅压力敏感薄膜和压阻式压力敏感电桥，信号调理电路部分布置在压力敏感电桥的周围，通过金属布线和压力敏感电桥连接。在单片集成压力芯片的上表面覆盖压力缓冲层，压力缓冲层包括中心缓冲层和边缘缓冲层两部分，中心缓冲层覆盖在单片集成压力芯片的敏感结构上，边缘缓冲层覆盖在敏感结构的四周，并且露出单片集成压力芯片与导线的焊接点；单片集成压力芯片的下表面设置在基板上；导线将单片集成压力芯片的焊接点与引脚框相连；塑封体将单片集成压力芯片、引脚框和基板封装，并在塑封体的底面或侧面露出引脚框；塑封体与压力缓冲层之间具有空腔，并且在空腔与塑封体的外表面之间开设通孔，与外界连通。

单片集成压力芯片在新型SOI硅片上采用兼容8英寸0.18um cmos制程的MEMS工艺制造。芯片内部集成单晶硅压力敏感薄膜、压阻式压力敏感电桥和信号调理电路。压力敏感膜和压阻式压力敏感电桥经过理论设计优化可以实现100nV以下的低噪声。信号调理电路集成24位A/D变换单元和高线性度温度传感器，可以实现1Pa的压力分辨率、0.1℃的温度测量精度，同时提供标准I2C和SPI数字接口，方便与数字终端连接。

压力传感器采用塑料封装，整体器件尺寸不超过3mmx3mm。

本发明的另一个目的在于提供一种单片集成MEMS压力传感器制备方法。

本发明的单片集成MEMS压力传感器的制备方法，包括以下步骤：

1)制作带有压力腔的SOI硅片，压力腔上的单晶硅压力敏感薄膜通过机械减薄形成，薄膜的厚度精度为0.5微米；

2)在SOI硅片表面采用8英寸0.18um cmos制程制造信号调理电路和压阻式压力敏感电桥；

3)刻蚀压力敏感薄膜上方多层金属布线留下的介质，刻蚀停止到第一层金属；

4)腐蚀压力敏感薄膜上方的第一层金属，露出磷硅玻璃作为压阻式压力敏感电桥的钝化保护层；

5)晶圆划片；

6)单片集成压力芯片塑封；

本发明的优点：