一种低成本高一致性压力传感器芯片制备方法与流程

本发明涉及mems传感器领域，具体涉及一种低成本高一致性压力传感器芯片制备方法。

背景技术：

mems压力传感器芯片的传统制备方法是通过koh、tmah等碱性溶液腐蚀背腔100，达到指定深度后停止腐蚀，得到的硅薄膜作为敏感膜200(如图1所示)。这种制备方法存在一些缺陷，如：由于碱液腐蚀的平整度直接决定了敏感膜的厚度均匀性，因此，背腔腐蚀需要进行三种碱液的配比，分别对应粗腐、速腐、精腐，越接近指定深度时，腐蚀速率越慢，以控制精度，由此导致制作周期长，时间成本高，而且敏感膜存在腐蚀不均匀现象，批量产品一致性差。

另外，由于单晶硅片的物理特性，其腐蚀腔侧壁将会形成54.74°的斜面夹角，该部分直接增加了芯片的单元尺寸，减少了晶圆出片率，提高了产品成本；由于mems压力传感器的测量特性，传统的压力传感器背腔开孔和腐蚀槽都会非常大，从而导致整个压力传感器的固支部分很小，空腔很大，当引入压力式，引入内应力增大。

同时，由于背腔开孔大，敏感膜区域与被测气体接触面大，导致敏感膜易被气体杂质污染，进而影响mems压力传感器的可靠性和使用寿命。

技术实现要素：

鉴于背景技术的不足，本发明是提供了一种低成本高一致性压力传感器芯片制备方法，所要解决的技术问题是现有技术中，制备mems压力传感器芯片的方法存在成本高和批量产品一致性低的缺陷。

为解决以上技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种低成本高一致性压力传感器芯片制备方法，包括如下步骤：

s1：选择双抛硅片作为底层硅片；

s2：对所述底层硅片进行热氧化形成第一氧化层；

s3：采用光刻工艺在所述底层硅片的上表面刻蚀出腔体；

s4：对所述底层硅片的上表面重新进行热氧化以制作第一氧化层；

s5：选择双抛硅片作为顶层硅片；

s6：将所述顶层硅片和所述底层硅片键合成一体；

s7：将所述顶层硅片减薄，减薄后抛光；

s8：采用离子注入技术在所述顶层硅片的顶面形成电阻；

s9：在所述顶层硅片的顶面制作第二氧化层，在所述第二氧化层表面制作通孔，然后采用溅射法形成金属层，然后通过光刻及刻蚀形成pad点，然后在所述金属层表面制作保护层。

s10：在所述顶层硅片顶面涂抗碱性腐蚀胶；

s11：在所述底层硅片的底面涂抗碱性腐蚀胶然后光刻制作腐蚀区，然后通过碱性腐蚀溶液对所述腐蚀区进行腐蚀，从而在所述底层硅片内形成通气通道，所述通气通道连通腔体和外部。

优选的，所述s2和所述s4中的热氧化温度均为1100～1150℃。

优选的，所述s3中的腔体深度为50～70μm。

优选的，所述s4中的氧化层厚度为0.2～0.5μm。

优选的，所述s6中的键合过程包括先预键合和在所述预键合完成后的熔融键合，所述预键合在450℃进行，所述熔融键合在1300℃进行。

优选的，所述s9中的金属层厚度为0.1～0.2μm。

优选的，在所述s11中，所述碱性腐蚀溶液采用95％的koh溶液，温度设置为120℃。

本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：

1)通过键合工艺、研磨抛光的工艺方法制作敏感膜，其厚度控制水平，成本低，一致性高。

2)底层硅片底面腐蚀的目的，是为了形成通气通道，极大的缩小了底层硅片底面开孔的面积，也就从根本上减小了芯片尺寸，提高了晶圆出片率，从而直接降低了mems传感器的单片制作成本。

3)敏感膜与被测气体接触面积小，从而大大减少了气体杂质对敏感膜的污染，极大的提高了mems压力传感器的可靠性和使用寿命；相比较与背面干法刻蚀，使用自终止碱液腐蚀可以极大的降低成本，且可只使用中快速腐蚀，工艺成本降低效果明显。

4)底层硅片底面的腐蚀只作为通孔作用，保留了大量体硅结构，空腔区域只占很小部分，当引入压力时，压力传感器内部结构牢固，引入应力小，大大降低压力测量过程中因芯片内部受到应力影响产生的测试误差，通过低应力封装形式，可极大的提高mems压力传感器的测量准确度。

附图说明

本发明有如下附图：

图1为现有技术的示意图；

图2为本发明所述压力传感器芯片在生产过程中的示意图一；

图3为本发明所述压力传感器芯片在生产过程中的示意图二；

图4为本发明所述压力传感器芯片在生产过程中的示意图三；

图5为本发明所述压力传感器芯片在生产过程中的示意图四；

图6为本发明所述压力传感器芯片在生产过程中的示意图五；

图7为本发明所述压力传感器芯片的成品示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图2-7所示，一种低成本高一致性压力传感器芯片制备方法，包括如下步骤：

s1：选择双抛硅片作为底层硅片1，可进行激光标号，备注批次号及片号；

s2：对底层硅片1进行热氧化形成致密氧化硅保护层，热氧化温度为1100～1150℃，形成第一氧化层11，该第一氧化层11作为刻蚀保护层；

s3：采用光刻工艺在底层硅片1的上表面刻蚀，刻蚀第一氧化层11，形成敏感膜尺寸范围，继续深刻蚀，刻蚀出腔体12，该腔体12为敏感膜提供活动范围，腔体12深度为50～70μm；

s4：由于刻蚀损伤了第一氧化层11，通常在刻蚀之后对底层硅片1的上表面重新进行热氧化以制作第一氧化层11，热氧化温度为1100～1150℃，第一氧化层11厚度为0.2～0.5μm；

s5：选择双抛硅片作为顶层硅片2，可进行激光标号，备注批次号及片号；

s6：键合，先采用450℃进行预键合，时间设置为2小时，预键合完成后采用1300℃条件下进行熔融键合，通过该步骤，顶层硅片2覆盖在底层硅片1的腔体12上并与底层硅片1形成整体结构；

s7：将顶层硅片2减薄，减薄至预设厚度后，再抛光至设计的膜厚，抛光一方面增加顶层硅片2的表面平整度，另一方面，也是微调顶层硅片2的厚度，经过抛光，顶层硅片2即作为mems压力传感器的敏感膜层，这样形成的敏感膜厚度均匀，批量产品一致性高，且以这样的方式形成敏感膜，周期短，效率大大提高，时间成本低；

s8：采用离子注入顶层硅特定区域，形成p+和p-结构。p+由于良好的欧姆接触特性，作为力敏电阻21与引线之间的连接部分。p-形成力敏电阻21，通过压力改变引起敏感膜变化，p-力敏电阻21产生阻值变化，并通过惠斯通电桥反馈输出电压变化，形成压力测量。

s9：在顶层硅片2的顶面制作第二氧化层23，在第二氧化层23表面制作通孔，然后采用溅射法形成金属层22，材料通常选用al或au，金属层22厚度为0.1～0.2μm，然后通过光刻及刻蚀形成pad点，然后在金属层22表面制作保护层。

s10：在顶层硅片2顶面涂抗碱性腐蚀胶，可选用抗碱性腐蚀protek胶，目的是在碱液腐蚀中保护顶层硅片2顶面的图形；

s11：在底层硅片1的底面涂抗碱性腐蚀胶然后光刻制作腐蚀区，然后通过碱性腐蚀溶液对腐蚀区进行腐蚀，从而在底层硅片1内形成通气通道13，通气通道13连通腔体12和外部，碱性腐蚀溶液采用95％的koh溶液，温度设置为120℃。该腐蚀为自终止碱液腐蚀，碱液从底层硅片1的底面向上腐蚀到腔体12即自动终止腐蚀，此时连通腔体12和外部的通气通道13形成，此过程中由于不需要在最后阶段控制精度，也就不需要放缓腐蚀速度，全程采用中速腐蚀和快速腐蚀，大大减少了时间消耗，降低了时间成本。

上述腐蚀过程仅为了形成连通腔体和外部的通气通道，而不是为了形成敏感膜，由此，本发明底层硅片的底面腐蚀只作为通气孔作用，保留了大量体硅结构，空腔区域只占很小部分，当引入压力时，压力传感器内部结构牢固，引入应力小，大大降低压力测量过程中因芯片内部受到应力影响产生的测试误差，通过低应力封装形式，可极大的提高mems压力传感器的测量准确度。

同时，有效缩小敏感膜与被测气体接触面，从而大大减少气体杂质对敏感膜的污染，极大的提高了mems压力传感器的可靠性和使用寿命。

上述依据本发明为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。