一种压力传感器及其制备方法与流程

本申请涉及压力传感器技术领域，特别是涉及一种压力传感器及其制备方法。

背景技术：

微机电系统的压力传感器是一种常用的传感器，主要由力敏部件和信号转换部件两部分构成，力敏部件用于感应压力，信号转换部件用于将压力信号转换为电信号。

压力传感器一般都需要空腔结构来完成压力与可测试的电信号之间的转换，因此，空腔的封装工艺及质量直接影响着压力传感器的性能。封接形成空腔的方式有很多，cu-cu热压键合作为一种新的封接方式近几年得到了很好的发展，该种键合方式不但能得到很高的键合强度，具有很好的高温稳定性和密闭性，而且不需要高温辅助，可以减少高温工艺对材料与器件的损伤。但是，cu-cu热压键合存在一个致命问题，即cu在键合工艺过程中不稳定易氧化，导致键合强度低，并影响空腔的气密性。

因此，如何解决上述技术问题应是本领域技术人员重点关注的。

技术实现要素：

本申请的目的是提供一种压力传感器及其制备方法，以提升压力传感器键合部位的强度和空腔的气密性，并且加快键合速度、降低键合温度。

为解决上述技术问题，本申请提供一种压力传感器制备方法，包括：

获得表面沉积有金属层的第一片体；

获得表面沉积有所述金属层的第二片体；所述第二片体具有凹槽；

将所述金属层对准的所述第一片体和所述第二片体置于键合腔室中，并对所述键合腔室抽真空；

向所述键合腔室中通入还原气体，并在所述还原气体的气氛下对所述第一片体和所述第二片体进行热压键合，得到压力传感器半成品；

对所述压力传感器半成品进行图形化处理和电极制备，得到压力传感器。

可选的，在所述向所述键合腔室中通入还原气体之前，还包括：

利用加热的金属催化剂对所述还原气体进行催化处理，得到催化后还原气体；

相应的，所述向所述键合腔室中通入还原气体，并在所述还原气体的气氛下对所述第一片体和所述第二片体进行热压键合包括：

所述向所述键合腔室中通入所述催化后还原气体，并在所述催化后还原气体的气氛下对所述第一片体和所述第二片体进行热压键合。

可选的，所述获得表面沉积有所述金属层的第二片体；所述第二片体具有凹槽包括：

在待处理第二片体的表面沉积所述金属层；

刻蚀沉积有所述金属层的所述待处理第二片体形成所述凹槽，得到所述第二片体。

可选的，所述获得表面沉积有所述金属层的第二片体；所述第二片体具有凹槽包括：

刻蚀待处理第二片体形成所述凹槽；

在形成有所述凹槽的所述待处理第二片体的表面沉积所述金属层，得到所述第二片体。

可选的，所述第一片体、所述第二片体为晶圆片、外延片中任一种。

可选的，当所述第一片体为外延片时，所述获得表面沉积有金属层的第一片体包括：

减薄所述外延片；

在减薄后的所述外延片的表面沉积所述金属层，得到所述第一片体。

可选的，所述还原气体为甲酸气体、氢气、醋酸气体中的任一种或者任意组合。

可选的，所述金属催化剂为单质铂、铂合金、单质钯、钯合金中的任一种或者任意组合。

可选的，所述金属层的材料为下述任一种或者任意组合：

铜、银、镍、铝、金。

本申请还提供一种压力传感器，所述压力传感器由上述任一种所述的压力传感器制备方法制得。

本申请所提供的一种压力传感器制备方法，包括：获得表面沉积有金属层的第一片体；获得表面沉积有所述金属层的第二片体；所述第二片体具有凹槽；将所述金属层对准的所述第一片体和所述第二片体置于键合腔室中，并对所述键合腔室抽真空；向所述键合腔室中通入还原气体，并在所述还原气体的气氛下对所述第一片体和所述第二片体进行热压键合，得到压力传感器半成品；对所述压力传感器半成品进行图形化处理和电极制备，得到压力传感器。

可见，本申请中的压力传感器制备方法在将第一片体和第二片体的金属层对准并置于键合腔室中，对键合腔室抽真空后，向键合腔室中通入还原气体，还原气体可以对金属层表面的金属氧化物进行还原，有效去除金属层表面的金属氧化物对键合强度的影响，从而提升键合强度，并提升空腔的气密性；同时还原气体还可以活化金属层的表面，加快金属层之间的键合速度，并降低键合所需的温度。

此外，本申请还提供一种具有上述优点的压力传感器。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种压力传感器制备方法的流程图；

图2为本申请实施例所提供的另一种压力传感器制备方法的流程图；

图3至图12为本申请实施例所提供的一种压力传感器制备工艺流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术部分所述，目前cu-cu热压键合存在一个致命问题，即cu在键合工艺过程中不稳定易氧化，导致键合强度低，并影响空腔的气密性。

有鉴于此，本申请提供了一种压力传感器制备方法，请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种压力传感器制备方法的流程图，该方法包括：

步骤s101：获得表面沉积有金属层的第一片体。

其中，所述金属层的材料可以为铜、银、镍、铝、金中任一种或者任意组合，当然也可以为其他稳定易氧化的材料。第一片体可以为晶圆片或者外延片，当第一片体为晶圆片时，晶圆的材料可以为硅、碳化硅等。

步骤s102：获得表面沉积有所述金属层的第二片体；所述第二片体具有凹槽。

其中，第二片体可以为晶圆片或者外延片，当第二片体为晶圆片时，晶圆的材料可以为硅、碳化硅等。凹槽的开口位于金属层，并由金属层向第二片体内延伸。第二片体的金属层与第一片体的金属层材料相同。

优选地，在得到第一片体和第二片体后、在第一片体和第二片体的金属层对准之前还包括：

清洁第一片体和第二片体的表面，以去除第一片体和第二片体表面的有机物及沾污，提升压力传感器的性能。

步骤s103：将所述金属层对准的所述第一片体和所述第二片体置于键合腔室中，并对所述键合腔室抽真空。

抽真空的目的是去除键合腔室内的氧气，避免键合腔室内的气体氧化金属层。

步骤s104：向所述键合腔室中通入还原气体，并在所述还原气体的气氛下对所述第一片体和所述第二片体进行热压键合，得到压力传感器半成品。

需要指出的是，本申请中对还原气体不做具体限定，视情况而定。例如，所述还原气体为甲酸气体、氢气、醋酸气体等还原性气体中的任一种或者任意组合。第一片体和第二片体键合后，凹槽变成压力传感器的空腔。

还原气体通入流量一般设置在20cc/min～60cc/min，具体根据金属层的厚度而定。键合时的压力一般在3mpa，还原气体的通入使得金属层的表面被活化，相较于相关技术的键合速度，本实施例中的键合速度加快，键合时间缩短，键合所需的温度降低，温度一般在150℃～250℃。

键合完成后，停止通入还原气体并向键合腔室中通入惰性气体，例如氮气，以排出还原气体，同时避免打开键合腔室后，空气再次氧化压力传感器半成品，起到保护的作用；停止加压加热，冷却压力传感器半成品。

步骤s105：对所述压力传感器半成品进行图形化处理和电极制备，得到压力传感器。

需要指出的是，图形化处理和电极制备已为本领域技术人员所熟知，本申请中不再详细赘述。

下面对获得第一片体和第二片体的过程进行进一步阐述。

当所述第一片体为外延片时，所述获得表面沉积有金属层的第一片体包括：

步骤s1011：减薄所述外延片。

具体的，将外延片固定在支撑晶圆上进行cmp(chemicalmechanicalpolishing，化学机械抛光)处理，完成减薄过程，制成感压薄膜。

步骤s1012：在减薄后的所述外延片的表面沉积所述金属层，得到所述第一片体。

金属层的沉积方式可以为物理沉积方法、化学沉积方法、物理沉积和化学沉积相结合的方法，其中，物理沉积方法可以为溅射法、电镀法、蒸发法等，化学沉积方法可以为化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法等。

所述获得表面沉积有所述金属层的第二片体；所述第二片体具有凹槽，可以有两种实现方式，作为一种可实施例的方式：

步骤s1021：在待处理第二片体的表面沉积所述金属层。

金属层的沉积方式可以为物理沉积方法、化学沉积方法、物理沉积和化学沉积相结合的方法，其中，物理沉积方法可以为溅射法、电镀法、蒸发法等，化学沉积方法可以为化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法等。

步骤s1022：刻蚀沉积有所述金属层的所述待处理第二片体形成所述凹槽，得到所述第二片体。

刻蚀方式可以为物理刻蚀方法、化学刻蚀方法、物理刻蚀与化学刻蚀相结合的方法，其中，物理刻蚀方法可以为等离子体刻蚀、电感耦合等离子刻蚀(inductivelycoupledplasma，icp)、反应离子刻蚀(reactiveionetching，rie)等；化学刻蚀方法可以为湿法腐蚀等。

作为另一种可实施例的方式，所述获得表面沉积有所述金属层的第二片体；所述第二片体具有凹槽包括：

步骤s1023：刻蚀待处理第二片体形成所述凹槽。

步骤s1024：在形成有所述凹槽的所述待处理第二片体的表面沉积所述金属层，得到所述第二片体。

刻蚀和沉积的方法可参考上述介绍，此处不再赘述。

本申请中的压力传感器制备方法在将第一片体和第二片体的金属层对准并置于键合腔室中，对键合腔室抽真空后，向键合腔室中通入还原气体，还原气体可以对金属层表面的金属氧化物进行还原，有效去除金属层表面的金属氧化物对键合强度的影响，从而提升键合强度，并提升空腔的气密性；同时还原气体还可以活化金属层的表面，加快金属层之间的键合速度，并降低键合所需的温度。

请参考图2，图2为本申请实施例所提供的另一种压力传感器制备方法的流程图，该方法包括：

步骤s201：获得表面沉积有金属层的第一片体。

步骤s202：获得表面沉积有所述金属层的第二片体；所述第二片体具有凹槽。

步骤s203：将所述金属层对准的所述第一片体和所述第二片体置于键合腔室中，并对所述键合腔室抽真空。

步骤s204：利用加热的金属催化剂对所述还原气体进行催化处理，得到催化后还原气体。

需要说明的是，本申请中对金属催化剂不做具体限定，可自行选择。例如，所述金属催化剂为单质铂、铂合金、单质钯、钯合金中的任一种或者任意组合。

加热金属催化剂，让还原气体流经金属催化剂对还原气体进行催化。优选地，金属催化剂为网状，增加金属催化剂与还原气体的接触面积，从而增强催化效果。

步骤s205：所述向所述键合腔室中通入所述催化后还原气体，并在所述催化后还原气体的气氛下对所述第一片体和所述第二片体进行热压键合，得到压力传感器半成品。

步骤s206：对所述压力传感器半成品进行图形化处理和电极制备，得到压力传感器。

本实施例中向键合腔室中通入催化后还原气体，可以进一步增强对金属层的表面的活化效果，从而进一步降低键合所需的温度，加快键合速度。

本申请还提供压力传感器，所述压力传感器由上述任一实施例所述的压力传感器制备方法制得。

下面以金属层的材料为铜，第一片体为外延片，第二片体为晶圆片为例，对本申请中的压力传感器制备方法进行进一步阐述。

步骤1、准备一外延片，请参见图3，包括晶圆1和外延层2；然后将外延片固定在支撑晶圆上进行cmp研磨抛光，完成减薄工作，制成感压薄膜，请参见图4。

步骤2、在减薄后的外延片的表面上沉积一层cu金属层3，如图5所示。

步骤3、准备一晶圆片5，如图6所示，并在晶圆片1的表面上沉积一层cu金属层3，如图7所示。

步骤4、对沉积cu金属层3的晶圆片5进行刻蚀，刻蚀出压力传感器所需要的凹槽4，请参见图8。

步骤5、将带有cu金属层的外延片和刻蚀好的带有cu金属层的晶圆片进行表面清洗，去除表面其他有机物及沾污。

步骤6、将外延片和晶圆片的cu金属层3对准，然后放入键合腔室中，抽真空去除键合腔室内的残留氧气；打开铂网的加热源对铂网加热，设定甲酸气体流量，通入铂网催化后的甲酸气体，如图9所示；设定加热及加压参数以及设定键合时间，开启加压加热装置；待设定键合时间完成后停止通入甲酸气体，通入n2气体；停止加热加压，对键合后的压力传感器半成品进行冷却处理，键合后示意图请参见图10。

步骤7、取出压力传感器半成品进行外延层图形化，制作压阻图案，如图11所示；最后完成电极制备，如图12所示，进行后续封装。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上对本申请所提供的压力传感器及其制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。