阳极键合结构、硅压阻式压力传感器及其制备方法与流程

本发明涉及半导体，特别涉及一种阳极键合结构、硅压阻式压力传感器及其制备方法。

背景技术：

1、硅压阻式压力传感器(传感芯片)，由于其具有易于工业化大批量制备，成本较低，非线性度好、可靠性高等优点，因而被广泛地应用于工业控制、消费电子、医疗设备、石油矿业等各个领域中。

2、其中，形成硅压阻式压力传感器的步骤包括在衬底上形成压敏电阻及在将衬底的压敏单元一面与玻璃片阳极键合。在阳极键合时，对衬底进行高温加热，衬底表面和玻璃片分别接阳极阴极以施加高电压，以保证阳极键合质量。

3、在相关技术中，为提高阳极键合的强度，一般采用调整阳极键合的工艺参数的方法，例如提高加热温度(键合温度)和/或提高电压(键合电压)。但上述方法还是存在诸如问题，例如提高键合温度将显著增加能耗，并且使键合后的残余应力变大，提高键合电压还存在影响压力传感器性能及击伤压力传感器的风险。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种阳极键合结构、硅压阻式压力传感器及其制备方法，提高阳极键合工艺的键合强度。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的硅压阻式压力传感器的制备方法，包括：

3、提供soi衬底，包括依次堆叠的硅基底、第一绝缘层、中间硅层、第二绝缘层及顶部硅层，所述soi衬底设有器件区及划片区；

4、利用所述顶部硅层，在所述第二绝缘层上形成压敏单元及与所述压敏单元连接的引出单元，至少一所述引出单元由所述器件区延伸至所述划片区；

5、在所述划片区的第二绝缘层中形成若干通孔暴露所述中间硅层；

6、在所述引出单元上形成第一连接件及第二连接件，所述第一连接件位于所述器件区与所述引出单元电性连接，所述第二连接件利用所述通孔连接所述中间硅层与所述引出单元；

7、以所述中间硅层作为阳极，采用阳极键合工艺将玻璃片与所述soi衬底的顶部硅层一面键合；

8、执行划片工艺，去除所述第二连接件。

9、可选的，形成所述压敏单元及所述引出单元的步骤包括：

10、对所述顶部硅层执行重掺杂；

11、对所述顶部硅层执行图形化，暴露所述第二绝缘层，以在所述器件区形成所述压敏单元及所述引出单元，所述引出单元与所述压敏单元连接且由所述器件区延伸至所述划片区。

12、可选的，形成所述压敏单元及所述引出单元后，还包括，

13、形成钝化材料层覆盖所述第二绝缘层、所述压敏单元及所述引出单元的表面；

14、对所述钝化材料层执行图形化工艺，去除所述划片区及所述引出单元上的钝化材料层，以剩余的所述钝化材料层作为钝化层。

15、可选的，形成所述第一连接件及所述第二连接件的步骤包括：

16、形成导电材料层覆盖所述第二绝缘层、所述引出单元及所述钝化层的表面，并覆盖所述通孔的内壁；

17、对所述导电材料层执行图形化工艺，以所述器件区的引出单元上的导电材料层作为所述第一连接件，以由覆盖所述通孔的内壁至覆盖所述划片区的引出单元上的导电材料层作为所述第二连接件。

18、可选的，所述导电材料层包括金属材料，所述第一连接件包括金属电极。

19、可选的，所述玻璃片具有若干贯穿的开口，在执行所述阳极键合时，所述玻璃片置于所述soi衬底上且所述开口对准所述第一连接件，直流电源的正极经所述第一连接件、所述引出单元及所述第二连接件电性连接所述中间硅层，直流电源的负极接所述玻璃片。

20、可选的，所述玻璃片朝向所述soi衬底一面还设有若干凹槽，在真空环境下执行所述阳极键合时，所述凹槽与所述soi衬底形成封闭的绝压腔。

21、可选的，在阳极键合所述玻璃片后，还包括，

22、形成正面保护膜覆盖所述玻璃片；

23、以所述第一绝缘层作为蚀刻停止层，对所述硅基底执行图形化工艺，以在所述硅基底中蚀刻形成若干与所述压敏单元相对应的背腔。

24、基于本发明的另一方面，还提供一种阳极键合结构，用于制备硅压阻式压力传感器，包括：

25、soi衬底，具有器件区及划片区，包括依次堆叠的硅基底、第一绝缘层、中间硅层及第二绝缘层；位于所述第二绝缘层上的压敏单元及引出单元，且至少一所述引出单元由所述器件区延伸至所述划片区；设于所述压敏单元上的第一连接件；

26、玻璃片，用于与所述soi衬底的第二绝缘层一面阳极键合；

27、至少一第二连接件，设于所述划片区，利用所述划片区的第二绝缘层中的通孔电性连接所述中间硅层及所述引出电压，用于在阳极键合所述soi衬底与所述玻璃片时，以所述中间硅层作为阳极。

28、基于本发明的另一方面，还提供一种硅压阻式压力传感器，所述硅压阻式压力传感器采用如上所述硅压阻式压力传感器的制备方法制备。

29、综上所述，本发明用于形成硅压阻式压力传感器的soi衬底，包括依次堆叠的硅基底、第一绝缘层、中间硅层、第二绝缘层及顶部硅层，再利用顶部硅层形成压敏单元及引出单元，引出单元由器件区延伸至划片区，再在划片区的第二绝缘层中形成通孔，以形成第二连接件电性连接中间硅层和划片区的引出单元，并在执行阳极键合工艺将soi衬底与玻璃片键合时，利用引出单元电性连接中间硅层，以中间硅层作为阳极。对比于相关技术中采用衬底表面作为阳极执行阳极键合，本发明除了以soi衬底的表面作为阳极外，还将soi衬底中的中间硅层作为阳极，中间硅层具有远大于soi衬底表面上暴露的硅层的暴露面积，可在相同的键合电压下释放更大电量到soi衬底与玻璃片的结合面，形成两者之间更强的静电结合力，使得本实施例中阳极键合后的键合强度远超过相同键合条件下相关技术中的键合强度。与之相应的，在相同的键合强度需求下，采用本发明的方法进行阳极键合，可相应适当优化键合工艺参数，例如降低键合温度和/或键合电压，以达到降低能耗、提高键合质量的效果。此外，本发明还可以第一绝缘层作为蚀刻停止层在硅基底中蚀刻形成背腔，以提高压力传感器的感压膜厚度的均一性，从而降低其工艺难度，及降低后续的调试成本。

技术特征：

1.一种硅压阻式压力传感器的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的硅压阻式压力传感器的制备方法，其特征在于，形成所述压敏单元及所述引出单元的步骤包括：

3.根据权利要求2所述的硅压阻式压力传感器的制备方法，其特征在于，形成所述压敏单元及所述引出单元后，还包括，

4.根据权利要求1所述的硅压阻式压力传感器的制备方法，其特征在于，形成所述第一连接件及所述第二连接件的步骤包括：

5.根据权利要求4所述的硅压阻式压力传感器的制备方法，其特征在于，所述导电材料层包括金属材料，所述第一连接件包括金属电极。

6.根据权利要求1所述的硅压阻式压力传感器的制备方法，其特征在于，所述玻璃片具有若干贯穿的开口，在执行所述阳极键合时，所述玻璃片置于所述soi衬底上且所述开口对准所述第一连接件，直流电源的正极经所述第一连接件、所述引出单元及所述第二连接件电性连接所述中间硅层，直流电源的负极接所述玻璃片。

7.根据权利要求6所述的硅压阻式压力传感器的制备方法，其特征在于，所述玻璃片朝向所述soi衬底一面还设有若干凹槽，在真空环境下执行所述阳极键合时，所述凹槽与所述soi衬底形成封闭的绝压腔。

8.根据权利要求1所述的硅压阻式压力传感器的制备方法，其特征在于，在阳极键合所述玻璃片后，还包括，

9.一种阳极键合结构，用于制备硅压阻式压力传感器，其特征在于，包括：

10.一种硅压阻式压力传感器，其特征在于，所述硅压阻式压力传感器采用如权利要求1～8中任一项所述硅压阻式压力传感器的制备方法制备。

技术总结本发明提供了一种阳极键合结构、硅压阻式压力传感器及其制备方法，所述制备方法包括：提供SOI衬底；利用顶部硅层，在第二绝缘层上形成压敏单元及与压敏单元连接的引出单元，至少一引出单元由器件区延伸至划片区；在划片区的第二绝缘层中形成若干通孔暴露中间硅层；在引出单元上形成第一连接件及第二连接件，第一连接件位于器件区与引出单元电性连接，第二连接件利用通孔连接中间硅层与引出单元；以中间硅层作为阳极，执行阳极键合工艺；执行划片工艺。本发明中，以中间硅层作为阳极，利用其较大的硅层暴露面积，可在相同的键合电压下释放更大电量到结合面，形成更强的静电结合力，从而提高阳极键合工艺后的键合强度。技术研发人员：罗扩郎受保护的技术使用者：绍兴中芯集成电路制造股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/16