一种高倍过载1KPa硅微压传感器芯片及制造方法
【专利摘要】高倍过载1KPa硅微压传感器芯片及方法，其特征在于梁—单岛双面双片微结构：上芯片正面“I”形梁上“U”形压力敏感电阻，浅槽外周为铝电极引线及引线焊盘；上芯片背面，相对于浅槽部位，剩余膜片厚度与中心方形支撑相连，即为单硬芯形敏感膜片；下芯片正面除周边封接面外是过压截止槽，中心有引压通孔；上、下芯片由硅橡胶密封后，经划片分割后形成单个微压传感器芯片。采用MEMS技术制造压力敏感电阻和“I”形梁结构、用KOH湿法腐蚀、上芯片背面制造单硬芯形敏感膜片、用KOH湿法腐蚀出下芯片结构。效果：由于梁结构的应力集中效应，压敏电阻可获得最大的应变，获得微压量程的灵敏度达到20mV/1KPa(1mA激励）,线性度达到0.05%FS，过压截止槽结构实现1KPa压力测量抗50倍过压的保护。实现了圆片级批量生产。
【专利说明】—种高倍过载IKPa娃微压传感器芯片及制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种硅压力传感器制造技术，尤其涉及一种用MEMS技术制造的高倍过载IKPa硅微压传感器芯片及制造方法。
【背景技术】
[0002]硅压阻式压力传感器是利用硅压阻效应进行压力测量的特种电子元器件。1954年，美国贝尔实验室的c.S.Smith发现了娃、锗等半导体的压阻效应(piezoresistanceeffect)，利用硅的压阻效应制造的压力传感器，就是用IC工艺中离子注入或扩散技术在硅片表面形成一组阻值均匀的扩散电阻，将其连接成惠斯登电桥。当弹性敏感膜片在应力作用下而发生应变时，其上的桥路电阻即随之产生相应的变化，传感器输出一个与外部压力成比例的电信号，从而实现对压力的测量。
[0003]在上世纪八十年代，人们发现硅单晶材料在碱性腐蚀液中各向异性腐蚀特性后，应用半导体平面工艺和湿法化学腐蚀工艺相结合，形成了一种微米量级微结构的加工方法，即微机械加工工艺，在后来的MEMS (微电子机械系统)技术中被称为体微机械加工技术。在各项异性腐蚀技术中，最常用的碱性腐蚀液是KOH、EPW (乙二胺邻苯二酚水溶液，已证明EPW有致癌性一般不用)和TMAH (四甲基氢氧化铵)。用微机械加工方法制造压力传感器芯片的弹性敏感膜片，膜片厚度误差可精确控制在微米量级，并且使敏感膜片的加工由逐个机械式研磨加工变成硅圆片级批量加工，实现了传感器芯片低成本规模化批量生产。
[0004]在硅压阻式压力传感器中，影响芯片非线性的主要因素有二个:一是外加压力与弹性敏感膜片弯曲应力不成线性关系，二是应力引起的电阻变化与应力不成线性关系，即压阻效应本身的非线性。由于硅单晶材料的各向异性特性，湿法化学腐蚀的弹性敏感膜片形状通常是矩形的。以边长为a的正方形平膜片为例，膜片弯曲应力正比于(a/h)2 (a:水平尺寸，h:厚度)，而非线性则随着(a/h)4增加，在低压应用时，当芯片尺寸限定后，为了提高灵敏度必须大大减薄膜片厚度，这不仅在工艺上实施困难，由于大挠度效应和芯片尺寸加工能力限制，平膜片结构无法满足20KPa以下微压传感器要求。
[0005]为提高传感器灵敏度输出改进非线性，人们研究改进敏感膜片结构，例如1977年美国Endevco公司提出的双岛结构(Whittier R M..Endevco Tech Paper), 1982年日本日立公司提出的E形杯和EI形杯结构(机械式研磨加工方式)以及复旦大学传感器研究室在 1989 年提出的梁一膜结构(Minhang Bao, Lianzhong Yu, Yan Wang.Micromachinedbeam— diaphragm sructures improve performance of pressure transducer.Transducers’89，1990:98?99)。这些结构很好地解决了输出灵敏度和线性度的矛盾。然而，这些理论上的突破与应用于生产中的成熟技术之间还需要更多技术革新，截止目前仍未见到硅压阻式压力传感器中有IKPa以下微压传感器批量制造工艺出现的报导。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种高倍过载IKPa硅微压传感器芯片及制造方法，采用双面双片微结构实现IKPa微压时高灵敏度输出和线性度0.1%FS,过载时自动触碰截止而具有高倍过载保护功能，并且可批量生产。
[0007]本发明的高倍过载IKPa硅微压传感器芯片，芯片采用硅基片材料，双面抛光，其特征在于结构特征:上芯片双面加工出的微结构:即正面“I”形梁结构，背面单硬芯膜片结构；上芯片腐蚀形成的“回”字形浅槽，留下2个“I”形梁，对称分隔“回”字，“I”形梁上各有2个单弯头“U”形压力敏感电阻，浅槽周围为铝电极引线及引线焊盘；在上芯片背面，相对于浅槽部位加工除去膜片厚度所需以外的材料，剩余中心一个支撑，即为单硬芯形敏感膜片；下芯片过压槽和引压孔微结构:下芯片正面除周边外为腐蚀出的过压截止槽，在背面中心腐蚀出通孔作为引压孔；将上芯片的下表面与下芯片上表面由密封硅橡胶层密封后，经划片分割后形成单个的微压传感器芯片。
[0008]本发明制造高倍过载IKPa硅微压传感器芯片的方法，采用MEMS技术制造，4吋双面抛光硅单晶片，其特征在于制造芯片的“双面双片微结构”，包括以下步骤:
[0009]第一步，利用半导体平面工艺和MEMS技术在上芯片正面制造压力敏感电阻和“I”形梁结构；
[0010]第二步，利用KOH湿法腐蚀工艺在上芯片背面制造单硬芯形敏感膜片；
[0011]第三步，利用KOH湿法腐蚀工艺制造下芯片结构；
[0012]第四步，将上述上芯片和下芯片用复合粘接密封胶粘接；
[0013]第五步，用划片机将硅圆片划开，获得微压传感器芯片。
[0014]本发明获得如下效果:
[0015]1.本发明基于常规的扩散硅压力传感器制造工艺，首先选用〈100〉晶面双面抛光硅单晶片制造压力敏感电阻，通常在常规压力量程芯片，最常用的设计是采用方形平膜片，压敏电阻位于靠近4个边长、阻条方向设在〈110〉晶向族、电阻位置与膜片边长比约0.92、即线性度最佳的地方。本发明的传感器压力量程仅为lKPa，属于微压量程传感器，敏感电阻设计位于垂直于芯片边长的一对“I”形梁上，每个梁上放置一对敏感电阻，分布在正、负应变区，由于梁结构的应力集中效应，压敏电阻可获得最大的应变，获得微压量程的灵敏度。
[0016]2.常规量程的传感器芯片的扩散电阻在考虑压阻系数温度特性后，通常选择表面掺杂浓度为3 X IO2tlCnT3，由于4个桥路电阻可均布在4边，可以设计足够的方块数达到电阻值。本发明的I对电阻位于梁上，梁的尺寸仅为180μπιΧ500μπι，限定了每个桥阻的几何尺寸，同时为了获得最大的压阻系数，决定采用比常压量程压阻系数高一倍的掺杂浓度3X1018cm_3，使方块电阻为300 Ω/ □，每个阻条有15个方块，阻值达到4.5ΚΩ。
[0017]3.本发明中在上芯片正面刻蚀出500μπι宽、ΙΟμπι深“回”字形浅槽，是采用与集成电路工艺相兼容的碱性腐蚀液TMAH (四甲基氢氧化铵)，比专用刻蚀设备DRIE (深反应离子刻蚀)成本要低很多，且工艺容易实施。由于后续还要进行低温淀积和光刻工艺，TMAH不会造成工艺线污染。
[0018]4.本发明的微压敏感膜片的厚度仅有20 μ m,常规4吋双抛硅单晶片厚度400 μ m左右，因此要用KOH腐蚀到380 μ m,常规的热生长SiO2掩膜已无法屏蔽，并且微压传感器芯片正面无法用常规的充灌隔离液保护，表面必须生长一层低应力钝化膜，而SiO2-Si3N4复合钝化膜不仅有应力互补作用，Si3N4在热KOH溶液中腐蚀速率极低，很好地保护了背面单硬芯结构敏感膜片的腐蚀成形。[0019]5.常压量程传感器芯片通常采用阳极静电封接方法封装，用与硅单晶热膨胀系数相近的Pyrex7740带孔(表压)或无孔(绝压)抛光玻璃，在400?550°C、600?1000V电压下进行静电封接，这种阳极静电封接的封接面强度非常高，但是这种封接也带来一定的热应力，通过退火工艺也无法完全消除，这种残余的热应力对微压传感器来说是致命的，往往大于芯片本身的压力应变。这种用玻璃做阳极静电封接的工艺也阻碍本发明曾设想的过载截止槽方案，因为在Pyrex7740玻璃上很难加工出过载截止槽。本发明创造性地采用了用双抛硅单晶片代替封接玻璃，用高强度密封胶在室温下粘接固化代替高温高电压下的阳极静电封接，实现了无应力封接，封接面强度对IOOKPa以下压力测量的传感器芯片是足够的。
[0020]6.本发明在封接用的下芯片上用KOH湿法腐蚀出一个方形浅槽，槽口与上芯片硬芯尺寸基本相同，同时在背面腐蚀一个光刻尺寸500 μ mX 500 μ m通孔作为通大气的表压孔，当上芯片承受高倍过载时，硬芯向下弯曲触在浅槽上而截止，阻止芯片进一步弯曲，这种结构实现了抗50倍过压的保护。
[0021]7.本发明采用梁一单岛双面微结构，比单纯的双梁、单硬芯、双硬芯结构具有更高的灵敏度和优良的线性度。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明IKPa微压传感器上芯片敏感电阻和微结构正面示意图；
[0023]图2为本发明上芯片背面单硬芯形敏感膜片剖面示意图；
[0024]图3为本发明下芯片正面示意图；
[0025]图4为本发明上下芯片封接后微压传感器芯片剖面示意图。
[0026]其中，I为上芯片，2为4个单弯头“U”形压力敏感电阻，3为形成梁结构的“回”字形的浅槽，4为电阻所在的“I”形梁，5为铝电极引线及引线焊盘，6为SiO2-Si3N4复合钝化膜，7为单硬芯形敏感膜片，8为下芯片，9为下芯片正面截止槽，10为下芯片引压孔，11为封接面处的密封胶。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图以及实施例对本发明作进一步描述:
[0028]本发明方法所制造的高倍过载IKPa硅微压传感器芯片，芯片采用4吋双面抛光硅单晶片，其特征在于结构特征:上芯片I双面加工出的微结构:即正面“I”形梁结构，背面单硬芯膜片结构；见图1，上芯片I腐蚀形成的“回”字形浅槽3，留下2个“I”形梁4，对称分隔“回”字，“I”形梁4上各有2个单弯头“U”形压力敏感电阻，浅槽3周围为铝电极引线及引线焊盘5。在上芯片I背面，相对于浅槽3部位加工除去膜片厚度所需以外的材料，如图2所示的，剩余中心一个支撑，即为单硬芯形敏感膜片7，上芯片I上表面仍保留SiO2-Si3N4复合钝化膜6。下芯片8过压槽和引压孔微结构见图3:下芯片8正面除封接面外腐蚀出过压截止槽9，在背面中心腐蚀出通孔作为引压孔10。将上芯片I的下表面与下芯片8上表面用密封硅橡胶11密封后，经划片分割后形成单个微压传感器芯片，见图4。
[0029]上述芯片中某些微结构的尺寸:浅槽3，槽宽500 μ m，槽内边长1720 μ m，在浅槽3上平面电阻区对称保留两个“ I ”形梁4，梁长度为槽宽500 μ m，梁宽度180 μ m。在“ I ”形梁4上、“U”形压力敏感电阻2形状外，腐蚀出的浅槽深度小于10 μ m，使“U”形压力敏感电阻2位于一对“I”形梁4上。Si3N4复合钝化膜6的厚度2000A±200A。单硬芯形敏感膜片7，膜片厚度仅有8?13 μ m，中心硬芯厚度是硅片初始厚度400 μ m。
[0030]—种高倍过载IKPa娃微压传感器芯片的制造方法,芯片米用4吋双面抛光娃单晶片，采用MEMS技术制造，其特征在于制造芯片的“双面双片微结构”，包括以下步骤:
[0031]第一步，利用半导体平面工艺和MEMS技术在上芯片正面制造压力敏感电阻和“I”形梁结构
[0032]流程(一)在上芯片正面利用半导体平面工艺制造压力敏感电阻:工艺步骤包括:①选材:上芯片I选择4吋〈100〉晶面双面抛光硅单晶片，电阻率2?8Qcm，厚度400μπι?500μπι;②在上芯片I正面采用常规氧化工艺热生长SiO2，炉温1180°C，氧化层厚度8000A?10000A;③光刻电阻区:设计电阻2为单弯头U型，有效电阻尺寸110 μ mX 15 μ mX 2，电阻中心距敏感膜片边缘距离100 μ m 正面光刻后，再用负性光刻胶涂覆硅片上芯片I背面，然后无掩膜曝光，以便在腐蚀电阻区引线孔上SiO2时能够保护背面的Si02。⑤采用低浓度掺杂离子注入工艺制造P型敏感电阻，淡硼注入掺杂剂量为6 X IO1W2,注入能量60KeV，再扩散炉温900°C，60min,再扩散后表面浓度3 X 1018cm_2，每个电阻为15个方块，方块电阻为300 Ω / 口，实现阻值4.5K Ω设计值，获得具有最大压阻系数的小尺寸高方阻P型敏感电阻2。
[0033]流程(二)用MEMS技术在上芯片I正面制作有应力集中效应的结构“ I ”形梁4，工艺步骤是:①在上芯片I正面SiO2层的电阻区两侧用光刻工艺光刻出“回”字形浅槽3腐蚀窗口，槽宽500 μ m、槽深10 μ m，槽内边长1720 μ m，在浅槽3上平面电阻区对称保留两个“I”形梁4，梁长度为槽宽500 μ m，梁宽度180 μ m，形成有应力集中效应的“I”形梁结构；在正面光刻后，同样用负性光刻胶涂覆上芯片I背面，然后无掩膜曝光，以便在腐蚀槽区中心孔上的SiO2时，能够保护背面的SiO2层；②用与集成电路工艺相兼容的TMAH (四甲基氢氧化铵)在“U”形压力敏感电阻2形状外，腐蚀出小于10 μ m深的浅槽，使“U”形压力敏感电阻2位于一对“I”形梁4上，过深的槽会使后面的制作铝电极5光刻涂胶困难。
[0034]流程(三)在上芯片I的两面用PECVD工艺制造制造SiO2-Si3N4应力互补复合钝化膜6，用于表面钝化和背面腐蚀掩蔽膜，PECVD淀积温度450°C，SiO2-Si3N4膜厚度2000A±200A。
[0035]流程(四)在上芯片正面制作铝电极引线和焊盘5，先正面光刻引线孔，孔尺寸20 μ mX 30 μ m，然后用磁控溅射方法淀积铝膜，光刻并刻蚀铝膜，形成将电阻连成惠斯登电桥的铝引线和外引线压焊的焊盘5，电极引线梁区宽25 μ m，梁外部50 μ m，外引线压焊点250 μ mX 250 μ m。
[0036]第二步，利用KOH湿法腐蚀工艺在上芯片I背面制造单硬芯形敏感膜片
[0037]流程(五)在上芯片I背面用红外双面光刻机进行敏感膜片腐蚀掩膜光刻，光刻版为带削角补偿的中心单硬芯图形，为了在膜片底部形成近似方形硬芯，在硬芯光刻版图上设计了带弯头的条形削角补偿条，补偿角也可采用方形和锥形，但是腐蚀深度较深时，补偿角需要很大，会增大芯片面积。
[0038]流程(六)敏感膜片腐蚀，用KOH腐蚀液在上芯片I背面腐蚀出单硬芯形压力敏感膜片7，腐蚀液浓度为42%WT，腐蚀结束后，如图2所示，留下中心方形硬芯厚度是晶圆片初始厚度，硬芯周边与正面“回”字型浅槽相对应为应腐蚀去除部位。对厚度为400 μ m的硅圆片，敏感膜片7厚度在回字形浅槽3区为8?13 μ m，在“ I ”形梁4区厚度为20 μ m、中心硬芯区为初始的400 μ m。为避免“K+”离子沾污，KOH湿法腐蚀工艺操作应远离半导体平面工艺线，腐蚀完成后应在净化线外部进行严格的清洗工艺。
[0039]第三步，利用KOH湿法腐蚀工艺制造下芯片结构
[0040]流程(七)制造下芯片8双面微结构，其特征在于采用双面刻蚀工艺:用KOH湿法腐蚀工艺在下芯片8正面刻蚀出过压槽，背面刻蚀出引压孔；工艺步骤包括:①下芯片8仍选择4吋〈100〉晶面双面抛光硅单晶片，由于下芯片8只做微结构加工，因此对硅片电阻率指标可放宽至I?20Qcm。②热氧化生长SiO2，炉温1180°C，氧化层厚度8000A;③用LPCVD高温生长Si3N4，厚度2000A左右，淀积温度650°C ;光刻出正面过压截止保护槽9的腐蚀窗口 下芯片8背面用双面光刻工艺刻蚀出引压孔10的腐蚀窗口，⑤用KOH腐蚀液腐蚀出正面20 μ m深的保护槽9，⑥用KOH腐蚀液腐蚀出边长500 μ m方形通孔作为引压孔10。腐蚀时下芯片8正面用黑蜡保护，由于采用MEMS工艺加工引压孔，孔的尺寸可做的很小，这样可以防止瞬间冲击压力可能对芯片的破坏。腐蚀结束后同样要进行严格的清洗工艺。
[0041]第四步，将上述上芯片和下芯片用复合粘接密封胶粘接
[0042]流程(八)上下芯片封接工艺，用厚膜电路制造工艺中丝网印刷技术，在下芯片8的正面截止保护槽9外部的封接面上均匀刷上一层密封胶11，再将上芯片I的背面在红外光刻机下与下芯片对准粘接，密封胶可选择环氧树脂胶或硅橡胶，环氧胶需要在100°C左右固化，硅橡胶可加温短时间(2h)固化,也可在室温下24h固化。虽然室温固化时间较长，但是封接前后桥路零点输出几乎不变，没有附加应力产生。本方案密封粘接剂采用的是Dow Corning?730溶剂型密封胶。(经销商之一:上海震坤贸易有限公司，地址:上海市浦东新区科苑路399号)
[0043]第五步，用划片机将硅圆片划开，获得微压传感器芯片
[0044]流程(九)将完成封接的双层硅圆片，直径4吋硅圆片上有大约500个方形芯片，要划成单个的小芯片，用划片机按芯片边长加划片线为步距进行芯片分割，获得4_X4mm大小的一种高倍过载IKPa单个娃微压传感器芯片。获得娃微压传感器芯片，每个4mmX4mm。
[0045]流程(十)性能测试，将IKPa硅微压传感器芯片安装在T0_8表压基座上，用阻熔焊接工艺进行封装，形成微压传感器，用ImA恒流源对传感器进行测试，传感器桥路电阻在
4.3±0.2Κ Ω，在ImA恒流源激励下，输出灵敏度大于20mV，线性度优于0.05%FS,过载50倍后芯片依然完好，完全实现了最初的设计指标。本发明所用原料:
[0046]本发明选用400 μ m厚度娃晶圆片，过薄娃片会因抛光应力而发生翅曲，过厚晶圆片会使膜片腐蚀时间过长，削角补偿条过大造成芯片面积增大。本发明选用的硅片材料是北京有研半导体材料有限责任公司生产的N型〈100〉晶向，电阻率2?8 Ω cm的4吋双面抛光硅单晶片。
[0047]采用本发明芯片的高倍过载IKPa微压传感器主要技术指标:
[0048]量程:0?IKPa ；
[0049]满量程输出S 20mV (ImA恒流激励)；
[0050]线性度:30.1%FS;[0051]过载能力:10倍量程
[0052]桥路电阻:4.5±0.5ΚΩ
[0053]使用温区:0?50°C。
【权利要求】
1.一种高倍过载IKPa硅微压传感器芯片，芯片采用硅基片材料，双面抛光，其特征在于结构特征:上芯片(I)双面加工出的微结构:即正面“I”形梁结构，背面单硬芯膜片结构；上芯片(I)腐蚀形成的“回”字形浅槽(3)，留下2个“I”形梁(4)，对称分隔“回”字，“I”形梁(4)上各有2个单弯头“U”形压力敏感电阻(2)，浅槽(3)周围为铝电极引线及引线焊盘(5);在上芯片(I)背面，相对于浅槽(3)部位加工除去膜片厚度所需以外的材料，剩余中心一个支撑，即为单硬芯形敏感膜片(7);下芯片过压槽和引压孔微结构:下芯片(8)正面除封接面外为腐蚀出的过压截止槽(9)，在背面中心腐蚀出通孔作为引压孔(10);将上芯片(I)的下表面与下芯片(8)上表面由密封硅橡胶层(11)密封后，经划片分割后形成单个的微压传感器芯片。
2.根据权利要求1所述的高倍过载IKPa硅微压传感器芯片，其特征在于所述单个微压传感器芯片的规格4_X 4mm,性能指标: 量程:0~IKPa ； 满量程输出S 20mV (ImA恒流激励)； 线性度0.1%FS; 过载能力:10倍量程 桥路电阻:4.5±0.5ΚΩ 使用温区:0~50°C ； 该芯片微结构的尺寸:①上芯片I正面3102层腐蚀形成的“回”字形浅槽(3)，槽宽500 μ m、槽深10 μ m，槽内边长1720 μ m;②在浅槽(3)上平面电阻区对称保留两个“I”形梁(4)，梁长度为槽宽500 μ m，梁宽度180 μ `m;③在“I”形梁(4)上、“U”形压力敏感电阻(2)形状外，腐蚀出的浅槽深度小于IOym ;④Si3N4复合钝化膜(6)厚度2000A±200A;上芯片(I)中的单硬芯形敏感膜片(7)，膜片厚度仅有8~13 μ m，中心硬芯厚度是硅片初始厚度400 μ m。
3.—种如权利要求1所述的高倍过载IKPa硅微压传感器芯片的制造方法，芯片采用4吋双面抛光硅单晶片，采用MEMS技术制造，其特征在于制造芯片的“双面双片微结构”，包括以下步骤: 第一步，利用半导体平面工艺和MEMS技术在上芯片正面制造压力敏感电阻和“I”形梁结构； 第二步，利用KOH湿法腐蚀工艺在上芯片背面制造单硬芯形敏感膜片； 第三步，利用KOH湿法腐蚀工艺双面制造下芯片结构； 第四步，将上述上芯片和下芯片用复合粘接密封胶粘接； 第五步，用划片机将硅圆片划开，获得硅微压传感器芯片。
4.根据权利要求3所述的一种高倍过载IKPa硅微压传感器芯片的制造方法，所述第一步，其特征在于微压传感器的压力敏感电阻，流程(一)①选择4吋〈100〉晶面双面抛光硅单晶片为上芯片(1)，电阻率2~8Qcm，厚度400μπι~500μπι;②在上芯片(I)正面利用半导体平面工艺的常规氧化工艺热生长SiO2，炉温1180°C，氧化层厚度8000Α~10000Α;③光刻电阻区:压力敏感电阻(2)为单弯头U型，有效电阻尺寸110μπιΧ15μπιΧ2，电阻中心距敏感膜片边缘距离100 μ m;④正面光刻后，再用负性光刻胶涂覆硅片上芯片(I)背面，然后无掩膜曝光，以便在腐蚀电阻区引线孔上SiO2时能够保护背面的SiO2 ;⑤采用低浓度掺杂离子注入工艺制造P型敏感电阻，淡硼注入掺杂剂量为6 X 1014cm_2，注入能量60KeV，再扩散炉温900°C，60min，再扩散后表面浓度3X1018cm_2，电阻为15个方块，方块电阻为`300 Ω / 口，实现阻值4.5K Ω设计值，获得具有最大压阻系数的小尺寸高方阻P型压力敏感电阻⑵。
5.根据权利要求3所述的一种高倍过载IKPa硅微压传感器芯片的制造方法，所述第一步即流程(二)用MEMS技术在上芯片(I)正面制作有应力集中效应的结构“I”形梁(4)，其特征在于:①在上芯片(I)正面SiO2层的电阻区两侧用光刻工艺光刻“回”字形浅槽(3)，在浅槽(3)上平面电阻区对称保留2个“I”形梁(4)，形成有应力集中效应的“I”形梁结构；在正面光刻后，同样用负性光刻胶涂覆上芯片(I)背面，然后无掩膜曝光，以便在腐蚀槽区中心孔上的SiO2时，能够保护背面的SiO2层用与集成电路工艺相兼容的TMAH (四甲基氢氧化铵)在“U”形压力敏感电阻⑵形状外，腐蚀出小于ΙΟμπι深的浅槽，使“U”形压力敏感电阻⑵位于一对“I”形梁⑷上。
6.根据权利要求3所述的一种高倍过载IKPa硅微压传感器芯片的制造方法，所述第一步即流程(三)，其特征在于在上芯片(I)两面用PECVD工艺制造制造SiO2-Si3N4应力互补复合钝化膜出)，用于表面钝化和背面腐蚀掩蔽膜，PECVD淀积温度450°C，Si3N4复合钝化膜(6)的厚度为2000A±200Ad
7.根据权利要求3所述的一种高倍过载IKPa硅微压传感器芯片的制造方法，所述第一步即流程(四)，其特征在于在上芯片(I)正面制作铝电极引线和焊盘(5)，先正面光刻引线孔，孔尺寸20 μ mX 30 μ m，然后用磁控溅射方法淀积铝膜，光刻并刻蚀铝膜，形成将电阻连成惠斯登电桥的铝引线和外引线压焊的焊盘(5)，电极引线梁区宽25 μ m，梁外部50 μ m，外引线压焊点250μπιΧ250μπι。
8.根据权利要求3所述的一种高倍过载IKPa硅微压传感器芯片的制造方法，所述第二步即流程(五)，其特征在于在上芯片(I)背面用红外双面光刻机进行敏感膜片腐蚀掩膜光亥IJ，光刻版为带削角补偿的单硬芯形，对于400 μ m厚度的硅圆片，由于腐蚀深度达380 μ m,在硬芯光刻版图上设计有带弯头的条形削角补偿条；即流程(六)用KOH湿法腐蚀工艺腐蚀出带方形硬芯的敏感膜片(7)，敏感膜片(7)在“I”形梁(4)区厚度为20μπκ在回字形浅槽(3)部分厚度仅有8~13 μ m，膜片中心硬芯厚度是晶圆片初始厚度400 μ m，硬芯周边底部与正面“回”字型浅槽相对应。
9.根据权利要求3所述的一种高倍过载IKPa硅微压传感器芯片的制造方法，所述第三步，即流程(七)，利用KOH湿法腐蚀工艺制造下芯片(8)结构，其特征在于采用双面刻蚀工艺:用KOH湿法腐蚀工艺在下芯片(8)正面刻蚀出过压槽，背面刻蚀出引压孔；工艺步骤包括:①下芯片(8)仍选择4吋〈100〉晶面双面抛光娃单晶片，娃片电阻率指标I~20 Ω cm ;②热氧化生长SiO2,炉温1180°`C，氧化层厚度8000A;③用LPCVD高温生长Si3N4,淀积温度650°C，厚度2000A±200A;光刻出正面过压截止保护槽(9)腐蚀窗口 ；@下芯片(8)背面用双面光刻工艺刻蚀出引压孔(10)腐蚀窗口 ；⑤用KOH腐蚀液腐蚀出正面20 μ m深的保护槽(9);⑥用KOH腐蚀液腐蚀出边长500 μ m方形通孔作为引压孔(10)，腐蚀时下芯片(8)正面用黑蜡保护。
10.根据权利要求3所述的一种高倍过载IKPa硅微压传感器芯片的制造方法，所述第四步，即流程(八)将上述上芯片和下芯片用复合粘接密封胶粘接，其特征在于上下芯片封接工艺，用厚膜电路制造工艺中丝网印刷技术，在下芯片(8)的正面截止保护槽(9)外部的封接面上均匀刷上一层密封胶(11)，再将上芯片(I)的背面在红外光刻机下与下芯片(8)对准粘接，密封胶可选择环氧树脂胶或硅橡胶，环氧胶需要在100°C左右固化，硅橡胶可加温短时间(2h)固化，也可在室温下24h固化；所述的第五步即流程(九)中用芯片划片机将娃圆片等步距划开，获得单个的`高倍过载IKPa娃微压传感器芯片规格4mmX4mm。
【文档编号】G01L9/06GK103487178SQ201310422435
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月16日 优先权日:2013年9月16日
【发明者】徐淑霞, 张治国, 郑东明, 梁峭, 徐长伍, 唐慧, 张纯棣, 刘芙, 常伟, 陈琳 申请人:沈阳仪表科学研究院有限公司