压力传感器及其制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种压力传感器及其制作方法，本发明的压力传感器基于SOI绝缘硅衬底，在正面通过光刻和刻蚀技术形成惠斯特电桥结构，背面用体硅腐蚀技术形成压力敏感膜，并且通过正硅-玻璃的阳极键合形成密封腔体，背面采用硅-玻璃键合达到应力平衡，器件采用独特的单芯片封装方式达到高可靠性。本发明的器件和方法能够保证所形成的扩散硅压阻压力传感器能够在高温环境下正常工作，尤其能够在-55℃到175℃之间工作，能够广泛应用于各种工业自控环境，设计石油管道、水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、石化、油井、电力、锅炉等众多行业。
【专利说明】压力传感器及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体器件及其制备方法，尤其涉及一种压力传感器及其制作方法。
【背景技术】
[0002]压力传感器通常可分为机械量压力传感器和微电子机械系统(Micro ElectroMechanical System,简称:MEMS)压力传感器。MEMS压力传感器是一种可以用类似集成电路(IC)设计和制造工艺进行高精度、低成本量产的器件。传统的机械量压力传感器是基于金属弹性体受力变形，由机械量弹性变形到电量转换输出。其不能像MEMS压力传感器做得那么小。因此，MEMS压力传感器得到了广泛的应用。
[0003]MEMS压力传感器包括两大类，分别是硅压阻式压力传感器和硅电容式压力传感器，两者都是在硅片上生成的微机电传感器。
[0004]硅压阻式压力传感器工作原理是在一个方形或者圆形的硅应变薄膜上通过扩散或者离子注入的方式在应力集中区制作四个压力敏感电阻，四个电阻互联构成惠斯顿电桥。当有外界压力施加在硅应变膜上，压敏电阻区域由于应变膜弯曲产生应力，通过压敏电阻的压阻特性，将应力转换为电阻值的变化，最后通过惠斯顿电桥将电阻值的变化转换为输出电压，通过对输出电压与压力值进行标定可以实现对压力的测量。
[0005]中国专利(CN101929898A)公开了一种压力传感器件，包括:一个娃基片，所述娃基片由狭缝分割为内板和外板；至少3个应力集中器，所述内板和外板之间经应力集中器连接；至少一个压电结桥内建于所述应力集中器，构成压力传感器件的电传感部件。
[0006]中国专利(CN102032970B)公开了一种MEMS压力传感器，包括:具有压力传感器谐振器元件的谐振MEMS器件，所述压力传感器谐振器元件包括开口阵列。谐振MEMS器件的谐振频率是空腔中的压力的函数，谐振频率随压力而增大。在O到0.1kPa的压力范围上，频率的平均相对变化是至少10_6/Pa。
[0007]现有技术中的扩散硅压阻式压力传感器采用P-N结隔离应变电桥与应变膜，P-N结漏电流随着温度升高而急剧增大导致基于P-N结隔离的压力传感器难于在高于80°C高温情况下工作，上述两个专利也并没有解决该问题。
【发明内容】
[0008]本发明提供一种压力传感器及其制作方法，克服了现有技术中扩散硅压阻式压力传感器采用P-N结隔离应变电桥与应变膜，P-N结漏电流随着温度升高而急剧增大导致基于P-N结隔离的压力传感器难于在高于80°C高温情况下工作的问题。
[0009]本发明解决技术问题所采用的技术方案为:
[0010]一种压力传感器的制造方法，其中，采用如下步骤:
[0011]SI，提供一 SOI衬底，所述SOI衬底包括由下至上的第一体硅层、第一绝缘层、第二
体硅层、第二绝缘层和第三体硅层；[0012]S2，对所述第三体硅层进行掺杂形成电阻层，于所述电阻层上形成一第三绝缘层，刻蚀第三绝缘层和电阻层的中心部分形成压阻；
[0013]S3，刻蚀所述第三绝缘层的两端分别形成接触孔，于所述接触孔内形成金属电极；
[0014]S4,提供一正面玻璃，所述正面玻璃包括通孔和空腔，将所述正面玻璃键合在形成金属电极后的第三绝缘层上，所述通孔对准所述金属电极，所述空腔与形成压阻的第三绝缘层和电阻层的中心部分的空间对准形成一密封腔体；
[0015]S5，去除所述第一体硅层，刻蚀位于所述压阻下方位置的第一绝缘层和第二体硅层形成质量块和承压膜，去除所述第一绝缘层，形成芯片结构；
[0016]S6，提供一基座，所述基准包括底座、底座玻璃板和金属丝，于所述通孔中填充导体后将所述芯片结构倒插入所述基座，所述基座内的金属丝对准插入所述通孔内的导体中，高温烧结固化；
[0017]S7，提供一背面玻璃，所述背面玻璃包括背面通孔，将所述背面玻璃键合在所述芯片结构的第二体硅层上，所述背面通孔对准所述质量块和承压膜。
[0018]上述的压力传感器的制造方法，其中，在所述步骤S2中，刻蚀第三绝缘层和电阻层的中心部分形成压阻，具体为:刻蚀所述第三绝缘层的中心部分至所述电阻层，旋涂光刻胶，曝光、显影后，刻蚀所述光刻胶和所述电阻层的中心部分形成压阻，去除光刻胶。
[0019]上述的压力传感器的制造方法，其中，在所述步骤S2中，刻蚀第三绝缘层和电阻层的中心部分形成压阻，具体为:于所述第三绝缘层上旋涂光刻胶，曝光、显影后，刻蚀所述光刻胶、所述第三绝缘层和所述电阻层的中心部分形成压阻，去除光刻胶。
[0020]上述的压力传感器的制造方法，其中，刻蚀第三绝缘层和电阻层的中心部分形成数量大于等于2的偶数个压阻。
[0021]上述的压力传感器的制造方法，其中，所述正面玻璃的制作方法为:提供一正面玻璃板，于所述正面玻璃板的底部中心位置形成一与形成压阻的第三绝缘层和电阻层的中心部分位置相适配的空腔，于所述正面玻璃板的两侧分别形成与所述金属电极位置相适配并使所述金属电极能够全部暴露出来的通孔，得到所述正面玻璃。
[0022]上述的压力传感器的制造方法，其中，所述背面玻璃的制作方法为:提供一背面玻璃板，于所述背面玻璃板的中心位置形成一与所述质量块和承压膜位置相适配并使所述质量块和承压膜能够全部暴露出来的背面通孔，得到所述背面玻璃。
[0023]上述的压力传感器的制造方法，其中，所述基座的制作方法为:提供一底座和一底座玻璃板，将所述底座玻璃板上烧结连接金属丝，使所述金属丝的一端垂直穿过所述底座玻璃板；将连接金属丝后的底座玻璃板烧结连接于所述底座内近底部开口处，使所述金属丝的另一端穿过所述底座的底部开口 ；于连接在所述底座内的底座玻璃板的表面涂覆一层玻璃浆料，得到所述基座。
[0024]上述的压力传感器的制造方法，其中，在所述步骤S2中，对所述第三体硅层进行高剂量的硼离子掺杂，形成浓硼电阻层。
[0025]一种压力传感器的制造方法，其中，采用如下步骤:
[0026]SI，提供一 SOI衬底，所述SOI衬底包括由下至上的第一体硅层、第一绝缘层、第二
体硅层、第二绝缘层和第三体硅层；[0027]S2，对所述第三体硅层进行掺杂形成电阻层，于所述电阻层上形成一第三绝缘层，刻蚀第三绝缘层和电阻层的中心部分形成压阻；
[0028]S3，刻蚀所述第三绝缘层的两端分别形成一接触孔，于所述接触孔内形成金属电极；
[0029]S4,提供一正面玻璃，所述正面玻璃包括通孔和空腔，将所述正面玻璃键合在形成金属电极后的第三绝缘层上，所述通孔对准所述金属电极，所述空腔与形成压阻的第三绝缘层和电阻层的中心部分的空间对准形成一密封腔体；
[0030]S5，去除所述第一体硅层，刻蚀位于所述压阻下方位置的第一绝缘层和第二体硅层形成质量块和承压膜，去除所述第一绝缘层；
[0031]S6,于所述正面玻璃、所述通孔的侧壁和底部以及所述金属电极的表面形成一层
金属层；
[0032]S7，提供一背面玻璃，所述背面玻璃包括背面通孔，将所述背面玻璃键合在所述第二体硅层的下表面上，使所述背面通孔对准所述质量块和承压膜，去除所述金属层，形成芯片结构；
[0033]S8，提供一基座，所述基准包括底座、底座玻璃板和金属丝，于所述通孔中填充导体后将所述芯片结构倒插入所述基座，所述基座内的金属丝对准插入所述通孔内的导体中，高温烧结固化。
[0034]上述的压力传感器的制造方法，其中，在所述步骤S2中，刻蚀第三绝缘层和电阻层的中心部分形成压阻，具体为:刻蚀所述第三绝缘层的中心部分至所述电阻层，旋涂光刻胶，曝光、显影后，刻蚀所述光刻胶和所述电阻层的中心部分形成压阻，去除光刻胶。
[0035]上述的压力传感器的制造方法，其中，在所述步骤S2中，刻蚀第三绝缘层和电阻层的中心部分形成压阻，具体为:于所述第三绝缘层上旋涂光刻胶，曝光、显影后，刻蚀所述光刻胶、所述第三绝缘层和所述电阻层的中心部分形成压阻，去除光刻胶。
[0036]上述的压力传感器的制造方法，其中，刻蚀第三绝缘层和电阻层的中心部分形成数量大于等于2的偶数个压阻。
[0037]上述的压力传感器的制造方法，其中，所述正面玻璃的制作方法为:提供一正面玻璃板，于所述正面玻璃板的底部中心位置形成一与形成压阻的第三绝缘层和电阻层的中心部分位置相适配的空腔，于所述正面玻璃板的两侧均形成与所述金属电极位置相适配并使所述金属电极能够全部暴露出来的通孔，得到所述正面玻璃。
[0038]上述的压力传感器的制造方法，其中，所述背面玻璃的制作方法为:提供一背面玻璃板，于所述背面玻璃板的中心位置形成一与所述质量块和承压膜位置相适配并使所述质量块和承压膜能够全部暴露出来的背面通孔，得到所述背面玻璃。
[0039]上述的压力传感器的制造方法，其中，所述基座的制作方法为:提供一底座和一底座玻璃板，将所述底座玻璃板上烧结连接金属丝，使所述金属丝的一端垂直穿过所述底座玻璃板；将连接金属丝后的底座玻璃板烧结连接于所述底座内近底部开口处，使所述金属丝的另一端穿过所述底座的底部开口 ；于连接在所述底座内的底座玻璃板的表面涂覆一层玻璃浆料，得到所述基座。
[0040]上述的压力传感器的制造方法，其中，在所述步骤S2中，对所述第三体硅层进行高剂量的硼离子掺杂，形成浓硼电阻层。[0041]一种压力传感器，其中，包括基座和设置于所述基座内的芯片；所述芯片包括中间层，与所述中间层的上表面连接的背面玻璃，以及与所述中间层的下表面连接的正面玻璃；
[0042]所述中间层由上至下依次包括第二体硅层、第二绝缘层、电阻层和第三绝缘层，所述第三绝缘层和所述电阻层的中心部分设有一开槽，所述开槽内设有压阻，所述第三绝缘层的两端分别设有金属电极；所述第二体硅层中位于所述压阻上方的部分包括两个对称的倒梯形开口，设于所述倒梯形开口下方的承压膜，以及设于两个倒梯形开口之间的质量块；
[0043]所述正面玻璃的上表面中间处设有一空腔，所述空腔与所述开槽形成密封所述压阻的真空腔体，所述正面玻璃的两端还分别设有与所述金属电极位置相适配的通孔，所述通孔与所述金属电极对准，所述通孔内还设有导体；
[0044]所述背面玻璃的中心位置设有与所述承压膜和所述质量块位置相适配的背面通孔，所述背面通孔使所述承压膜和所述质量块全部暴露出来；
[0045]所述基座包括上下开口且中空的底座，设置于所述底座内近底部的底座玻璃板，以及设置于所述底座玻璃板上的金属丝，所述金属丝垂直于所述底座玻璃板，所述金属丝的一端穿过所述底座玻璃板并插入所述通孔内的导体中，所述金属丝的另一端从所述底座的下开口伸出。
[0046]上述的压力传感器，其中，所述压阻为采用电阻层材料的单层结构，其厚度与所述电阻层相同。
[0047]上述的压力传感器，其中，所述压阻为分别采用电阻层材料和第三绝缘层材料的双层结构，其厚度分别与所述电阻层和第三绝缘层相同。
[0048]本技术方案具有如下优点或有益效果:
[0049]本发明的压力传感器基于SOI绝缘硅衬底，在正面通过光刻和刻蚀技术形成惠斯特电桥结构，背面用体硅腐蚀技术形成压力敏感膜，并且通过正硅-玻璃的阳极键合形成真空腔体，背面采用硅-玻璃键合达到应力平衡，器件采用独特的单芯片封装方式达到高可靠性。
[0050]本发明的MEMS压力传感器的制造方法中通过采用绝缘体上硅技术，能够保证所形成的扩散硅压阻压力传感器能够在高温环境下正常工作，尤其能够在_55°C到175°C之间工作，能够广泛应用于各种工业自控环境，设计石油管道、水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、石化、油井、电力、锅炉等众多行业。
【专利附图】
【附图说明】
[0051]参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
[0052]图1?16是本发明实施例1中压力传感器制备工艺的剖面结构示意图；
[0053]图17?19是本发明实施例2中压力传感器制备工艺的剖面结构示意图
[0054]图20?22是本发明实施例1中正面玻璃制备工艺的剖面结构示意图；
[0055]图23?24是本发明实施例1中背面玻璃制备工艺的剖面结构示意图；
[0056]图25?27是本发明实施例1中基座制备工艺的剖面结构示意图；[0057]图28?30是本发明实施例3和4中压力传感器制备工艺的剖面结构示意图。【具体实施方式】
[0058]本发明提供一种压力传感器及其制作方法，尤其涉及一种能够在高温(即高于80°c )环境中正常使用的MEMS压力传感器。本领域的技术人员应该理解，本发明的压力传感器并不局限于仅在高于80°C的环境中正常使用。需要说明的是，本发明的压力传感器能够在-55°C至175°C之间正常工作，并可应用于各种工业自控环境中，如设计石油管道、水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、石化、油井、电力、锅炉等众多行业。
[0059]本发明的压力传感器是基于SOI绝缘硅衬底之上，在器件的正面通过光刻和刻蚀技术形成惠斯通电桥结构，器件的背面则采用体硅腐蚀技术形成压力敏感膜，并且正面通过硅-玻璃的阳极键合形成真空腔体，背面采用硅-玻璃键合达到应力平衡，正面采用干膜工艺和金属溅射工艺形成金属电极，器件采用独特的单芯片封装方式达到高可靠性。
[0060]下面结合具体实施例子对本发明的压力传感器结构及其制作方法进行详细说明。
[0061]实施例1:
[0062]本实施例的压力传感器可由芯片和基座构成。
[0063]芯片的制备:
[0064]首先，准备一绝缘体上娃(silicon on insulator,简称:SOI)衬底,如图1所示，该绝缘体上硅衬底包括第一体硅层I，在第一体硅层I的上表面覆盖一层第一绝缘层2’，在该第一绝缘层2’的上表面覆盖一层第二体娃层3’，在该第二体娃层3’的上表面覆盖一层第二绝缘层4,在第二绝缘层4的上表面覆盖一层第三体娃层5。其中，第一体娃层1、第二体硅层3’和第三体硅层5的厚度依次减小；第一绝缘层2’的厚度比第二绝缘层4厚，其中，第一绝缘层2’在后续工艺中腐蚀第二体硅层3形成质量块时起到阻挡掩蔽的作用。
[0065]然后，如图2所示，在上述的第三体硅层5中进行浓硼掺杂工艺，以使得高剂量的硼离子被掺杂到第三体硅层5中。在该步骤中，对于硼离子的掺杂可优选采用离子注入工艺或者炉管扩散的方式进行。经过掺杂了均匀的浓硼离子之后的第三体硅层成为浓硼电阻层6’。
[0066]如图3所示，制备一第三绝缘层7’覆盖浓硼电阻层6’的上表面，以保护位于其下方的浓硼电阻层6’。其中，该第三绝缘层7’优选为氧化层，对于该层的制备可采用热氧化生长，也可以采用化学气相沉积(Chemical vapor deposition,简称:CVD)或其他沉积工艺方法的方法进行制备。
[0067]然后，制备一层光刻胶覆盖上述的第三绝缘层V的上表面，该光刻胶可采用旋涂或其他工艺方法进行涂覆，之后，对该光刻胶进行光刻工艺，即采用一具有图案的光掩膜板对该光刻胶进行曝光和显影工艺，使得在该光刻胶中形成图案，然后以具有该图案的光阻为掩膜对下方的第三绝缘层V和浓硼电阻层6’进行刻蚀，并使刻蚀停止于第二绝缘层4的上表面，该刻蚀可采用干法刻蚀或湿法刻蚀等。如图4所示，经过刻蚀之后，在第三绝缘层V和浓硼电阻层6’中形成位于结构两端的剩余的第三绝缘层7和浓硼电阻层6所构成的两个复合层以及在该两个复合层之间形成的若干个压阻71，压阻71的数量可根据实际工艺需要进行调整，在本实施例中，压阻的数量为4个。在每一个压阻中，均包括上下两层的结构，其中，下层结构为浓硼掺杂的硅，上层结构为绝缘材料。然后，去除之前光刻工艺中剩余的光刻胶，即去除覆盖于每个压阻71顶部以及通过刻蚀后剩余的第三绝缘层7上表面的光刻胶。
[0068]在形成了上述的压阻71之后，同样的，如图5所示，采用现有的光刻、刻蚀方法，在第三绝缘层7的两端分别形成接触孔72 (该接触孔72共形成有四个，由于图5为剖视图，仅能看到两个接触孔72)。接着，在第三绝缘层7以及接触孔72的侧壁和底部上淀积一复合金属电极层，刻蚀该复合金属电极层，仅剩余部分覆盖在第三绝缘层7上近接触孔处和接触孔的侧壁、底部上的金属电极8，如图6所示，该金属电极8由第一金属电极81及其上的第二金属电极82组成，其中第一金属电极81的材质可优选采用钛(Ti)或镍(Ni)，第二金属电极82的材质可优选米用钼(Pt)或铬(Cr),而米用第一金属电极81和第二金属电极82能够增加金属电极的导电率，同时防止后续工艺中的金属扩散。其中，该复合金属电极采用磁控溅射和liftoff工艺形成。
[0069]接着，如图7所示，在上述结构的顶部自对准键合一正面玻璃9，该键合为阳极键合。在该正面玻璃9底部的中心位置具有一空腔91，该空腔91的宽度与两个复合层之间的间距相等，且该空腔91的边缘为倒角或者直角型设计，空腔与包括若干个压阻的上述两个复合层之间的空间对准形成用于密封压阻的密封腔体，该密封腔体可为真空或者非真空腔体；在该正面玻璃9中，还设置有两个分别位于两个复合层上方的通孔92，在键合时该通孔92对准上述金属电极，使金属电极8暴露出来。
[0070]对于该正面玻璃的制备可以分为以下几个步骤:如图20所示，对于正面玻璃的制备，首先，提供一厚度均匀的正面玻璃板9’，然后对该正面玻璃进行刻蚀工艺(干法刻蚀或湿法刻蚀)，以在该正面玻璃板底部的中央位置处形成一顶部带有倒角或者直角(采用干法刻蚀时是倒角，采用湿法刻蚀时是直角)的如图21中所示的空腔91，空腔91的深度可以根据具体工艺需要进行确定。然后采用激光工艺或喷砂工艺作用于该正面玻璃板9’上，使得该正面玻璃板9’中位于空腔91的两侧形成截面为圆形或者多边形的通孔92 (通孔92同样为四个，且位置与金属电极8的位置相适配)，如图22所示。
[0071]之后，采用减薄工艺和/或体硅腐蚀工艺去除第一体硅层1，如图8所示。
[0072]随后,采用反应离子刻蚀(Reactive 1n Etching,简称:RIE)工艺或者湿法刻蚀工艺对第一绝缘层2’进行刻蚀，控制刻蚀停止于第二体硅层3’的下表面，以在第一绝缘层2’中形成用于后续刻蚀形成承压膜和质量块的图形开口。在刻蚀的过程中，优选的，可先涂覆一层光刻胶，然后通过光刻在该光刻胶定义出图形开口区域的图案，并以该具有该图案的光刻胶为掩膜对第一绝缘层2’进行刻蚀。如图9所示，经过刻蚀之后的第一绝缘层中形成了两个用于形成承压膜和质量块的开口 21。
[0073]接着，以形成开口的第一绝缘层2为掩膜对第二体硅层3’进行湿法刻蚀，在刻蚀过程中控制刻蚀的深度，如图10所示，以使得在第二体硅层3’中形成两个梯形的凹槽，由于在刻蚀的过程中在两个开口的中间有未被刻蚀掉的第一绝缘层2存在，所以在开口位置处的第二体硅层中形成的两个梯形凹槽之间的体硅就自然形成一个倒梯形的形状，两个梯形凹槽上方的部分第二体硅层3构成压力传感器的承压膜31，其之间的一个倒梯形的体硅部分构成压力传感器的质量块32。其中，对于本步骤中的湿法刻蚀，可采用具有高腐蚀性的强碱溶液为反应原料，如氢氧化钾溶液(Κ0Η)、四甲基氢氧化铵(THAM)溶液等。此外，还可以采用ICP (Inductively Coupled Plasma,感应稱合等离子体)干法刻蚀深娃BOSCH工艺形成质量块32和承压膜31。
[0074]然后，对上述工艺形成后的整个结构进行湿法刻蚀，以去除暴露的部分的所有绝缘层，即所有剩余的第一绝缘层2和被正面玻璃中每个通孔所暴露的部分第三绝缘层，形成如图11所示的结构。
[0075]如图12所示，采用金属溅射的方式制备一层金属层10覆盖于图11所示结构的上表面，即覆盖正面玻璃9的顶部表面和每个通孔92的侧壁表面，以及覆盖浓硼电阻层6暴露的表面和第三绝缘层7暴露的侧表面，以起到在后续的工艺过程中对其下方的结构进行适当保护的作用。在该步骤中所制备的金属层10的材质可优选为铝。
[0076]然后，在图13所示的结构中的第二体硅层3的下表面上键合上背面玻璃12，该背面玻璃覆盖于除承压膜31和质量块32以外的第二体硅层3的下表面，即背面玻璃的中间形成有一背面通孔121，该背面通孔121的宽度与左侧的承压膜的左边缘到右侧的承压膜的右边缘之间距离相等。其中，对于该背面玻璃12的制备可分为两个步骤:步骤一，如图23所示，提供一厚度相同且平整的背面玻璃板12’ ；步骤二，如图24所示，对该背面玻璃板12’进行刻蚀形成背面通孔121，背面通孔121的宽度与左侧的承压膜的左边缘到右侧的承压膜的右边缘之间距离相等。
[0077]在上述的背面玻璃12键合的过程中，位于芯片结构上表面的金属层10对其下方的结构进行了保护，并且在后续的工艺过程中其已经没有存在的意义，因此，需要将其进行去除，去除该金属层后的结构如图14所示。
[0078]以上是本实施例中对芯片进行制备的详细步骤，下面对基座的制作方法进行说明。
[0079]基座的制备:
[0080]首先，提供一如图25所示的底座16，该底座16为上下开口的中空结构，且其截面为倒凸形，然后，如图26所示，将一底座玻璃板17与金属丝18进行烧结，使得该金属丝18垂直于底座玻璃板17并与该底座玻璃板17进行固定，金属丝18共设有四根，且每根金属丝18均有一小部分穿过所述底座玻璃板17的上表面，用于后续工艺中与芯片的电连接。同时，在该烧结的过程中，需要保证金属丝18之间的间距与芯片内通孔之间的间距相等，接着，如图27所示，将固定有金属丝的底座玻璃板的两端与底座16内部两侧的上表面进行烧结，使底座16和固定有金属丝18的底座玻璃板17进行固定。最终，底座玻璃板17、金属丝18和底座16三者都被固定在一起，形成基座。
[0081]对于本实施例中的压力传感器，最后，需要进行封装工艺，即将制备完成的芯片固定于基座内。
[0082]该封装工艺包括:
[0083]如图15所示，在芯片中的覆盖有金属电极的通孔内灌入耐高温的导体19，在该过程中，灌入导体直至位于通孔内的导体的表面与正面玻璃的顶部表面齐平。在本实施例中该耐高温的导体为流体材质，优选为银浆。
[0084]然后，将芯片自对准倒插入基座内，并保证基座内的两根金属丝18分别插入至两个灌有导体19的通孔内，同时保证基座中的底座玻璃板的表面与芯片中正面玻璃的表面相接触，此时，进行高温烧结固化工艺，使得基座与芯片之间形成固定连接，待工艺完成后，形成如图16所示的结构。[0085]至此，本实施例中的压力传感器的制造方法已经完全结束。
[0086]下面对本实施例中的压力传感器的结构进行详细说明。
[0087]如图16所示，本实施例中的压力传感器主要包括芯片和基座，芯片位于基座的内部，芯片与基座之间为固定连接。
[0088]其中，基座的剖面为轴对称图形，对称轴为压力传感器的中线。基座主要包括底座和一连接有金属丝的玻璃。底座为一个半开放式的容器，其顶部和底部为敞开，侧面为封闭，以保护位于其中的芯片；该连接有金属丝的底座玻璃板包括一厚度均匀的平直的底座玻璃板17和部分固定于该底座玻璃板17内的金属丝18,每根该金属18丝均垂直于该底座玻璃板17进行固定，且每根金属丝18均贯穿该底座玻璃板17。
[0089]芯片的剖面结构为轴对称图形，对称轴为压力传感器的中线。芯片主要包括正面玻璃9、背面玻璃12和中间层，背面玻璃的上表面与中间层的底部表面键合，正面玻璃的下表面与中间层的顶部表面键合。其中，中间层的结构由下至上依次为，第二体硅层3、第二绝缘层4、浓硼电阻层6、第三绝缘层7。在第二体硅层3中设置有两个承压膜31和一个质量块32，质量块32位于第二体硅层3的中间，两个承压膜31位于该质量块32的两侧，并关于该质量块32对称，质量块32的剖面呈倒梯形，位于每个承压膜31的下方的剖面为镂空的梯形；在浓硼电阻层6和第三绝缘层7的中间部分形成有4个包括浓硼电阻材料和第三绝缘材料的压阻,其中，两个位于中线的左边,另外两个位于中线的右边；正面玻璃9中设置有一空腔91，该空腔91使得压阻71与正面玻璃9之间存在一定的距离，空腔91与浓硼电阻层6和第三绝缘层7之间的具有压阻的空间对准形成密封的真空腔体，在正面玻璃9中的两侧还各设置有一个内部设置有导体和金属电极的通孔92。两端的第三绝缘层7还各设有一接触孔72，以及部分覆盖在第三绝缘层7上近接触孔处和接触孔的侧壁、底部上的金属电极8,该金属电极8为双层结构,包括第一金属层81和第二金属层82,金属电极8和通孔92对准，该通孔92内的剩余空间被导体19填满。
[0090]基座通过其内部玻璃17的下表面与芯片内正面玻璃9的上表面烧结实现与芯片的固定连接。基座内的金属丝18的一端伸入芯片内通孔92中，实现金属线18与浓硼电阻层6之间的电连接。
[0091]实施例2:
[0092]在本实施例中，最终所形成的器件结构与实施例1中相同，区别仅在制作方法上。下面对本实施例中区别于实施例1的步骤进行详细说明。
[0093]在本实施例的制作方法中，与实施例1所不同的是，当芯片的制备工艺进行到如图11所示的结构时，将实施例1中背面玻璃键合的工艺步骤调整到芯片与基座的封装工艺中去进行，并且将该背面玻璃键合的步骤调整至封装工艺的最后一步进行，这样做的优势在于，背面玻璃与芯片的键合是在最后芯片与基座烧结在一起后才进行的，此时的芯片的正面玻璃以及通孔已经与基座烧结在一起，因此，在背面键合前无需对芯片的正面覆盖金属层加以保护，这样相对于实施例1中的工艺步骤而言，就省略了如图12、14所示的覆盖金属层、去除金属层的工艺步骤，而仅在工艺的最后增加一步背面玻璃与芯片的键合即可。
[0094]具体步骤为:
[0095]如图1?11所示，本实施例的方法在形成图11结构之前的工艺步骤与实施例1相同，可参见实施例1，在此处不再进行赘述。[0096]然后，进行后续芯片与基座的封装工艺步骤，如图17所示，在芯片中的覆盖有金属电极的通孔内灌入耐高温的导体19，在该过程中，灌入导体直至位于通孔内的导体的表面与正面玻璃的顶部表面齐平。在本实施例中该耐高温的导体的材质优选为银浆。
[0097]然后，将芯片自对准倒插入基座内，并保证基座内的两根金属丝18分别插入至两个灌有导体19的通孔内，同时保证基座中的底座玻璃板的表面与芯片中正面玻璃的表面相接触，此时，进行高温烧结固化工艺，使得基座与芯片之间形成固定连接，待工艺完成后，形成如图18所示的结构。
[0098]最后，在倒装后的芯片的第二体硅层3的表面键合背面玻璃12，如图19所示，由于背面玻璃的制作方法与实施例1相同，故在此处不再进行赘述。
[0099]至此，本实施例中的压力传感器的制造方法已经完全结束。
[0100]由于本实施例中的压力传感器结构与实施例1中的相同，所以在此不进行赘述。
[0101]实施例3:
[0102]本实施例区别于实施例1之处是，所形成的压阻的结构中仅包含浓硼电阻层的部分，而并不包含位于其上方的第三绝缘层的部分，其余工艺步骤均与实施例1相同。
[0103]下面对本实施例中的压力传感器结构及其方法进行详细说明。
[0104]本实施例的压力传感器可由芯片和基座构成。
[0105]如图1-3所示，本实施例的方法在形成图3结构之前的工艺步骤与实施例1相同，可参见实施例1，在此处不再进行赘述。
[0106]然后，制备一层光刻胶覆盖第三绝缘层7’的上表面，该光刻胶可采用旋涂或其他工艺方法进行涂覆，之后，对该光刻胶进行光刻工艺，即采用一具有图案的光掩膜板对该光刻胶进行曝光和显影工艺，使得在该光刻胶中形成图案，然后以具有该图案的光阻为掩膜对下方的第三绝缘层V进行刻蚀，并使刻蚀停止于浓硼电阻层6’的上表面，该刻蚀可采用干法刻蚀或湿法刻蚀等。如图28所示，经过刻蚀之后，第三绝缘层7 ’的中间部分被刻蚀掉，剩下两端的部分，并去除剩余的光刻胶，随后，继续采用光刻和刻蚀工艺在浓硼电阻层6’上形成若干个压阻61，如图29所示，压阻61的数量可根据实际工艺需要进行调整，在本实施例中，压阻的数量为4个。由于压阻是通过对浓硼电阻层6’进行刻蚀后形成的，因此，压阻的材料与浓硼电阻层的材料相同。
[0107]在形成了上述的压阻61之后，进行后续工艺步骤，后续工艺步骤无论是芯片正面玻璃、背面玻璃的键合还是与基座之间的封装，均与实施例1相同，最终形成了如图30所示的压力传感器。
[0108]至此，本实施例中的压力传感器的制造方法已经完全结束。
[0109]下面对本实施例中的压力传感器的结构进行详细说明。
[0110]如图30所示，本实施例中的压力传感器主要包括芯片和基座，芯片位于基座的内部，芯片与基座之间为固定连接。
[0111]其中，基座的剖面为轴对称图形，对称轴为压力传感器的中线。基座主要包括底座和一连接有两根金属丝的玻璃。底座为一个半开放式的容器，其顶部和底部为敞开，侧面为封闭，以保护位于其中的芯片；该连接有两根金属丝的底座玻璃板包括一厚度均匀的平直的底座玻璃板17和部分固定于该底座玻璃板17内的两根金属丝18，每根该金属18丝均垂直于该底座玻璃板17进行固定，且每根金属丝18均贯穿该底座玻璃板17。[0112]芯片的剖面结构为轴对称图形，对称轴为压力传感器的中线。芯片主要包括正面玻璃9、背面玻璃12和中间层，背面玻璃的上表面与中间层的底部表面键合，正面玻璃的下表面与中间层的顶部表面键合。其中，中间层的结构由下至上依次为，第二体硅层3、第二绝缘层4、浓硼电阻层6、第三绝缘层7。在第二体硅层3中设置有两个承压膜31和一个质量块32，质量块32位于第二体硅层3的中间，两个承压膜31位于该质量块32的两侧，并关于该质量块32对称，质量块32的剖面呈倒梯形，位于每个承压膜31的下方的剖面为镂空的梯形；在浓硼电阻层6和第三绝缘层7的中间部分形成有4个仅包括浓硼电阻材料的压阻，其中，两个位于中线的左边，另外两个位于中线的右边；正面玻璃9中设置有一空腔91，该空腔91使得压阻71与正面玻璃9之间存在一定的距离，空腔91与浓硼电阻层6和第三绝缘层7之间的具有压阻的空间对准形成密封的真空腔体，在正面玻璃9中的两侧还各设置有一个内部设置有导体和金属电极的通孔92。两端的第三绝缘层7还各设有一接触孔72，以及部分覆盖在第三绝缘层7上近接触孔处和接触孔的侧壁、底部上的金属电极8，该金属电极8为双层结构，包括第一金属层81和第二金属层82，金属电极8和通孔92对准，该通孔92内的剩余空间被导体19填满。
[0113]基座通过其内部玻璃17的下表面与芯片内正面玻璃9的上表面烧结实现与芯片的固定连接。基座内的金属丝18的一端伸入芯片内通孔92中，实现金属线18与浓硼电阻层6之间的电连接。
[0114]实施例4:
[0115]在本实施例中，最终所形成的器件结构与实施例3中相同，区别仅在制作方法上。下面对本实施例中区别于实施例3的步骤进行详细说明。
[0116]在本实施例的制作方法中，与实施例3所不同的是，当芯片的制备工艺进行键合正面玻璃后的结构时，将背面玻璃键合的工艺步骤调整到芯片与基座的封装工艺中去进行，并且将该步骤调整至封装工艺的最后一步进行，这样做的优势在于，背面玻璃与芯片的键合是在最后芯片与基座烧结在一起后才进行的，此时的芯片的正面玻璃以及通孔已经与基座烧结在一起，因此，在背面键合前无需对芯片的正面覆盖金属层加以保护，而仅在工艺的最后增加一步背面玻璃与芯片的键合即可。
[0117]在键合正面玻璃后，进行后续芯片与基座的封装工艺步骤，在芯片中的覆盖有金属电极的通孔内灌入耐高温的导体19，在该过程中，灌入导体直至位于通孔内的导体的表面与正面玻璃的顶部表面齐平。在本实施例中该耐高温的导体的材质优选为银。
[0118]然后，将芯片自对准倒插入基座内，并保证基座内的两根金属丝18分别插入至两个灌有导体19的通孔内，同时保证基座中的底座玻璃板的表面与芯片中正面玻璃的表面相接触，此时，进行高温烧结固化工艺，使得基座与芯片之间形成固定连接。
[0119]最后，在倒装后的芯片的第二体硅层3的表面键合背面玻璃12，形成如图30所示的压力传感器的结构，由于背面玻璃的制作方法与实施例1相同，故在此处不再进行赘述。
[0120]至此，本实施例中的压力传感器的制造方法已经完全结束。
[0121]由于本实施例中的压力传感器结构与实施例1中的相同，所以在此不进行赘述。
[0122]对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。
【权利要求】
1.一种压力传感器的制造方法，其特征在于，采用如下步骤: SI，提供一 SOI衬底，所述SOI衬底包括由下至上的第一体硅层、第一绝缘层、第二体硅层、第二绝缘层和第三体硅层； S2，对所述第三体硅层进行掺杂形成电阻层，于所述电阻层上形成一第三绝缘层，刻蚀第三绝缘层和电阻层的中心部分形成压阻； S3，刻蚀所述第三绝缘层的两端分别形成接触孔，于所述接触孔内形成金属电极； S4，提供一正面玻璃，所述正面玻璃包括通孔和空腔，将所述正面玻璃键合在形成金属电极后的第三绝缘层上，所述通孔对准所述金属电极，所述空腔与形成压阻的第三绝缘层和电阻层的中心部分的空间对准形成一密封腔体； S5，去除所述第一体硅层，刻蚀位于所述压阻下方位置的第一绝缘层和第二体硅层形成质量块和承压膜，去除所述第一绝缘层，形成芯片结构； S6，提供一基座，所述基准包括底座、底座玻璃板和金属丝，于所述通孔中填充导体后将所述芯片结构倒插入所述基座，所述基座内的金属丝对准插入所述通孔内的导体中，高温烧结固化； S7，提供一背面玻璃，所述背面玻璃包括背面通孔，将所述背面玻璃键合在所述芯片结构的第二体硅层上，所述背面通孔对准所述质量块和承压膜。
2.如权利要求1所述的压力传感器的制造方法，其特征在于，在所述步骤S2中，刻蚀第三绝缘层和电阻层的中心部分形成压阻，具体为:刻蚀所述第三绝缘层的中心部分至所述电阻层，旋涂光刻胶，曝光、显影后，刻蚀所述光刻胶和所述电阻层的中心部分形成压阻，去除光刻胶。
3.如权利要求1所述的压力传感器`的制作方法，其特征在于，在所述步骤S2中，刻蚀第三绝缘层和电阻层的中心部分形成压阻，具体为:于所述第三绝缘层上旋涂光刻胶，曝光、显影后，刻蚀所述光刻胶、所述第三绝缘层和所述电阻层的中心部分形成压阻，去除光刻胶。
4.如权利要求2或3所述的压力传感器的制造方法，其特征在于，刻蚀第三绝缘层和电阻层的中心部分形成数量大于等于2的偶数个压阻。
5.如权利要求1所述的压力传感器的制造方法，其特征在于，所述正面玻璃的制作方法为:提供一正面玻璃板，于所述正面玻璃板的底部中心位置形成一与形成压阻的第三绝缘层和电阻层的中心部分位置相适配的空腔，于所述正面玻璃板的两侧分别形成与所述金属电极位置相适配并使所述金属电极能够全部暴露出来的通孔，得到所述正面玻璃。
6.如权利要求1所述的压力传感器的制造方法，其特征在于，所述背面玻璃的制作方法为:提供一背面玻璃板，于所述背面玻璃板的中心位置形成一与所述质量块和承压膜位置相适配并使所述质量块和承压膜能够全部暴露出来的背面通孔，得到所述背面玻璃。
7.如权利要求1所述的压力传感器的制造方法，其特征在于，所述基座的制作方法为:提供一底座和一底座玻璃板，将所述底座玻璃板上烧结连接金属丝，使所述金属丝的一端垂直穿过所述底座玻璃板；将连接金属丝后的底座玻璃板烧结连接于所述底座内近底部开口处，使所述金属丝的另一端穿过所述底座的底部开口 ；于连接在所述底座内的底座玻璃板的表面涂覆一层玻璃浆料，得到所述基座。
8.如权利要求1所述的压力传感器的制造方法，其特征在于，在所述步骤S2中，对所述第三体硅层进行高剂量的硼离子掺杂，形成浓硼电阻层。
9.一种压力传感器的制造方法，其特征在于，采用如下步骤: SI，提供一 SOI衬底，所述SOI衬底包括由下至上的第一体硅层、第一绝缘层、第二体硅层、第二绝缘层和第三体硅层； S2，对所述第三体硅层进行掺杂形成电阻层，于所述电阻层上形成一第三绝缘层，刻蚀第三绝缘层和电阻层的中心部分形成压阻； S3，刻蚀所述第三绝缘层的两端分别形成一接触孔，于所述接触孔内形成金属电极； S4，提供一正面玻璃，所述正面玻璃包括通孔和空腔，将所述正面玻璃键合在形成金属电极后的第三绝缘层上，所述通孔对准所述金属电极，所述空腔与形成压阻的第三绝缘层和电阻层的中心部分的空间对准形成一密封腔体； S5，去除所述第一体硅层，刻蚀位于所述压阻下方位置的第一绝缘层和第二体硅层形成质量块和承压膜，去除所述第一绝缘层； S6，于所述正面玻璃、所述通孔的侧壁和底部以及所述金属电极的表面形成一层金属层； S7,提供一背面玻璃，所述背面玻璃包括背面通孔，将所述背面玻璃键合在所述第二体硅层的下表面上，使所述背面通孔对准所述质量块和承压膜，去除所述金属层，形成芯片结构； S8，提供一基座，所述基准包括底座、底座玻璃板和金属丝，于所述通孔中填充导体后将所述芯片结构倒插入所述基座，所述基座内的金属丝对准插入所述通孔内的导体中，高温烧结固化。
10.如权利要求9所述的压力传感器的制造方法，其特征在于，在所述步骤S2中，刻蚀第三绝缘层和电阻层的中心部分形成压阻，具体为:刻蚀所述第三绝缘层的中心部分至所述电阻层，旋涂光刻胶，曝光、显影后，刻蚀所述光刻胶和所述电阻层的中心部分形成压阻，去除光刻胶。
11.如权利要求9所述的压力传感器的制造方法，其特征在于，在所述步骤S2中，刻蚀第三绝缘层和电阻层的中心部分形成压阻，具体为:于所述第三绝缘层上旋涂光刻胶，曝光、显影后，刻蚀所述光刻胶、所述第三绝缘层和所述电阻层的中心部分形成压阻，去除光刻胶。
12.如权利要求10或11所述的压力传感器的制造方法，其特征在于，刻蚀第三绝缘层和电阻层的中心部分形成数量大于等于2的偶数个压阻。
13.如权利要求9所述的压力传感器的制造方法，其特征在于，所述正面玻璃的制作方法为:提供一正面玻璃板，于所述正面玻璃板的底部中心位置形成一与形成压阻的第三绝缘层和电阻层的中心部分位置相适配的空腔，于所述正面玻璃板的两侧均形成与所述金属电极位置相适配并使所述金属电极能够全部暴露出来的通孔，得到所述正面玻璃。
14.如权利要求9所述的压力传感器的制造方法，其特征在于，所述背面玻璃的制作方法为:提供一背面玻璃板，于所述背面玻璃板的中心位置形成一与所述质量块和承压膜位置相适配并使所述质量块和承压膜能够全部暴露出来的背面通孔，得到所述背面玻璃。
15.如权利要求9所述的压力传感器的制造方法，其特征在于，所述基座的制作方法为:提供一底座和一底座玻璃板，将所述底座玻璃板上烧结连接金属丝，使所述金属丝的一端垂直穿过所述底座玻璃板；将连接金属丝后的底座玻璃板烧结连接于所述底座内近底部开口处，使所述金属丝的另一端穿过所述底座的底部开口 ；于连接在所述底座内的底座玻璃板的表面涂覆一层玻璃浆料，得到所述基座。
16.如权利要求9所述的压力传感器的制造方法，其特征在于，在所述步骤S2中，对所述第三体硅层进行高剂量的硼离子掺杂，形成浓硼电阻层。
17.一种压力传感器，其中，包括基座和设置于所述基座内的芯片；所述芯片包括中间层，与所述中间层的上表面连接的背面玻璃，以及与所述中间层的下表面连接的正面玻璃； 所述中间层由上至下依次包括第二体硅层、第二绝缘层、电阻层和第三绝缘层，所述第三绝缘层和所述电阻层的中心部分设有一开槽，所述开槽内设有压阻，所述第三绝缘层的两端分别设有金属电极；所述第二体硅层中位于所述压阻上方的部分包括两个对称的倒梯形开口，设于所述倒梯形开口下方的承压膜，以及设于两个倒梯形开口之间的质量块； 所述正面玻璃的上表面中间处设有一空腔，所述空腔与所述开槽形成密封所述压阻的真空腔体，所述正面玻璃的两端还分别设有与所述金属电极位置相适配的通孔，所述通孔与所述金属电极对准，所述通孔内还设有导体； 所述背面玻璃的中心位置设有与所述承压膜和所述质量块位置相适配的背面通孔，所述背面通孔使所述承压膜和所述质量块全部暴露出来； 所述基座包括上下开口且中空的底座，设置于所述底座内近底部的底座玻璃板，以及设置于所述底座玻璃板上的金属丝，所述金属丝垂直于所述底座玻璃板，所述金属丝的一端穿过所述底座玻璃板并插入所述通孔内的导体中，所述金属丝的另一端从所述底座的下开口伸出。
18.如权利要求17所述的压力传感器，其特征在于，所述压阻为采用电阻层材料的单层结构，其厚度与所述电阻层相同。
19.如权利要求17所述的压力传感器，其特征在于，所述压阻为分别采用电阻层材料和第三绝缘层材料的双层结构，其厚度分别与所述电阻层和第三绝缘层相同。
【文档编号】G01L9/06GK103616123SQ201310603047
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月22日 优先权日:2013年11月22日
【发明者】陈敏, 马清杰 申请人:中航（重庆）微电子有限公司