[发明专利]MEMS差压传感器及其制造方法

说明书

本发明提供一种MEMS差压传感器及其制造方法，其中MEMS差压传感器包括具有腔体的基底层、架设在基底层的腔体之上的压力敏感膜，以及设置在压力敏感膜远离基底层一侧的保护壳；其中，在静止状态下，压力敏感膜与腔体的底部之间以及与保护壳之间的垂直距离均小于压力敏感膜的最小过载形变量；腔体的底部和保护壳分别形成对压力敏感膜的两侧进行限位的限位结构。利用上述发明能够实现MEMS差压传感器的双向抗高过载，且性能稳定、尺寸小。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，更为具体地，涉及一种MEMS差压传感器及其制造方法。

背景技术

随着社会的进步和技术的发展，近年来，手机、笔记本电脑等电子产品体积不断减小，人们对这些便携电子产品的性能要求也越来越高，从而也要求与之配套的电子零件的体积不断减小、性能和一致性不断提高。MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System，简称MEMS)工艺集成的MEMS传感器开始被批量应用到手机、笔记本电脑等电子产品中，其封装体积比传统的传感器小，因此受到大部分生产商的青睐。

目前，市面上的压阻式MEMS差压芯片，其制造工艺多采用化学腐蚀中的湿法腐蚀形成空腔结构，但是，经过湿法腐蚀后的硅空腔由于材料腐蚀的各向异性会形成一个倾斜角，在满足通孔要求的情况下，会导致此类MEMS差压芯片的整体尺寸较大；此外，在实际应用过程中，此类压力传感器经常会发生超量程或高过载的情况，多数压阻式MEMS差压芯片的压力敏感膜都会发生裂纹，破膜等失效问题。

可知，现有的MEMS差压传感器存在尺寸大、抗过载能力低，导致产品性能不稳定、可靠性低等问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种MEMS差压传感器及其制造方法，以解决现有传感器存在的尺寸大、抗过载能力低，导致产品性能不稳定、可靠性低等问题。

本发明提供的MEMS差压传感器，包括具有腔体的基底层、架设在基底层的腔体之上的压力敏感膜，以及设置在压力敏感膜远离基底层一侧的保护壳；其中，在静止状态下，压力敏感膜与腔体的底部之间以及与保护壳之间的垂直距离均小于压力敏感膜的最小过载形变量；腔体的底部和保护壳分别形成对压力敏感膜的两侧进行限位的限位结构。

此外，可选的技术方案是，在保护壳上设置有上通孔，在腔体的底部设置有贯穿基底层的下通孔；并且，下通孔的纵截面呈梯形或喇叭形结构；下通孔在远离压力敏感膜一侧的开口尺寸大于下通孔在腔体的底部的开口尺寸。

此外，可选的技术方案是，当压力敏感膜变形至与腔体的底部相接触时，压力敏感膜的变形量小于压力敏感膜的最小过载形变量。

此外，可选的技术方案是，在垂直压力敏感膜的方向上，上通孔的设置位置与压力敏感膜的中心位置相互交错分布。

此外，可选的技术方案是，当压力敏感膜变形至与保护壳相接触时，压力敏感膜的变形量小于压力敏感膜的最小过载形变量。

此外，可选的技术方案是，在垂直压力敏感膜的方向上，下通孔和上通孔的位置相互交错分布。

此外，可选的技术方案是，压力敏感膜包括绝缘层、设置在绝缘层上的硅膜，以及设置在硅膜上的至少一处应变电阻以及与应变电阻导通的电连接结构；电连接结构包括与应变电阻连接的重掺杂区以及设置在重掺杂区上的焊盘。

此外，可选的技术方案是，上通孔的开孔位置与焊盘的设置位置相对应；焊盘通过上通孔进行封装打线。

根据本发明的另一方面，提供一种MEMS差压传感器的制造方法，包括：在硅膜上设置绝缘层形成压力敏感膜；将压力敏感膜的绝缘层侧键合在具有腔体的硅基底上；将通过刻蚀工艺形成的保护壳键合在压力敏感膜的硅膜侧；对硅基底进行化学腐蚀，以在硅基底上形成底部空腔；对底部空腔进行干法刻蚀，形成与腔体导通的通孔。