[实用新型]压力传感器

说明书

本实用新型涉及一种压力传感器，压力传感器包括衬底结构以及顶层结构，顶层结构包括第一硅层、设于第一硅层背面的第一绝缘层、设于第一绝缘层背面的压阻层、设于第一硅层正面的顶层第一下绝缘层、形成在顶层第一下绝缘层的正面的厚半导体材料层以及包覆厚半导体材料层的顶层第二下绝缘层；第一硅层用作压力敏感膜；厚半导体材料层用作岛结构；压阻层包括至少一个压阻；衬底结构的上表面向下凹陷形成键合槽，厚半导体材料层键合于键合槽内并与键合槽形成间隙。该压力传感器在第一硅层的正面形成用作岛结构的厚半导体材料层，达到有效控制压力敏感膜的厚度一致性以及平面尺寸一致性的目的。

技术领域

本实用新型涉及压力传感器技术领域，特别是涉及一种压力传感器。

背景技术

随着物联网等行业的兴起，MEMS(Micro electro Mechanical Systems，微机电系统)传感器由于其体积小、功耗低、重量轻及响应快等优点，有着巨大的应用前景。尤其是MEMS压力传感器，在汽车电子、消费类产品及工业控制等领域有巨大的应用。

传统的MEMS压力传感器多基于传统单层SOI晶圆采用背面湿法腐蚀的方案刻蚀敏感膜与背岛结构，敏感膜的厚度由湿法刻蚀的刻蚀速率与刻蚀时间决定。但是，硅的湿法刻蚀通常采用加热(85℃)KOH溶液或者TMAH溶液的方式来操作，在加热过程中，由于水的蒸发和腐蚀液与硅的反应，KOH或TMAH溶液的浓度会随着反应的时间持续而发生变化，因此较难精确的控制腐蚀深度。同时由于硅的各向异性，采用KOH或TMAH从背面湿法腐蚀硅衬底时，开口图形必然产生上小、下大的横截面为梯形的图样。这使得产品本身的平面尺寸远大于实际需要的压力敏感膜平面尺寸，产品难以小型化。

为避免上述硅的各向异性湿法腐蚀产生的尺寸变大问题，现有技术中采用基于传统单层SOI晶圆的硅的干法刻蚀技术。理论上，硅的深反应离子刻蚀可以让刻蚀图样的侧边接近90°，这样可以缩小芯片开口处的平面尺寸，避免了背面腐蚀开孔过大的问题。不过在实际工艺过程中，硅的深反应离子刻蚀很难保证刻蚀角度的一致性，对于8寸晶圆业界一般只能保证82°-92°的刻蚀精度。而考虑到侧向刻蚀等问题，采用硅的深反应离子刻蚀，对于顶层压阻结构与背岛的对准与刻蚀补偿问题就很复杂。理论上只有压阻结构与背岛的边界(应力集中处)对准，才能保证压力传感器的性能(例如灵敏度、非线性度及耐压力过载等)，一旦有偏差，压力传感器性能变化会与设计值产生很大的偏差。此外，由于采用的是传统单层SOI晶圆，其刻蚀深度依然由刻蚀速率与刻蚀时间决定，刻蚀深度一致性低。

针对上述问题，现有技术中还有采用双层SOI晶圆(DSOI)进行背面刻蚀实现压力传感器制造，在背面深反应离子刻蚀时，利用硅与氧化硅的高选择比，刻蚀可以在氧化硅处自停止，可以相对比较好的解决刻蚀深度一致性问题。但是，刻蚀的带电离子将在氧化硅处富集，随着过刻时间的增加，在刻蚀底部会产生明显的侧向刻蚀效应(notching effect，也叫floating effect)，从而影响压力传感器的敏感膜平面尺寸、影响顶层压阻与背岛的位置对准等。此外，由于采用背面刻蚀，无法解决深反应离子刻蚀侧边的角度偏差带来的横向尺寸偏差问题(刻蚀500um，即使1°的角度偏差，也会产生横向500um×tan1°＝9um的偏差)。

实用新型内容

基于此，本实用新型提供一种压力传感器，在第一硅层的正面形成用作岛结构的厚半导体材料层，达到有效控制压力敏感膜的厚度一致性以及平面尺寸一致性的目的。

一种压力传感器，包括衬底结构以及顶层结构，所述顶层结构包括第一硅层、设于所述第一硅层背面的第一绝缘层、设于所述第一绝缘层背面的压阻层、设于所述第一硅层正面的顶层第一下绝缘层、形成在所述顶层第一下绝缘层的正面的厚半导体材料层以及包覆所述厚半导体材料层的顶层第二下绝缘层；所述第一硅层用作压力敏感膜；所述厚半导体材料层用作岛结构；所述压阻层包括至少一个压阻；

所述衬底结构的上表面向下凹陷形成键合槽，所述厚半导体材料层键合于所述键合槽内并与所述键合槽形成间隙。