[发明专利]一种基于硅硅键合的高精度压力传感器的制造方法

摘要

本发明公开了一种基于硅硅键合的高精度压力传感器的制造方法，它包括敏感硅片层及衬底硅片层，其技术要点是：在敏感硅片层背面连接有衬底硅片层，所述敏感硅片层和衬底硅片层采用硅硅键合工艺形成压力密封腔。所述的衬底硅片层采用和敏感硅片层同质的单晶硅材料，中心具有导压通孔；本发明的压力传感器的敏感硅片层及衬底硅片层都采用单晶硅材料为基底制作，并通过硅硅键合工艺实现气密性连接，形成“硅‑硅”同质材料结构的压力密封腔，避免了常规压力传感器“硅‑玻璃”异质材料结构的压力密封腔由于两种不同材料特性的差异对传感器性能带来的各类影响，有效地减小静压误差，降低传感器的温漂，提高传感器的综合精度。

主权项

1.一种基于硅硅键合的压力传感器的制造方法，它包括有敏感硅片层及衬底硅片层，其特征是：敏感硅片层结构如下：凹形敏感硅片层的上表面设置有隔离层，隔离层上表面设置有焊盘、金属引线、屏蔽层、衬底焊盘，隔离层下表面设置有N+隔离区、P+连结区和压敏电阻，屏蔽层与N+隔离区通过引线孔连通，焊盘与金属引线连结在一起，金属引线与P+连结区通过引线孔连通，P+连结区之间设置有压敏电阻，凹形敏感硅片层的底部设置有截面为倒凹字形的硅杯，该硅杯区域为压力膜片；敏感硅片层的硅杯杯口与衬底硅片层键合在一起，衬底硅片层的中心位置制备有导压通孔；制造方法包括以下步骤：(1)清洗敏感硅片，清洗液如下：SPM（硫酸过氧化氢混合液）：H2SO4:H2O2=4:1RCA1（1号液）：NH4OH:H2O2:H2O=1:1:5RCA2（2号液）：HCL:H2O2:H2O=1:1:6；(2)在敏感硅片层单晶硅材料上生长氧化层；(3)使用光刻、扩散浓磷或注入使氧化层上形成N+隔离区；光刻、注入浓硼形成P+连结区；(4)用离子注入工艺形成压敏电阻；(5)生长氧化隔离层；(6)腐蚀背腔制作出硅杯；(7)清洗衬底硅片，清洗液同步骤(1)；(8)氧化，在衬底硅片上形成掩蔽膜；(9)光刻，在衬底硅片上刻出腐蚀窗口；(10)在衬底硅片上腐蚀盲孔；(11)清洗敏感硅片、衬底硅片，清洗液同步骤(1)；(12)采用等离子体处理，对硅片表面进行进一步清洗和表面活化，活化参数：O2：300 ml/min；N2：300 ml/min；射频功率:300W；曝光时间：3min；(13)预键合：真空度： 5×10‑4Pa；键合温度：420℃～450℃；键合时间：0.5hr升温至420℃～450℃，恒温2hr，然后2.5hr降至室温；键合压力：2000mbar；(14)退火；随炉升温至1100℃，保温2hr，停止加热等待自然冷却至室温，退火过程中N2保护；(15)形成硅硅键合绝压腔体；(16)在敏感硅片层采用光刻制出引线孔；(17)溅射金属、光刻形成引线及焊盘；(18)合金化形成芯片内部的电气连接；(19)溅射金属、光刻形成屏蔽层；(20)深反应离子刻蚀或机械研磨将衬底硅片减薄直至盲孔通透，加工成导压通孔，形成压力传感器微结构；(21)芯片中测，检测敏感电阻、击穿、漏电、表面质量；(22)划片后即为加工完成的基于硅硅键合压力传感器成品。