本發(fā)明涉及mems傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種低成本高一致性壓力傳感器芯片制備方法。

背景技術(shù)：

mems壓力傳感器芯片的傳統(tǒng)制備方法是通過koh、tmah等堿性溶液腐蝕背腔100，達(dá)到指定深度后停止腐蝕，得到的硅薄膜作為敏感膜200(如圖1所示)。這種制備方法存在一些缺陷，如：由于堿液腐蝕的平整度直接決定了敏感膜的厚度均勻性，因此，背腔腐蝕需要進(jìn)行三種堿液的配比，分別對應(yīng)粗腐、速腐、精腐，越接近指定深度時，腐蝕速率越慢，以控制精度，由此導(dǎo)致制作周期長，時間成本高，而且敏感膜存在腐蝕不均勻現(xiàn)象，批量產(chǎn)品一致性差。

另外，由于單晶硅片的物理特性，其腐蝕腔側(cè)壁將會形成54.74°的斜面夾角，該部分直接增加了芯片的單元尺寸，減少了晶圓出片率，提高了產(chǎn)品成本；由于mems壓力傳感器的測量特性，傳統(tǒng)的壓力傳感器背腔開孔和腐蝕槽都會非常大，從而導(dǎo)致整個壓力傳感器的固支部分很小，空腔很大，當(dāng)引入壓力式，引入內(nèi)應(yīng)力增大。

同時，由于背腔開孔大，敏感膜區(qū)域與被測氣體接觸面大，導(dǎo)致敏感膜易被氣體雜質(zhì)污染，進(jìn)而影響mems壓力傳感器的可靠性和使用壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于背景技術(shù)的不足，本發(fā)明是提供了一種低成本高一致性壓力傳感器芯片制備方法，所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中，制備mems壓力傳感器芯片的方法存在成本高和批量產(chǎn)品一致性低的缺陷。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一種低成本高一致性壓力傳感器芯片制備方法，包括如下步驟：

s1：選擇雙拋硅片作為底層硅片；

s2：對所述底層硅片進(jìn)行熱氧化形成第一氧化層；

s3：采用光刻工藝在所述底層硅片的上表面刻蝕出腔體；

s4：對所述底層硅片的上表面重新進(jìn)行熱氧化以制作第一氧化層；

s5：選擇雙拋硅片作為頂層硅片；

s6：將所述頂層硅片和所述底層硅片鍵合成一體；

s7：將所述頂層硅片減薄，減薄后拋光；

s8：采用離子注入技術(shù)在所述頂層硅片的頂面形成電阻；

s9：在所述頂層硅片的頂面制作第二氧化層，在所述第二氧化層表面制作通孔，然后采用濺射法形成金屬層，然后通過光刻及刻蝕形成pad點(diǎn)，然后在所述金屬層表面制作保護(hù)層。

s10：在所述頂層硅片頂面涂抗堿性腐蝕膠；

s11：在所述底層硅片的底面涂抗堿性腐蝕膠然后光刻制作腐蝕區(qū)，然后通過堿性腐蝕溶液對所述腐蝕區(qū)進(jìn)行腐蝕，從而在所述底層硅片內(nèi)形成通氣通道，所述通氣通道連通腔體和外部。

優(yōu)選的，所述s2和所述s4中的熱氧化溫度均為1100～1150℃。

優(yōu)選的，所述s3中的腔體深度為50～70μm。

優(yōu)選的，所述s4中的氧化層厚度為0.2～0.5μm。

優(yōu)選的，所述s6中的鍵合過程包括先預(yù)鍵合和在所述預(yù)鍵合完成后的熔融鍵合，所述預(yù)鍵合在450℃進(jìn)行，所述熔融鍵合在1300℃進(jìn)行。

優(yōu)選的，所述s9中的金屬層厚度為0.1～0.2μm。

優(yōu)選的，在所述s11中，所述堿性腐蝕溶液采用95％的koh溶液，溫度設(shè)置為120℃。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比至少具有如下有益效果：

1)通過鍵合工藝、研磨拋光的工藝方法制作敏感膜，其厚度控制水平，成本低，一致性高。

2)底層硅片底面腐蝕的目的，是為了形成通氣通道，極大的縮小了底層硅片底面開孔的面積，也就從根本上減小了芯片尺寸，提高了晶圓出片率，從而直接降低了mems傳感器的單片制作成本。

3)敏感膜與被測氣體接觸面積小，從而大大減少了氣體雜質(zhì)對敏感膜的污染，極大的提高了mems壓力傳感器的可靠性和使用壽命；相比較與背面干法刻蝕，使用自終止堿液腐蝕可以極大的降低成本，且可只使用中快速腐蝕，工藝成本降低效果明顯。

4)底層硅片底面的腐蝕只作為通孔作用，保留了大量體硅結(jié)構(gòu)，空腔區(qū)域只占很小部分，當(dāng)引入壓力時，壓力傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)牢固，引入應(yīng)力小，大大降低壓力測量過程中因芯片內(nèi)部受到應(yīng)力影響產(chǎn)生的測試誤差，通過低應(yīng)力封裝形式，可極大的提高mems壓力傳感器的測量準(zhǔn)確度。

附圖說明

本發(fā)明有如下附圖：

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的示意圖；

圖2為本發(fā)明所述壓力傳感器芯片在生產(chǎn)過程中的示意圖一；

圖3為本發(fā)明所述壓力傳感器芯片在生產(chǎn)過程中的示意圖二；

圖4為本發(fā)明所述壓力傳感器芯片在生產(chǎn)過程中的示意圖三；

圖5為本發(fā)明所述壓力傳感器芯片在生產(chǎn)過程中的示意圖四；

圖6為本發(fā)明所述壓力傳感器芯片在生產(chǎn)過程中的示意圖五；

圖7為本發(fā)明所述壓力傳感器芯片的成品示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。

如圖2-7所示，一種低成本高一致性壓力傳感器芯片制備方法，包括如下步驟：

s1：選擇雙拋硅片作為底層硅片1，可進(jìn)行激光標(biāo)號，備注批次號及片號；

s2：對底層硅片1進(jìn)行熱氧化形成致密氧化硅保護(hù)層，熱氧化溫度為1100～1150℃，形成第一氧化層11，該第一氧化層11作為刻蝕保護(hù)層；

s3：采用光刻工藝在底層硅片1的上表面刻蝕，刻蝕第一氧化層11，形成敏感膜尺寸范圍，繼續(xù)深刻蝕，刻蝕出腔體12，該腔體12為敏感膜提供活動范圍，腔體12深度為50～70μm；

s4：由于刻蝕損傷了第一氧化層11，通常在刻蝕之后對底層硅片1的上表面重新進(jìn)行熱氧化以制作第一氧化層11，熱氧化溫度為1100～1150℃，第一氧化層11厚度為0.2～0.5μm；

s5：選擇雙拋硅片作為頂層硅片2，可進(jìn)行激光標(biāo)號，備注批次號及片號；

s6：鍵合，先采用450℃進(jìn)行預(yù)鍵合，時間設(shè)置為2小時，預(yù)鍵合完成后采用1300℃條件下進(jìn)行熔融鍵合，通過該步驟，頂層硅片2覆蓋在底層硅片1的腔體12上并與底層硅片1形成整體結(jié)構(gòu)；

s7：將頂層硅片2減薄，減薄至預(yù)設(shè)厚度后，再拋光至設(shè)計(jì)的膜厚，拋光一方面增加頂層硅片2的表面平整度，另一方面，也是微調(diào)頂層硅片2的厚度，經(jīng)過拋光，頂層硅片2即作為mems壓力傳感器的敏感膜層，這樣形成的敏感膜厚度均勻，批量產(chǎn)品一致性高，且以這樣的方式形成敏感膜，周期短，效率大大提高，時間成本低；

s8：采用離子注入頂層硅特定區(qū)域，形成p+和p-結(jié)構(gòu)。p+由于良好的歐姆接觸特性，作為力敏電阻21與引線之間的連接部分。p-形成力敏電阻21，通過壓力改變引起敏感膜變化，p-力敏電阻21產(chǎn)生阻值變化，并通過惠斯通電橋反饋輸出電壓變化，形成壓力測量。

s9：在頂層硅片2的頂面制作第二氧化層23，在第二氧化層23表面制作通孔，然后采用濺射法形成金屬層22，材料通常選用al或au，金屬層22厚度為0.1～0.2μm，然后通過光刻及刻蝕形成pad點(diǎn)，然后在金屬層22表面制作保護(hù)層。

s10：在頂層硅片2頂面涂抗堿性腐蝕膠，可選用抗堿性腐蝕protek膠，目的是在堿液腐蝕中保護(hù)頂層硅片2頂面的圖形；

s11：在底層硅片1的底面涂抗堿性腐蝕膠然后光刻制作腐蝕區(qū)，然后通過堿性腐蝕溶液對腐蝕區(qū)進(jìn)行腐蝕，從而在底層硅片1內(nèi)形成通氣通道13，通氣通道13連通腔體12和外部，堿性腐蝕溶液采用95％的koh溶液，溫度設(shè)置為120℃。該腐蝕為自終止堿液腐蝕，堿液從底層硅片1的底面向上腐蝕到腔體12即自動終止腐蝕，此時連通腔體12和外部的通氣通道13形成，此過程中由于不需要在最后階段控制精度，也就不需要放緩腐蝕速度，全程采用中速腐蝕和快速腐蝕，大大減少了時間消耗，降低了時間成本。

上述腐蝕過程僅為了形成連通腔體和外部的通氣通道，而不是為了形成敏感膜，由此，本發(fā)明底層硅片的底面腐蝕只作為通氣孔作用，保留了大量體硅結(jié)構(gòu)，空腔區(qū)域只占很小部分，當(dāng)引入壓力時，壓力傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)牢固，引入應(yīng)力小，大大降低壓力測量過程中因芯片內(nèi)部受到應(yīng)力影響產(chǎn)生的測試誤差，通過低應(yīng)力封裝形式，可極大的提高mems壓力傳感器的測量準(zhǔn)確度。

同時，有效縮小敏感膜與被測氣體接觸面，從而大大減少氣體雜質(zhì)對敏感膜的污染，極大的提高了mems壓力傳感器的可靠性和使用壽命。

上述依據(jù)本發(fā)明為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。