本發(fā)明涉及mems傳感器芯片結(jié)構(gòu)，具體涉及一種高溫壓力傳感器結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
1、在航空航天、國(guó)防軍工、石油化工、汽車工業(yè)等領(lǐng)域，常常需要在高溫環(huán)境下進(jìn)行壓力的測(cè)量與控制，高性能的高溫壓力傳感器是上述領(lǐng)域中的關(guān)鍵器件之一。目前廣泛使用的硅壓阻式壓力傳感器，采用p-n結(jié)隔離應(yīng)變電橋與應(yīng)變膜，其工藝成熟且性能優(yōu)異，但是p-n結(jié)漏電隨著溫度升高而急劇增大，當(dāng)溫度超過120℃時(shí)，傳感器的性能會(huì)嚴(yán)重惡化甚至失效。另外，硅在600℃時(shí)會(huì)發(fā)生塑性變形和電流泄漏，導(dǎo)致信號(hào)處理系統(tǒng)和電路的極度失調(diào)。
2、采用soi晶圓，在氧化硅介質(zhì)層上制備壓敏電阻，對(duì)壓力傳感器高溫性能的提升效果顯著，但還存在一些問題。如由于鍵合面引起的機(jī)械應(yīng)力，芯片薄膜材料及封裝界面材料熱學(xué)參數(shù)不一致引起的熱應(yīng)力，會(huì)傳導(dǎo)至壓力敏感結(jié)構(gòu)，在高溫環(huán)境下導(dǎo)致器件性能退化、甚至功能喪失。另外，傳統(tǒng)的封裝引線鍵合方法是，金絲熱壓鍵合連接芯片和封裝管殼的焊盤，這在高溫高振動(dòng)環(huán)境下容易疲勞斷裂失效。
3、引證文件
4、中國(guó)專利：一種基于mems工藝的高溫壓力傳感器芯片（專利申請(qǐng)?zhí)枺?01910654802.7）
5、本發(fā)明包括芯片基座、p型外延層、壓力敏感薄膜、壓阻元件、連接支撐架、壓阻元件隔離層、歐姆接觸窗口、金屬層和金屬保護(hù)層；芯片基座正面承載壓阻元件，壓力敏感膜由芯片基座背面刻蝕形成，壓阻元件和連接支架由n型外延層刻蝕形成，壓阻元件隔離層覆蓋在壓阻元件及連接支架上，金屬層和壓阻元件通過壓阻元件隔離層刻蝕出的歐姆接觸窗口相互連接，壓阻元件和金屬之間的連接高度隨壓阻元件隔離層厚度。該壓力傳感器芯片不僅能在高溫下穩(wěn)定工作，而且有效避免了壓阻元件和金屬層氧化失效的問題。
6、中國(guó)專利：適應(yīng)多種封裝方式的高溫壓力傳感器芯片及制造方法（專利申請(qǐng)?zhí)枺?02011425174.4）
7、本發(fā)明在絕緣層上設(shè)有四個(gè)壓敏電阻，四個(gè)壓敏電阻由微通道相互隔離，且四個(gè)壓敏電阻連接構(gòu)成惠斯通電橋，四個(gè)壓敏電阻與絕緣層通過鈍化層覆蓋，避免高溫環(huán)境下電阻之間漏電流增大導(dǎo)致的芯片失效。芯片表面增加封接區(qū)，通過封接工藝把芯片和上封接玻璃連接，保障芯片敏感電阻和外部環(huán)境的氣密性隔離，設(shè)計(jì)封接聯(lián)通區(qū)，使得多個(gè)器件實(shí)現(xiàn)電連接，保障實(shí)施靜電封接工藝時(shí)外加電場(chǎng)的均勻分布，提高封接后芯片成品率。該芯片可適應(yīng)多種封裝形式，具有廣泛的適用性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于硅柱tsv壓阻式高溫壓力傳感器的制備方法，本發(fā)明將tsv硅柱工藝，介質(zhì)隔離壓阻工藝，以及適用于高溫工作環(huán)境的熱膨脹緩沖槽工藝，應(yīng)用于高溫壓力傳感器的制備，形成了高溫壓力傳感器的全硅結(jié)構(gòu)，熱應(yīng)力匹配好，能夠有效減小高溫應(yīng)力對(duì)器件性能的影響。
2、它采用了如下技術(shù)方案：
3、一種基于硅柱tsv壓阻式高溫壓力傳感器的制備方法，包括tsv蓋帽層及壓力敏感結(jié)構(gòu)層的制備，包括以下步驟：
4、s1、取一片p型低阻雙拋硅片（100），采用光刻與tsv深槽刻蝕形成上下未通的環(huán)形隔離槽；
5、s2、采用熱氧化工藝在環(huán)形隔離槽的內(nèi)壁和雙拋硅片上表面生長(zhǎng)sio2，再采用多晶硅填充在環(huán)形隔離槽內(nèi)；
6、s3、采用cmp將p型雙拋硅片上表面的多晶硅去除露出sio2，制備出多晶硅填充的環(huán)形介質(zhì)隔離槽；
7、s4、在p型雙拋硅片上表面采用光刻、刻蝕制備出tsv硅柱和鍵合凸臺(tái)，鍵合凸臺(tái)之間形成淺腔；
8、s5、取一片n型soi硅片（200），采用光刻、刻蝕工藝在soi硅片（100）的頂層硅的特定區(qū)域形成帶有介質(zhì)隔離的壓阻惠斯通電橋結(jié)構(gòu)的制備區(qū)域；
9、s6、通過光刻、注入硼雜質(zhì)以及擴(kuò)散退火工藝在soi硅片200的n型頂層硅的惠斯通電橋結(jié)構(gòu)的制備區(qū)域制備p型壓敏電阻；通過光刻、注入硼以及擴(kuò)散退火工藝在惠斯通電橋結(jié)構(gòu)的制備區(qū)域其余部分制備重?fù)诫s單晶硅作為內(nèi)引線；
10、s7、soi硅片200表面熱氧化，然后通過光刻、深槽刻蝕在soi硅片200周邊形成全封閉環(huán)形槽，在tsv硅柱對(duì)應(yīng)位置形成c形半封閉環(huán)形槽作為熱膨脹緩沖槽，其中半封閉環(huán)形槽開口處形成供內(nèi)引線通過的通道，熱膨脹緩沖槽的槽深大于壓力敏感膜的厚度；
11、s8、采用光刻、刻蝕工藝去除soi硅片（200）p型頂層硅上介質(zhì)隔離壓阻惠斯通電橋結(jié)構(gòu)以外的sio2氧化層，形成soi硅片的鍵合面；
12、s9、將上述p型雙拋硅片的tsv硅柱和鍵合凸臺(tái)面與soi硅片的對(duì)準(zhǔn)鍵合形成真空密封腔結(jié)構(gòu)，將tsv硅柱與壓力敏感結(jié)構(gòu)層內(nèi)引線垂直連接；
13、將上述p型雙拋硅片的鍵合凸臺(tái)面與soi硅片的n型頂層硅表面的鍵合連接面對(duì)準(zhǔn)鍵合并形成真空密封腔結(jié)構(gòu)，同時(shí)將tsv硅柱與壓力敏感結(jié)構(gòu)層內(nèi)引線垂直鍵合連接；
14、s10、將鍵合后的p型雙拋硅片的上表面進(jìn)行研磨、拋光露出tsv硅柱；
15、s11、通過熱氧化、光刻、刻蝕、金屬濺射、刻蝕工藝完成tsv蓋帽層金屬電極的制備；
16、s12、最后在鍵合后的soi硅片的下表面進(jìn)行光刻、腐蝕出背腔，形成壓力敏感膜結(jié)構(gòu)。
17、本發(fā)明技術(shù)方案中所傳采用的工藝參數(shù)為本領(lǐng)域技術(shù)常規(guī)技術(shù)，在此不再詳述。
18、本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具的有益效果：
19、本發(fā)明將tsv硅柱工藝，介質(zhì)隔離壓阻工藝，以及適用于高溫工作環(huán)境的熱膨脹緩沖槽工藝，應(yīng)用于高溫壓力傳感器的制備，形成了高溫壓力傳感器的全硅結(jié)構(gòu)，熱應(yīng)力匹配好，能夠有效減小高溫應(yīng)力對(duì)器件性能的影響；通過硅柱tsv垂直引出芯片pad點(diǎn)，可適應(yīng)無引線封裝結(jié)構(gòu)的要求，避免使用金絲鍵合，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，且避免了復(fù)雜的封裝工藝和商業(yè)保密的金屬玻璃漿料的使用。該結(jié)構(gòu)不顯著增加高溫壓力傳感器的工藝加工難度，與現(xiàn)有工藝技術(shù)完全兼容，可制造性強(qiáng)，易于批量生產(chǎn)。
1.一種基于硅柱tsv壓阻式高溫壓力傳感器的制備方法，包括tsv蓋帽層及壓力敏感結(jié)構(gòu)層的制備，包括以下步驟：