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(guò)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(wèn)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(guò)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(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)硅柱tsv垂直引出芯片pad點(diǎn)，可適應(yīng)無(wú)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：