壓阻式MEMS壓力芯片的制備方法與壓阻式MEMS壓力芯片晶圓與流程

本發明涉及半導體器件，尤其涉及一種壓阻式mems壓力芯片的制備方法與壓阻式mems壓力芯片晶圓。

背景技術：

1、壓阻式mems壓力芯片是應用最廣泛的mems產品之一，其基本工作原理為摻雜硅的壓阻效應。根據工作溫度的不同，可將壓阻式mems壓力芯片分為常溫應用和高溫應用兩類產品。常溫應用壓阻式mems壓力芯片使用pn結隔離原理的摻雜硅技術，一般工作溫度不超過120攝氏度，否則pn結反向截止的功能將失效，導致壓力芯片功能異常。高溫應用的壓阻式mems壓力芯片一般使用soi晶圓，并在soi晶圓的器件層形成空間物理隔離的摻雜硅敏感結構，此類結構可工作在120攝氏度以上，最高不超過500攝氏度。

2、高溫應用的壓阻式mems壓力芯片在工業、汽車、航空航天及國防領域有廣泛的應用。高溫壓阻式mems壓力芯片一般先采用soi晶圓制備出空間物理隔離的摻雜硅電阻，并在soi晶圓上制備出背腔，通過陽極鍵合工藝與另一張玻璃晶圓鍵合，即可完成高溫壓阻式mems壓力芯片的制備。但此制備工藝需兩層晶圓鍵合，制備出的壓力芯片厚度一般超過800um，過厚的壓力芯片將限制封裝尺寸及壓力量程適用范圍。

3、因此，高溫應用的壓阻式mems壓力芯片的測量的量程有限的問題，成為本領域技術人員亟須解決的技術問題。

技術實現思路

1、本發明提供一種壓阻式mems壓力芯片的制備方法與壓阻式mems壓力芯片晶圓，以解決高溫應用的壓阻式mems壓力芯片的測量的量程有限的問題。

2、根據本發明的第一方面，提供了一種壓阻式mems壓力芯片的制備方法，包括：

3、制備第一部分，包括：

4、步驟s11：提供一soi晶圓，所述soi晶圓的器件層形成有壓敏電阻結構及電性連接結構，所述器件層表面形成有圖案化的鈍化層，露出至少部分電性連接結構；

5、步驟s12：在所述鈍化層的表面形成臨時鍵合介質，將所述soi晶圓的器件層的一面與一玻璃晶圓鍵合；

6、步驟s13：減薄所述步驟s12鍵合后的soi晶圓的襯底面，在所述減薄的襯底面形成有共晶鍵合介質；

7、制備第二部分，包括：

8、步驟s21：提供一鍵合晶圓，所述鍵合晶圓的一面形成有空洞；

9、步驟s22：在形成有空洞的所述鍵合晶圓的一面形成共晶鍵合介質；

10、制備第三部分，包括：

11、步驟s31：將第二部分形成有所述空洞的鍵合晶圓的一面與第一部分中所述soi晶圓的襯底面做共晶鍵合并去除所述玻璃晶圓，形成所述壓敏電阻對應的空腔。

12、可選的，所述步驟s31包括：

13、步驟s311：所述soi晶圓與所述鍵合晶圓的對準，使所述空洞與所述壓敏電阻對應后進行共晶預鍵合；

14、步驟s312：解鍵合所述soi晶圓上的玻璃晶圓；

15、步驟s313：共晶鍵合所述soi晶圓的襯底面和所述鍵合晶圓的空洞面。

16、可選的，所述步驟s13中共晶鍵合介質為金屬薄膜。

17、可選的，所述步驟s22中共晶鍵合介質為硅。

18、可選的，所述金屬薄膜為含au的金屬薄膜。

19、可選的，所述步驟s12中臨時鍵合介質為鍵合膠。

20、可選的，步驟s312中解鍵合為去除所述鍵合膠而去除所述玻璃晶圓。

21、根據本發明的第二方面，提供了一種壓阻式mems壓力芯片晶圓，所述晶圓包括：soi晶圓，所述soi晶圓的器件層設置有壓敏電阻結構及電性連接結構，所述soi晶圓的襯底層為薄形化襯底；

22、鍵合晶圓，所述鍵合晶圓的一面形成有空洞；

23、共晶鍵合介質，所述共晶鍵合介質至少位于所述鍵合晶圓和soi晶圓鍵合接觸面之間；其中，

24、所述soi晶圓的襯底層與所述鍵合晶圓形成有空洞的一面通過所述共晶鍵合介質鍵合在一起，所述空洞形成與所述soi晶圓壓敏電阻結構的空腔。

25、可選的，所述soi晶圓器件層的厚度小于2um。

26、可選的，所述空洞的深度大于20um。

27、相對于現有技術，本發明具有以下優點：

28、本發明提出了一種壓阻式mems壓力芯片的制備方法，先在soi晶圓器件層上制備壓敏電阻和電性連接結構，后通過臨時鍵合的方式將soi的器件層的一面與玻璃晶圓進行臨時鍵合后減薄soi晶圓的襯底面，將soi晶圓的襯底面的厚度控制在預期厚度；后續將減薄后的soi晶圓的襯底面與形成有空腔的晶圓通過共晶鍵合的方式鍵合在一起。本發明提供的壓阻式mems壓力芯片的制備方法，通過控制soi晶圓襯底面的厚度，可以將壓阻式mems壓力芯片的壓力敏感膜的厚度控制在預期的范圍值內，滿足微壓至高壓不同量程范圍的膜厚要求。同時，此制備方法，通過對共晶鍵合后其中的形成有空腔的晶圓進行減薄而實現壓阻式mems壓力芯片整體厚度的控制，可實現終端產品薄型化的需求。采用soi晶圓進行制作，可使得本發明提出的壓阻式mems壓力芯片應用于高溫環境的場景。

技術特征：

1.一種壓阻式mems壓力芯片的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的壓阻式mems壓力芯片的制備方法，其特征在于，所述步驟s31包括：

3.根據權利要求2所述壓阻式mems壓力芯片的制備方法，其特征在于，所述步驟s13中共晶鍵合介質為金屬薄膜。

4.根據權利要求3所述壓阻式mems壓力芯片的制備方法，其特征在于，所述步驟s22中共晶鍵合介質為硅。

5.根據權利要求4所述壓阻式mems壓力芯片的制備方法，其特征在于，所述金屬薄膜為含au的金屬薄膜。

6.根據權利要求2所述壓阻式mems壓力芯片的制備方法，其特征在于，所述步驟s12中臨時鍵合介質為鍵合膠。

7.根據權利要求5所述壓阻式mems壓力芯片的制備方法，其特征在于，步驟s312中解鍵合為去除所述鍵合膠而去除所述玻璃晶圓。

8.一種壓阻式mems壓力芯片晶圓，其特征在于，所述晶圓包括：soi晶圓，所述soi晶圓的器件層設置有壓敏電阻結構及電性連接結構，所述soi晶圓的襯底層為薄形化襯底；

9.根據權利要求1所述的壓阻式mems壓力芯片的制備方法，其特征在于，所述soi晶圓器件層的厚度小于2um。

10.根據權利要求1所述的壓阻式mems壓力芯片的制備方法，其特征在于，所述空洞的深度大于20um。

技術總結
本發明提供了一種壓阻式MEMS壓力芯片的制備方法，包括：提供一SOI晶圓，SOI晶圓的器件層形成有壓敏電阻結構及電性連接結構，器件層表面形成有圖案化的鈍化層，露出至少部分電性連接結構；在鈍化層的表面形成臨時鍵合介質，將SOI晶圓的器件層的一面與一玻璃晶圓鍵合；減薄步驟S12鍵合后的SOI晶圓的襯底面，在減薄的襯底面形成有共晶鍵合介質；提供一鍵合晶圓，鍵合晶圓的一面形成有空洞；在形成有空洞的鍵合晶圓的一面形成共晶鍵合介質；將第二部分形成有空洞的鍵合晶圓的一面與第一部分中SOI晶圓的襯底面做共晶鍵合并去除玻璃晶圓，形成壓敏電阻對應的空腔。本發明提供的技術方案解決了壓阻式MEMS壓力芯片的測量的量程有限的問題。

技術研發人員：黃金海
受保護的技術使用者：廣州增芯科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/11/7