專利名稱：一種單晶硅壓力傳感器制造方法及其結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及到單晶硅壓力傳感器的一種制造方法及結構。
單晶硅壓力傳感器作為壓力、力、流量、流速及加速度等各種力學量的測量手段被廣泛用于國民經濟、國防建設的許多重要領域，由于其具有獨特的集成優勢，所以隨著計算機的高速發展和系統集成技術的出現，它的應用范圍越來越廣。因此，單晶硅壓力傳感器的制造方法及其結構的研究已為本領域的技術人員所關注。目前制造單晶硅壓力傳感器最常用的方法是利用雙面加工技術，通過背面腐蝕來獲得壓力敏感膜，附圖1給出了這種方法制造單晶硅壓力傳感器的工藝流程及其結構首先在圖1(a)的原始P型(100)面硅片上外延生長一層所需厚度的N型外延層，形成圖1(b)，然后利用常規工藝在圖1(b)的外延片上制備壓敏元件如圖1(c)，通過雙面光刻在制有壓敏元件的圖1(c)的硅片背面刻出腐蝕孔并將其正面保護，利用電化學腐蝕技術將刻有腐蝕孔的地方腐蝕至外延層，形成壓力敏感膜如圖1(d)，最后將圖1(d)的硅片劃成芯片，利用靜電封接技術將單個芯片與硼硅玻璃封接在一起如圖1(e)所示，再將圖1(e)的芯片封裝在管殼中，即完成了單晶硅壓力傳感器的制造，其管芯結構如圖1(e)所示，這種制造方法及其結構的不足之處是1.需要雙面加工，難以精確控制壓敏元件與壓力腔的對中精度，對中精度不僅受雙面光刻機的影響，還受電化學腐蝕的影響，同時長時間的背面腐蝕又會影響正面壓敏元件和集成電路的性能。這種制造方法難以制造小型壓力傳感器，由于背面腐蝕占了面積，使硅片利用率低，為提高溫度特性還需靜電熔封，工藝十分復雜;
2.這種制造方法難以制造集成壓力傳感器及高密度壓力傳感器陣列，與集成電路工藝兼容性差;
3.由于工藝復雜成品率低，再加上需雙面拋光片或雙面拋光外延片，使其成本高。
本發明的目的是為了克服上述壓力傳感器制造方法及其結構的不足，而提出了一種單面加工制造單晶硅壓力傳感器的方法及單晶硅絕對壓力傳感器的盒式結構。
本發明的技術要點是1.本發明提供了一種單面加工制造單晶硅壓力傳感器的制造方法，其制造過程是首先在下層硅上產生出至少一個空腔，然后將另一上層硅與下層硅封接在一起，接著減薄上層硅至所需厚度，于是在下層硅空腔上得到了一層薄的硅壓力敏感膜，形成了盒式結構，最后利用常規工藝在硅壓力敏感膜上制作壓敏元件，在劃片封裝后即完成了單晶硅絕對壓力傳感器或傳感器陣列的制造，也可在下層硅產生空腔時，使空腔穿透整個下層硅，制成單晶硅差壓傳感器或具有外部參考腔的絕對壓力傳感器。
還可以在參考腔外的硅表面上制做處理電路，制成集成壓力傳感器。
2.本發明提出了一種硅盒結構單晶硅絕對壓力傳感器，其特征是壓力參考腔在硅片內，形成壓力參考腔后，硅片的形狀及加工性能與原始硅片沒有區別。
本發明的優點是1.只需單面加工，消除了上述技術中影響對中精度的主要因素，提高了加工精度，保證了參數的一致性。因壓敏元件制成后不必腐蝕硅片，消除了由此帶來的損傷與影響，提高了硅片利用率，易于制做小型壓力傳感器，硅與硅的熱澎脹系數完全一致，所以不用靜電熔封;
2.這種方法容易制造集成單晶硅壓力傳感器及壓力傳感器陣列，與集成電路工藝兼容性好;
3.由于制造方法簡單，易于實現，整片加工生產效率高，產品成品率高，只需單面拋光片，使成本降低。
實施例
附圖2是
具體實施例方式單面加工制作單晶硅絕對壓力傳感器工藝流程及硅盒結構。首先將圖2(a)(100)面的下層硅采用各向異性腐蝕技術蝕出一個800μm×800μm的空腔，然后將帶有空腔的圖2(b)的下層硅與另一(100)面電阻率為2～4Ωcm的N型上層硅，采用硅片直接鍵合技術鍵合在一起，接著將鍵合好的圖2(c)的硅片用磨、拋技術將上層硅減薄至50μm，再用常規工藝在圖2(d)的腔邊沿10μm處制做由壓敏電阻組成的電橋，最后將做有壓敏元件圖2(e)的硅片劃片封裝，即完成了單晶硅絕對壓力傳感器的制作。含有壓敏元件的硅盒結構如圖2(e)所示。
此外，在形成壓力參考腔后，利用常規工藝制作由壓敏電阻組成電橋的同時，在參考腔以外的硅表面制作CMOS高性能運放，制成片上含有放大電路的集成壓力傳感器。
采用本方法也可制成差壓、絕對壓力兩用的傳感器，只需在下層硅產生空腔時，將空腔穿透整個下層硅，再將硅片與硼硅玻璃利用靜電熔封技術封接在一起即可，其結構如附圖3所示。
附圖1雙面加工單晶硅壓力傳感器的工藝流程及其結構圖附圖2單面加工單晶硅絕對壓力傳感器的工藝流程及硅盒結構圖附圖3單面加工的單晶硅差壓、絕對壓力兩用傳感器結構圖
權利要求
1.一種單面加工單晶硅壓力傳感器的制做方法，其特征是首先在下層硅上產生出至少一個空腔，然后將另一上層硅與下層硅封接在一起并減薄上層硅至所需厚度，在下層硅空腔上獲取硅壓力敏感膜，形成硅盒結構，再利用常規工藝在硅壓力敏感膜上制做壓敏元件，最后劃片封裝制成單晶硅絕對壓力傳感器或傳感器陣列。
2.按照權利要求1所說的單面加工單晶硅壓力傳感器的制做方法，也可在下層硅產生空腔時使空腔穿透整個下層硅，制成差壓、絕對壓力兩用的傳感器。
3.按照權利要求1，2所說的單面加工單晶硅壓力傳感器的制做方法，可在參考腔外的硅表面上采用常規工藝制做處理電路，制成集成壓力傳感器。
4.一種硅盒結構單晶硅絕對壓力傳感器，其特征是壓力參考腔被夾在硅片體內，形成壓力參考腔后硅片的形狀及加工性能與原始硅片沒有區別。
全文摘要
本發明涉及到單晶硅壓力傳感器的制造方法及其結構。本發明提供了一種單晶硅壓力傳感器單面加工的新方法和單晶硅絕對壓力傳感器的盒式結構。本發明具有制造工藝簡單、成品率高、成本低，與集成電路工藝兼容性好等優點
文檔編號G01L9/00GK1047420SQ89103289
公開日1990年11月28日 申請日期1989年5月18日 優先權日1989年5月18日
發明者李志堅, 羅躍林, 鄭心畬, 劉理天 申請人:清華大學