本申請屬于半導體器件,尤其涉及一種基于倒裝焊工藝的壓力傳感器的制備方法及壓力傳感器。
背景技術:
1、在相關技術中,為了保護構件結構不受外部影響,特別是針對微型化和高精度需求的應用場景,mems(微機電系統)壓力傳感器得到了廣泛應用。mems壓力傳感器是一種基于微電子技術制造的高精度、微型化的壓力測量設備,它利用微機械結構來感知外界壓力變化,并將其轉換為電信號輸出。
2、在mems壓力傳感器的設計中,為了使mems壓力傳感器能夠在高動壓下應用,一種方法是設計加大動態范圍,以應對更廣泛的壓力變化范圍,但這種方法可能導致傳感器在特定壓力范圍內的精度和穩定性下降。另一種方法是將芯片封在油液中,并在外面包裹上不銹鋼薄膜,雖然這種方法可能提供了一定的機械保護和穩定性,但在高動壓、壓力變化大的情況下,膜結構的形變量大,容易過載導致膜結構損壞,影響傳感器的響應頻率和靈敏度。因此,上述方法無法使mems壓力傳感器應用于高動態信號的響應領域,限制了其應用范圍。
3、綜上,如何在mems壓力傳感器的設計中,找到一種既能有效保護構件結構,又能保持或提高響應頻率和靈敏度的保護方法,以滿足高動態性能的需求。
技術實現思路
1、為克服相關技術中存在的問題,本申請實施例提供了一種基于倒裝焊工藝的壓力傳感器的制備方法及壓力傳感器,能夠找到一種既能有效保護構件結構,又能保持或提高響應頻率和靈敏度的保護方法,以滿足高動態性能的需求。
2、本申請是通過如下技術方案實現的:
3、第一方面,本申請實施例提供了一種基于倒裝焊工藝的壓力傳感器的制備方法,包括:
4、在襯底上生長氧化層;
5、在氧化層上設置敏感薄膜層;敏感薄膜層設置有壓敏電阻;
6、在敏感薄膜層上設置布線層;
7、在布線層上設置硅蓋片層;硅蓋片層的腔體上設置有不同高度和不同位置的止擋結構;硅蓋片層與敏感薄膜層、布線層圍成封閉空腔結構;止擋結構被包圍在封閉空腔結構內;
8、在硅蓋片層進行刻蝕硅通孔,并應用重分布層工藝來連接硅通孔和布線層;
9、在硅蓋片層上設置阻焊層;
10、刻蝕襯底的背面,形成壓力敏感腔。
11、一實施例中,布線層包括絕緣層、布線和鍵合介質層;
12、在敏感薄膜層上設置布線層,包括:
13、在敏感薄膜層的上表面淀積第二預設圖形的絕緣層;絕緣層的中心預留部分腔體;
14、在絕緣層上設置布線和鍵合介質層;布線用于連接敏感薄膜層和硅蓋片層;硅蓋片層的中心預留部分腔體;鍵合介質層用于將絕緣層和硅蓋片層進行鍵合。
15、一實施例中,在布線層上設置硅蓋片層,包括:
16、根據敏感薄膜層的不同區域的變形程度,確定止擋結構的預設位置;
17、通過自對準工藝,在預設位置分步刻蝕硅蓋片層,形成不同高度的止擋結構,匹配敏感薄膜層的不同區域的變形程度;
18、將具有止擋結構的硅蓋片層與布線層鍵合。
19、一實施例中,止擋結構的高度范圍滿足止擋結構的上表面處于敏感薄膜層最大的可動位置范圍,且處于小于敏感薄膜層的von?mise應力的可動位置范圍。
20、一實施例中,在硅蓋片層進行刻蝕硅通孔之后,在硅蓋片層上設置阻焊層之前,基于倒裝焊工藝的壓力傳感器的制備方法,還包括:
21、將硅蓋片層內的硅通孔進行電鍍,形成金屬層;
22、在金屬層和硅蓋片層上進行第三預設圖形的介質填充,形成隔離層。
23、一實施例中,在氧化層上設置敏感薄膜層,包括:
24、在氧化層上生長敏感薄膜;
25、在敏感薄膜上刻蝕出第一預設圖形的凹槽;
26、將壓敏電阻設置在第一預設圖形的凹槽內,形成敏感薄膜層。
27、一實施例中,基于倒裝焊工藝的壓力傳感器的制備方法還包括:
28、設計專用接地孔,連接襯底的反型層和硅蓋片層。
29、一實施例中,氧化層接地。
30、一實施例中,封閉空腔結構的內部壓力小于一個大氣壓。
31、第二方面,本申請提供了一種基于倒裝焊工藝的壓力傳感器,應用如第一方面的基于倒裝焊工藝的壓力傳感器的制備方法制備,從下至上依次包括襯底、氧化層、敏感薄膜層、布線層、硅蓋片層和阻焊層;
32、其中,敏感薄膜層設置有壓敏電阻;硅蓋片層的腔體上設置有不同高度和不同位置的止擋結構;硅蓋片層與敏感薄膜層、布線層圍成封閉空腔結構;止擋結構被包圍在封閉空腔結構內;在硅蓋片層內設置有硅通孔,硅通孔和布線層連接;襯底的背面設置有壓力敏感腔。
33、本申請實施例與現有技術相比存在的有益效果是:
34、本申請實施例,通過在硅蓋片層的腔體上設置止擋結構,與敏感薄膜層、布線層共同圍成封閉空腔結構,使得敏感薄膜層能夠直接面對外部環境,無需額外的保護層或介質層,直接暴露硅膜于外部環境減少了信號傳輸過程中的介質阻礙,從而提高了傳感器的響應頻率。
35、在動壓傳感器的應用場景中,傳感器往往需要承受較大的壓力和振動,傳統的傳感器設計往往難以承受這些極端條件,容易導致結構損壞或失效,而本制備方法通過加入止擋結構,通過設置不同高度和位置的止擋結構,還可以實現對敏感薄膜層在不同壓力條件下的有效支撐和保護,當傳感器受到過大的壓力或諧振影響時,止擋結構能夠吸收部分能量,減輕對硅膜的沖擊和損傷,顯著提高了傳感器的抗壓能力和抗諧振能力,從而避免了結構損壞失效的風險。
36、應當理解的是,以上的一般描述和后文的細節描述僅是示例性和解釋性的,并不能限制本說明書。
1.一種基于倒裝焊工藝的壓力傳感器的制備方法,其特征在于,包括:
2.如權利要求1所述的基于倒裝焊工藝的壓力傳感器的制備方法,其特征在于,所述布線層包括絕緣層、布線和鍵合介質層;
3.如權利要求1所述的基于倒裝焊工藝的壓力傳感器的制備方法,其特征在于,所述在所述布線層上設置硅蓋片層,包括:
4.?如權利要求1所述的基于倒裝焊工藝的壓力傳感器的制備方法,其特征在于,所述止擋結構的高度范圍滿足所述止擋結構的上表面處于所述敏感薄膜層最大的可動位置范圍,且處于小于所述敏感薄膜層的von?mise應力的可動位置范圍。
5.如權利要求1所述的基于倒裝焊工藝的壓力傳感器的制備方法,其特征在于,在硅蓋片層進行刻蝕硅通孔之后,在所述硅蓋片層上設置阻焊層之前,所述基于倒裝焊工藝的壓力傳感器的制備方法,還包括:
6.如權利要求1所述的基于倒裝焊工藝的壓力傳感器的制備方法,其特征在于,所述在所述氧化層上設置敏感薄膜層,包括:
7.如權利要求1所述的基于倒裝焊工藝的壓力傳感器的制備方法,其特征在于,還包括:
8.如權利要求1所述的基于倒裝焊工藝的壓力傳感器的制備方法,其特征在于,所述氧化層接地。
9.如權利要求1所述的基于倒裝焊工藝的壓力傳感器的制備方法,其特征在于,所述封閉空腔結構的內部壓力小于一個大氣壓。
10.一種基于倒裝焊工藝的壓力傳感器,其特征在于,應用如權利要求1至9任一項所述的基于倒裝焊工藝的壓力傳感器的制備方法制備,從下至上依次包括襯底、氧化層、敏感薄膜層、布線層、硅蓋片層和阻焊層;