一种单片集成MEMS压力传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种单片集成MEMS压力传感器及其制备方法。本发明专利技术的单片集成MEMS压力传感器包括：单片集成压力芯片、压力缓冲层、基板、引脚框、导线和塑封体；其中，单片集成压力芯片的内部集成单晶硅压力敏感薄膜、压阻式压力敏感电桥和信号调理电路。本发明专利技术的单片集成MEMS压力传感器具有机械和电子系统高度集成、批量大、成本低、体积小等特点，适应多种小尺寸应用领域。

A monolithic integrated MEMS pressure sensor and its preparation method

The invention discloses a monolithic integrated MEMS pressure sensor and a preparation method thereof. The monolithic integrated MEMS pressure sensor of the invention comprises a monolithic integrated pressure chip, a pressure buffer layer, a substrate, a pin frame, a wire and a plastic encapsulation body, wherein the monolithic integrated pressure chip is internally integrated with a single crystal silicon pressure sensitive film, a piezoresistive pressure sensitive bridge and a signal conditioning circuit. The monolithic integrated MEMS pressure sensor of the invention has the characteristics of high integration of mechanical and electronic systems, large batch, low cost and small volume, and is suitable for various small size application fields.

【技术实现步骤摘要】
一种单片集成MEMS压力传感器及其制备方法
本专利技术涉及微电子传感器技术，具体涉及一种单片集成MEMS压力传感器及其制备方法。
技术介绍
MEMS气压传感器面向手机、平板、运动手表、手环等可穿戴设备、智能终端产品及汽车/医疗等工业产品，市场规模高达数十亿只。MEMS压力传感器包括压力芯片(机械组件)和信号调理电路芯片(电子组件)两部分。现有技术中两部分芯片单独制作，然后通过封装的方式集成到一起，不能满足传感器小型化、低成本的趋势，如果将压力芯片(机械组件)和信号调理电路芯片(电子组件)两部分制造在单一芯片上，就可以实现传感器的小型化和低成本。
技术实现思路
针对压力传感器小型化、低成本的要求，本专利技术提供一种单片集成MEMS压力传感器及其制备方法。本专利技术具有压力敏感部分(机械组件)和信号调理电路(电子组件)单芯片一体集成制造的特点。从而具有批量大、成本低、体积小等优势。本专利技术的一个目的在于提供一种压力敏感部分(机械组件)和信号调理电路(电子组件)单芯片一体集成制造的压力传感器。本专利技术的MEMS压力传感器包括：单片集成压力芯片、压力缓冲层、基板、引脚框、导线和塑封体；其中，单片集成压力芯片包括压力敏感部分和信号调理电路部分，压力敏感部分包括单晶硅压力敏感薄膜和压阻式压力敏感电桥，信号调理电路部分布置在压力敏感电桥的周围，通过金属布线和压力敏感电桥连接。在单片集成压力芯片的上表面覆盖压力缓冲层，压力缓冲层包括中心缓冲层和边缘缓冲层两部分，中心缓冲层覆盖在单片集成压力芯片的敏感结构上，边缘缓冲层覆盖在敏感结构的四周，并且露出单片集成压力芯片与导线的焊接点；单片集成压力芯片的下表面设置在基板上；导线将单片集成压力芯片的焊接点与引脚框相连；塑封体将单片集成压力芯片、引脚框和基板封装，并在塑封体的底面或侧面露出引脚框；塑封体与压力缓冲层之间具有空腔，并且在空腔与塑封体的外表面之间开设通孔，与外界连通。单片集成压力芯片在新型SOI硅片上采用兼容8英寸0.18umcmos制程的MEMS工艺制造。芯片内部集成单晶硅压力敏感薄膜、压阻式压力敏感电桥和信号调理电路。压力敏感膜和压阻式压力敏感电桥经过理论设计优化可以实现100nV以下的低噪声。信号调理电路集成24位A/D变换单元和高线性度温度传感器，可以实现1Pa的压力分辨率、0.1℃的温度测量精度，同时提供标准I2C和SPI数字接口，方便与数字终端连接。压力传感器采用塑料封装，整体器件尺寸不超过3mmx3mm。本专利技术的另一个目的在于提供一种单片集成MEMS压力传感器制备方法。本专利技术的单片集成MEMS压力传感器的制备方法，包括以下步骤：1)制作带有压力腔的SOI硅片，压力腔上的单晶硅压力敏感薄膜通过机械减薄形成，薄膜的厚度精度为0.5微米；2)在SOI硅片表面采用8英寸0.18umcmos制程制造信号调理电路和压阻式压力敏感电桥；3)刻蚀压力敏感薄膜上方多层金属布线留下的介质，刻蚀停止到第一层金属；4)腐蚀压力敏感薄膜上方的第一层金属，露出磷硅玻璃作为压阻式压力敏感电桥的钝化保护层；5)晶圆划片；6)单片集成压力芯片塑封；本专利技术的优点：本专利技术的压力传感器在新型SOI硅片上采用兼容8英寸0.18umcmos制程的MEMS工艺制作，压力敏感部分(机械组件)和信号调理电路(电子组件)单芯片一体集成制造。器件具有机械和电子系统高度集成、批量大、成本低、体积小等特点。器件可以实现1Pa的压力分辨率、0.1℃的温度测量精度，通过多点温度补偿软件，实现-40℃～+85℃工作温度范围内±100Pa的测量精度。器件尺寸不超过3mmx3mm，具有较小的封装尺寸。附图说明图1为本专利技术的单片集成MEMS压力传感器的系统示意图；图2为本专利技术的单片集成MEMS压力传感器的单片集成压力芯片未封装的结构示意图，其中(a)位为俯视图，(b)为沿(a)中A-A’线的剖面图；图3(a)至(d)为本专利技术的单片集成MEMS压力传感器的芯片制备方法的流程图；图4为本专利技术的单片集成MEMS压力传感器封装结构示意图。具体实施方式下面结合附图，通过实施例对本专利技术做进一步说明。本实施例的单片集成MEMS压力传感器包括：单片集成压力芯片1、压力缓冲层2、基板3、引脚框4、导线5和塑封体6；其中，单片集成压力芯片1的内部集成单晶硅压力敏感薄膜、压阻式压力敏感电桥和信号调理电路。单片集成压力芯片1采用带有压力腔的SOI硅片7作为衬底，SOI硅片7内部压力腔上的硅片作为单晶硅压力敏感薄膜8。在SOI硅片7上采用8英寸0.18umcmos工艺制造压阻式压力敏感电桥9和信号调理电路10。通过光刻和刻蚀去掉单晶硅压力敏感薄膜8上的多余介质，刻蚀停止到第一层金属11。腐蚀第一层金属11，露出磷硅玻璃12作为压阻式压力敏感电桥9的钝化保护层。对单片集成压力芯片进行塑封。本实施例的单片集成MEMS压力传感器的制备方法，包括以下步骤：1)制作带有压力腔的SOI硅片，压力腔上的压力敏感薄膜通过机械减薄形成，薄膜的厚度精度为0.5微米，如图3(a)所示；2)在SOI硅片表面采用8英寸0.18umcmos制程制造信号调理电路和压阻式压力敏感电桥，如图3(b)所示；3)刻蚀压力敏感薄膜上方多层金属布线留下的介质，刻蚀停止到第一层金属，如图3(c)所示；4)腐蚀压力敏感薄膜上方的第一层金属，露出磷硅玻璃作为压阻式压力敏感电桥的钝化保护层，如图3(d)所示；5)晶圆划片；6)单片集成压力芯片塑封如图4所示；最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本专利技术，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本专利技术及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本专利技术不应局限于实施例所公开的内容，本专利技术要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单片集成MEMS压力传感器，其特征在于，所述单片集成MEMS压力传感器包括：单片集成压力芯片(1)、压力缓冲层(2)、基板(3)、引脚框(4)、导线(5)和塑封体(6)；其中，单片集成压力芯片(1)的内部集成单晶硅压力敏感薄膜(8)、压阻式压力敏感电桥(9)和信号调理电路(10)。

【技术特征摘要】
1.一种单片集成MEMS压力传感器，其特征在于，所述单片集成MEMS压力传感器包括：单片集成压力芯片(1)、压力缓冲层(2)、基板(3)、引脚框(4)、导线(5)和塑封体(6)；其中，单片集成压力芯片(1)的内部集成单晶硅压力敏感薄膜(8)、压阻式压力敏感电桥(9)和信号调理电路(10)。2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：单片集成压力芯片(1)采用带有压力腔的SOI硅片(7)作为衬底，SOI硅片(7)内部压力腔上的硅片作为单晶硅压力敏感薄膜(8)。3.如权利要求1所述的单片集成MEMS压力传感器，其特征在于，所述单片集成压力芯片(1)的内部集成了单晶硅压力敏感薄膜(8)、压阻式压力敏感电桥(9)和信号调理电路(10)。4.如权利要求1-3任一项所述的单片集成MEMS压力传感器，其特征在于，在SOI硅片(7)上采用8英寸0.18umcmos工艺制造压阻式压力敏感电桥(9)和信号调理电路(10)。5.如权利要求1-3任一项所述的单片集成MEMS压力传感器，其特征在于，所述单片集成压力芯片(1)通过光刻和刻蚀去掉单晶硅压力敏感薄膜(8)上的多余介质，刻蚀停止到第一层金属(11)。6.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：周浩楠，张威，苏卫国，李宋，陈广忠，詹清颖，张亚婷，
申请(专利权)人：北京协同创新研究院，北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11