氣壓與加速度傳感器相集成的mems芯片及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了氣壓與加速度傳感器相集成的MEMS芯片，包括單晶硅片、玻璃蓋板和玻璃底板，單晶硅片上集成有氣壓傳感器和加速度傳感器，氣壓傳感器包括第一感應(yīng)硅膜、多個位于第一感應(yīng)硅膜上的第一應(yīng)力敏感電阻、以及從玻璃蓋板底端向上嵌入玻璃蓋板內(nèi)的第一凹槽，玻璃底板上設(shè)有上下貫通的氣體導(dǎo)入孔；加速度傳感器包括質(zhì)量塊、與質(zhì)量塊一端連接的彈性懸臂梁、位于彈性懸臂梁上的多個第二應(yīng)力敏感電阻、以及從玻璃蓋板底端向上嵌入玻璃蓋板內(nèi)的第二凹槽。本發(fā)明還公開了該芯片的制作方法。本發(fā)明優(yōu)點：將氣壓傳感器與加速度傳感器用同一套工藝集成在一個芯片中，尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊；靈敏度高，可靠性及穩(wěn)定性好。該芯片制作工藝簡單，成本低。
【專利說明】氣壓與加速度傳感器相集成的MEMS芯片及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種運用于TPMS (輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)M^mems (微機(jī)電系統(tǒng))芯片，尤其涉及的是一種氣壓與加速度傳感器相集成的MEMS芯片及其制作方法，屬于MEMS【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]TPMS主要用于汽車行駛過程中實時監(jiān)測輪胎氣壓，并對輪胎漏氣和低氣壓進(jìn)行報警，以保障行車安全。在傳感器模塊中，氣壓傳感器檢測輪胎的壓力，并通過射頻將數(shù)值傳送到接收機(jī)，接收機(jī)根據(jù)軟件設(shè)定進(jìn)行預(yù)警判斷。氣壓傳感器是否檢測及檢測的頻率則由加速度傳感器決定，利用加速度傳感器對運動的敏感性，可以實現(xiàn)汽車啟動時自動開機(jī)喚醒，汽車高速行駛時按運動速度確定檢測周期，保證預(yù)警能力的同時降低功耗。
[0003]氣壓與加速度傳感器相集成的MEMS芯片的結(jié)構(gòu)及制作方法在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)有所涉及，但均存在一些顯著的缺陷。如專利號為ZL200910051766.1的專利，公開了一種測試加速度、壓力和溫度的集成硅芯片及制作方法，其采用多晶硅薄膜形成力敏電阻條制作壓力傳感器，采用熱電堆檢測由加速度引起的密封空腔內(nèi)的溫度差來檢測加速度。該專利采用的多晶硅材料壓阻系數(shù)遠(yuǎn)低于單晶硅，所以靈敏度偏低；采用多晶硅電阻做加熱器，使得系統(tǒng)的功耗增加，使得電池電量會很快耗盡，另外汽車在高速運動時，溫度的上升對密封腔內(nèi)的溫度差影響較大。再如專利號為ZL201010553946.2的專利，也公開了一種加速度和壓力傳感器單單晶硅 片集成芯片及制作方法，其通過橫向刻蝕技術(shù)形成單晶硅薄膜和嵌入式腔體，并在單晶硅薄膜上表面分布壓阻制作壓力傳感器，加速度傳感器采用雙懸臂梁和質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)，采用電鍍銅方法增加質(zhì)量塊質(zhì)量，提高靈敏度。該專利采用側(cè)壁根部橫向刻蝕技術(shù)形成薄膜和腔體，刻蝕速率不易控制；另外，無法形成較大的質(zhì)量塊，需要額外采用鍍銅的方式增加質(zhì)量塊的質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種氣壓與加速度傳感器相集成的MEMS芯片及其制作方法，該芯片將氣壓傳感器與加速度傳感器集成在一個芯片中，結(jié)構(gòu)緊湊，性能可靠；且該芯片的制作方法簡單，容易控制，成本低，適于大批量生產(chǎn)。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明提供的一種氣壓與加速度傳感器相集成的MEMS芯片，包括作為主體的單晶硅片、以及分別位于所述單晶硅片頂端和底端的玻璃蓋板和玻璃底板，所述單晶硅片上集成有氣壓傳感器和加速度傳感器，其中，
[0007]所述氣壓傳感器包括位于單晶娃片頂端的第一感應(yīng)娃膜、多個位于所述第一感應(yīng)硅膜上的第一應(yīng)力敏感電阻、以及從所述玻璃蓋板底端向上嵌入所述玻璃蓋板內(nèi)的第一凹槽，所述第一凹槽位于所述第一感應(yīng)硅膜之上且能完全覆蓋住所述第一感應(yīng)硅膜，所述第一凹槽與所述單晶硅片的頂端形成一個密封的第一真空腔，所述單晶硅片在第一感應(yīng)膜之下設(shè)有下端開口的第一空腔，所述玻璃底板上設(shè)有上下貫通的氣體導(dǎo)入孔，所述氣體導(dǎo)入孔與所述第一空腔連通，所述多個第一應(yīng)力敏感電阻連接成壓力檢測電路；.[0008]所述加速度傳感器包括質(zhì)量塊、與所述質(zhì)量塊一端連接的彈性懸臂梁、位于所述彈性懸臂梁上的多個第二應(yīng)力敏感電阻、以及從所述玻璃蓋板底端向上嵌入所述玻璃蓋板內(nèi)的第二凹槽，所述彈性懸臂梁位于所述單晶硅片頂端，所述第二凹槽位于所述質(zhì)量塊和彈性懸臂梁之上且能完全覆蓋住所述質(zhì)量塊和彈性懸臂梁，所述單晶硅片在質(zhì)量塊和彈性懸臂梁之下設(shè)有下端開口的第二空腔，所述第二空腔的底端經(jīng)過所述玻璃底板密閉，所述第二空腔與所述第二凹槽通過質(zhì)量塊周圍的間隙連通為一個整體式的密封的第二真空腔，所述多個第二應(yīng)力敏感電阻連接成加速度檢測電路；所述壓力檢測電路和加速度檢測電路通過引線和焊盤引出單晶硅片外。.[0009]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述玻璃底板的氣體導(dǎo)入孔被第一空腔覆蓋且位于所述第一感應(yīng)娃膜的中心位置處。.[0010]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述壓力檢測電路為四個等阻值的第一應(yīng)力敏感電阻連接組成惠斯通電橋。.[0011]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述加速度檢測電路為四個等阻值的第二應(yīng)力敏感電阻連接組成惠斯通電橋。.[0012]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述單晶硅片為N型(100)晶面的單晶硅片。.[0013]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述質(zhì)量塊向下凸出且所述質(zhì)量塊呈上大下小的梯形塊。.[0014]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述單晶硅片與所述玻璃蓋板和玻璃底板均通過陽極鍵合。.[0015]本發(fā)明還提供了上述氣壓與加速度傳感器相集成的MEMS芯片的制作方法，包括如下步驟:.[0016](I)雙面拋光單晶硅片并清洗；采用光刻膠做掩膜，采用離子注入淡硼的方法在單晶硅片上制作多個第一應(yīng)力敏感電阻以及多個第二應(yīng)力敏感電阻的電阻條，電阻條沿著〈111〉晶向；.[0017](2)在單晶硅片頂端上與玻璃蓋板的陽極鍵合區(qū)域以及每根電阻條的兩端區(qū)域為濃硼區(qū)，對濃硼區(qū)采用離子注入的方法注入濃硼形成濃硼導(dǎo)線；.[0018](3)采用低壓化學(xué)氣相沉積法依次在單晶硅片頂端生長一層二氧化硅層和一層氮化硅層作為絕緣層；.[0019](4)以光刻膠為掩膜，采用反應(yīng)離子刻蝕工藝，去除單晶硅片頂端上的歐姆接觸區(qū)、引線孔以及陽極鍵合區(qū)域內(nèi)的氮化硅層和二氧化硅層；然后濺射金屬鋁，以光刻膠為掩膜，濕法腐蝕多余鋁，形成引線和焊盤；.[0020](5)采用二次掩膜法濕法腐蝕單晶硅片的背腔，從而制作形成所需的第一感應(yīng)硅膜、質(zhì)量塊，具體過程如下:.[0021](5.1)同樣采用低壓化學(xué)氣相沉積法的方法在單晶硅片底端依次生長二氧化硅層和氮化硅層，以光刻膠為掩膜，采用反應(yīng)離子刻蝕工藝去除所需第一空腔和第二空腔所對應(yīng)區(qū)域的氮化硅只留下二氧化硅層；然后在第二空腔對應(yīng)的二氧化硅層中，以光刻膠為掩膜，采用反應(yīng)離子刻蝕工藝去除位于質(zhì)量塊四周的四個矩形條區(qū)域的二氧化硅，位于質(zhì)量塊四周的四個矩形條區(qū)域露出單晶硅片來，形成一次掩膜； [0022](5.2)利用一次掩膜，采用四甲基氫氧化銨或氫氧化鉀對單晶硅片進(jìn)行各向異性腐蝕，腐蝕速率由四甲基氫氧化銨或氫氧化鉀腐蝕液的濃度和溫度調(diào)控，使得位于質(zhì)量塊四周的四個矩形條區(qū)域形成V型槽，深度不再增加；第一空腔所對應(yīng)的區(qū)域由于有二氧化硅的存在沒有被腐蝕； [0023](5.3)米用氫氟酸腐蝕一次掩膜露出的二氧化娃層使該區(qū)域露出單晶娃片來,形成二次掩膜，二次掩膜的無掩膜區(qū)域?qū)?yīng)單晶硅片上所需第一空腔和第二空腔的區(qū)域；利用二次掩膜，采用四甲基氫氧化銨或氫氧化鉀繼續(xù)對單晶硅片進(jìn)行各向異性腐蝕，從而形成了氣壓傳感器的第一空腔，第一空腔的底面形成一個平面，作為氣壓傳感器的第一感應(yīng)硅膜，以及形成了加速度傳感器凸起的質(zhì)量塊； [0024](6)采用反應(yīng)離子刻蝕工藝刻蝕單晶硅片底端的氮化硅層，然后用氫氟酸漂去二氧化硅層，從而實現(xiàn)玻璃與單晶硅片的直接鍵合； [0025](7)采用機(jī)械加工方法加工玻璃底板對應(yīng)的氣體導(dǎo)入孔，然后將單晶硅片與玻璃底板陽極鍵合，使得玻璃底板的氣體導(dǎo)入孔與單晶硅片的第一空腔相通； [0026](8)采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕工藝釋放質(zhì)量塊，與質(zhì)量塊周圍相連接的硅薄膜便部分鏤空形成彈性懸臂梁結(jié)構(gòu)； [0027](9)采用機(jī)械加工方法加工玻璃蓋板對應(yīng)的第一凹槽和第二凹槽，然后將單晶硅片與玻璃蓋板陽極鍵合，使第一凹槽完全覆蓋住第一感應(yīng)硅膜，第二凹槽完全覆蓋住質(zhì)量塊和彈性懸臂梁，第二凹槽與第二空腔連通為一個整體式的密封的第二真空腔。 [0028]作為上述氣壓與加速度傳感器相集成的MEMS芯片的制作方法的優(yōu)選實施方式，所述玻璃底板與單晶硅片鍵合后，其氣體導(dǎo)入孔被所述第一空腔覆蓋且位于所述第一感應(yīng)硅膜的中心位置處。 [0029]作為上述氣壓與加速度傳感器相集成的MEMS芯片的制作方法的優(yōu)選實施方式，所述單晶硅片為N型(100)晶面的單晶硅片。 [0030]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點: [0031]本發(fā)明提供的氣壓與加速度傳感器相集成的MEMS芯片，采用獨特的玻璃-硅片_玻璃三明治結(jié)構(gòu)，將氣壓傳感器與加速度傳感器米用同一套工藝集成在一個芯片中，尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)部電路通過引線和焊盤引出，便于與ASIC引線鍵合及封裝成單一芯片；用于TPMS系統(tǒng)中，可同時完成對氣壓和加速度各參數(shù)的檢測，采用單晶硅片，靈敏度高，可靠性及穩(wěn)定性好。該芯片的制作方法采用獨特的二次掩膜方法濕法腐蝕單晶硅片的背腔，同時形成氣壓傳感器的第一感應(yīng)硅膜、以及加速度傳感器的質(zhì)量塊和彈性懸臂梁，可直接形成較大質(zhì)量的質(zhì)量塊，無需額外采用鍍銅或其他方式來增加質(zhì)量塊的質(zhì)量，采用同一套工藝同時完成氣壓傳感器及加速度傳感器的制作，且制作工藝簡單，容易控制，成本低，適于大批量生產(chǎn)。 【專利附圖】

【附圖說明】 [0032]圖1是氣壓與加速度傳感器相集成的MEMS芯片外觀結(jié)構(gòu)示意圖。 [0033]圖2是氣壓與加速度傳感器相集成的MEMS芯片的正面縱剖結(jié)構(gòu)示意圖。 [0034]圖3是壓力檢測電路及加速度檢測電路示意圖。[0035]圖4是玻璃蓋板立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖5是玻璃底板立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]圖6是壓力檢測電路及加速度檢測電路在單晶硅片頂端的布局圖。
[0038]圖7是二次掩膜法所采用的一次掩膜。
[0039]圖8是二次掩膜法所采用的二次掩膜。
[0040]圖9是采用二次掩膜法后所得到的單晶硅片立體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0041]下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。
[0042]參見圖1、圖2、圖4、圖5、圖9，本發(fā)明提供的一種氣壓與加速度傳感器相集成的MEMS芯片，包括作為主體的單晶硅片2、以及分別位于單晶硅片2頂端和底端的玻璃蓋板I和玻璃底板3，單晶硅片2為N型(100)晶面的單晶硅片，單晶硅片2與玻璃蓋板I和玻璃底板3均通過陽極鍵合。單晶硅片2上集成有氣壓傳感器和加速度傳感器，其中，
[0043]氣壓傳感器包括位于單晶娃片2頂端的第一感應(yīng)娃膜21、多個位于第一感應(yīng)娃膜21上的第一應(yīng)力敏感電阻R1、以及 從玻璃蓋板I底端向上嵌入玻璃蓋板I內(nèi)的第一凹槽11，第一凹槽11位于第一感應(yīng)硅膜21之上且能完全覆蓋住第一感應(yīng)硅膜21，第一凹槽11與單晶硅片2的頂端形成一個密封的第一真空腔，單晶硅片2在第一感應(yīng)膜21之下設(shè)有下端開口的第一空腔24。玻璃底板3上設(shè)有上下貫通的氣體導(dǎo)入孔31，氣體導(dǎo)入孔31與第一空腔24連通，玻璃底板3的氣體導(dǎo)入孔31被第一空腔24覆蓋且位于第一感應(yīng)硅膜21的中心位置處，從而保證了氣壓傳感器檢測的準(zhǔn)確性。多個第一應(yīng)力敏感電阻Rl連接成壓力檢測電路；
[0044]加速度傳感器包括質(zhì)量塊23、與質(zhì)量塊23 —端連接的彈性懸臂梁22、位于彈性懸臂梁22上的多個第二應(yīng)力敏感電阻R2、以及從玻璃蓋板I底端向上嵌入玻璃蓋板I內(nèi)的第二凹槽12，彈性懸臂梁22位于單晶硅片2頂端，質(zhì)量塊23向下凸出且質(zhì)量塊23呈上大下小的梯形塊。第二凹槽12位于質(zhì)量塊23和彈性懸臂梁22之上且能完全覆蓋住質(zhì)量塊23和彈性懸臂梁22，單晶硅片2在質(zhì)量塊23和彈性懸臂梁22之下設(shè)有下端開口的第二空腔25，第二空腔25的底端經(jīng)過玻璃底板3密閉，第二空腔25與第二凹槽12通過質(zhì)量塊23周圍的間隙連通為一個整體式的密封的第二真空腔，多個第二應(yīng)力敏感電阻R2連接成加速度檢測電路。
[0045]參見圖3、圖6，壓力檢測電路為四個等阻值的第一應(yīng)力敏感電阻Rl連接組成惠斯通電橋。加速度檢測電路為四個等阻值的第二應(yīng)力敏感電阻R2連接組成惠斯通電橋。壓力檢測電路和加速度檢測電路通過引線和焊盤26引出單晶硅片2外。圖3中，4腳為電源輸入的正極，2腳和6腳分別為電源輸入的負(fù)極；氣壓傳感器的四個第一應(yīng)力敏感電阻Rl分布在第一感應(yīng)硅膜21上，當(dāng)?shù)谝桓袘?yīng)硅膜21的兩側(cè)存在壓差時，第一感應(yīng)硅膜21發(fā)生形變，根據(jù)硅的壓阻效應(yīng)，四個第一應(yīng)力敏感電阻Rl的阻值將發(fā)生變化，通過測量I腳和3腳的電壓差即可推算出氣壓的大小。加速度傳感器的四個第二應(yīng)力敏感電阻R2分布在彈性懸臂梁22上，當(dāng)存在加速度時，質(zhì)量塊23受力使得彈性懸臂梁22彎曲變形，根據(jù)硅的壓阻效應(yīng)，四個第二應(yīng)力敏感電阻R2的阻值將發(fā)生變化，通過測量5腳和7腳的電壓差即可推算出加速度的大小。
[0046]本發(fā)明提供的氣壓與加速度傳感器相集成的MEMS芯片，采用獨特的玻璃-硅片_玻璃三明治結(jié)構(gòu)，將氣壓傳感器與加速度傳感器米用同一套工藝集成在一個芯片中，尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)部電路通過引線和焊盤26引出，便于與ASIC引線鍵合及封裝成單一芯片；用于TPMS系統(tǒng)中，可同時完成對氣壓和加速度各參數(shù)的檢測，采用單晶硅片2，靈敏度高，可靠性及穩(wěn)定性好。
[0047]本發(fā)明還提供了上述的氣壓與加速度傳感器相集成的MEMS芯片的制作方法，包括如下步驟:
[0048](1)單晶硅片2優(yōu)先選取N型(100)晶面的單晶硅片，雙面拋光單晶硅片2并清洗；采用光刻膠做掩膜，對圖6中的電阻條位置采用離子注入淡硼的方法在單晶硅片2上制作多個第一應(yīng)力敏感電阻Rl以及多個第二應(yīng)力敏感電阻R2的電阻條，電阻條沿著〈111〉晶向；
[0049](2)在單晶硅片2頂端上與玻璃蓋板I的陽極鍵合區(qū)域以及每根電阻條的兩端區(qū)域為濃硼區(qū)，對濃硼區(qū)采用離子注入的方法注入濃硼形成濃硼導(dǎo)線。在電阻條的兩端注入濃硼是為了實現(xiàn)鋁電極與電阻條之間形成歐姆接觸；由于玻璃蓋板與單晶硅片的陽極鍵合處不能布置鋁導(dǎo)線，所以在此區(qū)域?qū)杵M(jìn)行濃硼摻雜形成濃硼導(dǎo)線。
[0050](3)采用低壓化學(xué)氣相沉積法依次在單晶硅片2頂端生長一層二氧化硅層和一層氮化硅層作為絕緣層；
[0051](4)以光刻膠為掩膜，采用反應(yīng)離子刻蝕工藝，去除單晶硅片2頂端上的歐姆接觸區(qū)、引線孔以及陽極鍵合區(qū)域內(nèi)的氮化硅層和二氧化硅層；然后濺射金屬鋁，以光刻膠為掩膜，濕法腐蝕多余鋁，形成引線和焊盤26 ；
[0052](5)采用二次掩膜法濕法腐蝕單晶硅片2的背腔，從而制作形成所需的第一感應(yīng)硅膜21、質(zhì)量塊23，具體過程如下:
[0053](5.1)同樣采用低壓化學(xué)氣相沉積法的方法在單晶硅片2底端依次生長二氧化硅層和氮化硅層，參見圖7，以光刻膠為掩膜，采用反應(yīng)離子刻蝕工藝去除所需的第一空腔24和第二空腔25所對應(yīng)區(qū)域的氮化硅只留下二氧化硅層；然后在第二空腔25對應(yīng)的二氧化硅層中，以光刻膠為掩膜，采用反應(yīng)離子刻蝕工藝去除位于所需質(zhì)量塊23四周的四個矩形條27區(qū)域的二氧化硅，位于質(zhì)量塊23四周的四個矩形條27區(qū)域露出單晶硅片2來，構(gòu)成無掩膜區(qū)域，從而形成一次掩膜；
[0054](5.2)利用一次掩膜，采用四甲基氫氧化銨或氫氧化鉀對單晶硅片2進(jìn)行各向異性腐蝕，腐蝕速率由四甲基氫氧化銨或氫氧化鉀腐蝕液的濃度和溫度調(diào)控，使得位于質(zhì)量塊23四周的四個矩形條27區(qū)域(即圖7中的無掩膜區(qū)域)形成V型槽，深度不再增加；第一空腔24所對應(yīng)的區(qū)域由于有二氧化硅的存在沒有被腐蝕；
[0055](5.3)參見圖8，采用氫氟酸腐蝕一次掩膜露出的二氧化硅層使該區(qū)域露出單晶硅片2來，形成二次掩膜，圖8中二次掩膜的無掩膜區(qū)域?qū)?yīng)單晶硅片2上所需第一空腔24和第二空腔25的區(qū)域；利用二次掩膜，采用四甲基氫氧化銨或氫氧化鉀繼續(xù)對單晶硅片2進(jìn)行各向異性腐蝕，從而形成了氣壓傳感器的第一空腔24，第一空腔24的底面形成一個平面，作為氣壓傳感器的第一感應(yīng)硅膜21，以及形成了加速度傳感器凸起的質(zhì)量塊23 ;采用二次掩膜法濕法腐蝕單晶硅片2的背腔后，所得到的單晶硅片2的立體結(jié)構(gòu)如圖9所示。
[0056](6)采用反應(yīng)離子刻蝕工藝刻蝕單晶硅片2底端的氮化硅層，然后用氫氟酸漂去二氧化硅層，從而實現(xiàn)玻璃與單晶硅片2的直接鍵合；
[0057](7)采用機(jī)械加工方法加工玻璃底板3對應(yīng)的氣體導(dǎo)入孔31，然后將單晶硅片2與玻璃底板3陽極鍵合，使得玻璃底板3的氣體導(dǎo)入孔31與單晶硅片2的第一空腔24相通；作為優(yōu)選，玻璃底板3與單晶硅片2鍵合后，其氣體導(dǎo)入孔31被第一空腔24完全覆蓋且位于第一感應(yīng)娃膜21的中心位置處；
[0058](8)采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕工藝釋放質(zhì)量塊23，與質(zhì)量塊23周圍相連接的硅薄膜便部分鏤空形成彈性懸臂梁22結(jié)構(gòu)；
[0059](9)采用機(jī)械加工方法加工玻璃蓋板I對應(yīng)的第一凹槽11和第二凹槽12，然后將單晶硅片2與玻璃蓋板I陽極鍵合，使第一凹槽11完全覆蓋住第一感應(yīng)硅膜21，第二凹槽12完全覆蓋住質(zhì)量塊23和彈性懸臂梁22，第二凹槽12與第二空腔25連通為一個整體式的密封的第二真空腔。
[0060]該芯片的制作方法采用獨特的二次掩膜方法濕法腐蝕單晶硅片2的背腔，同時形成氣壓傳感器的第一感應(yīng)硅膜21、以及加速度傳感器的質(zhì)量塊23和彈性懸臂梁22，可直接形成較大質(zhì)量的質(zhì)量塊23，無需額外采用鍍銅或其他方式來增加質(zhì)量塊23的質(zhì)量，即采用同一套工藝同時完成氣壓傳感器及加速度傳感器的制作，且制作工藝簡單，容易控制，成本低，適于大 批量生產(chǎn)。
[0061]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.氣壓與加速度傳感器相集成的MEMS芯片，其特征在于:包括作為主體的單晶硅片、以及分別位于所述單晶硅片頂端和底端的玻璃蓋板和玻璃底板，所述單晶硅片上集成有氣壓傳感器和加速度傳感器，其中， 所述氣壓傳感器包括位于單晶娃片頂端的第一感應(yīng)娃膜、多個位于所述第一感應(yīng)娃膜上的第一應(yīng)力敏感電阻、以及從所述玻璃蓋板底端向上嵌入所述玻璃蓋板內(nèi)的第一凹槽，所述第一凹槽位于所述第一感應(yīng)硅膜之上且能完全覆蓋住所述第一感應(yīng)硅膜，所述第一凹槽與所述單晶硅片的頂端形成一個密封的第一真空腔，所述單晶硅片在第一感應(yīng)膜之下設(shè)有下端開口的第一空腔，所述玻璃底板上設(shè)有上下貫通的氣體導(dǎo)入孔，所述氣體導(dǎo)入孔與所述第一空腔連通，所述多個第一應(yīng)力敏感電阻連接成壓力檢測電路； 所述加速度傳感器包括質(zhì)量塊、與所述質(zhì)量塊一端連接的彈性懸臂梁、位于所述彈性懸臂梁上的多個第二應(yīng)力敏感電阻、以及從所述玻璃蓋板底端向上嵌入所述玻璃蓋板內(nèi)的第二凹槽，所述彈性懸臂梁位于所述單晶硅片頂端，所述第二凹槽位于所述質(zhì)量塊和彈性懸臂梁之上且能完全覆蓋住所述質(zhì)量塊和彈性懸臂梁，所述單晶硅片在質(zhì)量塊和彈性懸臂梁之下設(shè)有下端開口的第二空腔，所述第二空腔的底端經(jīng)過所述玻璃底板密閉，所述第二空腔與所述第二凹槽通過質(zhì)量塊周圍的間隙連通為一個整體式的密封的第二真空腔，所述多個第二應(yīng)力敏感電阻連接成加速度檢測電路；所述壓力檢測電路和加速度檢測電路通過引線和焊盤引出單晶硅片外。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣壓與加速度傳感器相集成的MEMS芯片，其特征在于:所述玻璃底板的氣體導(dǎo)入孔被第一空腔覆蓋且位于所述第一感應(yīng)硅膜的中心位置處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣壓與加速度傳感器相集成的MEMS芯片，其特征在于:所述壓力檢測電路為四個等阻值的第一應(yīng)力敏感電阻連接組成惠斯通電橋。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣壓與加速度傳感器相集成的MEMS芯片，其特征在于:所述加速度檢測電路為四個等阻值的第二應(yīng)力敏感電阻連接組成惠斯通電橋。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣壓與加速度傳感器相集成的MEMS芯片，其特征在于:所述單晶硅片為N型(100)晶面的單晶硅片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的氣壓與加速度傳感器相集成的MEMS芯片，其特征在于:所述質(zhì)量塊向下凸出且所述質(zhì)量塊呈上大下小的梯形塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣壓與加速度傳感器相集成的MEMS芯片，其特征在于:所述單晶硅片與所述玻璃蓋板和玻璃底板均通過陽極鍵合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一所述的氣壓與加速度傳感器相集成的MEMS芯片的制作方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)雙面拋光單晶硅片并清洗；采用光刻膠做掩膜，采用離子注入淡硼的方法在單晶硅片上制作多個第一應(yīng)力敏感電阻以及多個第二應(yīng)力敏感電阻的電阻條，電阻條沿著〈111〉晶向； (2)在單晶硅片頂端上與玻璃蓋板的陽極鍵合區(qū)域以及每根電阻條的兩端區(qū)域為濃硼區(qū)，對濃硼區(qū)采用離子注入的方法注入濃硼形成濃硼導(dǎo)線； (3)采用低壓化學(xué)氣相沉積法依次在單晶硅片頂端生長一層二氧化硅層和一層氮化硅層作為絕緣層； (4)以光刻膠為掩膜，采用反應(yīng)離子刻蝕工藝，去除單晶硅片頂端上的歐姆接觸區(qū)、弓丨線孔以及陽極鍵合區(qū)域內(nèi)的氮化硅層和二氧化硅層；然后濺射金屬鋁，以光刻膠為掩膜，濕法腐蝕多余鋁，形成引線和焊盤； (5)采用二次掩膜法濕法腐蝕單晶硅片的背腔，從而制作形成所需的第一感應(yīng)硅膜、質(zhì)量塊，具體過程如下: (5.1)同樣采用低壓化學(xué)氣相沉積法的方法在單晶硅片底端依次生長二氧化硅層和氮化硅層，以光刻膠為掩膜，采用反應(yīng)離子刻蝕工藝去除所需第一空腔和第二空腔所對應(yīng)區(qū)域的氮化硅只留下二氧化硅層；然后在第二空腔對應(yīng)的二氧化硅層中，以光刻膠為掩膜，采用反應(yīng)離子刻蝕工藝去除位于質(zhì)量塊四周的四個矩形條區(qū)域的二氧化硅，位于質(zhì)量塊四周的四個矩形條區(qū)域露出單晶硅片來，形成一次掩膜； (5.2)利用一次掩膜，采用四甲基氫氧化銨或氫氧化鉀對單晶硅片進(jìn)行各向異性腐蝕，腐蝕速率由四甲基氫氧化銨或氫氧化鉀腐蝕液的濃度和溫度調(diào)控，使得位于質(zhì)量塊四周的四個矩形條區(qū)域形成V型槽，深度不再增加；第一空腔所對應(yīng)的區(qū)域由于有二氧化硅的存在沒有被腐蝕； (5.3)米用氫氟酸腐蝕一次掩膜露出的二氧化娃層使該區(qū)域露出單晶娃片來,形成二次掩膜，二次掩膜的無掩膜區(qū)域?qū)?yīng)單晶硅片上所需第一空腔和第二空腔的區(qū)域；利用二次掩膜，采用四甲基氫氧化銨或氫氧化鉀繼續(xù)對單晶硅片進(jìn)行各向異性腐蝕，從而形成了氣壓傳感器的第一空腔，第一空腔的底面形成一個平面，作為氣壓傳感器的第一感應(yīng)硅膜，以及同時形成了加速度傳感器凸起的質(zhì)量塊； (6)采用反應(yīng)離子刻蝕工藝刻蝕單晶硅片底端的氮化硅層，然后用氫氟酸漂去二氧化硅層，從而實現(xiàn)玻璃與單晶硅片的直接鍵合； (7)采用機(jī)械加工方法加工玻璃底板對應(yīng)的氣體導(dǎo)入孔，然后將單晶硅片與玻璃底板陽極鍵合，使得玻璃底板的氣體導(dǎo)入孔與單晶硅片的第一空腔相通； (8)采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕工藝釋放質(zhì)量塊，與質(zhì)量塊周圍相連接的硅薄膜便部分鏤空形成彈性懸臂梁結(jié)構(gòu)； (9)采用機(jī)械加工方法加工玻璃蓋板對應(yīng)的第一凹槽和第二凹槽，然后將單晶硅片與玻璃蓋板陽極鍵合，使第一凹槽完全覆蓋住第一感應(yīng)硅膜，第二凹槽完全覆蓋住質(zhì)量塊和彈性懸臂梁，第二凹槽與第二空腔連通為一個整體式的密封的第二真空腔。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氣壓與加速度傳感器相集成的MEMS芯片的制作方法，其特征在于，所述玻璃底板與單晶硅片鍵合后，其氣體導(dǎo)入孔被所述第一空腔覆蓋且位于所述第一感應(yīng)娃膜的中心位置處。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氣壓與加速度傳感器相集成的MEMS芯片的制作方法，其特征在于，所述單晶硅片為N型(100)晶面的單晶硅片。
【文檔編號】G01P15/12GK103792036SQ201410078551
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】谷永先, 胡國俊, 郭育華, 蘭欣, 曾鴻江 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所