气压与加速度传感器相集成的MEMS芯片制造技术

本实用新型专利技术公开了气压与加速度传感器相集成的MEMS芯片，包括单晶硅片、玻璃盖板和玻璃底板，单晶硅片上集成有气压传感器和加速度传感器，气压传感器包括第一感应硅膜、多个位于第一感应硅膜上的第一应力敏感电阻、以及从玻璃盖板底端向上嵌入玻璃盖板内的第一凹槽，玻璃底板上设有上下贯通的气体导入孔；加速度传感器包括质量块、与质量块一端连接的弹性悬臂梁、位于弹性悬臂梁上的多个第二应力敏感电阻、以及从玻璃盖板底端向上嵌入玻璃盖板内的第二凹槽。本实用新型专利技术优点：将气压传感器与加速度传感器用同一套工艺集成在一个芯片中，尺寸小，结构紧凑；灵敏度高，可靠性及稳定性好。该芯片制作工艺简单，成本低。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了气压与加速度传感器相集成的MEMS芯片，包括单晶硅片、玻璃盖板和玻璃底板，单晶硅片上集成有气压传感器和加速度传感器，气压传感器包括第一感应硅膜、多个位于第一感应硅膜上的第一应力敏感电阻、以及从玻璃盖板底端向上嵌入玻璃盖板内的第一凹槽，玻璃底板上设有上下贯通的气体导入孔；加速度传感器包括质量块、与质量块一端连接的弹性悬臂梁、位于弹性悬臂梁上的多个第二应力敏感电阻、以及从玻璃盖板底端向上嵌入玻璃盖板内的第二凹槽。本技术优点：将气压传感器与加速度传感器用同一套工艺集成在一个芯片中，尺寸小，结构紧凑；灵敏度高，可靠性及稳定性好。该芯片制作工艺简单，成本低。【专利说明】气压与加速度传感器相集成的MEMS芯片
本技术涉及一种运用于TPMS (轮胎压力监测系统)的MEMS (微机电系统)芯片，尤其涉及的是一种气压与加速度传感器相集成的MEMS芯片，属于MEMS
。
技术介绍
TPMS主要用于汽车行驶过程中实时监测轮胎气压，并对轮胎漏气和低气压进行报警，以保障行车安全。在传感器模块中，气压传感器检测轮胎的压力，并通过射频将数值传送到接收机，接收机根据软件设定进行预警判断。气压传感器是否检测及检测的频率则由加速度传感器决定，利用加速度传感器对运动的敏感性，可以实现汽车启动时自动开机唤醒，汽车高速行驶时按运动速度确定检测周期，保证预警能力的同时降低功耗。气压与加速度传感器相集成的MEMS芯片的结构及制作方法在现有技术中已经有所涉及，但均存在一些显著的缺陷。如专利号为ZL 200910051766.1的专利，公开了一种测试加速度、压力和温度的集成硅芯片及制作方法，其采用多晶硅薄膜形成力敏电阻条制作压力传感器，采用热电堆检测由加速度引起的密封空腔内的温度差来检测加速度。该专利采用的多晶硅材料压阻系数远低于单晶硅，所以灵敏度偏低；采用多晶硅电阻做加热器，使得系统的功耗增加，使得电池电量会很快耗尽，另外汽车在高速运动时，温度的上升对密封腔内的温度差影响较大。再如专利号为ZL 201010553946.2的专利，也公开了一种加速度和压力传感器单单晶硅片集成芯片及制作方法，其通过横向刻蚀技术形成单晶硅薄膜和嵌入式腔体，并在单晶硅薄膜上表面分布压阻制作压力传感器，加速度传感器采用双悬臂梁和质量块结构，采用电镀铜方法增加质量块质量，提高灵敏度。该专利采用侧壁根部横向刻蚀技术形成薄膜和腔体，刻蚀速率不易控制；另外，无法形成较大的质量块，需要额外采用镀铜的方式增加质量块的质量。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种气压与加速度传感器相集成的MEMS芯片，该芯片将气压传感器与加速度传感器集成在一个芯片中，结构紧凑，性能可靠；且该芯片的制作方法简单，容易控制，成本低，适于大批量生产。本技术是通过以下技术方案实现的:本技术提供的一种气压与加速度传感器相集成的MEMS芯片，包括作为主体的单晶硅片、以及分别位于所述单晶硅片顶端和底端的玻璃盖板和玻璃底板，所述单晶硅片上集成有气压传感器和加速度传感器，其中，所述气压传感器包括位于单晶娃片顶端的第一感应娃膜、多个位于所述第一感应硅膜上的第一应力敏感电阻、以及从所述玻璃盖板底端向上嵌入所述玻璃盖板内的第一凹槽，所述第一凹槽位于所述第一感应硅膜之上且能完全覆盖住所述第一感应硅膜，所述第一凹槽与所述单晶硅片的顶端形成一个密封的第一真空腔，所述单晶硅片在第一感应膜之下设有下端开口的第一空腔，所述玻璃底板上设有上下贯通的气体导入孔，所述气体导入孔与所述第一空腔连通，所述多个第一应力敏感电阻连接成压力检测电路；所述加速度传感器包括质量块、与所述质量块一端连接的弹性悬臂梁、位于所述弹性悬臂梁上的多个第二应力敏感电阻、以及从所述玻璃盖板底端向上嵌入所述玻璃盖板内的第二凹槽，所述弹性悬臂梁位于所述单晶硅片顶端，所述第二凹槽位于所述质量块和弹性悬臂梁之上且能完全覆盖住所述质量块和弹性悬臂梁，所述单晶硅片在质量块和弹性悬臂梁之下设有下端开口的第二空腔，所述第二空腔的底端经过所述玻璃底板密闭，所述第二空腔与所述第二凹槽通过质量块周围的间隙连通为一个整体式的密封的第二真空腔，所述多个第二应力敏感电阻连接成加速度检测电路；所述压力检测电路和加速度检测电路通过引线和焊盘引出单晶硅片外。作为上述技术方案的进一步优化，所述玻璃底板的气体导入孔被第一空腔覆盖且位于所述第一感应娃膜的中心位置处。作为上述技术方案的进一步优化，所述压力检测电路为四个等阻值的第一应力敏感电阻连接组成惠斯通电桥。作为上述技术方案的进一步优化，所述加速度检测电路为四个等阻值的第二应力敏感电阻连接组成惠斯通电桥。作为上述技术方案的进一步优化，所述单晶硅片为N型(100)晶面的单晶硅片。作为上述技术方案的进一步优化，所述质量块向下凸出且所述质量块呈上大下小的梯形块。作为上述技术方案的进一步优化，所述单晶硅片与所述玻璃盖板和玻璃底板均通过阳极键合。本技术还提供了上述气压与加速度传感器相集成的MEMS芯片的制作方法，包括如下步骤:(I)双面抛光单晶硅片并清洗；采用光刻胶做掩膜，采用离子注入淡硼的方法在单晶硅片上制作多个第一应力敏感电阻以及多个第二应力敏感电阻的电阻条，电阻条沿着〈111〉晶向；(2)在单晶硅片顶端上与玻璃盖板的阳极键合区域以及每根电阻条的两端区域为浓硼区，对浓硼区采用离子注入的方法注入浓硼形成浓硼导线；(3)采用低压化学气相沉积法依次在单晶硅片顶端生长一层二氧化硅层和一层氮化硅层作为绝缘层；(4)以光刻胶为掩膜，采用反应离子刻蚀工艺，去除单晶硅片顶端上的欧姆接触区、引线孔以及阳极键合区域内的氮化硅层和二氧化硅层；然后溅射金属铝，以光刻胶为掩膜，湿法腐蚀多余铝，形成引线和焊盘；(5)采用二次掩膜法湿法腐蚀单晶硅片的背腔，从而制作形成所需的第一感应硅膜、质量块，具体过程如下:(5.1)同样采用低压化学气相沉积法的方法在单晶硅片底端依次生长二氧化硅层和氮化硅层，以光刻胶为掩膜，采用反应离子刻蚀工艺去除所需第一空腔和第二空腔所对应区域的氮化硅只留下二氧化硅层；然后在第二空腔对应的二氧化硅层中，以光刻胶为掩膜，采用反应离子刻蚀工艺去除位于质量块四周的四个矩形条区域的二氧化硅，位于质量块四周的四个矩形条区域露出单晶硅片来，形成一次掩膜；(5.2)利用一次掩膜，采用四甲基氢氧化铵或氢氧化钾对单晶硅片进行各向异性腐蚀，腐蚀速率由四甲基氢氧化铵或氢氧化钾腐蚀液的浓度和温度调控，使得位于质量块四周的四个矩形条区域形成V型槽，深度不再增加；第一空腔所对应的区域由于有二氧化硅的存在没有被腐蚀；(5.3)米用氢氟酸腐蚀一次掩膜露出的二氧化娃层使该区域露出单晶娃片来,形成二次掩膜，二次掩膜的无掩膜区域对应单晶硅片上所需第一空腔和第二空腔的区域；利用二次掩膜，采用四甲基氢氧化铵或氢氧化钾继续对单晶硅片进行各向异性腐蚀，从而形成了气压传感器的第一空腔，第一空腔的底面形成一个平面，作为气压传感器的第一感应硅膜，以及形成了加速度传感器凸起的质量块；(6)采用反应离子刻蚀工艺刻蚀单晶硅片底端的氮化硅层，然后用氢氟酸漂去二氧化硅层，从而实现玻璃与单晶硅片的直接键合；(7)采用机械加工方法加工玻本文档来自技高网...

【技术保护点】
气压与加速度传感器相集成的MEMS芯片，其特征在于：包括作为主体的单晶硅片、以及分别位于所述单晶硅片顶端和底端的玻璃盖板和玻璃底板，所述单晶硅片上集成有气压传感器和加速度传感器，其中,所述气压传感器包括位于单晶硅片顶端的第一感应硅膜、多个位于所述第一感应硅膜上的第一应力敏感电阻、以及从所述玻璃盖板底端向上嵌入所述玻璃盖板内的第一凹槽，所述第一凹槽位于所述第一感应硅膜之上且能完全覆盖住所述第一感应硅膜，所述第一凹槽与所述单晶硅片的顶端形成一个密封的第一真空腔，所述单晶硅片在第一感应膜之下设有下端开口的第一空腔，所述玻璃底板上设有上下贯通的气体导入孔，所述气体导入孔与所述第一空腔连通，所述多个第一应力敏感电阻连接成压力检测电路；所述加速度传感器包括质量块、与所述质量块一端连接的弹性悬臂梁、位于所述弹性悬臂梁上的多个第二应力敏感电阻、以及从所述玻璃盖板底端向上嵌入所述玻璃盖板内的第二凹槽，所述弹性悬臂梁位于所述单晶硅片顶端，所述第二凹槽位于所述质量块和弹性悬臂梁之上且能完全覆盖住所述质量块和弹性悬臂梁，所述单晶硅片在质量块和弹性悬臂梁之下设有下端开口的第二空腔，所述第二空腔的底端经过所述玻璃底板密闭，所述第二空腔与所述第二凹槽通过质量块周围的间隙连通为一个整体式的密封的第二真空腔，所述多个第二应力敏感电阻连接成加速度检测电路；所述压力检测电路和加速度检测电路通过引线和焊盘引出单晶硅片外。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谷永先，胡国俊，郭育华，兰欣，曾鸿江，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：新型
国别省市：安徽;34