[發(fā)明專利]加速度和壓力傳感器單硅片集成芯片及制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010553946.2
• 申請(qǐng)日: 2010-11-22
• 公開（公告）號(hào): CN102476786A
• 公開（公告）日: 2012-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李昕欣;王家疇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): B81B7/04
• 分類號(hào): B81B7/04;B81C1/00;G01P15/12;G01L9/04
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所 31219
• 代理人: 李儀萍

1.一種加速度和壓力傳感器單硅片集成芯片，其特征在于，包括：一塊單晶硅基片和均集成在所述單晶硅基片上的加速度傳感器及壓力傳感器；所述加速度傳感器與壓力傳感器集成于所述單晶硅基片的同一表面；其中，

所述加速度傳感器包括：質(zhì)量塊，與所述質(zhì)量塊連接的彈性懸臂梁，位于所述彈性懸臂梁上的第一應(yīng)力敏感電阻，位于所述單晶硅基片表面的參考電阻，位于所述質(zhì)量塊與彈性懸臂梁周圍嵌入在所述單晶硅基片內(nèi)的運(yùn)動(dòng)空腔，以及具有凹腔的蓋板硅片；所述蓋板硅片覆蓋在質(zhì)量塊和彈性懸臂梁外，使所述運(yùn)動(dòng)空腔與凹腔配合形成密閉腔體；所述質(zhì)量塊由第一單晶硅薄膜和位于所述第一單晶硅薄膜之上的金屬塊組成；所述第一應(yīng)力敏感電阻與所述參考電阻連接成加速度檢測(cè)電路；

所述壓力傳感器包括：第二單晶硅薄膜，多個(gè)位于所述第二單晶硅薄膜上的第二應(yīng)力敏感電阻，以及位于所述第二單晶硅薄膜之下嵌入在所述單晶硅基片內(nèi)的密封壓力腔；所述多個(gè)第二應(yīng)力敏感電阻連接成壓力檢測(cè)電路。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述加速度和壓力傳感器單硅片集成芯片，其特征在于：所述第一應(yīng)力敏感電阻和第二應(yīng)力敏感電阻均為單晶硅應(yīng)力敏感電阻。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述加速度和壓力傳感器單硅片集成芯片，其特征在于：所述單晶硅基片為(111)晶面的單晶硅基片。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述加速度和壓力傳感器單硅片集成芯片，其特征在于：所述第一單晶硅薄膜和第二單晶硅薄膜均為六邊形，且相鄰兩邊的夾角均為120°。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述加速度和壓力傳感器單硅片集成芯片，其特征在于：所述加速度傳感器設(shè)有兩根所述彈性懸臂梁以及兩個(gè)分別位于兩根所述彈性懸臂梁上的第一應(yīng)力敏感電阻，并且設(shè)有兩個(gè)所述參考電阻；兩個(gè)所述參考電阻與兩個(gè)所述第一應(yīng)力敏感電阻連接成半橋檢測(cè)電路。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述加速度和壓力傳感器單硅片集成芯片，其特征在于：所述加速度傳感器中的金屬塊為銅塊，厚度為20μm～30μm。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述加速度和壓力傳感器單硅片集成芯片，其特征在于：所述壓力傳感器設(shè)有四個(gè)第二應(yīng)力敏感電阻，分別兩兩相對(duì)的以所述第二單晶硅薄膜的中心呈中心對(duì)稱分布，且分別位于所述第二單晶硅薄膜的兩條相互垂直的對(duì)稱軸上；四個(gè)所述第二應(yīng)力敏感電阻連接成惠斯頓全橋檢測(cè)電路。

8.一種加速度和壓力傳感器單硅片集成芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、采用離子注入的方法在單晶硅基片上制作應(yīng)力敏感電阻，然后制作表面鈍化保護(hù)層；

步驟二、利用反應(yīng)離子刻蝕工藝在單晶硅基片上間隔的制作多個(gè)釋放窗口，多個(gè)釋放窗口分為兩組分別勾勒出所需第一單晶硅薄膜和第二單晶硅薄膜的輪廓，兩組釋放窗口的深度分別與所需第一單晶硅薄膜和第二單晶硅薄膜的厚度一致；然后在釋放窗口內(nèi)沉積鈍化材料制作側(cè)壁鈍化保護(hù)層；

步驟三、利用反應(yīng)離子刻蝕工藝剝離釋放窗口底部的鈍化材料，然后再利用硅深度反應(yīng)離子刻蝕工藝?yán)^續(xù)向下刻蝕，兩組釋放窗口分別刻蝕至所需運(yùn)動(dòng)空腔和密封壓力腔的深度；

步驟四、通過釋放窗口利用濕法刻蝕工藝橫向腐蝕單晶硅基片，從而制作嵌入在單晶硅基片內(nèi)的運(yùn)動(dòng)空腔和壓力腔體，釋放第一單晶硅薄膜和第二單晶硅薄膜，并通過在釋放窗口內(nèi)沉積多晶硅縫合釋放窗口，完成壓力傳感器中壓力腔體的密封；

步驟五、去除部分表面鈍化保護(hù)層，制作歐姆接觸區(qū)和引線孔，并形成引線和焊盤；

步驟六、在第一單晶硅薄膜上制作金屬塊，然后利用刻蝕工藝釋放由第一單晶硅薄膜和金屬塊構(gòu)成的質(zhì)量塊，并釋放彈性懸臂梁；步驟七、制作具有凹腔的蓋板硅片，并利用BCB膠將所述蓋板硅片粘貼在單晶硅基片上，使蓋板硅片覆蓋質(zhì)量塊和彈性懸臂梁，其凹腔與運(yùn)動(dòng)空腔形成密閉空腔，完成整個(gè)集成芯片的制作。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述加速度和壓力傳感器單硅片集成芯片的制作方法，其特征在于：所述單晶硅基片采用n型(111)晶面的單晶硅基片。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述加速度和壓力傳感器單硅片集成芯片的制作方法，其特征在于：步驟一通過向n型(111)晶面的單晶硅基片進(jìn)行硼離子注入的方法制作應(yīng)力敏感電阻，注入傾斜角為7°～10°，應(yīng)力敏感電阻的方塊電阻值為82～90歐姆。