[發明專利]加速度和壓力傳感器單硅片集成芯片及制作方法

有效

• 申請號: 201010553946.2
• 申請日: 2010-11-22
• 公開（公告）號: CN102476786A
• 公開（公告）日: 2012-05-30
• 發明（設計）人: 李昕欣;王家疇
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: B81B7/04
• 分類號: B81B7/04;B81C1/00;G01P15/12;G01L9/04
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明涉及一種集成了加速度傳感器和壓力傳感器的芯片及制作方法，尤其是一種單硅片單面體微機械加工的加速度和壓力傳感器集成芯片及制作方法，可用于TPMS(輪胎壓力檢測系統)，屬于硅微機械傳感器技術領域。

背景技術

在航空航天、工業自動化控制、汽車電子、航海以及消費電子等領域中，需同時測量加速度、壓力等參數。如在汽車TPMS(輪胎壓力檢測系統)中，利用安裝各輪胎里的壓力傳感器來實時檢測輪胎氣壓情況，并將各個輪胎氣壓狀況信息反饋到控制面板進行實時顯示及監測，確保汽車安全運行。當輪胎氣壓過低或有滲漏現象存在時，系統會自動報警。輪胎中同時安裝有加速度傳感器模塊，加速度傳感器用于檢測汽車是否在行駛，利用其對運動的敏感性，實現汽車移動即時開機，進入系統自檢、自動喚醒。汽車高速行駛時，按運動速度自動智能確定檢測時間周期，并通過輔助軟件對汽車行駛過程中的安全期、敏感期和危險期進行監控并做出預警判斷，以逐漸縮短巡回檢測周期和提高預警能力、從而大大地降低系統功耗。

當前，基于壓阻檢測的TPMS集成芯片結構主要有以下兩種：(1)利用硅片雙面微加工方法結合鍵合技術制作集成芯片，即采用兩步各向異性濕法刻蝕方法分別形成壓力薄膜和質量塊。通過硅-硅鍵合或硅-玻璃鍵合來制作壓力傳感器的參考壓力腔體和加速度傳感器的結構支撐框架，最后再利用硅片正面干法刻蝕釋放可動結構。[Xu?J?B，Zhao?Y?L，Jiang?Z?D?et?al.A?monolithic?siliconmulti-sensor?for?measuring?three-axis?acceleration，pressure?and?temperature?Journalof?Mechanical?Science?and?Technology，2008，22：731-739]。(2)壓力傳感器敏感薄膜由LPCVD(低壓化學氣相沉積)沉積薄膜材料組成，例如：低應力氮化硅、多晶硅等，在薄膜上方制作多晶硅壓敏電阻形成檢測電路；加速度傳感器采用熱對流原理實現檢測[Wang?Q，Li?X?X，Li?T，Bao?M?M，et?al.A?novel?monolithicallyintegrated?pressure，accelerometer?and?temperature?composite?sensor?Transducers2009，Denver，CO，USA.2009：1118-1121]。上述第一種結構方式主要采用硅體微機械工藝制作，采用兩步背面KOH刻蝕減薄硅片和高溫鍵合制作壓力傳感器的腔體及加速度傳感器懸臂梁和質量塊，這種制作方式不僅使加工后的芯片尺寸偏大，增加了生產成本，而且加工后壓力薄膜厚度不均勻，影響傳感器輸出特性。同時，鍵合過程中不同材料間的熱不匹配所導致的殘余應力對傳感器溫漂也會產生較大的影響[Kovacs?GTA，Maluf?NI，Petersen?KE.Bulk?micromachining?of?silicon，P?IEEE，1998，86(8)：1536～1551]。第二種結構方式采用表面微機械工藝替代體微機械工藝，通過采用低應力氮化硅或其他楊氏模量較大的沉積薄膜作為壓力傳感器的敏感結構層，解決了體硅微機械加工薄膜厚度不均勻的問題。并且加工后整體尺寸較小，可有效降低加工成本。但是，由于其通過多晶硅摻雜的方法來加工檢測電阻，且多晶硅電阻壓阻系數遠小于單晶硅，壓阻系數約為單晶硅壓阻系數的二分之一，因此靈敏度偏低，不適于在高靈敏度檢測場合應用。還有就是由于這種結構的傳感器需要通過濕法刻蝕犧牲層來釋放結構，很容易導致薄膜黏附失效，且由于受到薄膜沉積限制，不易制作大量程壓力傳感器。

鑒于此，本發明提出了一種新的基于單硅片的加速度和壓力傳感器集成芯片結構及其制作方法。

發明內容

本發明主要解決的技術問題在于提供一種加速度和壓力傳感器單硅片集成芯片及制作方法，可實現多傳感器芯片集成制造，進而實現芯片的微小型化，滿足芯片低成本、大批量生產的要求。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種加速度和壓力傳感器單硅片集成芯片，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，