[发明专利]集成惯性传感器与压力传感器及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别地，本发明涉及集成惯性传感器与压力传感器及其形成方法。

背景技术

从二十世纪八十年代末开始，随着微机电系统(Micro-Electro-Mechanical-System，MEMS)技术的发展，各种传感器实现了微小型化。

目前各种传感器中应用较多的主要包括MEMS压力传感器和MEMS惯性传感器。所述MEMS压力传感器是一种用于检测压力的装置，目前的MEMS压力传感器有硅压阻式压力传感器和硅电容式压力传感器，两者都是在硅片上生成的微机电传感器。MEMS压力传感器广泛应用于汽车电子比如TPMS(轮胎压力监测系统)，消费电子比如胎压计、血压计，工业电子比如数字压力表、数字流量表、工业配料称重等领域。

所述MEMS惯性传感器是一种利用惯性进行测量的装置。在实际应用中，所述MEMS惯性传感器通常指的是加速度计或转角器(又称陀螺仪)。根据传感原理不同，主要有压阻式、电容式、压电式、隧道电流式、谐振式、热电耦合式和电磁式等。MEMS惯性传感器在消费电子类领域主要应用在手机、游戏机等便携式设备中；在汽车领域，主要应用于汽车电子稳定系统(ESP或者ESC)比如汽车安全气囊、车辆姿态测量等、或GPS辅助导航系统；在军用或者宇航领域，主要应用于通讯卫星无线、导弹导引头等。

如前所述，各种传感器在消费类电子、汽车电子以及工业电子中均有广泛的应用，但由于各种传感器的制作与封装方法之间的明显差异，迄今为止仍未有集成化传感器产品进入市场。目前MEMS惯性传感器和MEMS压力传感器已经在汽车轮胎的TPMS(轮胎压力监控系统)中有所应用，然而现在的加速度传感器和压力传感器芯片是分开设计制作，然后封装在一起的。如现有许多公司(如Infineon，Freescale，Bosch，GE等)制作的轮胎气压测控系统产品均采用分立的惯性传感器芯片、压力传感器芯片以及其信号处理电路芯片，然后将其封装在一起。其总体工艺复杂，体积大，成本较高。专利号为US7,518,493B2的美国专利就介绍了这样一种方法。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种集成惯性传感器与压力传感器及其形成方法，克服了现有技术的工艺复杂、体积大、成本较高的缺陷。

为解决上述问题，本发明实施例提供一种集成惯性传感器与压力传感器，包括：

第一衬底，包括第一表面和与之相对的第二表面，所述第一衬底分为第一区域和第二区域；

至少一层或者多层导电层，形成于所述第一衬底的第一表面；

惯性传感器的可移动敏感元素，采用第一区域的第一衬底形成；

第二衬底和第三衬底，所述第二衬底与所述第一衬底上的导电层的表面结合；所述第三衬底与所述第一衬底形成的惯性传感器的可移动敏感元素的一侧结合，且所述第三衬底和所述第二衬底分别位于所述惯性传感器的可移动敏感元素的相对两侧；

压力传感器的敏感薄膜，至少包括第二区域的第一衬底、或者至少包括第二区域的第一衬底上的导电层中的一层。

可选地，所述第一衬底为单晶半导体材料。

可选地，所述导电层包括惯性传感器的第一电屏蔽层、惯性传感器和压力传感器的互连层、惯性传感器的固定电极的支撑点、惯性传感器的可移动敏感元素的支撑点或者其任意组合。

可选地，所述导电层包括惯性传感器的第一电屏蔽层。

可选地，所述导电层包括惯性传感器的互连层和第一电屏蔽层，所述互连层比所述第一电屏蔽层更为靠近所述第一衬底的第一表面。

可选地，所述第三衬底上形成有导电材料层，所述压力传感器的敏感薄膜包括第二区域的第一衬底上的导电层中的一层或者包括第二区域的第一衬底；

压力传感器的固定电极采用第二区域的第一衬底上的导电层中的另一层形成，或者采用第二区域的第一衬底形成，或者采用第三衬底上的导电材料层形成。

可选地，所述敏感薄膜包括形成所述惯性传感器的第一电屏蔽层的材料层或者包括形成所述惯性传感器的互连层的材料层。

可选地，所述压力传感器的固定电极采用第二区域的第一衬底形成，所述压力传感器的固定电极内形成有孔洞。

可选地，还包括与所述压力传感器的敏感薄膜相对的压力传感器的固定电极，以及形成在所述压力传感器的敏感薄膜与压力传感器的固定电极之间的压力传感器的可移动敏感元素，所述压力传感器的可移动敏感元素与所述敏感薄膜之间通过连接臂连接，所述压力传感器的可移动敏感元素内形成有孔洞。

可选地，压力传感器的敏感薄膜为多层；