[发明专利]一种MEMS压阻式加速度、压力集成传感器及制造方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及MEMS(微机电系统)传感器领域中的压阻式加速度、压力集成传感器及其制造方法，具体涉及一种基于阳极键合封装的MEMS压阻式加速度、压力集成传感器及其制造方法。

(二)背景技术

随着微加工技术的进步和小型智能传感系统的应用需求，多个传感器在单片上的集成成为一种发展趋势。在航空航天、军事、汽车、环境监测等领域中，经常要同时测量加速度、压力、温度等参数。但在这些应用中，由于环境适应性、体积、成本和功能等的严格限制，要求传感器具有微型化、集成化、多功能的特点。集成传感器能够在同一芯片上集成多个不同的传感器，用以对不同的物理量同时进行检测，而且体积小、单位成本低，在上述领域具有广泛的潜在应用前景，因此受到国内外越来越多的关注。然而和集成电路相比，传感器的集成显得更为困难，原因是不同传感器的工作原理和结构方案差别很大，从工作原理上看，有的传感器是电阻敏感原理，有的传感器是电容敏感原理；从结构方案上看，有些需要薄膜等特殊结构，有些则需要特殊的敏感材料。因此将这些不同原理和结构的传感器进行集成制造，需要研究一套特定的工艺方法。

(三)发明内容

本发明的目的是提供一种基于阳极键合封装技术、表面微加工、体微加工工艺的MEMS压阻式加速度、压力集成传感器及其制造方法，实现直接将两种传感器在一个圆片上的集成制造。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种MEMS压阻式加速度、压力集成传感器，所述的传感器同时集成了压阻式加速度传感器和压阻式压力传感器，并且具有第一键合玻璃-硅基-第二键合玻璃三明治结构；所述的硅基内部形成有压阻式加速度传感器悬臂梁和压阻式压力传感器膈膜，硅基的正面形成有两个压阻区域，分别是压阻式加速度传感器的压阻区域和压阻式压力传感器的压阻区域；所述压阻式加速度传感器的压阻区域位于压阻式加速度传感器悬臂梁的上表面根部，并且注入有淡硼形成4根淡硼扩散压阻，同时淡硼扩散压阻的内部注入有浓硼形成浓硼欧姆接触区；所述压阻式压力传感器的压阻区域位于压阻式压力传感器膈膜的上表面，也注入有淡硼形成4根淡硼扩散压阻，并且淡硼扩散压阻的内部注入有浓硼形成浓硼欧姆接触区；所述的两个压阻区域的上方沉积有二氧化硅层，二氧化硅层上方沉积有氮化硅层，所述的二氧化硅层和氮化硅层一起作为绝缘钝化层，所述的绝缘钝化层开有引线孔，利用金属导线连通两个压阻区域，并且压阻式加速度传感器压阻区域的4根淡硼扩散压阻通过金属导线构成惠斯顿全桥连接，压阻式压力传感器压阻区域的4根淡硼扩散压阻通过金属导线也构成惠斯顿全桥连接；所述绝缘钝化层的上方沉积有非晶硅，所述的非晶硅与第一键合玻璃阳极键合，并且，利用非晶硅作为台阶，所述的非晶硅与第一键合玻璃键合后形成一个真空腔体，连通压阻式加速度传感器和压阻式压力传感器；所述硅基的背面与第二键合玻璃阳极键合，所述的第二键合玻璃带有通气孔，并且所述的通气孔位于压阻式压力传感器膈膜的下方；所述硅基的正面还形成有浓硼导线，所述浓硼导线的上方连接有金属管脚，浓硼导线将传感器工作区与金属管脚连通。

本发明MEMS压阻式加速度、压力集成传感器，优选所述的硅基为n型(100)硅片；优选所述的绝缘钝化层上方沉积的非晶硅的厚度为2～4μm。

本发明MEMS压阻式加速度、压力集成传感器的工作原理如下：本发明MEMS压阻式加速度、压力集成传感器主要基于注入硼后单晶硅的压阻特性，压阻式加速度传感器悬臂梁和压阻式压力传感器膈膜上的淡硼扩散压阻受到力的作用后，电阻率发生变化，通过惠斯顿全桥可以得到正比于力变化的电信号输出，通过测量电信号输出就能知道所测物理量(包括加速度和压力)的大小。本发明中我们向n型(100)晶向硅片注入硼来实现p型压阻，利用PN结实现压阻的隔绝，由于压阻的压阻系数的各向异性，不同方向的应力对压阻有不同的影响，为了尽可能增加灵敏度，本发明所述的压阻式加速度传感器压阻区域的淡硼扩散压阻和压阻式压力传感器压阻区域的淡硼扩散压阻的排布方式为：纵向沿硅基的(1,1,0)晶向方向、横向沿硅基的(1,-1,0)晶向方向分布，纵向压阻系数、横向压阻系数分别为71.8，-66.3。