[发明专利]温压一体式MEMS传感器芯片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种温压一体式MEMS传感器芯片及其制备方法，属于敏感元件与传感器领域。本发明采用温压一体式的芯片结构，将温度传感器芯片和压力传感器芯片集成在同一芯片上，可以输出MEMS传感器芯片上的实际温度，并配合调理芯片对压力传感器芯片输出数据进行调理，避免了校准和温度补偿难度大的问题，从而精度更高；且相较于由温度传感器、MEMS压力传感器、ASIC调理芯片组成的温压一体式传感器部件，本发明具有集成度高的优点，将压力传感器和温度传感器集成到单一芯片，可以直接与ASIC调理芯片组合，形成传感器部件，相比于现有的额外增加温度传感器部件的方案，降低了结构的复杂度，减小了制备成本。

技术领域

本发明涉及温压一体式MEMS传感器芯片及其制备方法，属于敏感元件与传感器领域。

背景技术

MEMS，即微机电系统(Microelectro Mechanical Systems)，是在微电子技术基础上发展而来的新兴技术。其中，基于MEMS工艺制备的MEMS压力传感器，具有可大批量生产、成本低、可靠性高等优点，而被广泛应用于工业控制、消费电子、医疗设备、石油矿业等各个领域中。

而在汽车、航空航天等高端制造行业，时常需要在高温应用场景下对压力进行检测，在这些场景中对压力传感器的高温性能要求非常高。在高温应用时，业界的一种做法是通过将MEMS芯片与ASIC调理芯片封装形成传感器模组，从而进行校准、温度补偿。不过，在这种方案中，MEMS芯片和ASIC调理芯片是分立的，这会导致MEMS压力芯片的实际工作温度与ASIC芯片内置温度传感器的温度之间会有偏差，这加大了温度补偿的难度，尤其是当使用温度较高时，误差更大。

另一种做法，例如专利CN202121769824.7，是制备温压一体式的传感器部件，即在MEMS压力芯片和ASIC调理芯片的基础上，额外增加一个温度传感器，用于采集MEMS压力芯片周边的温度，并传递到ASIC调理芯片中。这种方案虽然能够在一定程度上提高温度采集的准确性，但是结构较为复杂。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种温压一体式MEMS传感器芯片的制备方法，所述方法包括：

步骤一：制备双SOI硅片，所述双SOI硅片从上到下依次包括：顶硅、第一隔绝层、中部隔膜硅、第二隔绝层、底部体硅；

步骤二：在所述双SOI硅片的顶硅进行离子注入，并退火以激活掺杂效果；

步骤三：干法刻蚀得到压力传感器芯片的压阻条，并形成惠斯通电桥结构；干法刻蚀得到温度传感器芯片的压阻条，并形成惠斯通电桥结构；

步骤四：沉积介质隔离层；

步骤五：通过干法刻蚀得到电阻条上方的引线孔；

步骤六：制备引线孔中的金属电极，并通过退火实现所述金属电极与硅掺杂区域的欧姆接触；

步骤七：从底部体硅下方，即背面，通过干法刻蚀得到压力传感器芯片的背腔和温度传感器芯片的背腔；

步骤八：在双SOI硅片的顶硅上方，即正面，温度传感器芯片背腔的部分区域通过干法刻蚀与正面贯穿，得到悬臂结构，所述悬臂结构构成所述温度传感器芯片，悬臂末端设有温度传感器芯片的压敏电阻

步骤九：在所述双SOI硅片背面通过阳极键合法，将其与玻璃直接键合，形成温压一体式芯片结构。

可选的，所述步骤二中，采用单次重掺杂方式注入硼离子，硼离子注入体浓度区间为1×10²⁰/cm³-2×10²⁰/cm³。

可选的，所述压力传感器的背腔为正方形，形成正方形隔膜结构，所述正方形隔膜四条边中点设有压力传感器芯片的压敏电阻。