一种具有自检测功能的电容式复合传感器及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种具有自检测功能的电容式复合传感器，包括至少一个加速度传感器和一个压力传感器，基于预制空腔SOI晶圆，所述的预制空腔SOI晶圆依次设置有衬底、绝缘层、器件层以及位于衬底的空腔，所述压力传感器设有空腔；每个所述加速度传感器亦设有空腔，所述加速度传感器的所述空腔的上方开设有贯穿所述器件层、所述绝缘层的释放槽。本发明专利技术的电容式复合传感器其加速度传感器基于预制空腔SOI晶圆制造，避免采用键合工艺或者牺牲层技术制作加速度传感器结构，刻蚀及可动结构释放都采用干法刻蚀工艺，其检测差分电容及自检测驱动电容的极板面积由器件层厚度或/和刻蚀深度决定，一致性好，预制空腔SOI晶圆衬底上做有接地电极，减小噪声信号对器件性能的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造技术，具体涉及具有自检测功能的电容式复合传感器及其制造方法。
技术介绍
目前电容式加速度和压力复合传感器在汽车胎压监测中有广泛的应用，以提高车辆行驶的安全性。电容式加速度和压力复合传感器需要具有晶圆级自检测功能，以降低检测成本，由于压力传感器的晶圆级自检测业界已有成熟的带温控压力腔的探针台这样的成熟标准化设备，其晶圆级自检测已经很成熟，主要是加速度传感器晶圆级自检测需要加速度输入，比较困难，虽然业界也出现了一些具有晶圆级自检测功能的加速度和压力复合传感器，但具有晶圆级自检测功能的电容式复合传感器一般都是通过采用牺牲层技术的表面微机械加工工艺制作；或者采用键合工艺制作相应结构，而牺牲层技术由于需要采用湿法腐蚀去除牺牲层，释放可动结构，容易引起结构发生粘附失效；键合工艺成本较高，尤其在形成差分电容结构时，要求键合工艺要精确对准，从而进一步提高加工难度，降低良率，而硅-玻璃键合与标准CMOS工艺不兼容，不利于产品量产。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种具有自检测功能的电容式复合传感器及其制造方法以解决上述技术问题。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案为：一种具有自检测功能的电容式复合传感器，包括至少一个加速度传感器和一个压力传感器，基于预制空腔SOI晶圆，所述的预制空腔SOI晶圆依次设置有衬底、绝缘层、器件层以及位于衬底的空腔，所述压力传感器设有空腔；所述加速度传感器亦相应设有空腔，所述加速度传感器的所述空腔的上方预定位置开设有贯穿所述器件层、所述绝缘层的释放槽。优选地，所述压力传感器和所述加速度传感器还分别设有贯穿所述器件层、所述绝缘层的隔离槽以及导电孔，所述隔离槽以及所述导电孔具有绝缘侧壁，并填充材料，所述器件层上设有一层掩膜层，所述掩膜层设有电接触孔，所述电接触孔设有电极，所述释放槽与相应所述加速度传感器的所述隔离槽具有部分重合。优选地，所述加速度传感器为至少具有一个面内敏感方向的加速度传感器。优选地，所述加速度传感器为一个面外敏感方向的加速度传感器，在所述面外敏感方向的加速度传感器对应的所述空腔上方的器件层下表面预定位置处设有电极下错位槽，在所述面外敏感方向的加速度传感器对应的所述空腔上方的器件层上表面预定位置处设有电极上错位槽，所述释放槽与所述部分电极下错位槽重合，所述释放槽与所述部分电极上错位槽重合。优选地，所述加速度传感器由一个面外敏感方向的加速度传感器和至少具有一个面内敏感方向的加速度传感器组成，在所述面外敏感方向的加速度传感器对应的所述空腔上方的器件层下表面预定位置处设有电极下错位槽，在所述面外敏感方向的加速度传感器对应的所述空腔上方的器件层上表面预定位置处设有电极上错位槽，所述释放槽与所述部分电极下错位槽重合，所述释放槽与所述部分电极上错位槽重合。优选地，所述掩膜层上还设有一层钝化层，所述钝化层预定位置设有质量块，所述质量块位于所述加速度传感器所述预制空腔上方，所述预制空腔SOI晶圆上还设置有一保护盖。本专利技术还提供一种具有自检测功能的电容式复合传感器制造方法，包括至少一个加速度传感器和一个压力传感器，基于预制空腔SOI晶圆，所述的预制空腔SOI晶圆依次设置有衬底、绝缘层、器件层以及位于衬底的空腔，所述压力传感器设有空腔；所述加速度传感器亦相应设有空腔，所述制造方法包括以下步骤：在所述器件层生长第一层掩模层，图形化并刻蚀透所述掩模层、所述器件层和所述绝缘层形成隔离槽和导电孔；在所述隔离槽的侧壁、所述导电孔的侧壁制作一层绝缘壁，并用材料填充所述隔离槽和所述导电孔；去除第一层掩膜层并重新生长第二层掩膜层，图形化、刻蚀掩膜层，形成电接触孔；沉积金属并填充在所述电接触孔，形成金属电极；在所述加速度传感器的所述空腔上方刻蚀穿所述掩膜层、所述器件层、所述绝缘层，形成释放槽，所述释放槽与相应所述加速度传感器的所述隔离槽具有部分重合。优选地，所述加速度传感器为至少具有一个面内敏感方向的加速度传感器。优选地，所述加速度传感器为一个面外敏感方向的加速度传感器，所述面外敏感方向的加速度传感器对应的所述空腔上方的器件层下表面预设有电极下错位槽，所述制造方法还包括如下步骤：在所述面外敏感方向的加速度传感器对应的所述空腔上方的器件层的上表面预定位置处图形化、刻蚀，形成电极上错位槽；所述释放槽与所述部分电极下错位槽重合，所述释放槽与所述部分电极上错位槽重合。优选地，所述加速度传感器由一个面外敏感方向的加速度传感器和至少具有一个面内敏感方向的加速度传感器组成，所述面外敏感方向的加速度传感器对应的所述空腔上方的器件层的下表面预设有电极下错位槽，所述制造方法还包括如下步骤：在所述面外敏感方向的加速度传感器对应的所述空腔上方的器件层上表面预定位置处图形化、刻蚀，形成电极上错位槽；所述释放槽与所述部分电极下错位槽重合，所述释放槽与所述部分电极上错位槽重合。优选地，形成金属电极后，在所述掩膜层上沉积一层钝化层；在所述钝化层上预定位置形成质量块，所述质量块位于所述加速度传感器预制空腔上方；图形化、刻蚀所述部分钝化层，开打线孔以暴露所述金属电极。优选地，还包括如下步骤：在所述预制空腔SOI晶圆上键合一保护盖。与现有技术相比，本专利技术的的电容式复合传感器基于预制空腔SOI晶圆制造，避免采用键合工艺或者牺牲层技术制作加速度传感器结构，刻蚀及可动结构释放都采用干法刻蚀工艺，其检测差分电容及自检测驱动电容的极板面积及压力传感器压力敏感膜厚度由器件层厚度和/或刻蚀深度决定，一致性好；此外，压力传感器与加速度传感器的工艺流程完全兼容，利于批量生产，降低成本，其具有晶圆级自检测功能。采用叉指电容实现加速度传感器的自检测驱动和加速度信号的检测，加速度传感器的灵敏度大，可灵活设计自检测驱动力和加速度传感器灵敏度大小；利用在加速度传感器的自检测电极和可动电极间施加电压模拟加速度输入引起的加速度传感器质量块的运动，从而引起加速度检测电容变化，实现加速度传感器的晶圆级标定和自检测；SOI晶圆衬底上做有接地电极，减小噪声信号对器件性能的影响。下面结合附图对该专利技术进行具体叙述。附图说明图1为本专利技术第一实施例的结构示意图。图2为本专利技术第一实施例的制造方法的流程图。图3A-3K为本专利技术第一实施例的制造方法的工艺流程示意图。图4-图7为本专利技术第一实施例的原理示意图。图8为本专利技术第二实施例的俯视结构示意图。具体实施方式附图1是本专利技术第一实施例的一种具有自检测功能的电容式复合传感器的结构示意图，图2为本专利技术第一实施例的制造方法的流程图，图3A-3K为本专利技术第一实施例的制造方法的工艺流程示意图。本专利技术第一实施例由一个面外敏感方向的加速度传感器部分A、一个面内敏感方向的加速度传感器部分B、一个压力传感器部分C组成，参见图4。如图1、2、3A-3K所示，一种具有自检测功能的电容式复合传感器及其制造方法：参看图3Aa-3Ab，预制空腔SOI晶圆1结构示意图，3Aa为横截面示意图，3Ab为俯视示意图，本专利技术实施例基于预制空腔SOI晶圆1，依次设置有衬底101、绝缘层102和器件层103，以及位于衬底101的第一空腔104、第二空腔105、第三空腔106，器件层103下表面位于第一空腔104上方处设有电极下错位槽107。优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有自检测功能的电容式复合传感器，包括至少一个加速度传感器和一个压力传感器，基于预制空腔SOI晶圆，所述的预制空腔SOI晶圆依次设置有衬底、绝缘层、器件层以及位于衬底的空腔，其特征在于，所述压力传感器设有空腔；所述加速度传感器亦相应设有空腔，所述加速度传感器的所述空腔的上方预定位置开设有贯穿所述器件层、所述绝缘层的释放槽。

【技术特征摘要】
1.一种具有自检测功能的电容式复合传感器，包括至少一个加速度传感器和一个压力传感器，基于预制空腔SOI晶圆，所述的预制空腔SOI晶圆依次设置有衬底、绝缘层、器件层以及位于衬底的空腔，其特征在于，所述压力传感器设有空腔；所述加速度传感器亦相应设有空腔，所述加速度传感器的所述空腔的上方预定位置开设有贯穿所述器件层、所述绝缘层的释放槽。2.根据权利要求1所述的具有自检测功能的电容式复合传感器，其特征在于，所述压力传感器和所述加速度传感器还分别设有贯穿所述器件层、所述绝缘层的隔离槽以及导电孔，所述隔离槽以及所述导电孔具有绝缘侧壁，并填充材料，所述器件层上设有一层掩膜层，所述掩膜层设有电接触孔，所述电接触孔设有电极，所述释放槽与相应所述加速度传感器的所述隔离槽具有部分重合。3.根据权利要求2所述的具有自检测功能的电容式复合传感器，其特征在于，所述加速度传感器为至少具有一个面内敏感方向的加速度传感器。4.根据权利要求2所述的具有自检测功能的电容式复合传感器，其特征在于，所述加速度传感器为一个面外敏感方向的加速度传感器，在所述面外敏感方向的加速度传感器对应的所述空腔上方的器件层下表面预定位置处设有电极下错位槽，在所述面外敏感方向的加速度传感器对应的所述空腔上方的器件层上表面预定位置处设有电极上错位槽，所述释放槽与所述部分电极下错位槽重合，所述释放槽与所述部分电极上错位槽重合。5.根据权利要求2所述的具有自检测功能的电容式复合传感器，其特征在于，所述加速度传感器由一个面外敏感方向的加速度传感器和至少具有一个面内敏感方向的加速度传感器组成，在所述面外敏感方向的加速度传感器对应的所述空腔上方的器件层下表面预定位置处设有电极下错位槽，在所述面外敏感方向的加速度传感器对应的所述空腔上方的器件层上表面预定位置处设有电极上错位槽，所述释放槽与所述部分电极下错位槽重合，所述释放槽与所述部分电极上错位槽重合。6.根据权利要求2-5所述的具有自检测功能的电容式复合传感器，其特征在于，所述掩膜层上还设有一层钝化层，所述钝化层预定位置设有质量块，所述质量块位于所述加速度传感器所述预制空腔上方，所述预制空腔SOI晶圆上还设置有一保护盖。7.一种具有自检测功能的电容式复合传感器制造方法，包括至少一个加速度传感器和一个压力传感器，基于预制空腔SOI晶圆，所述的预制空腔SOI晶圆依次设置有衬底、绝缘层、器件...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志健，朱二辉，陈磊，杨力建，邝国华，
申请(专利权)人：上海芯赫科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31