一种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复合传感器，包括加速度传感器和压力传感器，所述复合传感器基于的晶圆包含器件层、中间的刻蚀自停止掩膜层和半导体结构层，所述的半导体结构层设置有压力空腔和加速度传感器限位空腔，以及在加速度传感器一侧设置有附加质量块和/或在压力传感器一侧设置有压力限位结构，加速度传感器一侧刻蚀有释放槽。本发明专利技术还提供一种复合传感器的制造方法，制造中使用的晶圆原材料具有刻蚀自停止层，通过机械减薄实现压力敏感膜和加速度传感器悬臂梁所需的厚度，因而厚度精确，一致性好；采用干法刻蚀，芯片尺寸小；避免采用电镀铜工艺，工艺完全和CMOS工艺兼容，同时提高芯片性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造技术，具体涉及一种复合传感器及其制造方法。
技术介绍
目前压阻式加速度传感器和压阻式压力传感器组成的单芯片复合传感器由于其制作工艺简单，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。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模拟加速度输入，比较困难。目前产业界还没有成熟的技术，一些测试厂家(例如芬兰的AFORE公司)提供了晶圆级的压阻式加速度测试方案，但是需要定制特殊的测试夹具和探针卡(probecard)，使得测试的固定资产投入和成本很高。此外，目前业界为了提高复合传感器中加速度传感器的灵敏度，一些工艺通过电镀金属材料来增加质量块的质量，以增大加速度传感器的灵敏度，但电镀金属材料工艺难于精确控制质量块的形状，会对后续工艺造成一定影响，而且电镀金属材料后，后续工艺过程中由于金属材料和硅的热膨胀系数相差较大，会产生较大的热应力，容易导致器件失效；也有通过湿法腐蚀形成压力腔和加速度传感器的相应结构，通过两次键合实现加速度传感器和压力传感器组成的单芯片复合传感器结构，不需要电镀金属材料，但压力敏感膜厚度及加速度传感器悬臂梁高度是靠湿法腐蚀工艺控制，由于腐蚀深度很深，腐蚀时间很长，难以精确控制压力敏感膜厚度和加速度传感器悬臂梁高度，此外，由于是湿法腐蚀，需要开更大的腐蚀窗口，因而会增大芯片的面积。中国专利CN104058361A公开了一种基于预制空腔SOI基片的单芯片集成压阻式加速度计与压力计的加工方法，该专利利用Cavity-SOI晶圆，制造压阻式复合传感器。预先做好的空腔和对应的硅膜形成的Cavity-SOI晶圆来制作压力传感器和加速度传感器。对于加速度传感器，利用硅膜和增厚的金属作为加速度传感器的质量块，最后键合保护盖板，保护加速度传感器的可动结构，从而形成单颗芯片的压阻式加速度传感和压阻式压力传感器组成的单芯片复合传感器，由于通过电镀金属材料(例如铜)来增大加速度传感器的敏感质量块的质量，增大其灵敏度，但由于电镀铜工艺难以控制铜质量块的形状，因而一致性较差，也可能对后续工艺造成一定的影响；由于铜和硅的热膨胀系数相差较大，在后续工艺中将产生较大的热应力，容易导致器件失效，此外，其加速度传感器不具备自检测功能。
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，提供一种性能优良、加工简易的复合传感器及其制造方法。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案为：一种复合传感器，包括加速度传感器和压力传感器，所述复合传感器基于的晶圆包含器件层、中间的刻蚀自停止掩膜层和半导体结构层，所述的半导体结构层设置有压力空腔和加速度传感器限位空腔，加速度传感器限位空腔内设置有附加质量块，器件层表面生长有掩膜层，器件层在加速度传感器一侧注入有加速度压阻条，以及在压力传感器一侧注入有压力压阻条，加速度传感器一侧刻蚀有释放槽。优选地，掩膜层形成有接触孔，在器件层形成电接触区，并沉积金属，形成金属连线及传感器的金属引脚。优选地，还包括刻穿掩膜层、器件层和刻蚀自停止掩膜层形成的电连接通道，电连接通道侧壁设置有电隔离层，电连接通道中间填充导电材料。优选地，电连接通道上方形成有第一自检测电极和第二自检测电极。优选地，在半导体结构层还设置有压力限位结构，压力限位结构设置在压力空腔内并低于压力空腔高度。优选地，复合传感器的加速度传感器上还键合有保护盖。本专利技术还提供一种复合传感器制造方法，所述的复合传感器包括加速度传感器和压力传感器，复合传感器基于的晶圆包含器件层、中间的刻蚀自停止掩膜层和半导体结构层，所述制造方法包括以下步骤：a)在半导体结构层图形化、刻蚀形成压力空腔、加速度传感器限位空腔和附加质量块；b)在半导体结构层上键合衬底层以形成密封的压力空腔和加速度传感器限位空腔；c)在器件层表面生长掩膜层；d)图形化掩膜层，离子注入，在器件层形成压力传感器的压力压阻条和加速度传感器的加速度压阻条；再次图形化掩膜层，离子注入，在器件层形成电接触区.e)图形化掩膜层、刻蚀形成接触孔并沉积金属，与电接触区实现电接触，形成金属连线及金属引脚；f)在加速度传感器一侧刻蚀刻穿钝化层、掩膜层、器件层和刻蚀自停止层，形成释放槽，释放加速度传感器可动结构。优选地，第a)步骤的刻蚀方法为干法刻蚀。优选地，实施第c)步骤前对器件层进行减薄工艺。优选地，第c)步骤还包括如下步骤：刻穿掩膜层、器件层和刻蚀自停止掩膜层形成电连接通道，在电连接通道侧壁形成电隔离层并对电连接通道进行回填。优选地，第e)步骤还包括如下步骤：在电连接通道上方形成第一自检测电极、第二自检测电极。优选地，e)步骤后还包括在掩膜层上生长钝化层，图形化、刻蚀钝化层，形成打线孔。优选地，第a)步骤还包括如下步骤：在半导体结构层图形化、刻蚀形成压力限位结构，压力限位结构设置在压力空腔内并低于压力空腔高度。优选地，在所述复合传感器的加速度传感器上键合保护盖。与现有技术相比，本专利技术的方案的制造方法基于干法刻蚀形成加速度传感器和压力传感器的相关结构，然后通过键合实现该复合传感器结构，不需要电镀铜工艺就可以增加加速度传感器的灵敏度；由于制造中使用的晶圆原材料具有刻蚀自停止层，通过机械减薄实现压力敏感膜和加速度传感器悬臂梁所需的厚度，因而压力敏感膜和加速度传感器悬臂梁厚度精确，一致性好；由于采用干法刻蚀形成加速度传感器相应的质量块和压力传感器空腔结构，不存在湿法腐蚀因为腔体是斜面的问题，因而芯片体积小；此外该方法制作的单芯片复合传感器，其加速度传感器可以具有自检测功能；避免采用电镀金属工艺增加加速度传感器的敏感质量块质量，提高后续加工工艺的冗余度，加速度传感器通过形成自检测电极，用静电力模拟加速度输入，可以具有自检测功能。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横截面示意图。图2为本专利技术第一实施例的制造方法的流程图。图3A-3P为本专利技术第一实施例的制造方法的工艺流程后的结构示意图。图4A-4B为本专利技术第一实施例的保护盖的制造方法工艺流程后的结构示意图。图5为本专利技术第二实施例的结构横截面示意图。图6为本专利技术第三实施例的结构横截面示意图。图7为本专利技术第一实施例的复合传感器的加速度传感器静电自检测原理示意图。具体实施方式本专利技术第一实施例：图1是本专利技术第一实施例的一种复合传感器的结构横截面示意图，图2为本专利技术第一实施例的制造方法的流程图，图3A-3P为本专利技术第一实施例的制造方法的工艺流程后的结构示意图，图4A-4B为本专利技术第一实施例的保护盖的制造方法工艺流程后结构示意图。一种复合传感器及其制造方法，本实施例基于的晶圆材料，包含器件层101、中间的刻蚀自停止掩膜层102和半导体结构层103，如图3A所示，为晶圆结构横截面示意图。该晶圆材料可以采用两种较典型的方法制作，第一种方法如下：a：在器件层101(晶圆掺杂类型优选的采用N型)表面制作刻蚀自停止掩膜层102，该刻蚀自停止掩膜层102的材料可以是二氧化硅、氮化硅，制作方法可以是热氧化或者化学气相沉积；b：在刻蚀自停止掩膜层102生长半导体结构层103，该半导体结构层103优选采用N掺杂的多晶硅，生长方法优选采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合传感器，包括加速度传感器和压力传感器，其特征在于，所述复合传感器基于的晶圆包含器件层、中间的刻蚀自停止掩膜层和半导体结构层，所述的半导体结构层设置有压力空腔和加速度传感器限位空腔，加速度传感器限位空腔内设置有附加质量块，器件层表面生长有掩膜层，器件层在加速度传感器一侧注入有加速度压阻条，以及在压力传感器一侧注入有压力压阻条，加速度传感器一侧刻蚀有释放槽。

【技术特征摘要】
1.一种复合传感器，包括加速度传感器和压力传感器，其特征在于，所述复合传感器基于的晶圆包含器件层、中间的刻蚀自停止掩膜层和半导体结构层，所述的半导体结构层设置有压力空腔和加速度传感器限位空腔，加速度传感器限位空腔内设置有附加质量块，器件层表面生长有掩膜层，器件层在加速度传感器一侧注入有加速度压阻条，以及在压力传感器一侧注入有压力压阻条，加速度传感器一侧刻蚀有释放槽。2.根据权利要求1所述的复合传感器，其特征在于，掩膜层形成有接触孔，在器件层形成电接触区，并沉积金属，形成金属连线及传感器的金属引脚。3.根据权利要求1所述的复合传感器，其特征在于，还包括刻穿掩膜层、器件层和刻蚀自停止掩膜层形成的电连接通道，电连接通道侧壁设置有电隔离层，电连接通道中间填充导电材料。4.根据权利要求3所述的复合传感器，其特征在于，电连接通道上方形成有第一自检测电极和第二自检测电极。5.根据权利要求1所述的复合传感器，其特征在于，在半导体结构层还设置有压力限位结构，压力限位结构设置在压力空腔内并低于压力空腔高度。6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的复合传感器，其特征在于，复合传感器的加速度传感器上还键合有保护盖。7.一种复合传感器制造方法，所述的复合传感器包括加速度传感器和压力传感器，其特征在于，复合传感器基于的晶圆包含器件层、中间的刻蚀自停止掩膜层和半导体结构层，所述制造方法包括以下步骤：a)在半导体结构层图形化、刻蚀形成压力空腔、加速度传感器限位空腔和附加质量块；b)在半导体结构层上键合衬底层以形成密封的压力空腔和加速度传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志健，朱二辉，陈磊，杨力建，于洋，邝国华，
申请(专利权)人：广东合微集成电路技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44