一种MEMS芯片制造技术

本实用新型专利技术公开了一种MEMS芯片。MEMS芯片集成了共用衬底的气压传感部和气体传感部，气压传感部包括下电极、支撑部和上电极，气体传感部包括测量电极和敏感材料膜；下电极和测量电极互不接触地设置在衬底的上端面上，上电极通过支撑部支撑在所述下电极上，下电极、支撑部和上电极形成用于测量气压的平板电容传感器；测量电极上设置裸露在外的敏感材料膜，测量电极和敏感材料膜形成用于测量气体种类和浓度的电阻传感器。本实用新型专利技术通过在共用衬底的同一侧端面设置平板电容传感器和电阻传感器，使得可以在同一芯片上制备平板电容传感器和电阻传感器，从而减小MEMS芯片的尺寸，方便该MEMS芯片上的两个传感器共用一个ASIC芯片，便于封装和应用。

A MEMS chip

The utility model discloses a MEMS chip. MEMS chip integrated pressure sensor and gas sensor of a common substrate, the pressure sensing part includes a lower electrode, a supporting part and an upper electrode, the gas sensing portion includes a measuring electrode and sensitive material film; the lower electrode and the measuring electrode do not contact each other is provided in the upper end of the substrate and the top electrode through a support part for supporting the on the lower electrode, a lower electrode, an upper electrode is formed for a supporting part and a plate capacitor sensor for measuring air pressure; measuring electrode is arranged on the bare sensitive material film on the measuring electrode and the sensitive material for film forming resistance sensor for measuring gas type and concentration. The utility model is provided with plate capacitance sensor and sensor on the same side face a common substrate, leading to the fabrication of plate capacitor sensor and sensor on the same chip, thereby reducing the size of an MEMS chip, the MEMS chip convenient two sensor uses a ASIC chip, easy to package and application.

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS芯片
本技术涉及传感器测量领域，特别涉及一种MEMS芯片。
技术介绍
消费类电子产品集成的传感器的发展方向之一是小型化与多功能化，传感器组合是一种很好的发展方向。目前，传感器的组合形式仅限于把两种或两种以上的MEMS芯片组合封装在一起，如将压力传感器和气体传感器组合形成气体压力组合MEMS芯片。大多数气体压力组合MEMS芯片在同一块硅片上制备而成，即压力传感器和气体传感器分别制备在同一块硅片的正反面，用以同时测量气压和气体。这种组合传感器对封装技术具有较高要求，常规的平面贴装技术难以满足这种组合传感器的封装要求，需要倒装焊(FlipChip，简称FC)等高级的封装技术，增加了封装难度，且这种正反面结构也使得两种传感器无法共用一个ASIC芯片(特殊应用电路)，给客户的电路设计带来不便。
技术实现思路
本技术提供了一种MEMS芯片，以解决现有组合传感器封装难度大，给客户的电路设计带来不便的问题。本技术的技术方案是这样实现的：本技术提供了一种MEMS芯片，集成了气压传感部和气体传感部，气压传感部和气体传感部共用衬底1，气压传感部包括下电极3、支撑部4和对气压敏感的上电极5，气体传感部包括测量电极12和对气体敏感的敏感材料膜13；下电极3和测量电极12互不接触地设置在衬底1的上端面上，上电极5通过支撑部4支撑在下电极3上，下电极3、支撑部4和上电极5形成用于测量气压的平板电容传感器；测量电极12上设置裸露在外的敏感材料膜13，测量电极12和敏感材料膜13形成用于测量气体浓度的电阻传感器。本技术的有益效果是：本技术通过在共用衬底的同一侧端面设置平板电容传感器和电阻传感器，使得可以在同一芯片上制备平板电容传感器和电阻传感器，从而减小MEMS芯片的尺寸，提高集成度，并方便该MEMS芯片上的两个传感器共用一个ASIC芯片，便于封装。附图说明图1为本技术实施例提供的MEMS芯片的结构示意图；图2为本技术实施例提供的MEMS芯片的制备方法流程图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本技术及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。本技术提供了一种MEMS芯片，该MEMS芯片为气压传感部和气体传感部的组合MEMS芯片，包括共用的衬底以及形成在衬底同一侧的气压传感部和气体传感部，使得可以在同一芯片上制备气压传感部和气体传感部，从而减小MEMS芯片的尺寸，提高集成度，并方便该MEMS芯片上的两个传感器共用一个ASIC芯片，便于封装。图1为本技术实施例提供的MEMS芯片的结构示意图，如图1所示，该MEMS芯片集成了气压传感部和气体传感部，气压传感部和气体传感部共用衬底1，气压传感部包括下电极3、支撑部4和对气压敏感的上电极5；气体传感部包括测量电极12和对气体敏感的敏感材料膜13；下电极3和测量电极12互不接触地设置在衬底1的上端面上，上电极5通过支撑部4支撑在下电极3上，下电极3、支撑部4和上电极5形成用于测量气压的平板电容传感器；测量电极12上设置裸露在外的敏感材料膜13，测量电极12和敏感材料膜13形成用于测量气体浓度的电阻传感器。应理解的是，本实施例所述衬底的上端面和下端面为相对端面，图1中的示例性示出下电极3和测量电极12互不接触地设置在衬底1的上端面，实际应用中，下电极3和测量电极12也可以互不接触地设置在衬底1的下端面；图1中示例性示出下电极3和测量电极12各占上端面的一半面积；显然，在实际应用中，可以根据需要设计下电极3和测量电极12所占用衬底上端面的面积，本实施例对此不做限制。本实施例通过在共用衬底的同一侧端面设置平板电容传感器和电阻传感器，使得可以在同一芯片上制备平板电容传感器和电阻传感器，从而减小MEMS芯片的尺寸，提高集成度，并方便该MEMS芯片上的两个传感器共用一个ASIC芯片，便于封装。具体地，本案的衬底1可以采用单晶硅材料，为了使衬底1与其上的平板电容传感器和电阻传感器绝缘，在衬底1相对的两侧分别设置了第一绝缘层和第二绝缘层；即第一绝缘层设置在衬底1的上端面上，且位于衬底1的上端面与下电极3、测量电极12之间；第二绝缘层设置在衬底1的下端面上。其中，第一绝缘层2_1、第二绝缘层2_2可以采用本领域技术人员所熟知的二氧化硅SiO2材料，四氮化三硅Si3N4材料等，可通过沉积的方式形成在衬底1两侧的端面上，在此不再具体说明。如图1所示，第一绝缘层2_1的上方部分设置有下电极3，上电极5通过支撑部4位于下电极3上方，上电极5、下电极3以及支撑部4围成了密闭的容腔9，使得上电极5、下电极3与支撑部4形成了可以测量外界气体压力的平板电容传感器。其中，下电极3示例性地可通过沉积的方式形成在第一绝缘层2_1上，可以在下电极3上沉积并刻蚀氧化层(氧化层材料可以为SiO2材料，Si3N4材料等)形成支撑部4，在支撑部4上键合如对气压敏感的柔性多晶硅材料，形成上电极5。当该平板电容传感器受到外界气压时，上电极5的压力敏感膜发生形变，平板电容传感器两极板间距变小，电容发生变化，导致平行板电容器极板电压发生变化，通过测量该电压变化来测量气压大小，最终可以输出表征环境压力信息的电信号。本技术的平板电容传感器，为了将下电极3的电信号引出，在支撑部4内设置有导电部8，示例性地，可对支撑部4进行刻蚀形成贯通孔，并在该贯通孔内沉积导电部8，以将下电极3的电信号引出，并在支撑部4的端面上形成焊盘7；为将上电极5的电信号引出，在上电极5上形成上电极5的电信号引出的焊盘6。如图1所示，本技术的MEMS传感器在衬底1的上端面的第一绝缘层2_1上的另一部分还设置测量电极12，该测量电极12可以采用本领域技术人员所熟知的金、铂或铂金等材料，可以以沉积的方式形成在第一绝缘层2_1上。在测量电极12上设置有裸露在外的敏感材料膜13，测量电极12、敏感材料膜13形成了用于测量气体浓度的电阻传感器，使得敏感材料膜13感应的气体浓度信息可以通过该测量电极12以电信号的方式进行输出，如图1所示，可在测量电极12上形成焊盘15，通过焊盘15导出测量电极12的电信号。其中，敏感材料膜13感应到外界的气体浓度信息后，其自身电阻会发生变化，从而使得测量电极12输出的电阻信号发生变化。这种电阻传感器的结构及其工作原理属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。由于本技术的电阻传感器的灵敏度会受到周围检测环境的温度、湿度等外界因素的影响，本技术为了提高电阻传感器的敏感度，在第一绝缘层2_1上设置加热电极10，并在加热电极10和测量电极12之间形成第三绝缘层11。参考图1，加热电极10、测量电极12、第二绝缘层11可以通过本领域技术人员所熟知的逐层沉积、逐层刻蚀的方式得到。其中，加热电极10可以选用多晶硅、铂、钨等材料。为了将加热电极10的电信号引出，可以设置加热电极10两对端突出第三绝缘层11的边缘形成相应的突出部，在突出部上形成加热电极10的焊盘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MEMS芯片，其特征在于，集成了气压传感部和气体传感部，所述气压传感部和所述气体传感部共用衬底(1)，所述气压传感部包括下电极(3)、支撑部(4)和对气压敏感的上电极(5)，所述气体传感部包括测量电极(12)和对气体敏感的敏感材料膜(13)；所述下电极(3)和所述测量电极(12)互不接触地设置在所述衬底(1)的上端面上，所述上电极(5)通过支撑部(4)支撑在所述下电极(3)上，所述下电极(3)、支撑部(4)和上电极(5)形成用于测量气压的平板电容传感器；所述测量电极(12)上设置裸露在外的所述敏感材料膜(13)，所述测量电极(12)和敏感材料膜(13)形成用于测量气体种类和浓度的电阻传感器。

【技术特征摘要】
1.一种MEMS芯片，其特征在于，集成了气压传感部和气体传感部，所述气压传感部和所述气体传感部共用衬底(1)，所述气压传感部包括下电极(3)、支撑部(4)和对气压敏感的上电极(5)，所述气体传感部包括测量电极(12)和对气体敏感的敏感材料膜(13)；所述下电极(3)和所述测量电极(12)互不接触地设置在所述衬底(1)的上端面上，所述上电极(5)通过支撑部(4)支撑在所述下电极(3)上，所述下电极(3)、支撑部(4)和上电极(5)形成用于测量气压的平板电容传感器；所述测量电极(12)上设置裸露在外的所述敏感材料膜(13)，所述测量电极(12)和敏感材料膜(13)形成用于测量气体种类和浓度的电阻传感器。2.根据权利要求1所述的MEMS芯片，其特征在于，所述衬底(1)采用单晶硅材质，所述MEMS芯片还包括：第一绝缘层(2_1)和第二绝缘层(2_2)；所述第一绝缘层(2_1)设置在所述衬底(1)的所述上端面上，且位于所述衬底(1)的上端面与所述下电极(3)、测量电极(12)之间；所述第二绝缘层(2_2)设置在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王德信，方华斌，
申请(专利权)人：歌尔股份有限公司，
类型：新型
国别省市：山东,37