本发明专利技术提供一种传感器芯片及悬桥式传感器结构的制造方法，传感器芯片为集成热式加速度和红外传感器的单芯片，其包括第一晶圆部，第一晶圆部包括：第一衬底；第一腔体，其设置于第一衬底中，第一腔体内密封有填充气体，填充气体为对特定红外光谱不吸收或者吸收较少的气体；悬桥式传感器结构，其设置于第一衬底的正面且与第一腔体相对，其可切换为加速度检测或红外检测模式；信号处理电路，其设置于第一衬底的正面，其用于对悬桥式传感器结构产生的传感信号进行处理。与现有技术相比，本发明专利技术共享相同的传感器结构，可以在加速度测量与红外温度探测之间切换，分别实现对加速度和温度的测量，从而提升集成度，降低芯片占用面积和使用成本。用成本。用成本。
【技术实现步骤摘要】
传感器芯片及悬桥式传感器结构的制造方法
[0001]本专利技术涉及MEMS(微机电系统)器件领域，尤其涉及一种集成热式加速度和红外传感器的单芯片(或传感器芯片)及悬桥式传感器结构的制造方法。
技术介绍
[0002]近年来，基于MEMS技术的加速度传感器和红外传感器广泛的应用于人们的日常生活之中，比如运动，健康监测，防疫监控等等。加速度传感器可以用来监测设备的状态，起到姿势探测，运动感知等作用。红外传感器则可以起到温度探测，红外成像，人体感应监测等作用。
[0003]目前的技术，通常需要两颗独立的器件，一颗加速度传感器和一颗红外探测器来完成加速度测量和红外温度测量。由于加速度传感器和红外热电堆传感器的制作工艺不同，通常需要分别流片，封装后再组装在同一块基板上面。这需要更多的基板的面积和更多的成本。
[0004]因此，有必要提出一种技术方案来克服上述问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的之一在于提供一种集成热式加速度和红外传感器的单芯片及悬桥式传感器结构的制造方法，其可以提升集成度，降低芯片占用面积和使用成本，
[0006]根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种集成热式加速度和红外传感器的单芯片，其包括第一晶圆部，所述第一晶圆部包括：第一衬底；第一腔体，其设置于所述第一衬底中，所述第一腔体内密封有填充气体，所述填充气体为对特定红外光谱不吸收或者吸收较少的气体；悬桥式传感器结构，其设置于所述第一衬底的正面且与所述第一腔体相对，其可切换为加速度检测模式或红外检测模式；信号处理电路，其设置于所述第一衬底的正面，其用于对所述悬桥式传感器结构产生的传感信号进行处理。
[0007]进一步的，所述悬桥式传感器结构包括：支撑层，其位于所述第一衬底的正面且位于所述第一腔体上方；热电堆，其包括第一热电堆单元、第二热电堆单元、第三热电堆单元和第四热电堆单元，所述第一热电堆单元和第二热电堆单元设置于x轴方向，且分别位于所述第一腔体的相对的第一侧边和第二侧边，所述第三热电堆单元和第四热电堆单元设置于y轴方向，且分别位于所述第一腔体的相对的第三侧边和第四侧边，其中，x轴和y轴组成直角坐标系；加热器，其布置于所述悬桥式传感器结构的中部。
[0008]进一步的，所述加热器包括四组加热单元，其中，两组加热单元并行布置于x轴方向，另两组加热单元并行布置于y轴方向。
[0009]进一步的，所述集成热式加速度和红外传感器的单芯片还包括第二晶圆部，所述第二晶圆部的正面与所述第一晶圆部的正面相键合，所述第二晶圆部包括：第二衬底；第二腔体，其设置于所述第二衬底中且与所述悬桥式传感器结构相对，所述第二腔体内密封有所述填充气体。
[0010]进一步的，当处于加速度检测模式时，对所述加热器施加电流以加热所述填充气体，所述信号处理电路基于第一热电堆单元和第二热电堆单元输出的电压信号的差值，获取在x轴方向的加速度；所述信号处理电路基于第三热电堆单元和第四热电堆单元输出的电压信号的差值，获取在y轴方向的加速度，当处于红外温度检测模式时，关闭所述加热器，通过开关将第一热电堆单元、第二热电堆单元、第三热电堆单元和第四热电堆单元输出的电压信号串联起来，使所述热电堆输出总电压信号，所述信号处理电路基于所述热电堆输出的总电压信号，获取红外温度。
[0011]进一步的，所述热电堆由N掺杂或者P掺杂的多晶硅与金属组成；所述热电堆由N掺杂和P掺杂的多晶硅组成；所述热电堆由其他具有塞贝克效应的材料组成；或所述加热器由金属化的多晶硅或金属制作。
[0012]进一步的，当处于加速度检测模式时，所述填充气体作为检测加速度的媒介；当处于红外检测模式时，所述填充气体则起到绝热的作用，增强红外探测效率。
[0013]进一步的，所述填充气体为氮气、氙气或氪气；所述信号处理电路与所述悬桥式传感器结构具有相同的层次，同时制作而成。
[0014]根据本专利技术的另一个方面，本专利技术提供一种悬桥式传感器结构的制造方法，其包括：提供第一衬底；在所述第一衬底上形成支撑层；在所述支撑层上沉积多晶硅，对沉积的所述多晶硅进行P型和/或N型掺并且图形化；对沉积的所述多晶硅金属化，以制成加热器；在掺杂和金属化的多晶硅层上沉积第一介质层；在所述第一介质层上形成贯穿所述第一介质层且与所述多晶硅互连的通孔；在形成有所述通孔的第一介质层上沉积第一金属层并图形化，其中，所述热电堆由N掺杂或者P掺杂的多晶硅与图形化的所述第一金属组成；或所述热电堆由N掺杂和P掺杂的多晶硅组成。
[0015]进一步的，所述热电堆包括第一热电堆单元、第二热电堆单元、第三热电堆单元和第四热电堆单元，所述第一热电堆单元和第二热电堆单元设置于x轴方向，且分别位于第一腔体的相对的第一侧边和第二侧边，所述第三热电堆单元和第四热电堆单元设置于y轴方向，且分别位于所述第一腔体的相对的第三侧边和第四侧边，其中，x轴和y轴组成直角坐标系；加热器，其布置于所述悬桥式传感器结构的中部。
[0016]进一步的，所述加热器包括四组加热单元，其中，两组加热单元并行布置于x轴方向，另两组加热单元并行布置于y轴方向。
[0017]进一步的，所述悬桥式传感器结构的制造方法还包括：自上向下逐层刻蚀形成刻蚀孔，以露出第一衬底；经由所述刻蚀孔对第一衬底进行刻蚀以制作所述第一腔体；在所述第一腔体充入填充气体，所述填充气体为对特定红外光谱不吸收或者较少吸收的气体。
[0018]进一步的，在“在形成有所述通孔的第一介质层上沉积第一金属层并图形化”步骤和“自上向下逐层刻蚀形成刻蚀孔，以露出第一衬底”步骤之间还包括：在图形化的第一金属层上沉积第二介质层；在所述第二介质层上沉积第二金属层并图形化；在图形化的第二金属层上沉积第三介质层；在所述第三介质层上沉积钝化层；在所述钝化层上制作刻蚀保护层，其中，基于所述刻蚀保护层自上向下逐层刻蚀形成刻蚀孔，以露出第一衬底。
[0019]与现有技术相比，本专利技术利用CMOS-MEMS加工工艺，将热式加速度传感器和热电堆红外传感器集成在同一颗芯片上，共享相同的传感器结构，可以根据需求，在加速度测量与红外温度探测之间切换，分别实现对加速度和温度的测量，从而提升集成度，降低芯片占用
面积和使用成本。
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0021]图1为本专利技术在一个实施例中的集成热式加速度和红外传感器的单芯片的纵向剖面示意图；
[0022]图2为本专利技术在一个实施例中如图1所示的悬桥式传感器结构的俯视图；
[0023]图3为本专利技术在一个实施例中如图2所示的悬桥式传感器结构的制造方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0024]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种集成热式加速度和红外传感器的单芯片，其特征在于，其包括第一晶圆部，所述第一晶圆部包括：第一衬底；第一腔体，其设置于所述第一衬底中，所述第一腔体内密封有填充气体，所述填充气体为对特定红外光谱不吸收或者吸收较少的气体；悬桥式传感器结构，其设置于所述第一衬底的正面且与所述第一腔体相对，其可切换为加速度检测模式或红外检测模式；信号处理电路，其设置于所述第一衬底的正面，其用于对所述悬桥式传感器结构产生的传感信号进行处理。2.根据权利要求1所述的集成热式加速度和红外传感器的单芯片，其特征在于，所述悬桥式传感器结构包括：支撑层，其位于所述第一衬底的正面且位于所述第一腔体上方；热电堆，其包括第一热电堆单元、第二热电堆单元、第三热电堆单元和第四热电堆单元，所述第一热电堆单元和第二热电堆单元设置于x轴方向，且分别位于所述第一腔体的相对的第一侧边和第二侧边，所述第三热电堆单元和第四热电堆单元设置于y轴方向，且分别位于所述第一腔体的相对的第三侧边和第四侧边，其中，x轴和y轴组成直角坐标系；加热器，其布置于所述悬桥式传感器结构的中部。3.根据权利要求2所述的集成热式加速度和红外传感器的单芯片，其特征在于，所述加热器包括四组加热单元，其中，两组加热单元并行布置于x轴方向，另两组加热单元并行布置于y轴方向。4.根据权利要求2所述的集成热式加速度和红外传感器的单芯片，其特征在于，其还包括第二晶圆部，所述第二晶圆部的正面与所述第一晶圆部的正面相键合，所述第二晶圆部包括：第二衬底；第二腔体，其设置于所述第二衬底中且与所述悬桥式传感器结构相对，所述第二腔体内密封有所述填充气体。5.根据权利要求2或4所述的集成热式加速度和红外传感器的单芯片，其特征在于，当处于加速度检测模式时，对所述加热器施加电流以加热所述填充气体，所述信号处理电路基于第一热电堆单元和第二热电堆单元输出的电压信号的差值，获取在x轴方向的加速度；所述信号处理电路基于第三热电堆单元和第四热电堆单元输出的电压信号的差值，获取在y轴方向的加速度，当处于红外温度检测模式时，关闭所述加热器，通过开关将第一热电堆单元、第二热电堆单元、第三热电堆单元和第四热电堆单元输出的电压信号串联起来，使所述热电堆输出总电压信号，所述信号处理电路基于所述热电堆输出的总电压信号，获取红外温度。6.根据权利要求2或4所述的集成热式加速度和红外传感器的单芯片，其特征在于，所述热电堆由N掺杂或者P掺杂的多晶硅与金属组成；所述热电堆由N掺杂和P掺杂的多晶硅组成；所述热电堆由其他具有塞贝克效应的材料组成；或所述加热器由金属化的多晶硅或金属制作。...
【专利技术属性】
技术研发人员：凌方舟，刘尧，蒋乐跃，储莉玲，
申请(专利权)人：美新半导体天津有限公司，
类型：发明
国别省市：
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