的一个或多个专用集成电路(ASIC)。图5描绘一体 地形成于单个衬底110上的示例性ASIC 500的示意图。ASIC 500包括用于处理来自压力传 感器120的读数的、包括电容-电压转换器(CVC)的压力传感器接口电路504,用于处理来自 氧传感器126的读数的、包括稳压器和互阻抗放大器(TIA)的氧传感器接口电路508,以及用 于处理来自温度传感器114的读数的、包括带隙基准和绝对温度成比例(PTAT)电压发生器 的温度传感器接口电路512。在示例性实施例中，由于压力、氧和温度信号具有低频变化，因 此传感器接口电路504、508、512的输出可以是多路复用的以共用用于信号数字化的单个10 位SAR ADC(连续近似模数转换器)520。数字控制器524被提供用于将ADC 520输出转换成串 行位流以便与诸如外部数据记录器的外部设备通信。
[0082] 在实验中，电容MEMS压力传感器120配置为用于直接信号处理的电容-电压转换器 (CVC)，并且图6A显示CVC相对于施加的压力的输出响应。线性拟合曲线具有0.9862的确定 系数(R2)，指示传感器电路的良好线性响应并且测量灵敏度为〇. 67mV/mmHg。14位ADC能够 将该灵敏度转换成所需的分辨率。图6B显示压力传感器电容失配校准的测量结果。经证实 通过用上/下控制改变电阻DAC修整代码，修整电路可以以0.93-fF分辨率覆盖从-237.8fF 到+239.9fF的线性调谐范围。
[0083]在实验中，氧传感器126配置为电位计，其输出与氧的浓度成正比的电流。生成的 电流然后由互阻抗放大器进一步转换成电压。图7A是氧传感器相对于溶解氧浓度的输出响 应的绘图并且总结氧传感器126性能的测量结果。在从10到55mmHg的溶解氧的测量分压之 上，线性拟合曲线具有0.9957的R 2并且测量灵敏度为0.78mV/mmHg，其相当于194pA/mmHg的 输入灵敏度。图7B显示从氮饱和状态到空气饱和状态的水性溶液中的氧传感器126的测量 瞬时响应。图7B证实氧传感器对溶解氧浓度的变化的快速响应。再次地，14位ADC能够以 ImmHg分辨率转换溶解氧的该检测分压。
[0084] 在实验中，温度传感器114包含在经典带隙拓扑中，其中感兴趣的输出是基射极间 电压。当基射极间电压的典型敏感度为约_2mV/°C时，基射极间电压实际上连接到具有5的 增益的第二级以将敏感度增加到10mV/°C之上。在该温度传感器表征中，评价9个芯片。由于 通过设计增加温度灵敏度，因此ADC的分辨率要求可以从14位减小到10位。如图8A中所示， 温度传感器114具有R 2为0.9999的线性输出响应，当平均9个芯片的测量结果时测量输出灵 敏度为约I ImV/ °C。图8B示出在从-5 °C到45 °C的温度范围内获得± 0.3 °C的温度不精确度。 另外，图8B显示在35°C处的一点校准之后，在30°C到45°C的目标温度范围内传感器的不精 确度被限制在±0.2 °C内。
[0085] 现在将参考图9根据本发明的实施例描述制造用于颅内神经监测的整体集成多模 态传感器装置100的方法900的概图。方法900包括提供单个衬底110(如CMOS衬底）的步骤 904,在单个衬底110的第一部分116上形成温度传感器114以用于检测温度的步骤908,在单 个衬底110的第二部分122上形成压力传感器120以用于检测颅内压的步骤912,以及在单个 衬底110的第三部分128上形成氧传感器126以用于检测氧浓度的步骤916。在优选实施例 中，步骤908、912和916是并行过程(CMOS过程），接着进行后处理步骤，例如释放压力传感器 120和在氧传感器126的顶金属层142上沉积铂工作电极410。特别地，温度传感器114、压力 传感器120和氧传感器126的感测部分130、132、134分别形成于传感器装置100的不同层处。 在实施例中，温度传感器114的感测部分130形成于单个衬底110处，压力传感器120的感测 部分132形成于传感器装置100的内金属层138处，并且氧传感器126的感测部分134形成于 传感器装置的顶金属层142处。在这方面，在传感器装置100的不同层处形成三个传感器 114、120、126的感测部分130、132、134允许使用定制集成制造流程将三个传感器114、120、 126-体地形成于单个衬底110上（即，集成到单个芯片中）。现在将根据本发明的示例性实 施例进一步详细地描述制造集成多模态传感器装置100的步骤。
[0086] 在示例性实施例中，使用GL0BALF0UNDRIES公司的0.18μπι技术基于CMOS制造过程 制造集成多模态传感器装置100。作为第一步骤，提供单件空白晶片/衬底(优选地，硅衬底） 110，如图IOA中所示，温度传感器114、压力传感器120、氧传感器126和关联ASIC 500将形成 于其上。沉积栅氧化物的薄层以形成用于温度传感器114、氧传感器126和ASIC 500的NMOS 晶体管，并且形成和构型多晶硅层1004，如图IOA中所示。随后，如图IOB中所示，氧化物层 1006沉积在衬底110上并且然后在部分1008处构型，在所述部分处η+掺杂剂将被扩散或植 入。图10Β。然后，如图IOC中所示，晶体管的η+区域1010形成于衬底110中并且去除氧化物层 1006。随后，ILD(层间介电质）1012沉积在衬底110上并且构型，如图IOD中所示，并且通孔 (VIA)I 1014沉积和经受CMP(化学机械平坦化），如图IOE中所示。金属(METAL)I (Ml)层1016 然后沉积在ILD层1012上并且构型，如图IOF中所示。
[0087] 随后，頂Dl (内金属介电）层1018沉积在METALl层1016上和ILD层1012上并且构型， 如图IOG中所示，并且VIA12 1020沉积和经受CMP，如图IOH中所示。然后，METAL2层1022沉积 在頂Dl层1018上并且构型，如图101中所示。该金属层1022将用于限定压力传感器120的底 部/固定电极322。随后，頂D2(内金属介电）层1024沉积在METAL2层1022上和頂Dl层1018上 并且构型，如图IOJ中所示，并且VIA23 1026沉积和经受CMP，如图IOK中所示。METAL3层1028 然后沉积在MD2层1024上并且构型，如图IOL中所示。该金属层1028将用于限定压力传感器 120的释放层（即，形成腔350,如图3A中所示）。随后，頂D3 1030沉积在METAL3层1028上并且 构型，如图IOM中所示，并且然后VIA34 1032沉积和经受CMP，如图ION中所示。METAL4层1034 然后沉积在MD3层1030上并且构型，如图100中所示。该金属层1034将用于限定压力传感器 120的顶部/可移动电极318。随后，頂D4层1036沉积在METAL4层1034上并且构型，如图IOP中 所示，并且然后VIA45 1038沉积和经受CMP，如图IOQ中所示。METAL5层1040然后沉积在頂D4 层1036上并且构型，如图IOR中所示。该金属层1040也将用于限定压力传感器120的顶部/可 移动电极318,其与METAL4层1034并行地连接。
[0088] 随后，IMD5层1042沉积在METAL5层1040上并且构型，如图IOS中所示，并且然后 ￥1八56 1044沉积和经受01^，如图101'中所示。腿了六1^6层1046(8卩，顶金属层142)然后沉积在 IMD5层1042上并且构型，如图IOU中所示。该金属层1046将用于制造氧传感器126的电极 410。随后，钝化氧化物层1048沉积在装置上并且构型，如图IOV中所示。将领会可以使用上 述的任何金属层进行去往/来自并且在ASIC 500内的路由。
[0089] CMOS晶片现在完成并且现在将描述CMOS后制造过程。为了保证CMOS相容性，在示 例性实施例中仅仅使用低温后加工。在该阶段，CMOS晶片具有集成在其上的温度传感器 114、压力传感器120(但是膜还未释放)和氧传感器120(但是没有沉积铂工作电极410)。在 后制造过程中，第一步骤是蚀刻牺牲堆叠层1050以便释放悬浮膜1052,如图IOW中所示。为 了蚀刻堆叠金属(>99%铝)和通孔(钨)层，H2S04+H202溶液用于执行释放。在牺牲层1050的 蚀刻期间，介电质用作保护顶部电极1040和底部电极1022、电连接和IC的停止层，如果需要 的话。在膜1052的释放之后，沉积低应力氧化物层1054以便密封蚀刻孔1056,如图IOX中所 示。蚀刻孔1056在真空室之下被密封，因此在膜1052之下的腔350几乎处于真空（约6毫托）。 随后，使用光刻法和RIE构型氧化物层1054以便暴露氧传感器126,并且铂1058沉积在顶金 属层1046上并且使用剥离过程构型以形成工作电极410,如图IOY中所示。另外，使用光刻法 和RIE，氧化物层1054被构型以便暴露垫(未在图IOZ中显示）以允许电连接。一旦CMOS-MEMS 制造完成，执行生物相容包装过程，包括在压力传感器120上沉积和构型保护聚合物涂层材 料(优选地聚对二甲苯）1060以及沉积聚合物(优选地，水凝胶(NAFI0N))1062以包封氧传感 器125,如图IOZ中所示。
[0090] 图11示出根据本发明的示例性实施例制造的示例性已完成的传感器装置(或传感 器芯片）100。
[0091] 现在将描述本发明的实施例，其中传感器装置100被包装以用于活体内应用，如图 12A和图12B中所示。特别地，提供一种用于颅内神经监测的集成多模态传感器系统1200,如 图12A中示意性地所示，其包含传感器装置100。传感器系统1200包括挠性导管1210,挠性衬 底1214,布置在挠性衬底1214上和挠性导管1210的感测端部分1222内的传感器装置100,以 及引导尖端构件1226,在将挠性导管1210的感测端部分1222插入受试者1314的头骨/颅骨 1310中期间所述引导尖端构件从挠性导管1210的感测端部分1222延伸以便于挠性导管 1210的传入和定向引导，如图13中所示。
[0092] 在示例性实施例中，传感器装置100胶粘到生物相容的挠性衬底1214(例如挠性 PCB)上。挠性衬