Mems压力传感器、mems惯性传感器集成结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及传感器领域，更具体地，涉及一种将MEMS压力传感器、MEMS惯性传感器集成在同一芯片上的集成结构。
【背景技术】
[0002]近年来，随着科学技术的发展，手机、笔记本电脑等电子产品的体积在不断减小，而且人们对这些便携电子产品的性能要求也越来越高，这就要求与之配套的电子零部件的体积也必须随之减小。
[0003]传感器作为测量器件，已经普遍应用在手机、笔记本电脑等电子产品上。在现有的工艺结构中，由于检测的原理不同，MEMS惯性传感器和MEMS压力传感器芯片一般是分立的，MEMS惯性传感器需要密闭的空间来保护其微细结构，而MEMS压力传感器的敏感结构需要与外界接触，两种器件分别基于不同的工艺平台上进行设计和加工，再利用不同的封装形式，形成独立的芯片。装配的时候，系统厂商将MEMS惯性传感器芯片和MEMS压力传感器芯片通过SMT的方式，贴装在同一个主板上，从而增加了芯片的成本，也增加了封装的成本。
【发明内容】
[0004]本发明的一个目的是提供一种MEMS压力传感器、MEMS惯性传感器集成结构的新技术方案。
[0005]根据本发明的第一方面，提供了一种MEMS压力传感器、MEMS惯性传感器集成结构，包括衬底、形成于所述衬底上的绝缘层、均形成于所述绝缘层上的第一下电极和第二下电极，还包括通过第一支撑部支撑在所述第一下电极上方的第一上电极，以及通过第二支撑部支撑在所述第二下电极上方的第二上电极；所述第一上电极为压力敏感膜，且所述第一上电极与所述第一下电极之间的腔体为密闭腔体，以使所述第一上电极与所述第一下电极构成压力传感器的气压敏感型电容器；所述第二上电极与所述第二下电极构成电容量不随外界气压变化的基准电容器；还包括通过第三支持部支撑在衬底上方的惯性敏感结构，以及与惯性敏感结构构成惯性传感器的惯性检测电容器的固定极板；其中还包括盖体，所述盖体将惯性敏感结构、固定极板构成的惯性检测电容器封装在衬底上。
[0006]优选地，所述第二上电极也为压力敏感膜，所述基准电容器还包括用于限制所述第二上电极在外界气压作用下发生变形的限位结构。
[0007]优选地，所述基准电容器设置有用于支撑所述第二上电极的支撑柱，以形成所述限位结构。
[0008]优选地，所述基准电容器设置有压力平衡孔，所述基准电容器中位于第二上电极与第二下电极之间的腔体通过所述压力平衡孔与外界相通，以形成所述限位结构。
[0009]优选地，所述盖体还将第二上电极、第二下电极构成的基准电容器封装在衬底上。
[0010]优选地，所述第一上电极与所述第二上电极为一体结构。
[0011]优选地，所述第一支撑部、第二支撑部、第三支撑部具有相同的材质、相同的高度；所述第一上电极、第二上电极、惯性敏感结构具有相同的材质、相同的高度；所述第一下电极、第二下电极具有相同的材质、相同的高度。
[0012]优选地，所述第一上电极、第二上电极的下端面高于惯性敏感结构的下端面。
[0013]优选地，所述第一支撑部、第二支撑部、第三支撑部上分别设置有贯通孔，所述贯通孔内分别设有与第一上电极、第二上电极、惯性敏感结构电连接的导电材料，并在第一支撑部、第二支撑部、第三支撑部的下端形成多个相应的连接引线，该多个相应的连接引线通过绝缘层走线，并分别连接至衬底上的焊盘集中区。
[0014]优选地，所述固定极板设置在绝缘层上，并作为惯性检测电容器的第三下电极。
[0015]本发明的集成结构，将MEMS惯性传感器和MEMS压力传感器集成在同一衬底上，可有效减小芯片的面积，从而降低了芯片的成本；通过一次封装，即可完成整个芯片的封装，降低了芯片封装的成本。而且由于气压敏感型电容器与基准电容器所处的应用环境相同，因此能够对外界共模干扰产生基本一致的响应，这样，利用基准电容器的输出信号便可以至少部分地滤除气压敏感型电容器的输出信号中的共模干扰信号，进而提高了气压敏感型电容器输出信号的稳定性。
[0016]本发明的发明人发现，在现有技术中，系统厂商将MEMS惯性传感器芯片和MEMS压力传感器芯片通过SMT的方式，贴装在同一个主板上，从而增加了芯片的成本，也增加了封装的成本。因此，本发明所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的，故本发明是一种新的技术方案。
[0017]通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
【附图说明】
[0018]被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
[0019]图1是本发明集成结构的结构示意图。
[0020]图2是本发明集成结构第二种实施方式的结构示意图。
[0021]图3是本发明集成结构第三种实施方式的结构示意图。
[0022]图4是本发明集成结构第四种实施方式的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
[0024]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，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
[0025]对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0026]在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
[0027]应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0028]参考图1、图2，本发明提供了一种MEMS压力传感器、MEMS惯性传感器集成结构，其包括衬底1、形成于衬底I上的绝缘层2、均形成于绝缘层2上的第一下电极3a和第二下电极3b，还包括通过第一支撑部7a支撑在第一下电极3a上方的第一上电极4a，以及通过第二支撑部7b支撑在第二下电极3b上方的第二上电极4b ;该第一上电极4a为压力敏感膜，且第一上电极4a与第一下电极3a之间的腔体为密闭腔体9a，以使第一上电极4a与第一下电极3a构成了压力传感器的气压敏感型电容器。在此，为了消除温度变化对气压敏感型电容器检测精度的影响，及为了便于获得绝对气压，该密闭腔体9a优选为真空腔体。而第二上电极4b与第二下电极3b构成电容量不随外界气压变化的基准电容器。
[0029]本发明的集成结构，还包括通过第三支持部7c支撑在衬底I上方的惯性敏感结构4c，以及与惯性敏感结构4c构成惯性检测电容器的固定极板。其中，MEMS惯性传感器的惯性敏感结构4c对于本领域的技术人员来说，属于现有的技术，其具有对称的可动极板，可通过弹性梁结构连接在第三支持部7c上。其中，在本发明一个具体的实施方式中，所述固定极板设置在绝缘层2上，其位于惯性敏感结构4c的下方，作为惯性检测电容器的第三下电极3c，从而使得该MEMS惯性传感器可以进行Z轴方向的检测。当然对于本领域的技术人员来说，也可设置与惯性敏感结构4c侧面相对的固定极板，使其与惯性敏感结构4c可以构成进行X轴、Y轴方向检测的惯性检测电容器。本发明的MEMS惯性传感器，可以是MEMS加速度计、MEMS陀螺仪及MEMS谐振器等惯性传感器。
[0030]本发明中，绝缘层2的作用是为了保证各部件与衬底I之间的绝缘，对于本领域的技术人员来说，如果衬底I本身可以采用绝缘的材料制成，则不再需要设置绝缘层2。
[0031]本发明的集成结构，还包括盖体8，所述盖体8将惯性敏感结构4c、固定极板构成的惯性检测电容器封装在衬底I上，参考图2、图3。其中该盖体8可以直接设置在位于衬底I上方的绝缘层2上，当然，为了保证工艺的一致性，可以在绝缘层2上设置第四支撑部7d,所述盖体8与第四支撑部7d连接在一起，共同围成封装惯性检测电容器的腔体。本发明的集成结构中，气压敏感型电容器中的第一上电极4a需要与外界环境接触才能发挥作用，而基准电容器的第二上电极4b则不需要与外界环境接触，因此，本发明的盖体8还可以将第二上电极4b、第二下电极3b构成的基准电容器封装在衬底I上，参考图1、图4。
[0032]本发明的集成结构，将MEMS惯性传感器和MEMS压力传感器集成在同一衬底上，可有效减小芯片的面积，从而降低了芯片的成本；通过一次封装工艺，即可完成整个芯片的封装，从而降低了芯片封装的成本。而且由于气压敏感型电容器与基准电容器所处的应用环境相同，因此能够对外界共模干扰信号产生基本一致的响应，这样，利用基准电容器的输出信号便可以至少部分地滤除气压敏感型电容器输出信号中的共模干扰信号，进而提高了气压敏感型电容器输出信号的稳定性。
[0033]本发明中，为了能够通过基本相同的工艺步骤制造形成上述气压敏感型电容器和基准电容器，及提高气压敏感型电容器和基准电容器对外界共模干扰的响应一致性，该第二上电极4b也可以采用压力敏感膜，在此，第一上电极4a与第二上电极4b可以相互独立，也可以为一体结构(即第一上电极4a和第二上电极4b为一张压力敏感膜)，参考图3。此时，为了避免第二上电极4b跟随外界气压变化而发生相应地变形，该基准电容器还应该包括用于限制第二上电极4b在外界气压作用下发生变形的限位结构。另外，该第二上电极4b也可以采用在本发明压力传感器的检测范围内不会发生变形的材料制成，该材料优选是使得第二上电极4b与第一上电极4a对于温度等非气