压因素的变化的响应差异在压力传感器的允许误差范围内。
[0034]在本发明一个具体的实施方式中，如图1、图3、图4所示，上述限位结构如下:为基准电容器设置压力平衡孔12，使基准电容器中位于第二上电极4b与第二下电极3b之间的腔体9b通过压力平衡孔12与外界相通，这样，腔体9b内的气压将根据外界气压而发生相同的变化，实现通过压力平衡孔12限制第二上电极4b在外界气压作用下发生变形的目的，获得保持第二上电极4b各点的位置不变的效果。在此，该压力平衡孔12可以设置在第二上电极4b上，以简化压力传感器的制造工艺。当然如果可以，该压力平衡孔12可以设置在第二支撑部7b上，同样可以实现气压均衡的目的。
[0035]在本发明另一具体的实施方式中，如图2所示，上述限位结构也可以如下:设置支撑柱13，从而为第二上电极4b提供支撑，该支撑柱13可以设置在第二下电极3b上，但由于该支撑柱13需要采用绝缘材料，为了提高支撑柱13的连接强度，该支撑柱13也可以设置在绝缘层2上，这就需要在第二下电极3b上设置供支撑柱13穿过的通孔，以使支撑柱13穿过对应通孔向上延伸至第二上电极4b的位置。
[0036]本发明的集成结构，为了便于制造，所述第一支撑部7a、第二支撑部7b、第三支撑部7c、第四支撑部7d具有相同的材质、相同的高度，例如可采用二氧化硅材料；所述第一上电极4a、第二上电极4b、惯性敏感结构4c具有相同的材质、相同的高度，例如可采用单晶硅材料；所述第一下电极3a、第二下电极3b、第三下电极3c具有相同的材质、相同的高度，例如采用金属材料。这就使得上述各层允许通过逐层沉积或键合的方式设置，并通过图形化工艺形成各自的结构，由此可以使MEMS惯性传感器的制造工艺与MEMS压力传感器的工艺完全兼容。更为重要的是，通过相同的材料、工艺、尺寸，可以使气压敏感型电容器与基准电容器具有基本相同的初始电容量，从而可以使气压敏感型电容器和基准电容器对外界共模干扰的响应基本一致，以最大程度地滤除气压敏感型电容器输出信号中的共模干扰信号，并消除基准电容器输出信号对气压敏感型电容器输出信号中有效信号的影响。
[0037]基于上述制造工艺的一致性，在本发明一个优选的实施方式中，为了提高气压敏感型电容器的灵敏度，同时为了保证气压敏感型电容器与基准电容器的一致性，使所述第一上电极4a、第二上电极4b的下端面高于惯性敏感结构4c的下端面。具体地，可通过将第一上电极4a、第二上电极4b的下端面刻蚀减薄来实现，由此，增大了密闭腔体9a、腔体9b的容积，在保证气压敏感型电容器与基准电容器一致性的同时，提高了气压敏感型电容器的灵敏度；同时，将第一上电极4a的下端面减薄，增大了第一上电极4a至第一下电极3a之间的距离，可以防止高压力输入的情况下，第一上电极4a与第一下电极3a粘在一起，以造成气压敏感型电容器的失效。
[0038]本发明中，需要将各个电极的信号引出，这可通过传统的引线来实现，在本发明提供的一种优选的实施方式中，参考图1，所述第一支撑部7a、第二支撑部7b、第三支撑部7c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4a、第二上电极4b、惯性敏感结构4c电连接的导电材料6，从而可以将位于上方的电极的信号引到下端来，并在第一支撑部7a、第二支撑部7b、第三支撑部7c的下端形成多个相应的连接引线5，该多个相应的连接引线5连同各个下电极的引线可通过绝缘层2进行走线，并分别连接至衬底I上的焊盘集中区10中。例如可以设置绝缘层2具有多层的结构，以使多个连接引线5相互错开，这种走线的方式属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。
[0039]本发明还提供了一种上述集成结构的制造方法，首先在衬底I上沉积绝缘层2，其中，衬底I可以采用单晶硅材料，绝缘层2可以采用二氧化硅材料；其次，在绝缘层2的上表面沉积金属层，并对该金属层进行刻蚀，形成焊盘集中区10、第一下电极3a、第二下电极3b、第三下电极3c ;之后沉积另一绝缘层，并刻蚀形成第一支撑部7a、第二支撑部7b、第三支撑部7c、第四支撑部7d ;将敏感膜层通过键合的方式键合在各个支撑部上，对该敏感膜层进行刻蚀，形成第一上电极4a、第二上电极4b以及惯性敏感结构4c。当然根据需要，可在刻蚀敏感膜层之前，首先在第一支撑部7a、第二支撑部7b、第三支撑部7c上刻蚀出贯通孔，键合敏感膜层后，将贯通孔位置的敏感膜层刻蚀掉，填充导电材料6，以便将第一上电极4a、第二上电极4b、惯性敏感结构4c的电信号引到下端，并通过绝缘层进行走线；在后续的工艺中，可在敏感膜层的上表面沉积另一金属层，并刻蚀形成位于导电材料6上方的导电焊盘以及位于第四支撑部7d上方的金属键合层11，最终，通过该金属键合层11可将盖体8键合在第四支撑部7d上。其中，为了保证结构尺寸的一致性，在对敏感膜层进行刻蚀的时候，可以保留第四支撑部7d上方的敏感膜层，并通过后续的金属键合层11与盖体8键合在一起。
[0040]需要说明的是，上述绝缘层2可以是一体的，也可以是包括分别对应气压敏感型电容器、基准电容器、惯性检测电容器的多个相互独立的子绝缘层；上述第一支撑部7a、第二支撑部7b、第三支撑部7c、第四支撑部7d采用绝缘材料，它们之间可以相互独立，也可以为一体结构。
[0041]虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
【主权项】
1.一种MEMS压力传感器、MEMS惯性传感器集成结构，其特征在于:包括衬底(I)、形成于所述衬底(I)上的绝缘层(2)、均形成于所述绝缘层(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)支撑在所述第一下电极(3a)上方的第一上电极(4a)，以及通过第二支撑部(7b)支撑在所述第二下电极(3b)上方的第二上电极(4b);所述第一上电极(4a)为压力敏感膜，且所述第一上电极(4a)与所述第一下电极(3a)之间的腔体为密闭腔体(9a)，以使所述第一上电极(4a)与所述第一下电极(3a)构成压力传感器的气压敏感型电容器；所述第二上电极(4b)与所述第二下电极(3b)构成电容量不随外界气压变化的基准电容器；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)构成惯性传感器的惯性检测电容器的固定极板；其中还包括盖体(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⑴上。2.根据权利要求1所述的集成结构，其特征在于，所述第二上电极(4b)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(4b)在外界气压作用下发生变形的限位结构。3.根据权利要求2所述的集成结构，其特征在于，所述基准电容器设置有用于支撑所述第二上电极(4b)的支撑柱(13)，以形成所述限位结构。4.根据权利要求2所述的集成结构，其特征在于，所述基准电容器设置有压力平衡孔(12)，所述基准电容器中位于第二上电极(4b)与第二下电极(3b)之间的腔体(9b)通过所述压力平衡孔(12)与外界相通，以形成所述限位结构。5.根据权利要求1所述的集成结构，其特征在于:所述盖体(8)还将第二上电极(4b)、第二下电极(3b)构成的基准电容器封装在衬底(I)上。6.根据权利要求1所述的集成结构，其特征在于，所述第一上电极(4a)与所述第二上电极(4b)为一体结构。7.根据权利要求1所述的集成结构，其特征在于，所述第一支撑部(7a)、第二支撑部(7b)、第三支撑部(7c)具有相同的材质、相同的高度；所述第一上电极(4a)、第二上电极(4b)、惯性敏感结构(4c)具有相同的材质、相同的高度；所述第一下电极(3a)、第二下电极(3b)具有相同的材质、相同的高度。8.根据权利要求7所述的集成结构，其特征在于:所述第一上电极(4a)、第二上电极(4b)的下端面高于惯性敏感结构(4c)的下端面。9.根据权利要求1所述的集成结构，其特征在于:所述第一支撑部(7a)、第二支撑部(7b)、第三支撑部(7c)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(4a)、第二上电极(4b)、惯性敏感结构(4c)电连接的导电材料(6)，并在第一支撑部(7a)、第二支撑部(7b)、第三支撑部(7c)的下端形成多个相应的连接引线(5)，该多个相应的连接引线(5)通过绝缘层(2)走线，并分别连接至衬底(I)上的焊盘集中区(10)。10.根据权利要求1所述的集成结构，其特征在于:所述固定极板设置在绝缘层(2)上，并作为惯性检测电容器的第三下电极(3c)。
【专利摘要】本发明公开了一种MEMS压力传感器、MEMS惯性传感器集成结构，包括形成于衬底上的绝缘层、均形成于绝缘层上的第一下电极和第二下电极，还包括与第一下电极构成气压敏感型电容器的第一上电极，以及与第二下电极构成基准电容器的第二上电极；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，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。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。
【IPC分类】G01L9/12, B81B7/00, B81B3/00, B81B7/02
【公开号】CN104891418
【申请号】CN201510288750
【发明人】郑国光
【申请人】歌尔声学股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月29日