一种融合传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型实施例公开了一种融合传感器，包括：衬底晶圆、位于所述衬底晶圆表面的MEMS惯性传感器结构以及位于所述MEMS惯性传感器结构表面的MEMS压力传感器结构，其中，所述MEMS压力传感器结构中的MEMS压力传感器晶圆、所述MEMS惯性传感器结构中的环形MEMS惯性传感器晶圆以及所述衬底晶圆共同构成一真空腔，从而使得所述MEMS惯性传感器结构与所述MEMS压力传感器结构共用一个真空腔，进而使得本实用新型所提供的融合传感器在同时实现MEMS惯性传感器与MEMS压力传感器功能的基础上，降低了所述融合传感器的尺寸。
【专利说明】一种融合传感器
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及MEMS传感器制造【技术领域】，尤其涉及一种融合传感器。
【背景技术】
[0002]MEMS (Microelectro Mechanical Systems,即微机电系统)传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适用于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点，同时，在微米量级的特征尺寸使得他可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。
[0003]目前消费类电子产品中，如手机、平板电脑等，也开始大规模采用MEMS惯性传感器和MEMS压力传感器，其中，MEMS惯性传感器中MEMS加速度传感器和MEMS陀螺仪在整个销售额里占有很大的比例。
[0004]随着消费类电子产品对于成本及功耗等要求日益严格，各种传感器的融合趋势越来越明显，但是，现有技术中融合传感器的尺寸较大。
实用新型内容
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种融合传感器，以降低所述融合传感器的尺寸。
[0006]为解决上述问题，本实用新型实施例提供了如下技术方案:
[0007]—种融合传感器,包括:
[0008]衬底晶圆，
[0009]位于所述衬底晶圆表面的MEMS惯性传感器结构，所述MEMS惯性传感器结构包括:位于所述衬底晶圆表面的环形MEMS惯性传感器晶圆以及位于所述环形MEMS惯性传感器晶圆中间的惯性传感器检测单元；
[0010]位于所述MEMS惯性传感器结构表面的MEMS压力传感器结构，所述MEMS压力传感器结构包括:位于所述环形MEMS惯性传感器晶圆表面的MEMS压力传感器晶圆、相对位于所述MEMS压力传感器晶圆上表面内的第一压敏电阻和第二压敏电阻；
[0011]其中，所述MEMS压力传感器晶圆包括:环形侧壁以及位于所述环形侧壁包围区域的应变薄膜，所述应变薄膜与所述惯性传感器检测单元之间具有间隙，且所述环形侧壁、所述应变薄膜与所述MEMS惯性传感器晶圆、所述衬底晶圆共同构成真空腔。
[0012]优选的，第一压敏电阻和第二压敏电阻相对位于所述应变薄膜朝向所述环形侧壁的一侧。
[0013]优选的，所述MEMS惯性传感器结构为MEMS加速度传感器结构。
[0014]优选的，所述MEMS惯性传感器结构为MEMS陀螺仪结构。
[0015]优选的，所述融合传感器还包括:位于所述环形MEMS惯性传感器晶圆朝向所述MEMS压力传感器晶圆一侧表面的玻璃板。
[0016]优选的，所述融合传感器还包括:位于所述MEMS压力传感器晶圆朝向所述环形MEMS惯性传感器晶圆表面的玻璃板。
[0017]优选的，所述融合传感器还包括:
[0018]位于所述环形MEMS惯性传感器晶圆朝向所述MEMS压力传感器晶圆一侧表面的第
一金属层;
[0019]位于所述MEMS压力传感器晶圆朝向所述环形MEMS惯性传感器晶圆一侧表面的第
二金属层。
[0020]与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点:
[0021]本实用新型实施例所提供的技术方案中，所述融合传感器包括:衬底晶圆、位于所述衬底晶圆表面的MEMS惯性传感器结构以及位于所述MEMS惯性传感器结构表面的MEMS压力传感器结构，其中，所述MEMS压力传感器结构中的MEMS压力传感器晶圆、所述MEMS惯性传感器结构中的环形MEMS惯性传感器晶圆以及所述衬底晶圆共同构成一真空腔，从而使得所述MEMS惯性传感器结构与所述MEMS压力传感器结构共用一个真空腔，进而使得本实用新型所提供的融合传感器可以在同时实现MEMS惯性传感器与MEMS压力传感器功能的基础上，降低所述融合传感器的尺寸。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为现有技术中MEMS惯性传感器的结构示意图；
[0024]图2为现有技术中MEMS压力传感器的结构示意图；
[0025]图3为本实用新型实施例所提供的融合传感器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]正如【背景技术】部分所述，现有技术中融合传感器的尺寸较大。
[0027]发明人研究发现，这是由于现有技术中在融合MEMS加速度传感器和MEMS压力传感器或融合MEMS陀螺仪和MEMS压力传感器时，通常是通过采用将MEMS加速度传感器和MEMS压力传感器、或MEMS陀螺仪和MEMS压力传感器封装在同一封装体内，实现MEMS加速度传感器和MEMS压力传感器的融合或MEMS陀螺仪和MEMS压力传感器的融合，从而导致现有技术中融合传感器的尺寸较大。
[0028]发明人进一步研究发现，MEMS加速度传感器和MEMS陀螺仪等MEMS传感器为了维持一定的阻尼，通常都有一定的真空要求，尤其是MEMS陀螺仪对真空的要求很高，从而使得MEMS加速度传感器和MEMS陀螺仪等MEMS传感器的结构中包括一个真空腔，以满足其对真空的要求。如图1所示，现有技术中的MEMS惯性传感器包括:衬底晶圆11、位于所述衬底晶圆11表面的MEMS惯性传感器结构12以及位于所述MEMS惯性传感器结构12表面的密封晶圆13，其中，所述MEMS惯性传感器结构12包括:位于所述衬底晶圆11表面的环形MEMS惯性传感器晶圆121以及位于所述环形MEMS惯性传感器晶圆121中间的惯性传感器检测单元122，且所述密封晶圆11、所述环形MEMS惯性传感器晶圆121和所述密封晶圆13构成真空腔14。
[0029]而压力传感器用于测量外界压力相对于真空腔内压力的差值，亦包括一真空腔。如图2所示，现有技术中的MEMS压力传感器包括:密封晶圆21、位于所述密封晶圆21表面MEMS压力传感器结构22，所述MEMS压力传感器结构22包括:位于所述密封晶圆21表面的MEMS压力传感器晶圆221、相对位于所述MEMS压力传感器晶圆221上表面内的第一压敏电阻222和第二压敏电阻223，其中，所述密封晶圆21与所述MEMS压力传感器晶圆221构成真空腔24。
[0030]有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种融合传感器，包括:
[0031]衬底晶圆，
[0032]位于所述衬底晶圆表面的MEMS惯性传感器结构，所述MEMS惯性传感器结构包括:位于所述衬底晶圆表面的环形MEMS惯性传感器晶圆以及位于所述环形MEMS惯性传感器晶圆中间的惯性传感器检测单元；
[0033]位于所述MEMS惯性传感器结构表面的MEMS压力传感器结构，所述MEMS压力传感器结构包括:位于所述环形MEMS惯性传感器晶圆表面的MEMS压力传感器晶圆、相对位于所述MEMS压力传感器晶圆上表面内的第一压敏电阻和第二压敏电阻；
[0034]其中，所述MEMS压力传感器晶圆包括:环形侧壁以及位于所述环形侧壁包围区域的应变薄膜，所述应变薄膜与所述惯性传感器检测单元之间具有间隙，且所述环形侧壁、所述应变薄膜与所述MEMS惯性传感器晶圆、所述衬底晶圆共同构成真空腔。
[0035]由此可见，本实用新型实施例所提供的融合传感器，包括:衬底晶圆、位于所述衬底晶圆表面的MEMS惯性传感器结构以及位于所述MEMS惯性传感器结构表面的MEMS压力传感器结构，其中，所述MEMS压力传感器结构中的MEMS压力传感器晶圆、所述MEMS惯性传感器结构中的环形MEMS惯性传感器晶圆以及所述衬底晶圆共同构成一真空腔，从而使得所述MEMS惯性传感器结构与所述MEMS压力传感器结构共用一个真空腔，进而使得本实用新型所提供的融合传感器可以在同时实现MEMS惯性传感器与MEMS压力传感器功能的基础上，降低所述融合传感器的尺寸。
[0036]为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】做详细的说明。
[0037]在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广。因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。
[0038]如图3所示，本实用新型实施例提供了一种融合传感器，包括:
[0039]衬底晶圆31，
[0040]位于所述衬底晶圆31表面的MEMS惯性传感器结构32，所述MEMS惯性传感器结构32包括:位于所述衬底晶圆31表面的环形MEMS惯性传感器晶圆321以及位于所述环形MEMS惯性传感器晶圆321中间的惯性传感器检测单元322 ；
[0041 ] 位于所述MEMS惯性传感器结构32表面的MEMS压力传感器结构33，所述MEMS压力传感器结构33包括:位于所述环形MEMS惯性传感器晶圆321表面的MEMS压力传感器晶圆331、相对位于所述MEMS压力传感器晶圆331上表面内的第一压敏电阻332和第二压敏电阻333 ；[0042]其中，所述MEMS压力传感器晶圆331包括:环形侧壁3311以及位于所述环形侧壁3311包围区域的应变薄膜3312，所述应变薄膜3312与所述惯性传感器检测单元322之间具有间隙，且所述环形侧壁3311、所述应变薄膜3312与所述MEMS惯性传感器晶圆、所述衬底晶圆31共同构成真空腔34。
[0043]优选的，所述第一压敏电阻332和第二压敏电阻333相对位于所述应变薄膜3312朝向所述环形侧壁3311的一侧，但本实用新型对此并不做限定，只要保证所述第一压敏电阻332和第二压敏电阻333之间具有一定的距离，从而可以利用所述第一压敏电阻332和第二压敏电阻333测量出外界压力相对于真空腔34内压力的差值即可。
[0044]在本实用新型的一个实施例中，所述MEMS惯性传感器结构32为MEMS加速度传感器结构，在本实用新型的另一个实施例中，所述MEMS惯性传感器结构32为MEMS陀螺仪结构，但本实用新型所提供的融合传感器中，所述MEMS惯性传感器结构32并不仅限于此，视具体情况而定。
[0045]在本实用新型的一个具体实施例中，所述环形MEMS惯性传感器晶圆321与所述MEMS压力传感器晶圆331为硅片，优选通过硅-硅晶圆级键合工艺固定在一起，从而使得所述环形MEMS惯性传感器晶圆321、所述MEMS压力传感器晶圆331和衬底晶圆31共同构成真空腔34。
[0046]在本实用新型的另一个具体实施例中，所述融合传感器还包括:位于所述环形MEMS惯性传感器晶圆321朝向所述MEMS压力传感器晶圆331 —侧表面的玻璃板(图中未示出)，且所述MEMS压力传感器晶圆331和所述玻璃板优选通过硅-玻璃键合工艺固定在一起，从而使得所述环形MEMS惯性传感器晶圆321、所述MEMS压力传感器晶圆331和所述衬底晶圆31共同构成真空腔34。
[0047]在本实用新型的又一个实施例中，所述融合传感器还包括:位于所述MEMS压力传感器晶圆331朝向所述环形MEMS惯性传感器晶圆321表面的玻璃板(图中未示出)，且所述环形MEMS惯性传感器晶圆321和所述玻璃板优选通过硅-玻璃键合工艺固定在一起，从而使得所述环形MEMS惯性传感器晶圆321、所述MEMS压力传感器晶圆331和所述衬底晶圆31共同构成真空腔34。
[0048]在本实用新型再一个实施例中，所述融合传感器还包括:位于所述环形MEMS惯性传感器晶圆321朝向所述MEMS压力传感器晶圆331 —侧表面的第一金属层(图中未不出)，以及位于所述MEMS压力传感器晶圆331朝向所述环形MEMS惯性传感器晶圆321表面的第二金属层(图中未示出)，且所述第一金属层和第二金属层优选通过金属-金属键合工艺固定在一起，从而使得所述环形MEMS惯性传感器晶圆321、所述MEMS压力传感器晶圆331和所述衬底晶圆31共同构成真空腔34。
[0049]需要说明的是，本实用新型实施例所提供的融合传感器结构中，所述环形MEMS惯性传感器晶圆321和所述MEMS压力传感器晶圆331优选通过键合工艺固定在一起，但在本实用新型的其他实施例中，所述环形MEMS惯性传感器晶圆321与所述MEMS压力传感器晶圆331也可以通过粘接等工艺固定在一起，本实用新型对此并不做限定，只要保证所述环形MEMS惯性传感器晶圆321、所述MEMS压力传感器晶圆331和所述衬底晶圆31共同构成真空腔34即可。
[0050]还需要说明的是，本实用新型实施例所提供的融合传感器在制作过程中，可以单独制作一个融合传感器，也可以同时制作多个融合传感器，然后在所述环形MEMS惯性传感器晶圆321和所述MEMS压力传感器晶圆331固定连接后，通过划片工艺分成单个融合传感器，本实用新型对此并不做限定，视具体情况而定。
[0051]由此可见，本实用新型实施例所提供的融合传感器，利用所述MEMS压力传感器晶圆331作为所述MEMS惯性传感器的密封晶圆，并利用所述环形MEMS惯性传感器晶圆321和所述衬底晶圆31作为所述MEMS压力传感器的密封晶圆，从而使得所述MEMS惯性传感器结构32与所述MEMS压力传感器结构33共用一个真空腔34，进而使得本实用新型所提供的融合传感器，可以在同时实现MEMS惯性传感器与MEMS压力传感器功能的基础上，降低所述融合传感器的尺寸和成本。
[0052]而且，现有技术中在制作MEMS惯性传感器和MEMS压力传感器的融合传感器时，需要单独制作MEMS惯性传感器和MEMS压力传感器，再将MEMS惯性传感器和MEMS压力传感器进行封装，其中涉及所述MEMS惯性传感器中，衬底晶圆11、MEMS惯性传感器结构12和密封晶圆13的密封键合，以及所述MEMS压力传感器中密封晶圆21和MEMS压力传感器晶圆22的密封键合，工艺较为繁琐，而本实用新型实施例中，只需一次键合工艺即可，且无需额外封装，从而简化了所述融合传感器结构的制作工艺，同时降低了所述融合传感器的成本。
[0053]综上所述，本实用新型实施例所提供的融合传感器的尺寸较小，制作工艺较简单，成本较低。
[0054]本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。
[0055]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种融合传感器，其特征在于，包括: 衬底晶圆， 位于所述衬底晶圆表面的MEMS惯性传感器结构，所述MEMS惯性传感器结构包括:位于所述衬底晶圆表面的环形MEMS惯性传感器晶圆以及位于所述环形MEMS惯性传感器晶圆中间的惯性传感器检测单元； 位于所述MEMS惯性传感器结构表面的MEMS压力传感器结构，所述MEMS压力传感器结构包括:位于所述环形MEMS惯性传感器晶圆表面的MEMS压力传感器晶圆、相对位于所述MEMS压力传感器晶圆上表面内的第一压敏电阻和第二压敏电阻； 其中，所述MEMS压力传感器晶圆包括:环形侧壁以及位于所述环形侧壁包围区域的应变薄膜，所述应变薄膜与所述惯性传感器检测单元之间具有间隙，且所述环形侧壁、所述应变薄膜与所述MEMS惯性传感器晶圆、所述衬底晶圆共同构成真空腔。
2.根据权利要求1所述的融合传感器，其特征在于，第一压敏电阻和第二压敏电阻相对位于所述应变薄膜朝向所述环形侧壁的一侧。
3.根据权利要求2所述的融合传感器，其特征在于，所述MEMS惯性传感器结构为MEMS加速度传感器结构。
4.根据权利要求2所述的融合传感器，其特征在于，所述MEMS惯性传感器结构为MEMS陀螺仪结构。
5.根据权利要求1所述的融合传感器，其特征在于，所述融合传感器还包括:位于所述环形MEMS惯性传感器晶圆朝向所述MEMS压力传感器晶圆一侧表面的玻璃板。
6.根据权利要求1所述的融合传感器，其特征在于，所述融合传感器还包括:位于所述MEMS压力传感器晶圆朝向所述环形MEMS惯性传感器晶圆表面的玻璃板。
7.根据权利要求1所述的融合传感器，其特征在于，所述融合传感器还包括: 位于所述环形MEMS惯性传感器晶圆朝向所述MEMS压力传感器晶圆一侧表面的第一金属层； 位于所述MEMS压力传感器晶圆朝向所述环形MEMS惯性传感器晶圆一侧表面的第二金属层。
【文档编号】G01D21/02GK203745004SQ201420063666
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年2月12日 优先权日:2014年2月12日
【发明者】张俊德 申请人:歌尔声学股份有限公司