惯性和压力传感器集成的微机电构件的制作方法

本发明涉及微机电，更为具体的说涉及一种惯性和压力传感器的微机电构件。

背景技术：

1、随着电子元件的制造发展，微机电系统（micro-electro-mechanical system，mems）技术是近年来高速发展的一项高新技术，在惯性、压力传感器等领域有着许多应用。微机电系统的器件结构一般通过电容、电阻等来感知器件所受压力、加速度与角速度等的大小，而电容、电阻的改变主要由器件结构内部的弹簧等效系统来产生，因此，此类微机电系统的器件结构均具有敏感的感测元件（可移动元件），通常通过将器件结构与一个的顶盖体结构密封在一起来形成对器件结构内部的感测元件（可移动元件）的保护。

2、随着科学技术的发展，mems传感器的集成化和小型化的需求愈来愈强烈，如何将压力传感器与惯性传感器集成到单一芯片中，成为一个亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种惯性和压力传感器集成的微机电构件。

2、本发明的目的采用以下技术方案实现：

3、根据本发明的一方面，提供一种惯性和压力传感器集成的微机电构件，包括：

4、衬底，

5、器件结构，所述器件结构位于所述衬底的一侧之上，所述器件结构包括可动质量块、用于固定所述可动质量块的第一锚点、以及固定质量块，所述可动质量块关于第一方向偏心设置，所述固定质量块位于所述可动质量块的质量相对小的一侧，所述可动质量块上设置有第一镂空槽，所述固定质量块位于所述第一镂空槽内，所述固定质量块构成第一电极，所述可动质量块响应于在感测轴方向上的加速度而在所述感测轴方向上发生相应的转动位移；

6、盖顶结构，所述盖顶结构位于所述器件结构背离所述衬底的一侧，所述盖顶结构包括依次层叠的第一导电层、第一介质层以及第二膜层，所述盖顶结构还包括第一凹槽，所述第一凹槽在厚度方向上贯穿所述第二膜层和所述第一介质层，所述第一凹槽的底部位于所述第一导电层的表面以暴露部分所述第一导电层，以形成对应悬空在所述固定质量块上方的可动电极区域，所述可动电极区域构成第二电极；

7、其中，在所述衬底的厚度方向上，所述第一电极以及所述第二电极二者的投影交叠，以构成压力检测电容。

8、进一步地，在所述衬底上设置有与所述可动质量块对应的固定极板，在所述衬底的厚度方向上，所述可动质量块与所述固定极板之间具有预设的间隙，所述可动质量块与所述固定极板形成针对所述感测轴方向加速度的惯性检测电容。

9、进一步地，所述衬底上设置有第二锚点，所述固定质量块与所述第二锚点电连接，以通过所述第二锚点电连接至外部电路；

10、其中，在所述衬底的厚度方向上，所述第二锚点在所述衬底上的正投影位于所述固定质量块在所述衬底上的正投影范围之内。

11、进一步地，所述器件结构还包括支持部，所述支持部环绕所述可动质量块设置，在所述支持部与所述盖顶结构之间设置有第一键合结构，所述第二电极与所述第一键合结构电连接，以通过所述第一键合结构电连接至外部电路。

12、进一步地，所述第一键合结构包括堆叠的第一键合体和第二键合体以及环绕所述第一键合体和所述第二键合体设置的壁结构；

13、所述第一键合体和所述第二键合体为金属材料，所述壁结构为半导体材料；

14、其中，在所述壁结构的内径指向外径的延伸方向上，所述壁结构与所述堆叠的第一键合体和第二键合体之间具有间隙。

15、进一步地，所述第一导电层还包括隔离结构，所述隔离结构在厚度上贯穿所述第一导电层，以将所述第一导电层分隔为第一电极区域和围绕所述第一电极区域的第二电极区域，所述第一电极区域构成所述第二电极。

16、进一步地，所述隔离结构包括隔离槽。

17、在一些实施方式中，所述盖顶结构还包括与所述可动电极区域固定连接的第二介质层，在所述盖顶结构的厚度方向上，所述第二介质层位于所述可动电极区域靠近所述器件结构的一侧。

18、在一些实施方式中，所述盖顶结构还包括与所述可动电极区域固定连接的第二介质层和第三导电层，其中，所述第三导电层构造为所述第二电极；在所述盖顶结构的厚度方向上，所述第二介质层位于所述第一导电层和所述第三导电层之间。

19、进一步地，还包括：

20、第一导电质量块，所述第一导电质量块位于所述第一镂空槽内，并且在所述盖顶结构的厚度方向上，所述第一导电质量块在所述第一导电层上的正投影位于所述固定质量块在所述第一导电层上的正投影范围之外；

21、第二键合结构，所述第二键合结构设置在所述第一导电质量块与所述第二电极之间，所述第二电极通过所述第二键合结构与所述第一导电质量块电连接。

22、进一步地，所述第二键合结构包括堆叠的第一键合体和第二键合体以及环绕所述第一键合体和所述第二键合体设置的壁结构；

23、所述第一键合体和所述第二键合体为金属材料，所述壁结构为半导体材料；

24、其中，在所述壁结构的内径指向外径的延伸方向上，所述壁结构与所述堆叠的第一键合体和第二键合体之间具有间隙。

25、进一步地，所述第一导电质量块呈条形，并且设置在所述固定质量块的一侧边缘。

26、进一步地，所述第一导电质量块呈环形，并且环绕设置在所述固定质量块的周边。

27、进一步地，所述第二膜层为导电膜层。

28、根据本发明的又一方面，提供一种惯性和压力传感器集成的微机电构件，包括：

29、衬底，

30、器件结构，所述器件结构位于所述衬底的一侧之上，所述器件结构包括可动质量块、用于固定所述可动质量块的第一锚点、以及固定质量块，所述可动质量块关于第一方向偏心设置，所述固定质量块位于所述可动质量块的质量相对小的一侧，所述可动质量块上设置有第一镂空槽，所述固定质量块位于所述第一镂空槽内，所述固定质量块包括第一子质量块和第二子质量块，所述第一子质量块构成第一子电极，所述第二子质量块构成第二子电极；

31、盖顶结构，所述盖顶结构位于所述器件结构背离所述衬底的一侧，所述盖顶结构包括依次层叠的第一导电层、第一介质层以及第二膜层，所述盖顶结构还包括第二凹槽，所述第二凹槽在厚度方向上贯穿所述第二膜层和所述第一介质层，所述第二凹槽的底部位于所述第一导电层的表面以暴露部分所述第一导电层，以形成对应悬空在所述第一子质量块上方的可动电极区域，所述第一导电层的部分区域构成第二电极；

32、其中，在所述衬底的厚度方向上，所述第一子质量块在所述第一导电层上的正投影位于所述第二凹槽在所述第一导电层上的正投影范围之内，所述第二子质量块在所述第一导电层上的正投影位于所述第二凹槽在所述第一导电层上的正投影范围之外；所述第一子电极与所述第二电极投影交叠，以构成压力检测电容；所述第二子电极与所述第二电极投影交叠，以构成参考检测电容。

33、进一步地，所述第一子质量块和所述第二子质量块的面积相等。

34、进一步地，还包括：

35、第二导电质量块，所述第二导电质量块位于所述第一镂空槽内，并且在所述盖顶结构的厚度方向上，所述第二导电质量块在所述第一导电层上的正投影位于所述第二凹槽在所述第一导电层上的正投影范围之外；

36、第三键合结构，所述第三键合结构设置在所述第二导电质量块与所述第一导电层之间，所述第二电极通过所述第三键合结构与所述第二导电质量块电连接。

37、进一步地，所述第三键合结构包括堆叠的第一键合体和第二键合体以及环绕所述第一键合体和所述第二键合体设置的壁结构；

38、所述第一键合体和所述第二键合体为金属材料，所述壁结构为半导体材料；

39、其中，在所述壁结构的内径指向外径的延伸方向上，所述壁结构与所述堆叠的第一键合体和第二键合体之间具有间隙。

40、进一步地，所述第一导电层还包括隔离结构，所述隔离结构在厚度上贯穿所述第一导电层，以将所述可动电极区域的电位孤立。

41、进一步地，还包括：

42、信号处理电路芯片，所述信号处理电路芯片分别与所述压力检测电容和所述参考检测电容电连接，以接收并处理所述微机电构件对应各个工作状态的信号输出；

43、基于所述微机电构件处于各个工作状态下时，将所对应的所述压力检测电容和所述参考检测电容的信号输出值进行预设的差动运算，以得到对应所述微机电构件的差动输出。

44、进一步地，所述第二膜层为导电膜层。

45、根据本发明的另一方面，提供一种惯性和压力传感器集成的微机电构件，包括：

46、衬底，

47、器件结构，所述器件结构位于所述衬底的一侧之上，所述器件结构包括可动质量块、用于固定所述可动质量块的第一锚点、以及固定质量块，所述可动质量块关于第一方向偏心设置，所述固定质量块位于所述可动质量块的质量相对小的一侧，所述可动质量块上设置有第一镂空槽，所述固定质量块位于所述第一镂空槽内，所述固定质量块包括第三子质量块和第四子质量块，所述第三子质量块构成第三子电极，所述第四子质量块构成第四子电极；

48、盖顶结构，所述盖顶结构位于所述器件结构背离所述衬底的一侧，所述盖顶结构包括依次层叠的第一导电层、第一介质层以及第二膜层，所述盖顶结构还包括第三凹槽，所述第三凹槽在厚度方向上贯穿所述第二膜层和所述第一介质层，所述第三凹槽的底部位于所述第一导电层的表面以暴露部分所述第一导电层，以形成对应悬空在所述第三子质量块、所述第四子质量块上方的可动电极区域，所述可动电极区域构成第二电极；

49、其中，在所述衬底的厚度方向上，所述第三子电极与所述第二电极投影交叠，以构成第一压力检测电容，所述第四子电极与所述第二电极投影交叠，以构成第二压力检测电容。

50、进一步地，所述第三子电极、所述第四子电极中的其中一个电极电连接至正极电位，另一个电极电连接至负极电位；所述第二电极为浮置电位；

51、所述第一压力检测电容以及所述第二压力检测电容串联。

52、进一步地，所述第二膜层为导电膜层。

53、本发明为惯性传感器与压力传感器集成到单一芯片的提供了解决方案，旨在通过在器件结构上设置可动质量块，所述可动质量块关于第一方向偏心设置，所述固定质量块位于所述可动质量块的质量相对小的一侧，所述可动质量块上设置有第一镂空槽，所述固定质量块位于所述第一镂空槽内，所述固定质量块构成第一电极；在盖顶结构上设置有可动电极区域，可动电极区域构成第二电极，在衬底的厚度方向上，所述第一电极和所述第二电极二者的投影交叠，以构成压力检测电容。本发明提供的技术方案在不改变原有惯性传感器的体积的基础上集成有压力传感器，实现了惯性感测和压力检测的集成。