一种MEMS六合一单片集成传感器及其制作方法

本发明涉及半导体器件，特别涉及一种mems单片集成多种功能的复合传感器。

背景技术：

1、mems(micro electro mechanical systems，微电子机械系统)是利用集成电路制造技术和微加工技术把微结构、微传感器、微执行器、控制处理电路甚至接口、通信和电源等制造在一块或多块芯片上的微型集成系统。利用mems技术制作的传感器已广泛用于各个领域，比如智能家电、应急救援、公共安全、机器人等。

2、以救援机器人为例，它需要全方位的感知能力以提高搜救效率，因此必须具备视觉、触觉、嗅觉、听觉等功能，那么它需要安装图像传感器、压力传感器、气体传感器、麦克风传感器等多种传感单元。如果众多种类的传感器均以单个形式存在并且组装到应用机体上时，其总占用面积、总功耗都会比较大，而且总成本也会较高。所以多种功能传感器的集成化成为了传感器发展的重要趋势。

3、传统的传感器集成主要集中在2种或3种，功能较少，而且大多采用体硅微加工技术进行制作，成品率低，制作成本高，不能与ic兼容。

4、因此，需要一种新的集成传感器，以集成更多种类的传感器，且提高成品率和降低制作成本。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种mems六合一单片集成传感器及其制作方法，以集成压力、加速度、气体、湿度、温度和麦克风6种传感器的功能，提高作业效率和成品率。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种mems六合一单片集成传感器的制作方法，用于加速度传感器、压力传感器、气体传感器、湿度传感器、温度传感器和麦克风传感器的集成，包括：

3、s1：提供一硅片，在硅片上沉积一层隔离层；

4、s2：利用多晶硅在所述隔离层上分别制作得到加速度、压力、气体、湿度传感器各自的凸台和与各个凸台邻接的腐蚀引脚，作为牺牲层，从而得到具有牺牲层的硅片；

5、s3：在具有牺牲层的硅片上沉积一层低应力氮化硅，作为结构层和敏感膜片；

6、s4：在所述敏感膜片上制作基于敏感膜片形变而变化的敏感器件，所述敏感器件包括加速度、压力和温度传感器所需的敏感电阻；

7、s5：在对应于麦克风传感器处刻蚀直到硅片显露，形成麦克风传感器的凹槽；

8、s6：在麦克风传感器的凹槽处自下而上依次制作麦克风传感器的下电极、麦克风传感器的支撑层和麦克风传感器的振动膜片；

9、s7：在加速度传感器、压力传感器、温度传感器的敏感电阻上分别制作加速度、压力、温度传感器的电极引线，在气体传感器处的敏感膜片上依次制作气体传感器的加热电极、绝缘层和测试电极，在湿度传感器处的敏感膜片上制作湿度传感器的测试电极，并在加速度传感器处的敏感膜片上制作质量块；

10、s8：对所述腐蚀引脚上方的敏感膜片进行刻蚀，得到贯穿所述敏感膜片的腐蚀释放孔；

11、s9：将硅片放置在xef2气体氛围中，使得xef2气体透过腐蚀释放孔对牺牲层进行腐蚀，在观察到凸台的颜色全部变化时停止腐蚀；

12、s10：在腐蚀释放孔处沉积氮化硅和二氧化硅交替而形成的多层材料，得到封堵层，来封堵所有的腐蚀释放孔；

13、s11：对麦克风传感器的支撑层进行腐蚀，形成麦克风传感器的空气间隙；

14、s12：通过刻蚀加速度传感器处的敏感膜片，来释放得到加速度传感器的悬臂梁；

15、s13：在气体传感器和湿度传感器的测试电极上分别涂覆气体传感器和湿度传感器的敏感材料，得到mems六合一单片集成传感器。

16、所述步骤s2具体包括：

17、s21：在所述隔离层上沉积多晶硅，并对其进行光刻和刻蚀，以使其图形化并在对应于加速度、压力、气体、湿度传感器的位置形成加速度、压力、气体、湿度传感器各自的凸台；

18、s22：在所述隔离层上再次沉积一层多晶硅，并对其进行光刻和刻蚀，以使其图形化并形成与各个凸台邻接的腐蚀引脚。

19、所述加速度、压力和温度传感器的敏感电阻为多晶硅电阻，所述步骤s4具体包括：

20、s41：在所述敏感膜片上沉积一层低应力多晶硅，对其进行硼离子注入退火，接着对多晶硅进行光刻和刻蚀，使其图形化分别在对应于加速度、压力和温度传感器的敏感电阻的位置形成所述加速度、压力和温度传感器的敏感电阻；

21、s42：在所述加速度、压力和温度传感器的敏感电阻处均沉积一层低应力氮化硅，作为敏感电阻的保护层。

22、所述步骤s6具体包括：

23、s61：在麦克风传感器的凹槽处的硅片上进行磷离子注入并退火，形成麦克风传感器的下电极；

24、s62：在麦克风传感器的凹槽处溅射一层铝，作为麦克风传感器的牺牲层和支撑层；

25、s63：在麦克风传感器的支撑层602上制作麦克风传感器的振动膜片603，该麦克风传感器的振动膜片还作为麦克风传感器的上电极，麦克风传感器的振动膜片通过溅射一层金并图形化以使其具有多个气孔来得到。

26、所述气孔的数量在64以内，大小在20μm×20μm以内；麦克风传感器的振动膜片603的厚度为

27、所述步骤s7具体包括：

28、s71：分别刻蚀加速度传感器、压力传感器、温度传感器的敏感电阻的保护层，以形成敏感电阻的引线孔，并在引线孔处溅射一层金作为敏感电阻的电极引线，在气体传感器处溅射一层金以形成气体传感器的加热电极；

29、s72：在气体传感器的加热电极上沉积一层二氧化硅，作为气体传感器的绝缘层；

30、s73：在气体传感器的加热电极上溅射一层金，以作为气体传感器的测试电极，在气体传感器处的敏感膜片上溅射一层金作为湿度传感器的测试电极；

31、s74：在加速度传感器处的敏感膜片上采用电镀方法沉积得到质量块。

32、所述敏感电阻的电极引线的深度为引线孔的刻蚀深度为气体传感器的绝缘层的厚度为气体传感器的测试电极和湿度传感器的测试电极的厚度为所述质量块的材质为铜，质量块的厚度在10μm以内。

33、在所述步骤s1中，所述硅片为单抛的n+型<100>硅片；所述隔离层为低应力氮化硅，其厚度为在所述步骤s3中，所述敏感膜片的厚度为在所述步骤s4中，敏感电阻的厚度为

34、气体传感器的敏感材料是sno2或tio2，湿度传感器的敏感材料是zno或peg，且气体和湿度传感器的敏感材料通过点样方式涂敷在气体和湿度传感器的测试电极上来制作得到。

35、另一方面，本发明提供一种mems六合一单片集成传感器，其基于上文所述的mems六合一单片集成传感器的制作方法制作得到。

36、本发明的mems六合一单片集成传感器的制作方法能够制作集成有压力、加速度、气体、湿度、温度和麦克风6种传感器的功能的集成传感器，每种传感器组件均能正常工作且性能达到了一定的水平，因此能够同时检测六个种类的物理量，进而应用于复杂场景的多种物理量的同步探测，比如应急救援，公共安全和环境检测等场景需要同时获取多种物理量，从而提高作业效率；该六合一单片集成传感器采用表面硅微加工技术进行制作，成品率较高，制作成本较低，而且可与ic兼容。因此可应用于复杂的场景，并同时检测六个种类的物理量。

37、此外，本发明的mems六合一单片集成传感器的制作方法在形成空腔前采用多晶硅填充作为牺牲层，并且采用xef2气体氛围对牺牲层进行腐蚀，在腐蚀该物质时没有损坏结构其他部分，腐蚀速度也没有过于缓慢，速率更快更容易控制；相比于传统的采用二氧化硅作为牺牲层并采用hf来腐蚀，可以避免破坏器件结构，进而提升成品率。