集成的惯性传感器芯片及其制作方法与流程

本发明涉及微机电，特别涉及一种集成的惯性传感器芯片及其制作方法。

背景技术：

1、惯性传感器芯片的种类包含加速度计或者陀螺仪以及地磁传感器等。集成的惯性传感器芯片通常需要加速度计传感器和陀螺仪传感器集成在一起，然而在陀螺仪传感器中需要非常低的压力，比如1mbar。因为在陀螺仪传感器中需要静电力等方式驱动可运动结构的一部分振动，所以陀螺仪传感器腔内压力越低，阻尼越小，可动结构更容易振动。相反的是，在加速度计传感器中则不希望出现振动，因此，加速度计传感器通常需要在常压或者高压的空腔内运动，比如960mbar。

2、现有技术中，在集成的惯性传感器芯片的制作工艺过程中，为了保持加速度计传感器和陀螺仪传感器的压力不同，会使用激光打孔再熔融的方式调节压力，这种方式会导致芯片局部温度过高造成芯片应力不均。或者，为了获得这两种传感器的对应不同压力的空腔，对这两种传感器采用两步封装的方式进行封装，但采用两步封装的方式则明显提高了制作成本。

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，提供一种集成的惯性传感器芯片及其制作方法。

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，提供一种集成的惯性传感器芯片的制作方法，所述方法包括：

4、提供衬底基板，并在所述衬底基板的一侧制作形成第一器件结构和第二器件结构；

5、提供具有相对的第一表面和第二表面的氧化硅片，在所述第一表面上刻蚀形成第一凹槽和第二凹槽以在所述氧化硅片上形成第一空腔和第二空腔，并在所述氧化硅片上形成在厚度方向上贯穿所述氧化硅片的第一通孔，其中，所述第一通孔位于所述第一空腔和所述第二空腔中的其中之一，所述第一通孔具有相对的第一开口和第二开口，所述第一开口邻近所述第一表面，所述第二开口位于所述第二表面上，在垂直于所述氧化硅片的厚度方向上，所述第一开口的截面宽度大于所述第二开口的截面宽度；

6、将所述氧化硅片的所述第一表面与所述衬底基板的具有所述第一器件结构和所述第二器件结构的一侧表面相键合，以使所述第一器件结构位于所述第一空腔中、所述第二器件结构位于所述第二空腔中；

7、在所述氧化硅片的所述第二表面形成覆盖所述第二表面的氧化硅层，以密封所述第一通孔。

8、进一步地，所述第一器件结构和所述第二器件结构中的一者为陀螺仪微机械结构，另一者为加速度计微机械结构。

9、进一步地，所述在所述氧化硅片上形成在厚度方向上贯穿所述氧化硅片的第一通孔包括：

10、在所述氧化硅片上形成具有梯形横截面的所述第一通孔，或者在所述氧化硅片上形成具有t字型横截面的所述第一通孔。

11、进一步地，所述方法还包括：

12、在所述衬底的具有所述第一器件结构和所述第二器件结构的一侧制作电信号传输区。

13、进一步地，所述在所述氧化硅片上形成在厚度方向上贯穿所述氧化硅片第一通孔和第二通孔包括：

14、在所述氧化硅片上形成具有梯形横截面的所述第一通孔和所述第二通孔；或者，在所述氧化硅片上形成具有t字型横截面的所述第一通孔和所述第二通孔。

15、进一步地，在所述氧化硅片上形成在厚度方向上贯穿所述氧化硅片的第二通孔，其中，所述第二通孔位于所述第一空腔和所述第二空腔之间的所述氧化硅片的空白区域且在位置上与所述电信号传输区对应；

16、所述第二通孔具有相对的第三开口和第四开口，所述第三开口位于所述第一表面上，所述第四开口位于所述第二表面上，在垂直于所述氧化硅片的厚度方向上，所述第三开口的截面宽度大于所述第四开口的截面宽度。

17、进一步地，所述在所述氧化硅片上形成在厚度方向上贯穿所述氧化硅片的第二通孔包括：

18、在所述氧化硅片上形成具有梯形横截面的所述第二通孔，或者在所述氧化硅片上形成具有t字型横截面的所述第二通孔。

19、进一步地，所述将所述氧化硅片的所述第一表面与所述衬底基板的具有所述第一器件结构和所述第二器件结构的一侧表面相键合的方法包括：

20、将所述氧化硅片的所述第一表面与所述衬底基板的具有所述第一器件结构和所述第二器件结构的一侧表面通过阳极键合的方式相键合。

21、进一步地，所述在所述氧化硅片的所述第二表面形成覆盖所述第二表面的氧化硅层，包括：

22、通过外延生长的方式在所述氧化硅片的所述第二表面形成硅材料层；

23、对所述硅材料层进行氧化处理，以形成氧化硅层。

24、进一步地，所述方法还包括：

25、刻蚀所述氧化硅层以形成对应所述第二通孔位置的第三通孔，所述第三通孔与所述第二通孔相连通以形成第一通道，在所述第一通道内形成导电体以形成与所述电信号传输区电连接的导电通道。

26、进一步地，所述在所述第一通道内形成导电体以形成与所述电信号传输区电连接的导电通道，还包括：

27、将所述导电体从所述氧化硅层的背离所述氧化硅片的一侧表面露出，并制作形成导电互连结构，包括：

28、对露出所述氧化硅层一侧表面的导电体进行图案化刻蚀处理，以形成用于电连接的引线，以及在所述引线的末端上制作与所述引线电连接的导电焊球。

29、进一步地，所述第一凹槽和所述第二凹槽的深度小于或者等于5μm。

30、根据本发明的另一方面，提供一种集成的惯性传感器芯片，包括：衬底基板、氧化硅片以及氧化层，所述衬底基板上设置有第一器件结构和第二器件结构；

31、所述氧化硅片具有相对设置的第一表面和第二表面，所述氧化硅片上设置有第一凹槽和第二凹槽，以在所述氧化硅片上形成第一空腔和第二空腔；并且所述氧化硅片上设置有在厚度方向上贯穿其的第一通孔，其中，所述第一通孔位于所述第一空腔和所述第二空腔中的其中之一，所述第一通孔具有相对的第一开口和第二开口，所述第一开口位于所述第一表面上，所述第二开口位于所述第二表面上，在垂直于所述氧化硅片的厚度方向上，所述第一开口的截面宽度大于所述第二开口的截面宽度；

32、所述氧化硅片的所述第一表面与所述衬底基板的设置有所述第一器件结构和所述第二器件结构的一侧表面相键合，所述氧化硅片的所述第二表面设置有覆盖所述氧化硅片的氧化硅层，所述氧化硅层封闭所述第一通孔以形成密封腔体。

33、进一步地，所述第一器件结构和所述第二器件结构中的一者为陀螺仪微机械结构，另一者为加速度计微机械结构。

34、进一步地，在所述氧化硅片的厚度方向上，所述第一通孔具有梯形横截面，或者在所述氧化硅片的厚度方向上，所述第一通孔具有t字型横截面。

35、进一步地，在所述氧化硅层和所述氧化硅片上设置有在厚度方向上贯穿所述氧化硅层的背离所述氧化硅片一侧表面和所述氧化硅片的所述第一表面且在位置上与所述电信号传输区对应电连接的导电通道。

36、采用本发明提供的集成的惯性传感器芯片及其制作方法，其中，所述方法包括：提供具有相对的第一表面和第二表面的氧化硅片，在所述第一表面上刻蚀形成第一凹槽和第二凹槽，以在氧化硅片上形成第一空腔和第二空腔，并在氧化硅片上形成在厚度方向上贯穿其的第一通孔，所述第一通孔位于所述第一空腔和所述第二空腔中的其中之一，所述第一通孔具有相对的第一开口和第二开口，所述第一开口靠近所述第一表面，所述第二开口位于所述第二表面上，在垂直于所述氧化硅片的厚度方向上，所述第一开口的截面宽度大于所述第二开口的截面宽度；将氧化硅片的第一表面与衬底基板的具有所述第一器件结构和所述第二器件结构的一侧表面相键合，并在氧化硅片的背离所述衬底基板的一侧制作覆盖氧化硅片的氧化硅层，以封闭第一通孔。采用本发明提供的技术方案，在氧化硅片上形成的第一通孔，在邻近所述第一表面具有较大的第一开口，在位于所述第二表面上具有相对较小的第二开口，从而不仅有利于氧化硅片与衬底基板键合的过程中的应力释放，而且也便于对第一通孔进行密封；进而通过上述晶圆级的封装，实现了低成本的将加速度计传感器芯片与陀螺仪传感器芯片集成在一起，有利于简化制造工艺流程并降低制作成本。

37、进一步地，在本发明的技术方案中，由于氧化硅层为透明材料，故可以很容易的观测到键合情况用来筛选不良芯片。