[发明专利]一种用于多物理量测量的传感器芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器芯片及其制备方法，尤其涉及一种用于多物理量测量的传感器芯片及其制备方法。

背景技术

温度、湿度和压力是环境和大气监测中的重要物理量，通常对这些物理量的测量采用的是分离传感器。分离传感器的缺陷是体积较大、功耗大，不能满足目前快速发展的微系统对传感器小体积、低功耗、集成度等方面的要求，为此需要能满足这些需求的集成传感器。

目前，传感器的集成化主要有以下三种途径：(1)将多个功能相同或相近的传感器集成为一维或二维传感器阵列；(2)将传感器与集成电路集成在同一块芯片上；(3)对不同类型的传感器进行集成，如集成压力、温度、湿度等敏感单元的传感器。目前国内也逐渐开始用第(3)种方法来集成温度、湿度和压力测量的传感器，如授权公告号为CN1217157C的专利公开了一种集成温/湿度、大气压力传感器芯片，在该传感器芯片的基片上制造出三个电阻和一个作为测压电容下电极的平板电极，其中两个电阻串联构成电桥的两个桥臂，用于测量绝对湿度，另一个电阻单独引线，用于测量温度，在基片上键合一硅片，在硅片上对应平板电极和一测湿电阻位置处刻蚀微腔，在对应平板电极位置处的微腔内镀膜来形成测压电容的上电极。其中测温/湿度的电阻和测压电容的下电极为铂金薄膜，而测压电容的上电极为240纳米厚的金薄膜或通过在腔内沉积氮化硅薄膜来形成。授权公告号为CN24420021C的专利也公开了一种基于聚合物材料的单片集成温度、湿度、压力传感器芯片，该传感器芯片也是在基片上制作出平行极板和三个电阻，其中平行极板是测量湿度的电容的一个电极，电阻是作为测量压力的应变电阻和测量温度的热敏电阻，在平行极板和电阻上制作一层聚合物，分别作为电容感湿电介质和弹性膜感知压力，在电容感湿电介质上设网格状极板来作为电容的另一电极，电阻为铂金薄膜，电极板则为金或铂金薄膜，聚合物材料为聚酰亚胺薄膜。上述两个专利公开的传感器芯片虽然能实现同时测量温度、湿度和压力，但制备工艺相对比较复杂，使用了不同的薄膜来制作测温湿度和压力的元件，并且薄膜厚度也不够薄。对于这些金属薄膜类电阻传感器，由于薄膜工艺等方面的限制，为了降低缺陷，膜一般做得比较厚(>1μm)，导致电阻变化率ΔR/R比较低，所以与其他类传感器相比，灵敏度相对较低，从而限制了它的应用。

发明内容

为克服现有技术中的以上缺陷，采用改良的薄膜工艺，大大降低了所沉积金属膜内杂质与缺陷数量，实现超薄敏感金属薄膜在传感器内的应用，具有高电阻、低功耗、快速响应等优点。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于多物理量测量的传感器芯片，其包括一基片，所述基片上集成设置有位于不同位置的温度传感器、湿度传感器和压力传感器中的至少两种传感器，所述基片背部还开设有一微腔，所述微腔位于对应所述压力传感器的位置处；

所述压力传感器包含有一惠斯通电桥，所述电桥由偶数个第一电阻元件电连接构成；

所述温度传感器包含有多个电连接的第三电阻元件，其中部分第三电阻元件构成了调阻电路；

所述湿度传感器包含有偶数个构成插指结构的第二电阻元件，所述插指结构上覆盖有吸湿材料，或，

所述湿度传感器包含有上下两个电极板，所述电极板上开设有多个小孔，并在所述上下两个电极板之间填充有湿敏材料；

所述温度传感器位于所述压力传感器和/或所述湿度传感器的周围；

所述第一电阻元件、所述第二电阻元件、所述第三电阻元件以及所述电极板的制作材料相同。

优选的，所述惠斯通电桥为半桥或全桥。

优选的，所述全桥包含有四个第一电阻元件，其中两个第一电阻元件对应位于所述微腔的中心，另外两个第一电阻元件分别对应位于所述微腔的两个对称边缘。

优选的，所述半桥包含有两个第一电阻元件，所述两个第一电阻元件分别对应位于所述微腔的中心和边缘。

优选的，在所述基片上集成有ASIC芯片，所述温度传感器集成于所述ASIC芯片上。

优选的，所述第一电阻元件、所述第二电阻元件、所述第三电阻元件的形状为蛇形或螺旋形；或，所述第一电阻元件、所述第三电阻元件的形状为蛇形或螺旋形，所述电极板的形状为正方形、长方形或圆形。

优选的，所述第一电阻元件、所述第二电阻元件、所述第三电阻元件以及所述电极板的制作材料中包含有敏感电阻材料薄膜，所述敏感电阻材料薄膜的厚度为500～10000埃。

本发明另一实施例还提供了一种用于多物理量测量的传感器芯片的制备方法，包括以下步骤：

(1)对一基片进行表面清洁，然后在所述基片上沉积一层弹性薄膜；