[发明专利]单片集成多轴MEMS传感器制成平台及其制造方法

说明书

本发明公开了一种单片集成多轴MEMS传感器制成平台及其制造方法，属于传感器制造领域。其技术方案要点是包括平台和多轴MEMS传感器，平台包括带有通气孔的石英基底，带有凹腔和支撑柱的双层SOI圆片，结构圆片，以及带有凹腔、贯穿硅通孔和金属引线的盖板圆片。石英基底、双层SOI圆片、结构圆片和盖板圆片从下至上通过粘合堆叠的方式逐层设置，多轴MEMS传感器包括陀螺仪、加速度计、压力传感器和温度传感器。本发明的优点在于多种传感器可以集成在一个平台上，以获得更小的器件尺寸和更低的成本，同时提高集成器件的性能。

技术领域

本发明涉及传感器制造技术领域，特别涉及一种单片集成多轴MEMS传感器制成平台及其制造方法。

背景技术

微电子机械(Micro-Electro-Mechanical-System，MEMS)惯性传感器是导航定位和姿态控制的重要部件，具有自主导航、不易受干扰以及实时输出等优点，在国防建设、航空航天以及工业机器人和汽车电子等领域具有非常广阔的应用前景。MEMS惯性传感器包括测量加速度的MEMS加速度计和测量角度变化的角速度传感器，也就是MEMS陀螺仪。对于一个运动的物体，利用MEMS加速度计测量得到其加速度后，通过随时间的积分运算就能得到物体的速度以及位移，再结合MEMS陀螺仪测量得到的角度信息，就能精确记录物体的轨迹，进而能够对物理进行姿态控制和定位导航。同时MEMS加速计具有体积小、重量轻、成本低和可靠性高等许多优点，因此MEMS加速度计被广泛地应用于汽车电子、工业控制、自动化和航空航天等领域。

压力传感器是将外界压力或压强信号转化为电信号的装置，在现代工业和军事中都具有广泛的应用。依据检测原理，MEMS压力传感器可以分为电容式、压电式、压阻式以及谐振式等四大类。MEMS谐振式压力传感器是目前长期稳定性最好、测量精度最高的压力传感器之一。MEMS谐振式压力传感器通过测量传感器固有频率的变化来测量外界压力的大小，并通过数字信号输出，可以与计算机组成高精度、高稳定性的微型机电控制测量系统。

目前，多轴传感器的单片集成是MEMS领域的一个主要发展方向。在多轴传感器平台中，多个MEMS传感器(MEMS加速度计、陀螺仪、压力传感器及温度传感器等)被集成于单个芯片，以获得更小的器件尺寸和更低的成本。目前，多轴传感器单片集成平台，主要是针对消费产品，将电容式或者压阻式传感器集成在一起，然而电容式和压阻式传感器性能较低，无法满足工业电子和航空航天等高端产品的需求，亟待研发出一种高性能多轴传感器的单片集成制成平台。

发明内容

本发明的目的是提供一种单片集成多轴MEMS传感器制成平台及其制造方法，其优点在于多种传感器可以集成在一个平台上，以获得更小的器件尺寸和更低的成本，同时提高集成器件的性能。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种单片集成多轴MEMS传感器制成平台，包括平台和多轴MEMS传感器，平台包括带有通气孔的石英基底，带有凹腔和支撑柱的双层SOI圆片，结构圆片，以及带有凹腔、贯穿硅通孔和金属引线的盖板圆片，所述石英基底、双层SOI圆片、结构圆片和盖板圆片从下至上通过粘合堆叠的方式逐层设置，其中双层SOI圆片和盖板圆片具有凹腔，双层SOI圆片的凹腔、结构圆片和盖板圆片的凹腔形成一个用于容纳多轴MEMS传感器的密封的真空腔室，所述结构圆片上刻蚀有可动结构和固定结构，所述多轴MEMS传感器包括陀螺仪、加速度计、压力传感器和温度传感器。

进一步的，所述双层SOI圆片包括双层SOI圆片底层硅、双层SOI圆片中间层硅和双层SOI圆片顶层硅，双层SOI圆片的正面设置有凹腔和支撑柱，并且凹腔的深度和支撑柱的高度不超过双层SOI顶层硅的厚度；双层SOI圆片的背面设置有凹腔，凹腔的深度不超过双层SOI底层硅的厚度。

进一步的，所述结构圆片具有可动结构和固定结构，可动结构位于双层SOI圆片凹腔正上方，固定结构位于支撑柱正上方并且通过支撑柱固定，盖板圆片背面具有凹腔，凹腔位于结构圆片可动结构的正上方。