CN106290985B - 一种电容式复合传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电容式复合传感器，包括压力传感器、加速度传感器，其加速度传感器包括质量块，以及至少一个过载限位装置，过载限位装置由限位挡板和连接件组成，限位挡板一端与晶圆硅衬底相连，一端自由；连接件一端与晶圆硅衬底相连，一端与质量块相连。本发明还提供一种电容式复合传感器的制造方法。其压力传感器敏感膜厚度、加速度传感器限位挡板的厚度及限位距离由刻蚀工艺的刻蚀深度决定，整个晶圆的加工一致性好，加速度传感器采用机械限位结构，省去电学限位结构的复杂控制IC，从而保证限位过载保护的精确性，利于成品小型化。

Description

一种电容式复合传感器及其制造方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术，具体涉及一种电容式复合传感器及其制造方法。

背景技术

中国专利CN104058361A利用预制空腔SOI晶圆，制造压阻式复合传感器。预先做好的空腔和对应的硅膜分别用来制作压力传感器和加速度传感器。对于加速度传感器，利用硅膜和增厚的金属作为加速度传感器的质量块。该专利的技术问题点在于，目前通常复合传感器的加速度传感器部分其过载保护依靠预先做的埋腔深度和保护盖帽到加速度传感器质量块顶层的间距来实现。通常埋腔深度的控制相对容易，由刻蚀深度决定；而保护盖帽到加速度传感器质量块顶层的间距的控制相对较难，因为保护盖帽到加速度传感器质量块顶层的间距不仅与盖帽内的腔深有关，还与加速度传感器上的质量块厚度有关，而通常质量块由电镀金属实现，电镀工艺的一致性差，晶圆级误差通常在15％左右，这就导致了在同一片晶圆上加工的传感器，有的保护盖帽到加速度传感器质量块顶层的间距达到了限位距离要求，而有的保护盖帽到加速度传感器质量块顶层的间距过大，没能限位，而有的保护盖帽到加速度传感器质量块顶层的间距又过小，限制了加速度传感器的正常量程。

美国专利US4930043B利用三片晶圆经过刻蚀加工成相应的形状后，通过两次键合实现了一种带有机械限位功能的电容式加速度传感器，虽然限位距离都是通过刻蚀工艺保证，能够有精确的限位作用，但需要三片晶圆刻蚀成相应形状后通过两次精确对准的键合来制造，键合工艺难度大，而且制造需要三片晶圆，进一步增加传感器制造成本。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种性能优良、加工简易的电容式加速度传感器及其制造方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：

一种电容式复合传感器，包括晶圆硅衬底，至少一个加速度传感器，至少一个压力传感器，所述加速度传感器包括一质量块以及至少一个过载限位装置，所述过载限位装置由第二连接件和限位挡板组成，所述第二连接件一端与晶圆硅衬底相连，另一端与所述质量块相连，所述限位挡板一端与所述晶圆硅衬底相连，另一端自由，所述晶圆硅衬底内设置有第一内空腔、第二内空腔、第三内空腔，所述第二连接件设置在所述第二内空腔上方，所述限位挡板设置第三内空腔上方，所述第二内空腔上方为悬空硅膜结构，所述第二连接件和所述限位挡板均为所述悬空硅膜结构的一部分，所述第一内空腔和所述第二内空腔上方的悬空硅膜结构与所述晶圆硅衬底电绝缘，所述第三内空腔位于所述悬空硅膜结构内，所述第二内空腔上方的悬空硅膜设置有第一释放槽，所述第三内空腔上方的悬空硅膜设置有第二释放槽。

优选地，所述第三内空腔表面和/或所述第一内空腔表面具有一半导体掩膜层。

优选地，还包括压力传感器上电极，加速度传感器上电极，共用下电极，所述压力传感器上电极与所述共用下电极构成压力检测可变电容，所述加速度传感器上电极与所述共用下电极构成加速度检测可变电容。

优选地，所述第一内空腔上方的悬空硅膜结构与所述晶圆硅衬底之间、所述第二内空腔上方的悬空硅膜结构与所述晶圆硅衬底之间具有绝缘连接悬臂，所述晶圆硅衬底表面、所述第一内空腔内表面及所述第二内空腔内表面设置有电隔离层，所述晶圆硅衬底表面电隔离层上设置有第一薄膜层，所述第一薄膜层和所述晶圆硅衬底表面电隔离层具有贯通所述第一薄膜层和所述晶圆硅衬底表面电隔离层的电接触孔，所述第一薄膜层上设置有第二薄膜层，并填充所述电接触孔，所述第一薄膜层和所述第二薄膜层在围绕所述电接触孔分别设置贯通所述第一薄膜层和所述第二薄膜层的电隔离沟槽，所述第二薄膜层上设置有一绝缘层，并填充所述电隔离沟槽，所述绝缘层具有接触孔，所述压力传感器上电极、所述加速度传感器上电极、所述共用下电极分别设置在接触孔上并通过所述第二薄膜层与所述电接触孔实现相应的电接触。

优选地，所述绝缘连接悬臂为蛇形悬臂梁结构或应力释放梁结构。

优选地，所述晶圆硅衬底为预制空腔SOI晶圆硅衬底，所述预制空腔SOI晶圆由硅衬底、电隔离层及器件层组成，其中，所述硅衬底表面形成第二内空腔和/或第一内空腔，在所述硅衬底表面及所述第二内空腔和/或第一内空腔内表面设置的一电隔离层，所述硅衬底表面电隔离层上设置有一器件层，形成具有第二内空腔和/或第一内空腔的所述预制空腔SOI晶圆硅衬底，在所述器件层形成第三内空腔和/或第一内空腔，所述器件层和所述硅衬底表面电隔离层具有贯通所述器件层和所述电隔离层的导电孔和/或电隔离沟槽，所述导电孔和/或所述电隔离沟槽侧壁分别设置有绝缘壁，中间分别填充有导电材料；所述器件层上设置有一绝缘层，所述绝缘层具有接触孔，所述压力传感器上电极、所述加速度传感器上电极、所述共用下电极分别设置在接触孔上实现相应的电接触。

优选地，所述绝缘层上设置一钝化层，并暴露出部分所述压力传感器上电极、部分所述加速度传感器上电极、部分所述共用下电极，在暴露的所述压力传感器上电极、所述加速度传感器上电极、所述共用下电极，形成传感器的金属引脚，所述质量块设置在所述钝化层上。

优选地，所述晶圆硅衬底上方设置有保护盖。

本发明还提供一种电容式复合传感器制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

在晶圆硅衬底上制作第二内空腔和/或第一内空腔；

在所述第二内空腔上方的悬空硅膜结构预定位置中制作第三内空腔和/或第一内空腔；

制作所述第一内空腔上方的悬空硅膜结构与所述晶圆硅衬底间的绝缘结构，制作所述第二内空腔上方的悬空硅膜结构与所述晶圆硅衬底间的绝缘结构；

在所述第二内空腔上方悬空硅膜结构刻蚀形成一第一释放槽、第一连接件；

在所述第三内空腔上方悬空硅膜结构刻蚀形成一第二释放槽、第二连接件、限位挡板，所述限位挡板一端与所述晶圆硅衬底相连，另一端自由；第二连接件一端与所述晶圆硅衬底相连，另一端与所述第二内空腔上方的悬空硅膜相连；

制作一质量块，所述质量块设置在所述第二内空腔上方悬空硅膜结构上方位置。

优选地，所述制造方法还包括如下步骤：在所述第三内空腔表面和/或所述第一内空腔表面制作一半导体掩膜层。

优选地，所述制造方法还包括如下步骤：制作压力传感器上电极，加速度传感器上电极，共用下电极，所述压力传感器上电极与所述共用下电极构成压力检测可变电容，所述加速度传感器上电极与所述共用下电极构成加速度检测可变电容。

优选地，所述制造方法还包括如下步骤：

刻蚀所述第一内空腔及第二内空腔上方的悬空硅膜结构，形成与所述晶圆硅衬底间的绝缘连接悬臂，同时在在所述晶圆硅衬底表面、所述第一内空腔内表面及所述第二内空腔内表面形成一电隔离层；

在所述晶圆硅衬底表面电隔离层上制作第一薄膜层；

在所述第一薄膜层和所述晶圆硅衬底表面电隔离层刻蚀贯通所述第一薄膜层和所述电隔离层的电接触孔；

在所述第一薄膜层上制作第二薄膜层，并填充所述电接触孔；

在所述第一薄膜层和所述第二薄膜层刻蚀贯通所述第一薄膜层和所述第二薄膜层的电隔离沟槽，所述电隔离沟槽围绕着所述电接触孔；

在所述第二薄膜层上制作绝缘层，并填充所述电隔离沟槽；

在所述绝缘层刻蚀接触孔；

在所述接触孔制作所述压力传感器上电极、所述加速度传感器上电极、所述共用下电极各自通过所述接触孔与所述第二薄膜层实现相应的电接触。

优选地，所述绝缘连接悬臂为蛇形悬臂梁结构或应力释放梁结构。

优选地，所述制造方法还包括如下步骤：

在所述绝缘层上制作一钝化层；

刻蚀所述钝化层暴露出部分所述压力传感器上电极、所述加速度传感器上电极、所述共用下电极；

在所述钝化层上制作所述质量块；

刻蚀包括所述钝化层、所述绝缘层、所述第二薄膜层、所述第一薄膜层、所述晶圆硅衬底表面电隔离层、所述第二内空腔上方悬空硅膜结构形成所述第一释放槽、所述第一连接件；

刻蚀包括所述钝化层、所述绝缘层、所述第二薄膜层、所述第一薄膜层、所述晶圆硅衬底表面电隔离层、所述第三内空腔上方悬空硅膜结构形成所述第二释放槽、所述限位挡板、第二连接件。

优选地，所述晶圆硅衬底为预制空腔SOI晶圆硅衬底，所述制造方法还包括如下步骤：

在硅衬底表面形成第二内空腔和/或第一内空腔；

在所述硅衬底表面及所述第二内空腔和/或第一内空腔内表面制作一电隔离层；

在所述硅衬底表面电隔离层上键合一器件层；形成具有第二内空腔和/或第一内空腔的预制空腔SOI晶圆硅衬底；

在所述器件层预定位置形成第三内空腔和/或第一内空腔；

刻蚀所述器件层及所述硅衬底表面电隔离层，形成导电孔和/或电隔离沟槽；

在所述导电孔和/或所述电隔离沟槽侧壁制作一绝缘壁，在所述导电孔和/或所述电隔离沟槽中间填充导电材料；

在所述器件层上制作一绝缘层；

刻蚀所述绝缘层形成接触孔；

在所述接触孔沉积所述压力传感器上电极、所述加速度传感器上电极、所述共用下电极，所述压力传感器上电极、所述加速度传感器上电极、所述共用下电极分别通过所述接触孔实现相应的电接触。

优选地，所述制造方法还包括如下步骤：

在所述绝缘层上制作一钝化层；

刻蚀所述钝化层暴露出所述压力传感器上电极、所述加速度传感器上电极、所述共用下电极；

在所述钝化层上制作所述质量块；

刻蚀包括所述钝化层、所述绝缘层、所述器件层、所述硅衬底表面电隔离层形成所述第一释放槽、所述第一连接件；

刻蚀包括所述钝化层、所述绝缘层、所述器件层中第三内空腔上方悬空硅膜结构形成所述第二释放槽、所述限位挡板、第二连接件。

优选地，在所述晶圆硅衬底上键合一保护盖。

与现有技术相比，本发明的过载限位装置采用机械限位方式，其由两部分组成，一部分是限位挡板，其一端晶圆硅衬底相连，一端自由；另一部分是第二连接件，其一端与晶圆硅衬底相连，一端与质量块相连。压力敏感膜厚度、限位挡板的厚度及限位距离由刻蚀工艺的刻蚀深度决定，整个晶圆的加工一致性好，采用机械限位结构，省去电学限位结构的复杂控制IC，从而保证限位过载保护的精确性，利于成品小型化。

下面结合附图对该发明进行具体叙述。

附图说明

图1为本发明第一实施例的结构示意图。

图2为本发明第一实施例的制造方法的流程图。

图3A-3M为本发明第一实施例的制造方法的工艺流程示意图。

图4为本发明第二实施例的半成品结构示意图。

图5为本发明第三实施例的半成品结构示意图。

图6为本发明第三实施例的制造方法的部分流程图。

图7A-7E为本发明第三实施例的制造方法的部分工艺流程示意图。

图8为本发明第四实施例的半成品结构示意图。

图9为本发明第一实施例原理图。

具体实施方式

图1是本发明第一实施例的一种电容式复合传感器的结构示意图，图2为本发明第一实施例的制造方法的流程图，图3A-3M为本发明第一实施例的制造方法的工艺流程示意图。

本实施例的晶圆采用单晶硅<100>晶向、N型掺杂衬底晶圆。如图1、2、3A-3M所示，一种电容式复合传感器及其制造方法：

参看图2，步骤201，同时参看图3Aa-3Ab，3Aa为横截面示意图，3Ab为俯视示意图。在晶圆硅衬底1上制作第一内空腔101、第二内空腔102，第一内空腔101、第二内空腔102在晶圆硅衬底1的高度方向位置一致。内空腔有多种做法，可采用多种现有技术，如US7193256B2里的“硅衬底上的空腔”的制作方法，使用干法刻蚀；如CN103991836B利用各向异性刻蚀方法和各向同性刻蚀方法制作内空腔，还可以采用键合工艺，此处不做赘述。

步骤202，同时参看图3Ba-3Bb，3Ba为横截面示意图，3Bb为俯视示意图。在第二内空腔102上方的悬空硅膜结构预定位置中制作第三内空腔103，第三内空腔103制作方法与第一内空腔101和第二内空腔102的制作方法相同，此处不做赘述。优选实施例，此处制作第三内空腔103后还可以在第三内空腔103表面制作一层半导体掩膜层。

步骤203，同时参看图3Ca-3Cb，3Ca为横截面示意图，3Cb为俯视示意图。晶圆表面图形化、刻蚀，将第一内空腔上方的悬空硅膜结构及第二内空腔上方的悬空硅膜结构刻穿成所需图形，刻蚀后，悬空硅膜结构与晶圆硅衬底1之间具有沟槽并通过连接悬臂104连接。优选实施例，连接悬臂104可以刻蚀为蛇形悬臂梁结构或应力释放梁结构，连接悬臂104具有足够的刚度防止悬空硅膜结构与晶圆硅衬底1发生粘附。

步骤204，同时参看图3Da-3Db，3Da为横截面示意图，3Db为俯视示意图。进行电隔离处理制作电隔离层105。优选方法是将整个晶圆进行热氧化处理，经处理后，晶圆硅衬底1表面覆盖电隔离层105，连接悬臂104被氧化成绝缘连接悬臂104，悬空硅膜结构亦被电隔离层105包覆，第一内空腔101内表面、第二内空腔102内表面亦被电隔离层105覆盖，实现第一内空腔及第二内空腔上方的悬空硅膜结构与晶圆硅衬底1的电绝缘。

步骤205，同时参看图3E，图3E为横截面示意图，制作第一薄膜层106。在晶圆硅衬底1上的电隔离层105表面进行第一薄膜层106生长或者淀积，同时将步骤203刻蚀开的沟槽密封。生长薄膜的方法和材料可以是外延生长多晶硅。外延生长采用化学气相沉积，步骤203刻蚀工艺开口沟槽也较小，所以外延生长的硅覆盖了整个晶圆上表面，并填充步骤203刻蚀的沟槽。这一步外延工艺可以堵死前一步热氧化以后晶圆表面可能残存的针孔结构，防止后续清洗光刻步骤中有液体流入空腔，影响结构与后续工艺。

步骤206，同时参看图3Fa-3Fb，3Fa为横截面示意图，3Fb为俯视示意图。刻蚀第一薄膜层106和晶圆硅衬底1上表面的电隔离层105，形成三个电接触孔107，其中一电接触孔107在第一内空腔上方悬空硅膜结构上，另一电接触孔107在第二内空腔上方悬空硅膜结构上，再一电接触孔107在悬空硅膜结构外的晶圆硅衬底1上。

步骤207，同时参看图3G，3G为横截面示意图。制作第二薄膜层108，同时填充电接触孔107实现与晶圆硅衬底1的电接触。第二薄膜层108可以采用掺杂的外延生长的多晶硅材料。

步骤208，同时参看图3Ha-3Hb，3Ha为横截面示意图，3Hb为俯视示意图。在第一薄膜层106与第二薄膜层108上刻蚀出三个电隔离沟槽109，每个电隔离沟槽109分别包围着相应的一个电接触孔107。

步骤209，同时参看图3I，3I为横截面示意图。制作绝缘层110并填充电隔离沟槽109。在第二薄膜层108上生长或者淀积一层绝缘层110，生长或者淀积的绝缘层110可以是利用低压化学气相淀积的氧化硅材料，同时用该绝缘材料将步骤208刻蚀出电隔离沟槽109填充。

步骤210，同时参看图3J，3J为横截面示意图。刻蚀绝缘层110形成接触孔，沉积压力传感器上电极111，加速度传感器上电极112，共用下电极113及相应的金属连线，退火，实现电接触。压力传感器上电极111位于所述第一内空腔101上方的悬空硅膜结构上方位置，并通过接触孔、第二薄膜层108、电接触孔107与所述第一内空腔101上方的悬空硅膜结构电接触；加速度传感器上电极112位于所述第二内空腔102上方的悬空硅膜结构上方位置，并通过接触孔、第二薄膜层108、电接触孔107与所述第二内空腔102上方的悬空硅膜结构电接触；共用下电极113位于所述第二内空腔102外围的晶圆硅衬底1的上方位置，并通过接触孔、第二薄膜层108、电接触孔107与晶圆硅衬底1电接触。

步骤211，同时参看图3K，3K为横截面示意图。淀积钝化层114、淀积质量块115。在绝缘层110上淀积钝化层114、在钝化层114淀积质量块115，质量块115在第二内空腔102上方的悬空硅膜结构的上方位置。

步骤212，同时参看图3L，3L为横截面示意图。刻蚀钝化层114，暴露部分压力传感器上电极111、加速度传感器上电极112、共用下电极113，压力传感器上电极111通过金属引线连接到适当位置，压力传感器上电极111与共用下电极113构成一压力检测可变电容。加速度传感器上电极112通过金属引线连接到适当位置，加速度传感器上电极112与共用下电极113构成一加速度检测可变电容。

步骤213，同时参看图3Ma-3Mb，3Ma为横截面示意图，3Mb为俯视示意图。刻穿钝化层114、绝缘层110、第二薄膜层108、第一薄膜层106、电隔离层105、第二内空腔102上方的悬空硅膜结构，形成第一释放槽116、第一连接件118。

刻穿钝化层114、绝缘层110、第二薄膜层108、第一薄膜层106、电隔离层105、第三内空腔103上方的悬空硅膜结构，形成第二释放槽117，并结合第一释放槽116，形成限位挡板119、第二连接件121。第二内空腔102通过第一释放槽116形成加速度传感器的可动结构。

第二连接件121与限位挡板119组成过载限位装置。

步骤214，同时参看图1，键合保护盖120，以保护可动结构。如果对加速度传感器的动态性能有一定要求，键合保护盖可以在一定的气压氛围中进行，以调节加速度传感器的阻尼比。

图4是本发明第二实施例的一种电容式复合传感器的半成品结构示意图，图4a为横截面示意图，图4b为俯视示意图。第二实施例与第一实施例的区别在于，第一内空腔101、第二内空腔102在晶圆硅衬底1内的高度方向没有重叠面积，第二内空腔102上方的悬空硅膜结构设置有第三内空腔103。优选实施例，第一内空腔101表面、第三内空腔103表面设置制作一层半导体掩膜层。

图5是本发明第三实施例的一种电容式复合传感器的半成品结构示意图，图6为本发明第三实施例的制造方法的部分流程图，图7A-7E为本发明第三实施例的制造方法的部分工艺流程示意图。本发明第三实施例采用了预制空腔SOI晶圆制作，是一种简易的实施方案。

如图5、6、7A-7E所示，一种电容式复合传感器及其制造方法：

图7A是预制空腔SOI晶圆的横截面结构示意图，其制作方法工艺步骤601、602及603所述，只是简单提及，可以根据自己需要找专门的加工企业定制。

步骤601，图形化、刻蚀，在硅衬底5上制作第一内空腔501、第二内空腔502，第一内空腔501、第二内空腔502在晶圆硅衬底5内的垂直高度方向位置一致。

步骤602，同时参看图7A。在硅衬底5表面、第一内空腔501内表面、第二内空腔502内表面制作电隔离层504，制作方法同第一实施例步骤204，在此不做赘述。

步骤603，同时参看图7A。在硅衬底5表面的电隔离层504上健合一器件层505，器件层505厚度根据需要可以减薄至所需厚度，形成带有第一内空腔和第二内空腔的预制空腔SOI晶圆。

步骤604，同时参看图7Ba-7Bb，7Ba为横截面示意图，7Bb为俯视示意图。在第二内空腔502上方的悬空硅膜结构预定位置中制作第三内空腔503，第三内空腔503制作方法与第一实施例步骤201内空腔的制作方法相同，此处不做赘述。优选实施例，此处制作第三内空腔503后还可以在第三内空腔503表面制作一层半导体掩膜层。

步骤605，同时参看图7Ca-7Cb，7Ca为横截面示意图，7Cb为俯视示意图。图形化并刻蚀器件层505及硅衬底5表面电隔离层504形成电隔离沟槽506及导电孔507。

步骤606，同时参看图7Da-7Db，7Da为横截面示意图，7Db为俯视示意图。在导电孔507和电隔离沟槽506侧壁分别制作绝缘壁，中间分别填充有导电材料。侧壁生长绝缘壁的方法可以采用先热氧化，然后去除晶圆表面、电隔离沟槽和导电孔底部的热氧化层，保留电隔离沟槽506和导电孔507侧壁的绝缘壁。填充导电材料制造方法可以采用低压化学气相沉积一层参杂的多晶硅材料，填充电隔离沟槽506和导电孔507，然后去除晶圆表面的导电材料。

步骤607，同时参看图7Ea-7Eb，7Ea为横截面示意图，7Eb为俯视示意图。在器件层505上制作一层绝缘层508，绝缘层508开设有三个接触孔，接触孔分别设有压力传感器上电极509、加速度传感器上电极510、共用下电极511，压力传感器上电极509设在第一内空腔的正对上方并通过其中一接触孔与器件层505中第一内空腔上方的悬空硅膜实现电接触，加速度传感器上电极510设在第二内空腔的正对上方并通过其中另一接触孔与器件层505中第二内空腔上方的悬空硅膜实现电接触，共用下电极511通过再一接触孔与导电孔填充的导电材料实现电接触。压力传感器上电极509通过金属引线连接适当位置，压力传感器上电极509与共用下电极511构成一压力检测可变电容。加速度传感器上电极510与共用下电极511构成一加速度检测可变电容。

绝缘层508上还设有的钝化层、质量块，以及刻蚀各层形成第一释放槽、第一连接件、第二释放槽、限位挡板、第二连接件、金属引脚、保护盖的设置及其制造方法均与第一实施例相同，在此不做赘述。

图8是本发明第四实施例的一种电容式复合传感器的半成品结构示意图，第四实施例与第三实施例的区别在于：第四实施例与第三实施例的区别在于，第二内空腔502在硅衬底5内第一内空腔501设置在器件层505内的适当位置，第三内空腔503设置在第二内空腔502上方的器件层505内的预定位置。因此，只需要刻蚀第一内空腔501上方的器件层505形成一个导电孔即可。另外，在本实施例中，将第三实施例加速度传感器上电极510与共用下电极511的位置进行对换。

本发明的原理是：

加速度传感器结构中的第二内空腔高度h1，第二内空腔上的悬空硅膜结构厚度d1，第三内空腔高度h2，第三内空腔上的悬空硅膜结构厚度d2和第二内空腔与第三内空腔之间的硅膜厚度d3及压力传感器敏感膜厚度都可以单独设计，由干法刻蚀工艺的刻蚀深度决定，整个晶圆的加工一致性好，从而保证加速度传感器具有精确的过载限位保护作用。

第二内空腔高度h1决定了加速度传感器质量块向下运动时的运动距离，起到垂直方向向下限位的作用；同时第二内空腔高度h1也可以用来调整空气阻尼的大小，改善加速度传感器的动态性能。

第三内空腔高度h2决定了加速度传感器质量块向上运动时的运动距离，起到垂直方向向上限位的作用。

第二内空腔上的悬空硅膜结构厚度d1决定了加速度传感器的连接件的厚度、第三内空腔上的悬空硅膜结构厚度d2决定了限位挡板的厚度、第一内空腔与第三内空腔之间的硅膜厚度d3决定了限位装置与传感器相连部分的厚度。

当然，此发明还可以有其他变换，并不局限于上述实施方式，本领域技术人员所具备的知识，还可以在不脱离本发明构思的前提下作出各种变化，这样的变化均应落在本发明的保护范围内。

Claims (17)

1.一种电容式复合传感器，包括至少一个加速度传感器，至少一个压力传感器，其特征在于，所述加速度传感器包括一质量块以及至少一个过载限位装置，所述过载限位装置由第二连接件和限位挡板组成，所述第二连接件一端与晶圆硅衬底相连，另一端与所述质量块相连，所述限位挡板一端与所述晶圆硅衬底相连，另一端自由，所述晶圆硅衬底内设置有第一内空腔、第二内空腔、第三内空腔，所述第二连接件设置在所述第二内空腔上方，所述限位挡板设置第三内空腔上方，所述第二内空腔上方为悬空硅膜结构，所述第二连接件和所述限位挡板均为所述悬空硅膜结构的一部分，所述第一内空腔和所述第二内空腔上方的悬空硅膜结构与所述晶圆硅衬底电绝缘，所述第三内空腔位于所述悬空硅膜结构内，所述第二内空腔上方的悬空硅膜设置有第一释放槽，所述第三内空腔上方的悬空硅膜设置有第二释放槽。

2.根据权利要求1所述的电容式复合传感器，其特征在于，所述第一内空腔表面和/或所述第三内空腔表面具有一半导体掩膜层。

3.根据权利要求1所述的电容式复合传感器，其特征在于，还包括压力传感器上电极，加速度传感器上电极，共用下电极，所述压力传感器上电极与所述共用下电极构成压力检测可变电容，所述加速度传感器上电极与所述共用下电极构成加速度检测可变电容。

4.根据权利要求3所述的电容式复合传感器，其特征在于，所述第一内空腔上方的悬空硅膜结构与所述晶圆硅衬底之间、所述第二内空腔上方的悬空硅膜结构与所述晶圆硅衬底之间具有绝缘连接悬臂，所述晶圆硅衬底表面、所述第一内空腔内表面及所述第二内空腔内表面设置有电隔离层，所述晶圆硅衬底表面电隔离层上设置有第一薄膜层，所述第一薄膜层和所述晶圆硅衬底表面电隔离层具有贯通所述第一薄膜层和所述晶圆硅衬底表面电隔离层的电接触孔，所述第一薄膜层上设置有第二薄膜层，并填充所述电接触孔，所述第一薄膜层和所述第二薄膜层在围绕所述电接触孔分别设置贯通所述第一薄膜层和所述第二薄膜层的电隔离沟槽，所述第二薄膜层上设置有一绝缘层，并填充所述电隔离沟槽，所述绝缘层具有接触孔，所述压力传感器上电极、所述加速度传感器上电极、所述共用下电极分别设置在接触孔上并通过所述第二薄膜层与所述电接触孔实现相应的电接触。

5.根据权利要求4所述的电容式复合传感器，其特征在于，所述绝缘连接悬臂为应力释放梁结构。

6.根据权利要求3所述的电容式复合传感器，其特征在于，所述晶圆硅衬底为预制空腔SOI晶圆硅衬底，所述预制空腔SOI晶圆由硅衬底、电隔离层及器件层组成，其中，所述硅衬底表面形成第二内空腔和/或第一内空腔，在所述硅衬底表面及所述第二内空腔和/或第一内空腔内表面设置的一电隔离层，所述硅衬底表面电隔离层上设置有一器件层，形成具有第二内空腔和/或第一内空腔的所述预制空腔SOI晶圆硅衬底，在所述器件层形成第三内空腔和/或第一内空腔，所述器件层和所述硅衬底表面电隔离层具有贯通所述器件层和所述电隔离层的导电孔和/或电隔离沟槽，所述导电孔和/或所述电隔离沟槽侧壁分别设置有绝缘壁，中间分别填充有导电材料；所述器件层上设置有一绝缘层，所述绝缘层具有接触孔，所述压力传感器上电极、所述加速度传感器上电极、所述共用下电极分别设置在接触孔上实现相应的电接触。

7.根据权利要求4或6所述的电容式复合传感器，其特征在于， 所述绝缘层上设置一钝化层，并暴露出部分所述压力传感器上电极、部分所述加速度传感器上电极、部分所述共用下电极，在暴露的所述压力传感器上电极、所述加速度传感器上电极、所述共用下电极，形成传感器金属引脚，所述质量块设置在所述钝化层上。

8.根据权利要求7所述的电容式复合传感器，其特征在于，所述晶圆硅衬底上方设置有保护盖。

9.一种电容式复合传感器制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

在晶圆硅衬底上制作第二内空腔和/或第一内空腔；

在所述第二内空腔上方的悬空硅膜结构预定位置中制作第三内空腔和/或第一内空腔；

制作所述第一内空腔上方的悬空硅膜结构与所述晶圆硅衬底间的绝缘结构，制作所述第二内空腔上方的悬空硅膜结构与所述晶圆硅衬底间的绝缘结构；

在所述第二内空腔上方悬空硅膜结构刻蚀形成一第一释放槽、第一连接件；

在所述第三内空腔上方悬空硅膜结构刻蚀形成一第二释放槽、第二连接件、限位挡板，所述限位挡板一端与所述晶圆硅衬底相连，另一端自由；第二连接件一端与所述晶圆硅衬底相连，另一端与所述第二内空腔上方的悬空硅膜相连；

制作一质量块，所述质量块设置在所述第二内空腔上方悬空硅膜结构上方位置。

10.根据权利要求9所述的电容式复合传感器制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括如下步骤：在所述第三内空腔表面和/或所述第一内空腔表面制作一半导体掩膜层。

11.根据权利要求9所述的电容式复合传感器制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括如下步骤：制作压力传感器上电极，加速度传感器上电极，共用下电极，所述压力传感器上电极与所述共用下电极构成压力检测可变电容，所述加速度传感器上电极与所述共用下电极构成加速度检测可变电容。

12.根据权利要求11所述的电容式复合传感器制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括如下步骤：

刻蚀所述第一内空腔及第二内空腔上方的悬空硅膜结构，形成与所述晶圆硅衬底间的绝缘连接悬臂，同时在在所述晶圆硅衬底表面、所述第一内空腔内表面及所述第二内空腔内表面形成一电隔离层；

在所述晶圆硅衬底表面电隔离层上制作第一薄膜层；

在所述第一薄膜层和所述晶圆硅衬底表面电隔离层刻蚀贯通所述第一薄膜层和所述电隔离层的电接触孔；

在所述第一薄膜层上制作第二薄膜层，并填充所述电接触孔；

在所述第一薄膜层和所述第二薄膜层刻蚀贯通所述第一薄膜层和所述第二薄膜层的电隔离沟槽，所述电隔离沟槽围绕着所述电接触孔；

在所述第二薄膜层上制作绝缘层，并填充所述电隔离沟槽；

在所述绝缘层刻蚀接触孔；

在所述接触孔制作所述压力传感器上电极、所述加速度传感器上电极、所述共用下电极各自通过所述接触孔与所述第二薄膜层实现相应的电接触。

13.根据权利要求12所述的电容式复合传感器制造方法，其特征在于，所述绝缘连接悬臂为蛇形悬臂梁结构或应力释放梁结构。

14.根据权利要求12所述的电容式复合传感器制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括如下步骤：

在所述绝缘层上制作一钝化层；

刻蚀所述钝化层暴露出部分所述压力传感器上电极、所述加速度传感器上电极、所述共用下电极，形成传感器金属引脚；

在所述钝化层上制作所述质量块；

刻蚀包括所述钝化层、所述绝缘层、所述第二薄膜层、所述第一薄膜层、所述晶圆硅衬底表面电隔离层、所述第二内空腔上方悬空硅膜结构形成所述第一释放槽、所述第一连接件；

刻蚀包括所述钝化层、所述绝缘层、所述第二薄膜层、所述第一薄膜层、所述晶圆硅衬底表面电隔离层、所述第三内空腔上方悬空硅膜结构形成所述第二释放槽、所述限位挡板、第二连接件。

15.根据权利要求11所述的电容式复合传感器制造方法，其特征在于，所述晶圆硅衬底为预制空腔SOI晶圆硅衬底，所述制造方法还包括如下步骤：

在硅衬底表面形成第二内空腔和/或第一内空腔；

在所述硅衬底表面及所述第二内空腔和/或第一内空腔内表面制作一电隔离层；

在所述硅衬底表面电隔离层上键合一器件层；形成具有第二内空腔和/或第一内空腔的预制空腔SOI晶圆硅衬底；

在所述器件层预定位置形成第三内空腔和/或第一内空腔；

刻蚀所述器件层及所述晶圆硅衬底表面电隔离层，形成导电孔和/或电隔离沟槽；

在所述导电孔和/或所述电隔离沟槽侧壁制作一绝缘壁，在所述导电孔和/或所述电隔离沟槽中间填充导电材料；

在所述器件层上制作一绝缘层；

刻蚀所述绝缘层形成三个接触孔；

在所述接触孔沉积所述压力传感器上电极、所述加速度传感器上电极、所述共用下电极，所述压力传感器上电极、所述加速度传感器上电极、所述共用下电极分别通过所述接触孔实现相应的电接触。

16.根据权利要求15所述的电容式复合传感器制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括如下步骤：

在所述绝缘层上制作一钝化层；

刻蚀所述钝化层暴露出所述压力传感器上电极、所述加速度传感器上电极、所述共用下电极；

在所述钝化层上制作所述质量块；

刻蚀包括所述钝化层、所述绝缘层、所述器件层、所述硅衬底表面电隔离层形成所述第一释放槽、所述第一连接件；

刻蚀包括所述钝化层、所述绝缘层、所述器件层中第三内空腔上方悬空硅膜结构形成所述第二释放槽、所述限位挡板、第二连接件。

17.根据权利要求9-16任一权利要求所述的电容式复合传感器制造方法，其特征在于，在所述晶圆硅衬底上键合一保护盖。