CN111473805B - 一种微机电环境传感器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微机电环境传感器及其制备方法，微机电环境传感器的传递基片中设置有传递空腔，传递媒介位于传递空腔内；传递空腔中接收开口的面积大于释放开口的面积；接收开口表面设置有弹性传递隔膜，释放开口表面设置有弹性压力隔膜；承载基片中设置有承载空腔，磁敏感应元件至少位于承载空腔内，且承载空腔与释放开口至少部分重叠。设置传递空腔中接收开口的面积大于释放开口的面积，基于帕斯卡原理，利用传递空腔间的体积差异，将大体积下微小位移转化为小体积下显著位移；又由于释放开口与释放开口至少部分重叠且承载空腔内设置磁敏感应元件，如此将位移变化通过中间变量，如磁场变化，转换为电阻值变化，实现高灵敏度和低功耗检测。

Description

一种微机电环境传感器及其制备方法
技术领域
本发明实施例涉及环境参数检测传感器技术领域，特别涉及一种微机电环境传感器及其制备方法。
背景技术
目前环境传感器包括温度传感器，压力传感器，位移传感器，振动传感器，麦克风等一系列细分领域，各细分领域芯片设计、材料、工艺、封装结构环节均有较大差异，难以将多个不同类环境传感器集成化，或集成工艺复杂；除此以外，目前压力传感器，位移传感器，振动传感器，麦克风等传感器芯片难以兼顾高信噪比和低功耗的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种微机电环境传感器及其制备方法，基于帕斯卡原理，利用传递空腔接收开孔与释放开孔间的尺寸差异，将大体积下微小位移转化为小体积下显著位移；适配多元高灵敏度材料作为磁敏感应元件，将位移变化通过中间变量，如磁场变化，转换为电阻值变化；利用磁敏感应元件的高灵敏度、低功耗特性，实现将环境温度、压力、位移、振动和声波等环境参数传感器在相同工艺下单芯片制造，有利于环境传感器一体化、小型化，同时保证传感器高信噪比，低功耗。
第一方面，本发明实施例提供了一种微机电环境传感器，包括传递基片、传递媒介、承载基片和至少一个磁敏感应元件；
所述传递基片中设置有传递空腔，所述传递空腔贯穿所述传递基片，所述传递媒介位于所述传递空腔内；所述传递空腔包括至少一个接收开口和至少一个释放开口，所述接收开口的面积大于所述释放开口的面积；所述接收开口表面设置有弹性传递隔膜，所述释放开口表面设置有弹性压力隔膜；
所述承载基片中设置有承载空腔，所述承载空腔贯穿所述承载基片，所述磁敏感应元件至少位于所述承载空腔内；所述承载空腔位于所述弹性压力隔膜远离所述传递空腔的一侧，且所述承载空腔在所述弹性压力隔膜所在平面上的垂直投影与所述释放开口在所述弹性压力隔膜所在平面上的垂直投影至少部分重叠。
第二方面，本发明实施例还提供了一种微机电环境传感器的制备方法，用于制备第一方面所述的微机电环境传感器，所述制备方法包括：
选取一半导体基片，所述半导体基片包括传递基片、承载基片以及位于所述传递基片和所述承载基片之间的弹性薄膜；
在所述传递基片中制备传递空腔，所述传递空腔贯穿所述传递基片，所述传递媒介位于所述传递空腔内；所述传递空腔包括至少一个接收开口和至少一个释放开口，所述接收开口的面积大于所述释放开口的面积；在所述接收开口表面制备弹性传递隔膜，在所述释放开口表面制备弹性压力隔膜，至少所述弹性压力隔膜为所述弹性薄膜；
在所述承载基片中制备承载空腔，所述承载空腔贯穿所述承载基片，所述承载空腔位于所述弹性隔膜远离所述传递空腔的一侧，且所述承载空腔在所述弹性压力隔膜所在平面上的垂直投影与所述释放开口在所述弹性压力隔膜所在平面上的垂直投影至少部分重叠；
至少在所述承载空腔制备至少一个磁敏感应元件。
本发明实施例提供的微机电环境传感器及其制备方法，通过在传递基片中设置传递空腔，进一步设置传递空腔中接收开口的面积大于释放开口的面积，基于帕斯卡原理，利用传递空腔间的体积差异，将大体积下微小位移转化为小体积下显著位移；同时设置承载空腔在弹性压力隔膜所在平面上的垂直投影与释放开口在弹性压力隔膜所在平面上的垂直投影至少部分重叠，将显著位移传导至承载空腔，由于承载空腔中适配有多元高灵敏度材料作为磁敏感应元件，如此可以将位移变化通过中间变量，如磁场变化，转换为电阻值变化；利用磁敏感应元件的高灵敏度、低功耗特性，实现将环境温度、压力、位移、振动和声波等环境参数传感器在相同工艺下单芯片制造，有利于环境传感器一体化、小型化，同时保证传感器高信噪比，低功耗。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明实施例提供的一种微机电环境传感器的剖面结构示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的剖面结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种微机电环境传感器的俯视结构示意图；
图4是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的俯视结构示意图；
图5是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的剖面结构示意图；
图6是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的剖面结构示意图；
图7是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的剖面结构示意图；
图8是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的剖面结构示意图；
图9是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的剖面结构示意图；
图10是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的剖面结构示意图；
图11是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的剖面结构示意图；
图12是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的剖面结构示意图；
图13是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的剖面结构示意图；
图14是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的剖面结构示意图；
图15是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的剖面结构示意图；
图16是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的剖面结构示意图；
图17是本发明实施例提供的一种微机电环境传感器的制备方法的流程示意图；
图18是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的制备方法的流程示意图；
图19-图28是图18对应的制备方法中各个步骤的具体制备工艺图；
图29是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的制备方法的流程示意图；
图30-图37是图29对应的制备方法中各个步骤的具体制备工艺图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本发明实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本发明的技术方案。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本发明的保护范围之内。
图1是本发明实施例提供的一种微机电环境传感器的剖面结构示意图，图2是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的剖面结构示意图，图3是本发明实施例提供的一种微机电环境传感器的俯视结构示意图，图4是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的俯视结构示意图，结合图1-图4所示，本发明实施例提供的微机电环境传感器10包括传递基片102、传递媒介、承载基片101和至少一个磁敏感应元件107；传递基片102中设置有传递空腔103，传递空腔103贯穿传递基片102，传递媒介位于传递空腔103内；传递空腔103包括至少一个接收开口1031和至少一个释放开口1032，接收开口1031的面积大于释放开口1032的面积；接收开口1031表面设置有弹性传递隔膜105，释放开口1032表面设置有弹性压力隔膜104；承载基片101中设置有承载空腔106，承载空腔106贯穿承载基片101，磁敏感应元件107至少位于承载空腔106内；承载空腔103位于弹性压力隔膜104远离传递空腔103的一侧，且承载空腔106在弹性压力隔膜104所在平面上的垂直投影与释放开口1032在弹性压力隔膜104所在平面上的垂直投影至少部分重叠。
示例性的，如图1-图4所示，传递基片102中形成有贯穿传递基片102的传递空腔103，传递空腔103内填充有传递媒介(图中未示出)，传递媒介为具有力传递作用的液体或气体，此处为可以空气。传递空腔103的表面形成传递开口1031和释放开口1032，接收开口1031的面积大于释放开口1032的面积，并且接收开口1031表面设置有弹性传递隔膜105，释放开口1032表面设置有弹性压力隔膜104。当外界环境压力或振动作用于面积较大的弹性传递隔膜105外表面时，作用力通过传递媒介传到面积较小的弹性压力隔膜104上，根据帕斯卡原理，面积较小的弹性压力隔膜104形变幅度大于面积较大的弹性传递隔膜105形变，使得外界环境变化得以放大。
进一步的，承载基片101中设置有贯穿承载基片101的承载空腔106，承载空腔103位于弹性压力隔膜104远离传递空腔103的一侧，且承载空腔106在弹性压力隔膜104所在平面上的垂直投影与释放开口1032在弹性压力隔膜104所在平面上的垂直投影至少部分重叠，并且磁敏感应元件107至少位于承载空腔106内，如此弹性压力隔膜104发生相应位移时会引起磁敏感应元件107位置磁场变化，磁敏感应元件107可以为高灵敏度磁阻元件，如此，将位移变化通过中间变量，如磁场变化，转换为电阻值变化；从而能够精确测量外界压力、振动或声波信号；同时利用磁敏感应元件的高灵敏度、低功耗特性，实现将压力、位移、振动和声波等环境参数传感器在相同工艺下单芯片制造，有利于实现微电机环境传感器一体化、小型化的设计，符合微机电环境传感器的发展趋势。
进一步的，结合图3和图4所示，本发明实施例提供的传递空腔103可以包括一个或者多个传递开口，包括一个或者多个释放开口，图3以传递空腔103包括一个传递开口和一个释放开口为例进行说明，图4以传递空腔103包括两个传递开口和一个释放开口为例进行说明，本发明实施例对传递空腔103的具体包含的传递开口和释放开口的数量不进行限定。
需要说明的是，传递空腔103可以包括相对设置的第一表面和第二表面，接收开口1031位于传递空腔103的第一表面，释放开口1032位于传递空腔103的第二表面；或者，接收开口1031和释放开口1032都位于传递空腔103的第二表面，传递空腔103的第一表面为刚性底面；承载空腔102包括相对设置的第三表面和第四表面，第三表面与弹性压力隔膜104贴合，第四表面为刚性底面。即传递空腔103中的接收开口1031和释放开口1032包括两种不同的设置方式，其中一种设置方式即如图1所示，接收开口1031和释放开口1032位于传递空腔103的不同表面，接收开口1031和释放开口1032叠层设置，接收开口1031位于传递空腔103的第一表面，释放开口1032位于传递空腔103的第二表面。另一种设置方式接收开口1031和释放开口1032位于传递空腔103的同一表面，接收开口1031和释放开口1032平行设置，接收开口1031和释放开口1032都位于传递空腔103的第二表面，传递空腔103的第一表面为刚性底面，即如图2-图4所示。此外，无论接收开口1031和释放开口1032的设置方式如何，承载空腔102均包括相对设置的第三表面和第四表面，第三表面与弹性压力隔膜104贴合，第四表面为刚性底面，如图1和图2所示。本发明实施例对接收开口1031和释放开口1032的设置方式不进行限定，本发明实施例会分别对两种不同的实施进行详细说明。
还需要说明的是，在图3和图4中，为了详细示出承载空腔106中的内部结构，在图3和图4中没有示出承载空腔106的刚性底面，直接示出了承载空腔106中的内部结构。
综上，本发明实施例提供的微机电环境传感器，通过在传递基片中设置传递空腔，进一步设置传递空腔中接收开口的面积大于释放开口的面积，基于帕斯卡原理，利用传递空腔间的体积差异，将大体积下微小位移转化为小体积下显著位移；同时设置承载空腔在弹性压力隔膜所在平面上的垂直投影与释放开口在弹性压力隔膜所在平面上的垂直投影至少部分重叠，将显著位移传导至承载空腔，由于承载空腔中适配有多元高灵敏度材料作为磁敏感应元件，如此可以将位移变化通过中间变量，如磁场变化，转换为电阻值变化；利用磁敏感应元件的高灵敏度、低功耗特性，实现将压力、位移、振动和声波等环境参数传感器在相同工艺下单芯片制造，有利于环境传感器一体化、小型化，同时保证传感器高信噪比，低功耗。
作为一种可行的实施方式，传递空腔103的第一表面和第二表面平行，且均平行于传递基片102表面所在平面；承载空腔106的第三表面和第四表面平行，且均平行于承载基片101表面所在平面，如此可以保证本发明实施例提供的微机电环境传感器结构规整，有利于实现微机电环境传感器的小型化设计，增强微机电环境传感器的普适性。
作为一种可行的实施方式，磁敏感应元件107可以包括各向异性磁阻、巨磁阻、隧道结磁阻、霍尔元件、压电材料或介电材料中的一种，通过设置磁敏感应元件107为高灵敏度磁阻元件，保证微电机环境传感器可以精确测量外界环境温度、压力、振动或声波信号。
作为一种可行的实施方式，图5是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的剖面结构示意图，结合图1、图2和图5所示，磁敏感应元件107可以设置于承载空腔106的第四表面(如图1和图2所示)；磁敏感应元件107还可以设置于传递空腔103的第一表面(如图5所示)、弹性压力隔膜104朝向承载空腔106的一侧表面或者弹性压力隔膜104朝向传递空腔103的一侧表面(图中未示出)。
具体的，本发明实施例中，至少承载空腔106中设置有至少一个磁敏感应元件107，此时磁敏感应元件107可以设置于承载空腔106的第四表面(如图1和图2所示)，也可以设置于弹性压力隔膜104朝向承载空腔106的一侧表面(图中未示出)。并且，磁敏感应元件107还可以设置于传递空腔103中，此时磁敏感应元件107可以设置于传递空腔103的第一表面(如图5所示)，也可以设置于弹性压力隔膜104朝向传递空腔103的一侧表面(图中未示出)，本发明实施例对磁敏感应元件107的具体设置位置不进行限定。进一步的，当在承载空腔106和传递空腔103中均设置磁敏感应元件107时，如此通过实现磁场信号差分输出，进而降低外界干扰同时提高微机电环境传感器灵敏度。
作为一种可行的实施方式，图6是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的剖面结构示意图，图7是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的剖面结构示意图，如图6和图7所示，磁敏感应元件107设置于承载空腔106的第四表面；微机电环境传感器10还可以包括位于磁敏感应元件107远离弹性压力隔膜104一侧的连接引线109和接触电极114，连接引线109与磁敏感应元件107电连接，接触电极114与连接引线109电连接。其中，图6以接收开口1031位于传递空腔103的第一表面，释放开口1032位于传递空腔103的第二表面为例进行说明，图7以接收开口1031和释放开口1032均位于传递空腔103的第二表面为例进行说明。如图6和图7所示，本发明实施例提供的微机电环境传感器10还可以包括位于磁敏感应元件107远离弹性压力隔膜104一侧的连接引线109和接触电极114，磁敏感应元件107通过连接引线109向接触电极114传输信号，保证磁敏感应元件107感应的信号可以及时正常传输出来，保证微机电环境传感器感测外界压力、位移、振动和声波等环境参数，保证微机电环境传感器可以正常工作。
需要说明的是，图6和图7仅以磁敏感应元件107设置于承载空腔106的第四表面为例进行说明，可以理解的是，当磁敏感应元件107设置于弹性压力隔膜104朝向承载空腔106的一侧表面、传递空腔103的第一表面或者弹性压力隔膜104朝向传递空腔103的一侧表面时，同样需要设置连接引线109和接触电极114，保证磁敏感应元件107感应的信号可以及时正常传输出来。连接引线109和接触电极114的设置方式可以与图6和图7所示的设置方式相同，设置位置不同，具体的设置位置本发明实施例不在赘述。
作为一种可行的实施方式，微机电环境传感器10还可以包括信号转换材料，至少部分信号转换材料以颗粒形式均匀分散设置于传递媒介中，或者至少部分信号转换材料以薄膜形式位于弹性压力隔膜104的表面。具体的，本发明实施例提供的信号转换材料可以为高磁导率或大剩磁磁性材料，通过增设信号转换材料提高中间变量变化幅值，提升微机电环境传感器灵敏度。
本发明实施例中信号转换材料可以有多种不同的设置方式，下面对信号转换材料的具体设置方式进行说明。
图8是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的剖面结构示意图，图9是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的剖面结构示意图，结合图1、图2、图5、图8和图9所示，信号转换材料可以包括磁性材料110，磁性材料110以颗粒形式均匀分散设置于传递媒介中，如图8和图9所示；或者，磁性材料以薄膜形式位于弹性压力隔膜朝104向传递空腔103的一侧表面，和/或，位于弹性压力隔膜104朝向承载空腔106的一侧表面，如图1、图2和图5中的磁性薄膜108。其中，图8以接收开口1031位于传递空腔103的第一表面，释放开口1032位于传递空腔103的第二表面为例进行说明，图9以接收开口1031和释放开口1032均位于传递空腔103的第二表面为例进行说明。如图8和图9所示，通过弹性传递隔膜105和弹性压力隔膜104形变过程中造成磁性材料110的位移，使得磁敏感应元件107位置处磁场发生相应变化，从而得到环境变化参数。图1以磁性薄膜108位于弹性压力隔膜104朝向承载空腔106的一侧表面为例进行说明，图2和图5以磁性薄膜108位于弹性压力隔膜朝104向传递空腔103的一侧表面为例进行说明。如图1、图2和图5所示，当外界环境压力或振动作用于面积较大的弹性传递隔膜105外表面时，作用力通过传递媒介传到面积较小的弹性压力隔膜104上，造成压力隔膜104表面磁性薄膜108发生相应位移，从而引起磁敏感应元件107位置磁场变化，从而得到环境变化参数。
图10是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的剖面结构示意图，图11是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的剖面结构示意图，如图10和图11所示，信号转换材料包括非磁性金属材料111和激发线圈112，非磁性金属材料111以颗粒形式均匀分散设置于传递媒介中，如图10和图11所示；或者，非磁性金属材料111以薄膜形式位于弹性压力隔膜朝104向传递空腔103的一侧表面，和/或，位于弹性压力隔膜104朝向承载空腔106的一侧表面(图中未示出)，激发线圈112设置在承载空腔106内；激发线圈106内加载有射频交流电电流，用于驱动非磁性金属材料111产生感应涡流，从而产生感应磁场。其中，图10以接收开口1031位于传递空腔103的第一表面，释放开口1032位于传递空腔103的第二表面为例进行说明，图11以接收开口1031和释放开口1032均位于传递空腔103的第二表面为例进行说明。如图10和图11所示，通过在激发线圈112内加载射频交变电流，造成非磁性金属颗粒111产生感应涡流，从而生成感应磁场，继而通过非磁性金属颗粒111位移使得磁敏感应元件107位置处磁场发生相应变化，从而得到环境变化参数。
以上对信号转换材料多种不同的设置方式进行了详细说明，本发明实施例对信号转换材料的具体设置方式不进行限定，仅需保证通过增设信号转换材料可以提高中间变量变化幅值，进而提升微机电环境传感器灵敏度即可。
在上述实施例的基础上，图12是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的剖面结构示意图，图13是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的剖面结构示意图，如图12和图13所示，本发明实施例提供的微机电环境传感器10中弹性传递隔膜105远离传递空腔103的一侧表面设置有刚性覆盖层113。其中，图12以接收开口1031位于传递空腔103的第一表面，释放开口1032位于传递空腔103的第二表面为例进行说明，图13以接收开口1031和释放开口1032均位于传递空腔103的第二表面为例进行说明。如图12和图13所示，微机电环境传感器10弹性传递隔膜105与外界环境间被刚性覆盖层113完全覆盖，此时弹性传递隔膜105位移仅受由温度造成的传递媒介体积变化，而不受外界压力、振动和声波等影响，该设计用于对环境温度的测量，保证微机电环境传感器可以实现对环境温度的测量，提升微机电环境传感器测量的使用范围。
在上述实施例的基础上，图14是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的剖面结构示意图，图15是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的剖面结构示意图，图16是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的剖面结构示意图，如图14、图15和图16所示，本发明实施例提供的微机电环境传感器10中，弹性传递隔膜105远离传递空腔103的一侧设置有真空罩201，真空罩201与弹性传递隔膜105形成封闭空腔，封闭空腔为真空密封空腔或者已知参考压强密封空腔；封闭空腔内设置有质量块200，质量块200设置于弹性传递隔膜205表面；或者，封闭空腔内填充有配重液体202。其中，图14以接收开口1031位于传递空腔103的第一表面，释放开口1032位于传递空腔103的第二表面为例进行说明，图15和图16以接收开口1031和释放开口1032均位于传递空腔103的第二表面为例进行说明；同时，图14和图15以封闭空腔内设置有质量块200为例进行说明，图16以封闭空腔内填充有配重液体202为例进行说明；进一步的，图15和图16以磁敏感应元件107为压电材料或者介电材料为例进行说明。如图14、图15和图16所示，为提高弹性传递隔膜105对惯性参数的响应，可如图14和图15所示，在弹性传递隔膜105上方设置质量块200及真空罩201；也可如图16所示，在封闭空腔内填充有配重液体202。真空罩201与传递空腔103在弹性传递隔膜105上投影区域无接触，同时真空罩201与弹性传递隔膜105构成的腔体应真空密封或设置为已知参考压强以消除外界压力变化造成的影响，保证微机电环境传感器可以实现对惯性参数的测量，提升微机电环境传感器测量的使用范围。
作为一种可行的实施方式，微机电环境传感器10还可以包括位于磁敏感应元件107表面的第一钝化层以及位于磁性薄膜表面108的第二钝化层(图中未示出)，增强对磁敏感应元件107以及磁性薄膜表面108的封装保护，提升磁敏感应元件107以及磁性薄膜表面108的使用寿命，进而提升微机电环境传感器的使用寿命。
基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种微机电环境传感器的制备方法，用于制备本发明上述实施例所述的微机电环境传感器。具体的，图17是本发明实施例提供的一种微机电环境传感器的制备方法的流程示意图，如图17所示，本发明实施例提供的微机电环境传感器的制备方法包括：
S110、选取一半导体基片，所述半导体基片包括传递基片、承载基片以及位于所述传递基片和所述承载基片之间的弹性薄膜。
示例性的，半导体基片可以为SOI半导体基片，其中，传递基片可以为SOI半导体基片中的顶层硅基片，承载基片可以为SOI半导体基片中的背衬底，弹性薄膜可以为SOI半导体基片中的氧化层；或者，传递基片可以为SOI半导体基片中的背衬底，承载基片可以为SOI半导体基片中的顶层硅基片，弹性薄膜可以为SOI半导体基片中的氧化层。
S120、在所述传递基片中制备传递空腔，所述传递空腔贯穿所述传递基片，所述传递媒介位于所述传递空腔内；所述传递空腔包括至少一个接收开口和至少一个释放开口，所述接收开口的面积大于所述释放开口的面积；在所述接收开口表面制备弹性传递隔膜，在所述释放开口表面制备弹性压力隔膜，至少所述弹性压力隔膜为所述弹性薄膜。
示例性的，采用刻蚀工艺，在传递基片中制备传递空腔，刻蚀至弹性薄膜表面截止，传递空腔贯穿传递基片。传递空腔包括至少一个接收开口和至少一个释放开口，接收开口的面积大于释放开口的面积，基于帕斯卡原理，利用传递空腔间的体积差异，将大体积下微小位移转化为小体积下显著位移。
进一步在接收开口表面制备弹性传递隔膜，在释放开口表面制备弹性压力隔膜，至少弹性压力隔膜为弹性薄膜。对于不同结构的传递空腔，接收开口和释放开口的设置方式不同，且弹性传递隔膜和弹性压力隔膜的设置方式也不同，在后续部分进行说明。
S130、在所述承载基片中制备承载空腔，所述承载空腔贯穿所述承载基片，所述承载空腔位于所述弹性隔膜远离所述传递空腔的一侧，且所述承载空腔在所述弹性压力隔膜所在平面上的垂直投影与所述释放开口在所述弹性压力隔膜所在平面上的垂直投影至少部分重叠。
示例性的，采用刻蚀工艺，在承载基片中制备承载空腔，同样刻蚀至弹性薄膜表面截止，得到承载空腔，承载空腔位于弹性隔膜远离传递空腔的一侧，且承载空腔在弹性压力隔膜所在平面上的垂直投影与释放开口在弹性压力隔膜所在平面上的垂直投影至少部分重叠，如此可以将显著位移传导至承载空腔。
S140、至少在所述承载空腔制备至少一个磁敏感应元件。
通过至少在承载空腔内制备至少一个磁敏感应元件，保证在承载空腔内可以将位移变化通过中间变量，如磁场变化，转换为电阻值变化。同时利用磁敏感应元件的高灵敏度、低功耗特性，实现将环境温度、压力、位移、振动和声波等环境参数传感器在相同工艺下单芯片制造，有利于环境传感器一体化、小型化，同时保证传感器高信噪比，低功耗。
综上，本发明实施例提供的微机电环境传感器的制备方法，通过在传递基片中制备传递空腔，进一步制备传递空腔中接收开口的面积大于释放开口的面积，基于帕斯卡原理，利用传递空腔间的体积差异，将大体积下微小位移转化为小体积下显著位移；同时设置承载空腔在弹性压力隔膜所在平面上的垂直投影与释放开口在弹性压力隔膜所在平面上的垂直投影至少部分重叠，将显著位移传导至承载空腔，由于承载空腔中制备有多元高灵敏度材料作为磁敏感应元件，如此可以将位移变化通过中间变量，如磁场变化，转换为电阻值变化；利用磁敏感应元件的高灵敏度、低功耗特性，实现将环境温度、压力、位移、振动和声波等环境参数传感器在相同工艺下单芯片制造，有利于环境传感器一体化、小型化，同时保证传感器高信噪比，低功耗。
可选的，本发明实施例提供的微机电环境传感器可以包括两种不同的结构，传递空腔可以包括相对设置的第一表面和第二表面，其中一种结构为接收开口位于传递空腔的第一表面，释放开口位于传递空腔的第二表面，即接收开口和释放开口位于传递空腔的不同表面，接收开口和释放开口叠层设置。另一种结构为接收开口和释放开口都位于传递空腔的第二表面，传递空腔的第一表面为刚性底面。不同的结构在制备方法上也存在差异，下面结合实际制备工艺，详细说明两种不同结构的微机电环境传感器的制备方法。
首先以传递空腔包括相对设置的第一表面和第二表面，接收开口位于传递空腔的第一表面，释放开口位于传递空腔的第二表面，即接收开口和释放开口可以传递空腔的不同表面为例进行说明。
图18是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的制备方法的流程示意图，如图18所示，本发明实施例提供的微机电环境传感器的制备方法可以包括：
S210、选取一半导体基片，所述半导体基片包括传递基片、承载基片以及位于所述传递基片和所述承载基片之间的弹性薄膜。
如图19所示，半导体基片包括传递基片102、承载基片101以及位于传递基片102和所述承载基片101之间的弹性薄膜104’。
S220、在所述传递基片中制备传递空腔，所述传递空腔贯穿所述传递基片，所述传递媒介位于所述传递空腔内；所述传递空腔包括至少一个接收开口和至少一个释放开口，所述接收开口的面积大于所述释放开口的面积。
如图20和图21所示，首先在传递基片102远离承载基片101的一侧部分刻蚀传递基片102，得到较大开口面积的传递开口1031；之后在继续刻蚀传递基片102直至刻蚀置弹性薄膜014表面，得到较小开口面积的释放开口1032以及完整结构的传递空腔103。此时，弹性薄膜104’即为弹性压力薄膜104。
S230、选取表面覆盖有弹性传递隔膜的第一辅助晶圆，并以所述弹性传递隔膜朝向所述传递基片的方式键合所述第一辅助晶圆和所述传递基片，形成所述传递空腔。
如图22和图23所示，首先选取表面覆盖有弹性传递隔膜105的第一辅助晶圆300，接下来以弹性传递隔膜105朝向传递基片102的方式键合第一辅助晶圆300和传递基片102，形成传递空腔103以及位于传递开口1031表面的弹性传递薄膜105。
S240、在所述承载基片中制备承载空腔，所述承载空腔贯穿所述承载基片，所述承载空腔位于所述弹性隔膜远离所述传递空腔的一侧，且所述承载空腔在所述弹性压力隔膜所在平面上的垂直投影与所述释放开口在所述弹性压力隔膜所在平面上的垂直投影至少部分重叠。
如图24所示，从承载基片101远离传递基片102的一侧刻蚀承载基片101,直至刻蚀至弹性压力薄膜104，得到贯穿承载基片101的承载空腔106，承载空腔106位于弹性压力隔膜104远离传递空腔103的一侧，且承载空腔106在弹性压力隔膜104所在平面上的垂直投影与释放开口1032在弹性压力隔膜104所在平面上的垂直投影至少部分重叠，如此可以将显著位移传导至承载空腔106。
S250、选取第三辅助晶圆并在所述第三辅助晶圆表面制备至少一个磁敏感应元件，并以所述磁敏感应元件朝向所述承载基片的方式键合所述第三辅助晶圆和所述承载基片，形成所述承载空腔以及位于所述承载空腔内的至少一个磁敏感应元件。
如图25所示，选取第三辅助晶圆400并在第三辅助晶圆400表面沉积感应材料薄膜，光刻形成磁敏感应元件107及连接引线109。
如图26所示，以磁敏感应元件107朝向承载基片101的方式键合第三辅助晶圆400和承载基片101，形成承载空腔106以及位于承载空腔106内的至少一个磁敏感应元件107。
S260、从所述第三辅助晶圆远离所述承载基板的一侧减薄并刻蚀所述第三辅助晶圆至露出部分所述连接引线，在露出的所述连接引线部分沉积金属材料形成接触电极。
如图27所示，从第三辅助晶圆400远离承载基板101的一侧减薄并刻蚀第三辅助晶圆400至露出部分连接引线109，露出的连接引线109部分沉积金属材料形成接触电极114。
如此，得到可以进行环境温度测量的微电机环境传感器。
S270、刻蚀去除所述第一辅助晶圆，得到微机电环境传感器。
如图28所示，去除第一辅助晶圆300，得到微机电环境传感器，此时的微机电环境传感器可以进行实现对压力、位移、振动和声波等环境参数的测量。
接下来以传递空腔包括相对设置的第一表面和第二表面，接收开口和释放开口都位于传递空腔的第二表面，传递空腔的第一表面为刚性底面，即接收开口和释放开口位于传递空腔的同一表面为例进行说明。
图29是本发明实施例提供的另一种微机电环境传感器的制备方法的流程示意图，如图29所示，本发明实施例提供的微机电环境传感器的制备方法可以包括：
S310、选取一半导体基片，所述半导体基片包括传递基片、承载基片以及位于所述传递基片和所述承载基片之间的弹性薄膜。
继续参考图19所示，半导体基片包括传递基片102、承载基片101以及位于传递基片102和所述承载基片101之间的弹性薄膜104’。
S320、在所述传递基片中制备传递空腔，所述传递空腔贯穿所述传递基片，所述传递媒介位于所述传递空腔内；所述传递空腔包括至少一个接收开口和至少一个释放开口，所述接收开口的面积大于所述释放开口的面积；在所述接收开口表面制备弹性传递隔膜，在所述释放开口表面制备弹性压力隔膜，至少所述弹性压力隔膜为所述弹性薄膜。
如图30所示，在传递基片102远离承载基片101的一侧刻蚀传递基片102，得到传递空腔103。此时，弹性传递隔膜105为弹性薄膜104’，弹性压力隔膜104为弹性薄膜104’。
S330、选取第二辅助晶圆，并键合所述第二辅助晶圆和所述传递基片，形成所述传递空腔。
如图31所示，选取第二辅助晶圆500，键合第二辅助晶圆500和传递基片102，形成传递空腔103。
如图32所示，在传递空腔103中填充传递媒介。
S340、在所述承载基片中制备承载空腔，所述承载空腔贯穿所述承载基片，所述承载空腔位于所述弹性隔膜远离所述传递空腔的一侧，且所述承载空腔在所述弹性压力隔膜所在平面上的垂直投影与所述释放开口在所述弹性压力隔膜所在平面上的垂直投影至少部分重叠。
如图33所示，从承载基片101远离传递基片102的一侧刻蚀承载基片101,直至刻蚀至弹性压力薄膜104，得到贯穿承载基片101的承载空腔106，承载空腔106位于弹性压力隔膜104远离传递空腔103的一侧，且承载空腔106在弹性压力隔膜104所在平面上的垂直投影与释放开口1032在弹性压力隔膜104所在平面上的垂直投影至少部分重叠，如此可以将显著位移传导至承载空腔106。
S350、选取第三辅助晶圆并在所述第三辅助晶圆表面制备至少一个磁敏感应元件，并以所述磁敏感应元件朝向所述承载基片的方式键合所述第三辅助晶圆和所述承载基片，形成所述承载空腔以及位于所述承载空腔内的至少一个磁敏感应元件。
继续参考图25所示，选取第三辅助晶圆400并在第三辅助晶圆400表面沉积感应材料薄膜，光刻形成磁敏感应元件107及连接引线109。
如图34所示，以磁敏感应元件107朝向承载基片101的方式键合第三辅助晶圆400和承载基片101，形成承载空腔106以及位于承载空腔106内的至少一个磁敏感应元件107。
S360、从所述第三辅助晶圆远离所述承载基板的一侧减薄并刻蚀所述第三辅助晶圆至露出部分所述连接引线，在露出的所述连接引线部分沉积金属材料形成接触电极。
如图35所示，从第三辅助晶圆400远离承载基板101的一侧减薄三辅助晶圆400。
如图36所示，刻蚀第三辅助晶圆400至露出部分连接引线109，露出的连接引线109部分沉积金属材料形成接触电极114。
如此，得到可以进行环境温度测量的微电机环境传感器。
S370、刻蚀去除所述传递开口对应位置处的所述承载基板，得到微机电环境传感器。
如图37所示，去除传递开口对应位置处的承载基板101和第三辅助晶圆400，得到微机电环境传感器，此时的微机电环境传感器可以进行实现对压力、位移、振动和声波等环境参数的测量。
综上所述，上述实施例从实际制备工艺角度，详细说明了两种不同结构的微机电环境传感器的制备方法。
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的微机电环境传感器的制备方法还包括制备信号转换材料。
具体的，信号转换材料包括磁性材料；
制备信号转换材料，可以包括在传递空腔内或者弹性压力隔膜表面制备磁性材料，磁性材料以颗粒形式均匀分散设置于传递媒介中或者以薄膜形式位于弹性压力隔膜朝向传递空腔的一侧表面，和/或，位于弹性压力隔膜朝向承载空腔的一侧表面。
或者，信号转换材料包括非磁性金属材料和激光线圈；
制备信号转换材料，可以包括在传递空腔内或者弹性压力隔膜表面制备非磁性金属材料，非磁性金属材料以颗粒形式均匀分散设置于传递媒介中或者以薄膜形式位于弹性压力隔膜朝向传递空腔的一侧表面，和/或，位于弹性压力隔膜朝向承载空腔的一侧表面；
在承载空腔内制备激发线圈，激发线圈内加载有射频交流电电流，用于驱动非磁性金属材料产生感应涡流，从而产生感应磁场。
本发明实施例提供的微机电环境传感器中，信号转换材料可以包括不同的形式，对应的，制备方法也对应不同的工艺，通过增设信号转换材料提高中间变量变化幅值，提升微机电环境传感器灵敏度。
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的微机电环境传感器的制备方法还包括在弹性传递隔膜远离传递空腔的一侧制备质量块和真空罩，真空罩与弹性传递隔膜形成封闭空腔，封闭空腔为真空密封空腔或者已知参考压强密封空腔，质量块设置于真空罩内；或者，在弹性传递隔膜远离传递空腔的一侧制备真空罩，真空罩与弹性传递隔膜形成封闭空腔，封闭空腔为真空密封空腔或者已知参考压强密封空腔，在封闭空腔内填充配重液体。通过设置之真空罩并在真空罩被设置质量块或者配重液体，保证微机电环境传感器可以实现对惯性参数的测量，提升微机电环境传感器测量的使用范围。
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的微机电环境传感器的制备方法至少在所述承载空腔制备至少一个磁敏感应元件之后，还可以包括在磁敏感应元件表面制备第一钝化层；并且在弹性压力隔膜朝向传递空腔的一侧表面制备磁性薄膜，和/或，在弹性压力隔膜朝向承载空腔的一侧表面制备磁性薄膜之后，还可以包括在所述磁性薄膜表面制备第二钝化层。通过分别在磁敏感应元件和磁性薄膜表面制备钝化层，通过钝化层增强对磁敏感应元件以及磁性薄膜表面的封装保护，提升磁敏感应元件以及磁性薄膜表面的使用寿命，进而提升微机电环境传感器的使用寿命。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，本发明的各个实施方式的特征可以部分地或者全部地彼此耦合或组合，并且可以以各种方式彼此协作并在技术上被驱动。对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (16)

1.一种微机电环境传感器，其特征在于，包括传递基片、传递媒介、承载基片和至少一个磁敏感应元件；
所述传递基片中设置有传递空腔，所述传递空腔贯穿所述传递基片，所述传递媒介位于所述传递空腔内；所述传递空腔包括至少一个接收开口和至少一个释放开口，所述接收开口的面积大于所述释放开口的面积；所述接收开口表面设置有弹性传递隔膜，所述释放开口表面设置有弹性压力隔膜；
所述承载基片中设置有承载空腔，所述承载空腔贯穿所述承载基片，所述磁敏感应元件至少位于所述承载空腔内；所述承载空腔位于所述弹性压力隔膜远离所述传递空腔的一侧，且所述承载空腔在所述弹性压力隔膜所在平面上的垂直投影与所述释放开口在所述弹性压力隔膜所在平面上的垂直投影至少部分重叠。
2.根据权利要求1所述的微机电环境传感器，其特征在于，所述传递空腔包括相对设置的第一表面和第二表面，所述接收开口位于所述传递空腔的第一表面，所述释放开口位于传递空腔的第二表面；或者，所述接收开口和所述释放开口都位于所述传递空腔的第二表面，所述传递空腔的第一表面为刚性底面；
所述承载空腔包括相对设置的第三表面和第四表面，所述第三表面与所述弹性压力隔膜贴合，所述第四表面为刚性底面。
3.根据权利要求2所述的微机电环境传感器，其特征在于，所述磁敏感应元件设置于所述承载空腔的第四表面；
所述磁敏感应元件还设置于所述传递空腔的第一表面、所述弹性压力隔膜朝向所述承载空腔的一侧表面或者所述弹性压力隔膜朝向所述传递空腔的一侧表面。
4.根据权利要求3所述的微机电环境传感器，其特征在于，所述磁敏感应元件设置于所述承载空腔的第四表面；
所述微机电环境传感器还包括位于所述磁敏感应元件远离所述弹性压力隔膜一侧的连接引线和接触电极，所述连接引线与所述磁敏感应元件电连接，所述接触电极与所述连接引线电连接。
5.根据权利要求1所述的微机电环境传感器，其特征在于，所述微机电环境传感器还包括信号转换材料，至少部分所述信号转换材料以颗粒形式均匀分散设置于所述传递媒介中，或者至少部分所述信号转换材料以薄膜形式位于所述弹性压力隔膜的表面。
6.根据权利要求5所述的微机电环境传感器，其特征在于，所述信号转换材料包括磁性材料，所述磁性材料以颗粒形式均匀分散设置于所述传递媒介中或者以薄膜形式位于所述弹性压力隔膜朝向所述传递空腔的一侧表面，和/或，位于所述弹性压力隔膜朝向所述承载空腔的一侧表面；
或者，所述信号转换材料包括非磁性金属材料和激发线圈，所述非磁性金属材料以颗粒形式均匀分散设置于所述传递媒介中或者以薄膜形式位于所述弹性压力隔膜朝向所述传递空腔的一侧表面，和/或，位于所述弹性压力隔膜朝向所述承载空腔的一侧表面，所述激发线圈设置在所述承载空腔内；所述激发线圈内加载有射频交流电电流，用于驱动所述非磁性金属材料产生感应涡流，从而产生感应磁场。
7.根据权利要求1-6任一项所述的微机电环境传感器，其特征在于，所述弹性传递隔膜远离所述传递空腔的一侧表面设置有刚性覆盖层。
8.根据权利要求1-6任一项所述的微机电环境传感器，其特征在于，所述弹性传递隔膜远离所述传递空腔的一侧设置有真空罩，所述真空罩与所述弹性传递隔膜形成封闭空腔，所述封闭空腔为真空密封空腔或者已知参考压强密封空腔；
所述封闭空腔内设置有质量块，所述质量块设置于所述弹性传递隔膜表面；或者，所述封闭空腔内填充有配重液体。
9.根据权利要求2所述的微机电环境传感器，其特征在于，所述第一表面和所述第二表面平行，且均平行于所述传递基片表面所在平面；
所述第三表面和所述第四表面平行，且均平行于所述承载基片表面所在平面。
10.根据权利要求1所述的微机电环境传感器，其特征在于，所述磁敏感应元件包括各向异性磁阻、巨磁阻、隧道结磁阻、霍尔元件、压电材料或介电材料中的一种。
11.根据权利要求6所述的微机电环境传感器，其特征在于，所述微机电环境传感器还包括位于所述磁敏感应元件表面的第一钝化层以及位于所述磁性薄膜表面的第二钝化层。
12.一种微机电环境传感器的制备方法，用于制备权利要求1-11任一项所述的微机电环境传感器，其特征在于，所述制备方法包括：
选取一半导体基片，所述半导体基片包括传递基片、承载基片以及位于所述传递基片和所述承载基片之间的弹性薄膜；
在所述传递基片中制备传递空腔，所述传递空腔贯穿所述传递基片，所述传递媒介位于所述传递空腔内；所述传递空腔包括至少一个接收开口和至少一个释放开口，所述接收开口的面积大于所述释放开口的面积；在所述接收开口表面制备弹性传递隔膜，在所述释放开口表面制备弹性压力隔膜，至少所述弹性压力隔膜为所述弹性薄膜；
在所述承载基片中制备承载空腔，所述承载空腔贯穿所述承载基片，所述承载空腔位于所述弹性隔膜远离所述传递空腔的一侧，且所述承载空腔在所述弹性压力隔膜所在平面上的垂直投影与所述释放开口在所述弹性压力隔膜所在平面上的垂直投影至少部分重叠；
至少在所述承载空腔制备至少一个磁敏感应元件。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述传递空腔包括相对设置的第一表面和第二表面，所述接收开口位于所述传递空腔的第一表面，所述释放开口位于传递空腔的第二表面；
在所述接收开口表面制备弹性传递隔膜，在所述释放开口表面制备弹性压力隔膜，至少所述弹性压力隔膜为所述弹性薄膜，包括：
选取表面覆盖有弹性传递隔膜的第一辅助晶圆，并以所述弹性传递隔膜朝向所述传递基片的方式键合所述第一辅助晶圆和所述传递基片，形成所述传递空腔；
所述弹性压力隔膜为所述弹性薄膜；
所述制备方法还包括：
刻蚀去除所述第一辅助晶圆，得到微机电环境传感器。
14.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述传递空腔包括相对设置的第一表面和第二表面，所述接收开口和所述释放开口都位于所述传递空腔的第二表面，所述传递空腔的第一表面为刚性底面；
在所述接收开口表面制备弹性传递隔膜，在所述释放开口表面制备弹性压力隔膜，至少所述弹性压力隔膜为所述弹性薄膜，包括：
所述弹性传递隔膜为所述弹性薄膜，所述弹性压力隔膜为所述弹性薄膜；
在所述承载基片中制备承载空腔之前，还包括：
选取第二辅助晶圆，并键合所述第二辅助晶圆和所述传递基片，形成所述传递空腔；
所述制备方法还包括：
刻蚀去除所述传递开口对应位置处的所述承载基板，得到微机电环境传感器。
15.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，至少在所述承载空腔制备至少一个磁敏感应元件，包括：
选取第三辅助晶圆并在所述第三辅助晶圆表面制备至少一个磁敏感应元件，并以所述磁敏感应元件朝向所述承载基片的方式键合所述第三辅助晶圆和所述承载基片，形成所述承载空腔以及位于所述承载空腔内的至少一个磁敏感应元件。
16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，在所述第三辅助晶圆表面制备至少一个磁敏感应元件，包括：
在所述第三辅助晶圆表面沉积感应材料薄膜，光刻形成磁敏感应元件及连接引线；
形成所述承载空腔以及位于所述承载空腔内的至少一个磁敏感应元件之后，还包括：
从所述第三辅助晶圆远离所述承载基板的一侧减薄并刻蚀所述第三辅助晶圆至露出部分所述连接引线，在露出的所述连接引线部分沉积金属材料形成接触电极。
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