CN111537054A - 一种压力与水声集成传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种压力与水声集成传感器及其制备方法，集成传感器包括：衬底，衬底包括沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面，第一表面上设置第一背腔和第二背腔；顶盖，顶盖设置在第二表面上，顶盖上设置有贯穿其厚度的第一金属化过孔和第二金属化过孔，并且顶盖朝向衬底的一侧还设置有第一空腔和第二空腔，第一空腔和第二空腔分别对应第一背腔和第二背腔；在衬底上采用同步构图工艺形成压力传感单元和水声传感单元，压力传感单元与第一金属化过孔相连，水声传感单元与第二金属化过孔相连。本公开的集成传感器，将压力传感器与水声传感器进行集成，压力传感器与水声传感器的探头之间距离较小，减少水声传感器的背景噪声，提高水声测量的精度。

Description

一种压力与水声集成传感器及其制备方法

技术领域

本公开属于传感器技术领域，具体涉及一种压力与水声集成传感器及其制备方法。

背景技术

地球的海洋面积占地球总面积的71%，但人类对海洋的探索还处于初级阶段。深海探测技术是进行海洋开发、保护海洋、实现可持续发展的基础。基于微系统技术的深海环境多物理量探测技术，可以利用大数据技术对深海环境多物理量数据进行分析和深海环境物理特征分析，在得到深海环境多物理量数据的同时能够完成环境物理量分布分析，形成深海环境探测区域的声速分布图、地磁异常分布图、温盐深分布图等。

水声传感器是水下感知和通信的主要设备，可用于深海资源探测、国防海洋监测、渔业等领域。MEMS水声传感器是近年来发展起来的微型水声传感器，与其他类型水声传感器相比，其体积小、成本低，可以实现水下声目标的甚低频、远距离的探测与定位。压力是各种环境探测中不可缺少的必测物理量之一，此外，还为水声传感器校准提供水压信息，因此压力传感器是水下探测系统必备器件。由于水下环境，尤其是海洋中，洋流、海风等复杂环境中水流波动较大，存在较多低频噪声信号，而水声传感器的探测范围属于低频探测频率范围，因而水声传感器端会存在较大的背景噪声，降低水声传感器的测量精度，此时，需要使用压力传感器测试压力信号，为水声传感器校准提供水压信息。目前水下探测系统使用的压力传感器与水声传感器都是单独封装，然后分别安装入探测系统，压力传感器与水声传感器的探头有一定距离，不能同步反映水声传感器端的水压变化情况，不能为水声传感器校准提供精确的压力信号，使得水声传感器端的测量精度较差。

发明内容

本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种压力与水声集成传感器及其制备方法。

本公开的一个方面提供一种压力与水声集成传感器，包括：

衬底，所述衬底包括沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面上设置有第一背腔和第二背腔；

顶盖，所述顶盖设置在所述第二表面上，所述顶盖上设置有贯穿其厚度的第一金属化过孔和第二金属化过孔，并且所述顶盖朝向所述衬底的一侧还设置有第一空腔和第二空腔，所述第一空腔和所述第二空腔分别对应所述第一背腔和所述第二背腔；

在所述衬底上采用同步构图工艺形成的压力传感单元和水声传感单元，所述压力传感单元与所述第一背腔相对应并与所述第一金属化过孔相连，所述水声传感单元与所述第二背腔相对应并与所述第二金属化过孔相连。

进一步的，所述压力传感单元包括形成在所述衬底上的感压膜片、感压电阻、第一引线以及第一金属PAD，所述感压膜片与所述第一背腔相对应，所述感压电阻设置在所述感压膜片背离所述第一背腔的一侧，并通过所述第一引线和所述第一金属PAD与所述第一金属化过孔电连接；

所述水声传感单元包括形成在所述衬底上的水声敏感梁、水声电阻、第二引线以及第二金属PAD，所述水声敏感梁与所述第二背腔相对应，所述水声电阻设置在所述水声敏感梁背离所述第二背腔的一侧，并通过所述第二引线和所述第二金属PAD与所述第二金属化过孔电连接；其中，

所述感压膜片与所述水声敏感梁采用同步构图工艺制作形成，所述感压电阻与所述水声电阻采用同步构图工艺制作形成。

进一步的，所述第二背腔的深度大于所述第一背腔的深度，以使得所述水声敏感梁的厚度小于所述感压膜片的厚度。

进一步的，所述水声传感单元还包括水声接收件，所述水声接收件设置在所述第二背腔中，所述水声接收件与所述水声敏感梁背离所述水声电阻的一侧相连。

进一步的，所述水声敏感梁采用水声敏感十字梁，所述水声接收件设置在所述水声敏感十字梁的中心部位，所述水声电阻设置在所述水声敏感十字梁的边缘部位。

进一步的，所述第一金属化过孔背离所述衬底的一侧设置有第一接触凸起，所述第二金属化过孔背离所述衬底的一侧设置有第二接触凸起。

本公开的另一方面，提供一种压力与水声集成传感器的制备方法，包括：

分别提供衬底和顶盖，所述衬底包括沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面，所述顶盖上设置有贯穿其厚度的第一过孔和第二过孔，并且所述顶盖朝向所述衬底的一侧还设置有第一空腔和第二空腔；

在所述衬底的第二表面采用同步构图工艺形成感压电阻、第一引线、第一金属PAD、水声电阻、第二引线以及第二金属PAD；

在所述衬底的第一表面采用同步构图工艺形成感压膜片和水声敏感梁；

对所述衬底的第二表面进行构图工艺处理，以释放所述水声敏感梁；

将所述顶盖设置有所述第一空腔和所述第二空腔的一侧与所述衬底的第二表面进行阳极键合；

分别向所述第一过孔和所述第二过孔内填充导电材料，以形成第一金属化过孔和第二金属化过孔；其中，

所述感压电阻设置在所述感压膜片朝向所述第一空腔的一侧，并通过所述第一引线和所述第一金属PAD与所述第一金属化过孔电连接，所述水声电阻设置在所述水声敏感梁朝向所述第二空腔的一侧，并通过所述第二引线和所述第二金属PAD与所述第二金属化过孔电连接。

进一步的，所述在所述衬底的第二表面采用同步构图工艺形成感压电阻、第一引线、第一金属PAD、水声电阻、第二引线以及第二金属PAD，包括：

在所述衬底的第二表面形成第一光刻胶层；

第一次图形化所述第一光刻胶层，形成第一开口区域和第二开口区域，并向所述第一开口区域和所述第二开口区域内注入淡硼，形成所述感压电阻和所述水声电阻；

第二次图形化所述第一光刻胶层，形成第三开口区域和第四开口区域，并向所述第三开口区域和所述第四开口区域注入浓硼，形成第一引线和第二引线；

在所述衬底的第二表面形成第一钝化保护层；

图形化所述第一钝化保护层，形成第一接触孔和第二接触孔，在所述第一接触孔和所述第二接触孔内填充导电材料，形成所述第一金属PAD和所述第二金属PAD。

进一步的，所述方法还包括在形成第一引线和第二引线之后、以及形成第一钝化保护层之前进行的：

在真空退火炉900℃~980℃下，对所述衬底退火0.5h~0.7h。

进一步的，所述感压膜片的厚度大于所述水声敏感梁的厚度，所述在所述衬底的第二表面采用同步构图工艺形成感压膜片和水声敏感梁，包括：

在所述衬底的第一表面依次形成第二钝化保护层和第三钝化保护层；

在所述第三钝化保护层上形成第二光刻胶层，图形化所述第二光刻胶层，形成第一开窗区域和第二开窗区域，所述第一开窗区域对应第一背腔，所述第二开窗区域对应第二背腔；

以图形化后的第二光刻胶层为掩膜，对所述衬底的第一表面进行第一次刻蚀，以刻蚀掉所述第一背腔和所述第二背腔对应的所述第三钝化保护层；

继续以所述图形化后的第二光刻胶层为掩膜，对所述衬底的第一表面进行第二次刻蚀，以刻蚀掉所述第二背腔对应的所述第二钝化保护层；

继续以所述图形化后的第二光刻胶层为掩膜，对所述衬底的第一表面进行第三次刻蚀，以刻蚀掉所述第二背腔对应的部分所述衬底；

刻蚀掉所述第一背腔处的第二钝化保护层；

对所述第一背腔和所述第二背腔同步刻蚀至预定深度，形成所述感压膜片和所述水声敏感梁。

本公开实施例的一种压力与水声集成传感器及其制备方法中，将压力传感器与水声传感器进行集成，使得压力传感器与水声传感器的探头之间距离较小，可以同时获取水声信息及水声传感器所在位置的水压信息，便于及时校准水声传感器因为水流波动压力引起误差，减少水声传感器的背景噪声，提高水声测量的精度。此外，两个传感器集成可以缩小水下探测装置的体积，并且压力传感器的背面感压设计及水声传感器的表面钝化设计使集成传感器可以直接接触水下环境介质，避免多层封装导致的压力测量误差及水声灵敏度损失，降低封装引起的精度劣化，在提高测量精度的同时减小了传感器的体积，非常适合水下小尺寸设备或小型探测平台等应用。

附图说明

图1为本公开一实施例的一种压力与水声集成传感器的结构示意图；

图2为本公开另一实施例的一种压力与水声集成传感器的结构示意图；

图3为本公开另一实施例的一种压力与水声集成传感器的俯视图；

图4为本公开另一实施例的衬底的俯视图；

图5为图4中所示的衬底的仰视图；

图6为本公开另一实施例的一种压力与水声集成传感器制备方法的流程示意图；

图7a至图7t本公开另一实施例的一种压力与水声集成传感器制备方法的工艺流程图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

如图1所示，本实施例提供一种压力与水声集成传感器100，包括：衬底110、顶盖120、压力传感单元130和水声传感单元140。

衬底110包括沿其厚度方向相对设置的第一表面111和第二表面112，示例性的，衬底110可为含有埋氧层的硅衬底，第一表面111上设置有第一背腔113和第二背腔114，分别用于为压力传感单元130接收外部压力和水声传感单元140接收外部声波。

顶盖120设置在第二表面112上，示例性的，顶盖120可为TGV玻璃顶盖，顶盖120上设置有贯穿其厚度的第一金属化过孔121和第二金属化过孔122，分别用于将压力传感单元130和水声传感单元140与外部电路进行电连接，第一金属化过孔121和第二金属化过孔122的形状可以为方形、圆形等，可根据实际情况进行设置，此外，本领域技术人员可根据实际使用情况设置第一金属化过孔121和第二金属化过孔122的尺寸，本实施例中不进行具体限定。示例性的，如图3所示，第一金属化过孔121可设置在压力传感单元的端点处，第二金属化过孔122可设置在水声传感单元的边缘处，且每个边缘设置有多个第二金属化过孔122，本领域技术人员可根据实际使用情况设置第一金属化过孔121和第二金属化过孔122的位置，本实施例中不进行具体限定。

顶盖120朝向衬底的一侧还设置有第一空腔123和第二空腔124，第一空腔123和第二空腔124分别对应第一背腔113和第二背腔114，第一空腔123和第二空腔124分别为压力传感单元130和水声传感单元140提供了形变的空间，提高其传感灵敏度，示例性的，第一空腔123可以为真空腔，此外，本领域技术人员可根据实际使用情况设置第一空腔123和第二空腔124的深度，本实施例中不进行具体限定。

在衬底110上采用同步构图工艺形成的压力传感单元130和水声传感单元140，压力传感单元130与第一背腔113相对应并与第一金属化过孔121相连，水声传感单元140与第二背腔114相对应并与第二金属化122过孔相连。

示例性的，在本实施例中，外部压力分别作用在第一背腔113和第二背腔114，压力传感单元130通过第一背腔113接收压力从而产生形变，引起压力传感单元130电阻率的改变，形成电信号，并通过第一金属化过孔121将该电信号输出至外部电路，水声传感单元140通过第二背腔114接收声波从而产生形变，引起水声传感单元140电阻率的改变，形成电信号，并通过第二金属化过孔122将该电信号输出至外部电路。

在公开本实施例中的一种压力与水声集成传感器，在进行水下感知和探测的过程中，压力传感单元输出的电信号为检测到的水压信息，水声传感单元输出的电信号为检测到的水下目标声信号，一般情况下为低频信号，由于第一金属化过孔和第二金属化过孔之间的距离较近，压力传感单元和水声传感单元相邻设置，因此，压力传感单元检测到的水压信息可视为水声传感单元所处位置的水压信息，用该水压信息对水声传感单元进行校准，可提高校准的精确度，从而提高水声传感单元的检测灵敏度。

下面将结合图1和图2进一步阐述压力传感单元和水声传感单元的具体结构。

如图1和图2所示，压力传感器单元130包括形成在衬底上的感压膜片131、感压电阻132、第一引线133以及第一金属PAD 134，感压膜片131为设置在衬底上的膜片，示例性的，可为硅膜片，例如，可以对硅衬底通过光刻等构图工艺形成所需的感压膜片131。感压膜片131与第一背腔113相对应，感压电阻132设置在感压膜片131背离第一背腔113的一侧，如图所示，感压电阻132和第一背腔131均位于集成传感器的左侧，感压电阻132设置在感压膜片131的上侧。感压电阻132通过第一引线133和第一金属PAD 134与第一金属化过孔121电连接，示例性的，感压电阻可为多个，例如使用四个感压电阻组成惠斯通电桥。

在本实施例中，第一背腔113接收的外部压力作用到感压膜片131上，使得感压膜片131产生形变，从而使得设置于感压膜片131上的感压电阻132产生形变，从而引起感应电阻电阻率的变化，形成电信号，示例性的，感压电阻的形变使得由感压电阻组成的惠斯通电桥不平衡，从而输出电信号，该电信号通过第一引线133、第一金属PAD 134和第一金属化过孔121输出至外部电路。

如图1和图2所示，水声传感单元140包括形成在衬底上的水声敏感梁141、水声电阻142、第二引线143以及第二金属PAD 144，水声敏感梁141为设置在衬底上的梁结构，示例性的，可为硅敏感梁，例如，可以对硅衬底通过光刻等构图工艺形成所需的水声敏感梁141，水声敏感梁141与第二背腔114相对应，水声电阻142设置在水声敏感梁141背离第二背腔114的一侧，如图所示，水声电阻142和第二背腔141均位于集成传感器的右侧，水声电阻142设置在水声敏感梁141的上侧，水声电阻142通过第二引线143和第二金属PAD 144与第二金属化过孔122电连接，示例性的，水声电阻可为多个，例如使用四个水声电阻组成惠斯通电桥。

在本实施例中，第二背腔114接收的外部压力作用到水声敏感梁141上，使得水声敏感梁141产生形变，从而使得设置于水声敏感梁141上的水声电阻142产生形变，从而引起水声电阻电阻率的变化，形成电信号，示例性的，水声电阻的形变使得由水声电阻组成的惠斯通电桥不平衡，从而输出电信号，该电信号通过第二引线143、第二金属PAD 144和第二金属化过孔122输出至外部电路。

感压膜片130与水声敏感梁140采用同步构图工艺制作形成，感压电阻132与水声电阻142采用同步构图工艺制作形成。

示例性的，在本实施例中，第一引线133和第二引线143可以为使用浓硼材料制备的引线，第一金属PAD 134和第二金属PAD 144分别位于第一金属化过孔121和第二金属化过孔122中，与外界隔离开来，示例性的，如图3所示，第一金属PAD 134和第二金属PAD 144可为圆形，除此之外，本领域技术人员也可根据实际使用情况设置其他形状，本实施例中不进行具体限制。

此外，在所述衬底110的第二表面112形成第一钝化保护层151，在所述衬底110的第一表面111依次形成第二钝化保护层152和第三钝化保护层153。钝化保护层可为单层或多层结构，可采用氧化硅、氮化硅、碳化硅、氧化铝等材料制成，示例性的，第一钝化保护层151可包括采用氧化硅制成的钝化保护层和采用氮化硅制成的钝化保护层，第二钝化保护层152可为采用氧化硅制成的单层钝化层，第三钝化保护层153可为采用氮化硅制成的单层钝化层。

在本实施例中，使用浓硼引线与位于金属化过孔中的金属PAD相连，提高了集成传感器导电结构的防水性能，使用钝化保护层覆盖于衬底表面，提高了集成传感器位于衬底的压力传感单元和水声传感单元的防水性能。

示例性的，如图2所示，在本实施例中，所述第二背腔的深度N大于所述第一背腔的深度M，以使得所述水声敏感梁的厚度K小于所述感压膜片的厚度J。由于在使用过程中，水声传感器需要检测到水中的目标信号，对水声传感器的敏感度要求更高，因此，将水声敏感梁的厚度设计较小，能够提高水声传感器的检测精度。

在公开本实施例中的一种压力与水声集成传感器，使用同步构图工艺制成的压力传感单元和水声传感单元，提高了集成传感器中两个不同传感器对应结构的相似性，使得两个不同传感器性能更接近，在相同环境中对信号的检测精度相同，提高了压力传感器对水声传感器的校准精度。此外，使用了浓硼引线、金属PAD和钝化层的结构设计，提高集成传感器的防水特性，使其更便于应用于水下感知和探测中，通过将水声传感器的水声敏感梁设计为厚度较小的敏感梁，提高水声传感器的检测精度。

下面将结合图2、图4和图5进一步阐述水声传感单元的具体结构。

如图2所示，水声传感单元140还包括水声接收件145，用于接收和放大接收到的振动信号，水声接收件145设置在第二背腔114中，水声接收件145与水声敏感梁141背离水声电阻142的一侧相连，也就是说，水声接收件145与水声敏感梁141的下侧相连。示例性的，水声接收件145可为在衬底中通过刻蚀形成的硅柱。进一步的，水声传感单元140还包括同振件，例如同振球或同振柱，当水声信号传递到水声传感器时，同振件会与水质点同振，该振动信号会被水声接收件145的杠杆效应进行放大，并通过水声接收件145传递到水声敏感梁141上，引起水声敏感梁141上应力变化，

示例性的，如图4和图5所示，水声敏感梁141采用水声敏感十字梁，如图2所示，水声接收件145设置在水声敏感十字梁的中心部位，如图4所示，水声电阻142设置在水声敏感十字梁141的边缘部位，也就是十字梁的上、下、左、右四个端部，当水声信号传递到水声传感器时，十字梁边缘部分的形变最大，因此将水声电阻142设置在此处所引起的电阻率变化最大，从而提高水声传感单元的敏感度。

示例性的，如图2所示，所述第一金属化过孔121背离所述衬底的一侧设置有第一接触凸起127，也就是在第一金属化过孔121的上侧设置有第一接触凸起127，所述第二金属化122过孔背离所述衬底的一侧设置有第二接触凸起128，也就是在第二金属化过孔122的上侧设置有第二接触凸起128，第一接触凸起127和第二接触凸起128用于在封装时方便进行倒装焊接。

在公开本实施例中的一种压力与水声集成传感器，在水声传感单元中使用了十字梁的设计，以及与十字梁相连接的水声接收件，并将水声电阻设置于十字梁的边缘处，通过上述设计提高了水声传感单元的灵敏度，提高水声传感器的探测精度。此外，在集成传感器中使用接触凸起的设计，方便封装时进行倒装焊接，提高传感器制造的可靠性。

本公开的另一个方面，还提供了一种压力与水声集成传感器的制备方法S100，如图6和图7所示，包括：

S110：如图7a所示，提供衬底110，所述衬底包括沿其厚度方向相对设置的第一表面111和第二表面112，示例性的，衬底为包括埋氧层115的SOI硅片，器件层为n型（100）。

S120：如图7b至7h所示，在所述衬底110的第二表面112采用同步构图工艺形成感压电阻、第一引线、第一金属PAD、水声电阻、第二引线以及第二金属PAD，具体包括：

S121：在所述衬底的第二表面形成第一光刻胶层160。

需要说明的是，第一光刻胶层160指的是在第二表面形成的光刻胶层，若在第二表面多次形成光刻胶层，均为第一光刻胶层。

S122：如图7b所示，第一次图形化所述第一光刻胶层160，形成第一开口区域161和第二开口区域162，如图7c所示，以该第一光刻胶层160为掩膜，向所述第一开口区域161和所述第二开口区域162内注入淡硼，注入的淡硼会渗透衬底中，形成所述感压电阻132和所述水声电阻142，所述感压电阻132和水声电阻142设置在所述衬底的上侧。此后，去掉已经图形化的第一光刻胶层160，重新在第二表面形成第一光刻胶层160。

S123：如图7d所示，第二次图形化所述第一光刻胶层160，形成第三开口区域163和第四开口区域164，如图7e所示，以该第一光刻胶层160为掩膜，向所述第三开口区域163和所述第四开口区域164注入浓硼，注入的浓硼会渗透衬底中，形成第一引线133和第二引线143，第一引线133与感压电阻132接触，第二引线143与水声电阻142接触，从而实现电连接。

示例性的，在步骤S110后S120前，还可包括步骤：在所述衬底的第二表面生长薄氧层，该薄氧在衬底第一表面，用于在注入淡硼或浓硼等离子时，使注入离子无序化，降低沟道效应。

如图7f所示，去掉第一光刻胶层160，则在衬底110上形成了感压电阻132、水声电阻142、第一引线133和第二引线143。

在真空退火炉900℃~980℃下，对所述衬底退火0.5h~0.7h，使杂质离子更深入，并修复注入损伤。

S124：如图7g所示，在所述衬底110的第二表面112形成第一钝化保护层151，示例性的，第一钝化保护层151为由氧化硅钝化层和氮化硅钝化层组成的双层钝化层。

需要说明的是，在本步骤中，还可以在所述衬底110的第一表面111依次形成第二钝化保护层152和第三钝化保护层153，也可以在步骤S131前形成第二钝化保护层152和第三钝化保护层153，可根据实际使用情况调整，示例性的，第二钝化保护层152为氧化硅钝化层，第三钝化保护层153为氮化硅钝化层。

S125：如图7h所示，图形化所述第一钝化保护层151，形成第一接触孔163和第二接触孔164，如图7i所示，在所述第一接触孔163和所述第二接触孔164内填充导电材料，示例性的，可溅射金属Al层，再将非接触孔处的Al层用湿法腐蚀，形成所述第一金属PAD 134和所述第二金属PAD 144，第一金属PAD 134与第一引线133接触，第二金属PAD 144与第二引线143接触，从而实现电连接。

S130：如图7j至图7p所示，在所述衬底100的第一表面111采用同步构图工艺形成感压膜片131和水声敏感梁141，具体包括：

S131：如图7j所示，在所述第三钝化保护层153上形成第二光刻胶层165，图形化所述第二光刻胶层165，形成第一开窗区域166和第二开窗区域167，所述第一开窗区域166对应第一背腔113，所述第二开窗区域167对应第二背腔114。

需要说明的是，第二光刻胶层165指的是第三钝化保护层153上形成的光刻胶层，若在第三钝化保护层153上多次形成光刻胶层，均为第二光刻胶层。

S132：如图7k所示，以图形化后的第二光刻胶层为掩膜，对所述衬底的第一表面进行第一次刻蚀，以刻蚀掉所述第一背腔113和所述第二背腔114对应的所述第三钝化保护层153。

S133：如图7l所示，继续以所述图形化后的第二光刻胶层为掩膜，对所述衬底的第一表面进行第二次刻蚀，以刻蚀掉所述第二背腔114对应的所述第二钝化保护层152。

S134：如图7m所示，继续以所述图形化后的第二光刻胶层为掩膜，对所述衬底的第一表面进行第三次刻蚀，以刻蚀掉所述第二背腔114对应的部分所述衬底110，示例性的，第三次刻蚀为深硅刻蚀。

此时，第一背腔113由于保留了第二钝化保护层152，因此在深硅刻蚀时，不能被刻蚀，第二背腔114由于第二钝化保护层152已经被刻蚀掉，因此在深硅刻蚀时会被刻蚀一定深度，示例性的，在本步骤中，可将第二背腔114的衬底刻蚀10~30μm，本领域技术人员也可根据实际情况选择第三次刻蚀的深度，本实施例中不进行具体限制。

S135：如图7n所示，刻蚀掉所述第一背腔113处的第二钝化保护层152。

S136：如图7o所示，对所述第一背腔113和所述第二背腔114同步刻蚀至预定深度，形成所述感压膜片和所述水声敏感梁。示例性的，刻蚀可采用RIE干法刻蚀或者BOE湿法腐蚀。

此时，第一背腔113的第二钝化保护层152也被刻蚀掉，因此在深硅刻蚀过程中，第一背腔113与第二背腔114的硅衬底同时刻蚀了相同深度，本领域技术人员也可根据实际情况选择此次刻蚀的深度，本实施例中不进行具体限制。由于第一背腔113仅进行了此次刻蚀，而第二背腔114进行了本次刻蚀和步骤S134中的刻蚀，因此第一背腔113和第二背腔114的深度不同，从而导致感压膜片131和水声敏感梁141的厚度不同，示例性的，感压膜片131的厚度可为25~50μm，水声敏感梁141的厚度可为10~25μm。

至此，完成了感压膜片131和水声敏感梁141的刻蚀，示例性的，如图4和图5所示，水声敏感梁141可为十字梁结构，在刻蚀过程中，可通过光刻胶掩膜的设计来完成十字梁的刻蚀。

如图7p所示，完成刻蚀后去除光刻胶层165 。

S140：如图7q至图7r所示，对所述衬底的第二表面进行构图工艺处理，以释放所述水声敏感梁。

示例性的，本步骤中，如图7q和图7r所示，对硅衬底的刻蚀包括对硅层的刻蚀和对埋氧层的刻蚀。

示例性的，在本步骤中，由于水声敏感梁为十字梁，因此，如图7q、图7r和图4所示，在所述衬底的第二表面112刻蚀掉与十字梁对应的矩形部分，也就是图4中的矩形窗口146。

S150：如图7s所示，提供顶盖120，示例性的，顶盖120采用TGV玻璃制成，所述顶盖120上设置有贯穿其厚度的第一过孔125和第二过孔126，并且所述顶盖120朝向所述衬底的一侧，也就是图中的下侧，还设置有第一空腔123和第二空腔124。需要说明的是，可在步骤S150前的任意一个步骤中提供顶盖，本实施例中并不对此进行具体限制。

将所述顶盖120设置有所述第一空腔123和所述第二空腔124的一侧,（也就是图中的下侧）与所述衬底110的第二表面112进行阳极键合。示例性的，使得第一金属PAD 134和第二金属PAD 144分别位于第一过孔125和第二过孔126中，金属PAD位于金属化过孔中，使得金属PAD与外界隔离，从而提高集成传感器的防水性能。

S160：如图7t所示，分别向所述第一过孔125和所述第二过孔126内填充导电材料，以形成第一金属化过孔121和第二金属化过孔122，示例性的，导电材料可为Sn或者导电银浆。第一金属化过孔121与第一金属PAD 134接触，第二金属化过孔122和第二金属PAD 144接触，实现电连接。

示例性的，在本步骤中，在填充导电材料时可填充多于第一过孔和第二过孔容积的导电材料，使得第一金属化过孔背离所述衬底的一侧形成有第一接触凸起127，所述第二金属化过孔背离所述衬底的一侧形成有第二接触凸起128，作为倒装焊接的焊点，便于后序工艺进行倒装焊接。

本实例中提供的一种压力与水声集成传感器的制备方法，在同一衬底上采用同步构图工艺分别形成了压力传感器和水声传感器，提高了集成传感器中两个不同传感器对应结构的相似性，使得两个不同传感器性能更接近，在相同环境中对信号的检测精度相同，提高了压力传感器对水声传感器的校准精度。此外，在制备感压膜片和水声敏感梁时，采用了多次同步刻蚀的方法制备得到了厚度不同的感压膜片和水声敏感梁，也就是根据实际的使用需求制备不同敏感度的压力传感器和水声传感器，提高了制备工艺的灵活度和适应性。

除非另外具体说明，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“包括”或者“包含”等既不限定所提及的形状、数字、步骤、动作、操作、构件、原件和/或它们的组，也不排除出现或加入一个或多个其他不同的形状、数字、步骤、动作、操作、构件、原件和/或它们的组，或加入这些。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量与顺序。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在发明的一些描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“相连”或者“固定”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是通过中间媒体间接连接，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的互相作用关系。以及，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征，第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

还应当理解的是，当将一个层称为位于另一个层或基板“上”时，其可以直接位于另一层或基板上，或也可以有介入层；还应当理解的是，当将一个元件（如层、区域或基板）称作在另一个元件“上”、“连接至”、“电连接至”或“电耦接至”另一个元件时，其可以直接在其他元件上，直接连接或耦接至其他元件，或者也可有一个或多个介入元件。相对地，当将一个元件称作“直接位于”另一元件或层上、“直接连接至”或“直接耦接至”另一元件或层，则不存在介入元件或层。这里所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何及所有组合）

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对设置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的，对于相关领域普通技术人员已知的技术，方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所示技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体的其他示例可以具有不同的值。应注意到：相似的符号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进一步讨论。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。

Claims (10)

1.一种压力与水声集成传感器，其特征在于，包括：

衬底，所述衬底包括沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面上设置有第一背腔和第二背腔；

顶盖，所述顶盖设置在所述第二表面上，所述顶盖上设置有贯穿其厚度的第一金属化过孔和第二金属化过孔，并且所述顶盖朝向所述衬底的一侧还设置有第一空腔和第二空腔，所述第一空腔和所述第二空腔分别对应所述第一背腔和所述第二背腔；

在所述衬底上采用同步构图工艺形成的压力传感单元和水声传感单元，所述压力传感单元与所述第一背腔相对应并与所述第一金属化过孔相连，所述水声传感单元与所述第二背腔相对应并与所述第二金属化过孔相连。

2.根据权利要求1所述的压力与水声集成传感器，其特征在于，所述压力传感单元包括形成在所述衬底上的感压膜片、感压电阻、第一引线以及第一金属PAD，所述感压膜片与所述第一背腔相对应，所述感压电阻设置在所述感压膜片背离所述第一背腔的一侧，并通过所述第一引线和所述第一金属PAD与所述第一金属化过孔电连接；

所述水声传感单元包括形成在所述衬底上的水声敏感梁、水声电阻、第二引线以及第二金属PAD，所述水声敏感梁与所述第二背腔相对应，所述水声电阻设置在所述水声敏感梁背离所述第二背腔的一侧，并通过所述第二引线和所述第二金属PAD与所述第二金属化过孔电连接；其中，

所述感压膜片与所述水声敏感梁采用同步构图工艺制作形成，所述感压电阻与所述水声电阻采用同步构图工艺制作形成。

3.根据权利要求2所述的压力与水声集成传感器，其特征在于，所述第二背腔的深度大于所述第一背腔的深度，以使得所述水声敏感梁的厚度小于所述感压膜片的厚度。

4.根据权利要求2所述的压力与水声集成传感器，其特征在于，所述水声传感单元还包括水声接收件，所述水声接收件设置在所述第二背腔中，所述水声接收件与所述水声敏感梁背离所述水声电阻的一侧相连。

5.根据权利要求4所述的压力与水声集成传感器，其特征在于，所述水声敏感梁采用水声敏感十字梁，所述水声接收件设置在所述水声敏感十字梁的中心部位，所述水声电阻设置在所述水声敏感十字梁的边缘部位。

6.根据权利要求1至5任一项所述的压力与水声集成传感器，其特征在于，所述第一金属化过孔背离所述衬底的一侧设置有第一接触凸起，所述第二金属化过孔背离所述衬底的一侧设置有第二接触凸起。

7.一种压力与水声集成传感器的制备方法，其特征在于，包括：

分别提供衬底和顶盖，所述衬底包括沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面，所述顶盖上设置有贯穿其厚度的第一过孔和第二过孔，并且所述顶盖朝向所述衬底的一侧还设置有第一空腔和第二空腔；

在所述衬底的第二表面采用同步构图工艺形成感压电阻、第一引线、第一金属PAD、水声电阻、第二引线以及第二金属PAD；

在所述衬底的第一表面采用同步构图工艺形成感压膜片和水声敏感梁；

对所述衬底的第二表面进行构图工艺处理，以释放所述水声敏感梁；

将所述顶盖设置有所述第一空腔和所述第二空腔的一侧与所述衬底的第二表面进行阳极键合；

分别向所述第一过孔和所述第二过孔内填充导电材料，以形成第一金属化过孔和第二金属化过孔；其中，

所述感压电阻设置在所述感压膜片朝向所述第一空腔的一侧，并通过所述第一引线和所述第一金属PAD与所述第一金属化过孔电连接，所述水声电阻设置在所述水声敏感梁朝向所述第二空腔的一侧，并通过所述第二引线和所述第二金属PAD与所述第二金属化过孔电连接。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述在所述衬底的第二表面采用同步构图工艺形成感压电阻、第一引线、第一金属PAD、水声电阻、第二引线以及第二金属PAD，包括：

在所述衬底的第二表面形成第一光刻胶层；

第一次图形化所述第一光刻胶层，形成第一开口区域和第二开口区域，并向所述第一开口区域和所述第二开口区域内注入淡硼，形成所述感压电阻和所述水声电阻；

第二次图形化所述第一光刻胶层，形成第三开口区域和第四开口区域，并向所述第三开口区域和所述第四开口区域注入浓硼，形成第一引线和第二引线；

在所述衬底的第二表面形成第一钝化保护层；

图形化所述第一钝化保护层，形成第一接触孔和第二接触孔，在所述第一接触孔和所述第二接触孔内填充导电材料，形成所述第一金属PAD和所述第二金属PAD。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括在形成第一引线和第二引线之后、以及形成第一钝化保护层之前进行的：

在真空退火炉900℃~980℃下，对所述衬底退火0.5h~0.7h。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述感压膜片的厚度大于所述水声敏感梁的厚度，所述在所述衬底的第二表面采用同步构图工艺形成感压膜片和水声敏感梁，包括：

在所述衬底的第一表面依次形成第二钝化保护层和第三钝化保护层；

在所述第三钝化保护层上形成第二光刻胶层，图形化所述第二光刻胶层，形成第一开窗区域和第二开窗区域，所述第一开窗区域对应第一背腔，所述第二开窗区域对应第二背腔；

以图形化后的第二光刻胶层为掩膜，对所述衬底的第一表面进行第一次刻蚀，以刻蚀掉所述第一背腔和所述第二背腔对应的所述第三钝化保护层；

继续以所述图形化后的第二光刻胶层为掩膜，对所述衬底的第一表面进行第二次刻蚀，以刻蚀掉所述第二背腔对应的所述第二钝化保护层；

继续以所述图形化后的第二光刻胶层为掩膜，对所述衬底的第一表面进行第三次刻蚀，以刻蚀掉所述第二背腔对应的部分所述衬底；

刻蚀掉所述第一背腔处的第二钝化保护层；

对所述第一背腔和所述第二背腔同步刻蚀至预定深度，形成所述感压膜片和所述水声敏感梁。

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