CN114235267A - 集成温湿度传感器的皮拉尼真空计及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种皮拉尼真空计及制备方法，尤其是一种集成温湿度传感器的皮拉尼真空计及制备方法。按照本发明提供的技术方案，所述集成温湿度传感器的皮拉尼真空计，包括衬底以及制备于所述衬底上的皮拉尼计单元；还包括制备于衬底上的温度传感单元以及湿度传感单元，其中，利用皮拉尼计单元、温度传感单元以及湿度传感单元通过MEMS工艺集成在同一衬底上；利用皮拉尼计单元测量所在环境的环境真空度值，同时，通过温度传感单元、湿度传感单元能分别测量所述皮拉尼计单元所在环境的当前环境温度值以及相应的当前环境湿度值。本发明结构紧凑，提高皮拉尼计真空计对真空测量的准确度，同时能实现温湿度的测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种皮拉尼真空计及制备方法，尤其是一种集成温湿度传感器的皮拉尼真空计及制备方法。
背景技术
在半导体封装等领域，真空度和温湿度的保持性能很大程度上决定了器件的性能、工作的可靠性及器件使用寿命；因此，真空度和温湿度的准确测量就显得尤为重要。此外，温度的变化也会影响到真空度的测量，为皮拉尼计的校准补偿带来一定的干扰。
皮拉尼真空计是一种精度较高、制造工艺和测试都较为简单的真空度检测器件，其工作原理是利用高真空度下电阻加热体的散热速率和气体压强的相关性测量真空度。目前，皮拉尼计在进行真空度测量时，无法实现对温度以及湿度的测量。此外，在利用皮拉尼计进行真空度测量时，无法有效排除温度变化对真空度的测量影响，使得皮拉尼计在真空度测量的精度较低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种集成温湿度传感器的皮拉尼真空计及制备方法，其结构紧凑，提高皮拉尼计真空计对真空测量的准确度，同时能实现温湿度的测量。
按照本发明提供的技术方案，所述集成温湿度传感器的皮拉尼真空计，包括衬底以及制备于所述衬底上的皮拉尼计单元；还包括制备于衬底上的温度传感单元以及湿度传感单元，其中，利用皮拉尼计单元、温度传感单元以及湿度传感单元通过MEMS工艺集成在同一衬底上；利用皮拉尼计单元测量所在环境的环境真空度值，同时，通过温度传感单元、湿度传感单元能分别测量所述皮拉尼计单元所在环境的当前环境温度值以及相应的当前环境湿度值。
还包括制备于衬底上方的保护介质层，所述介质保护层至少压盖在温度传感单元上。
在利用皮拉尼计单元测量所在环境的环境真空度值时，根据温度传感单元获取的当前环境温度生成一真空环境温度补偿值，通过真空环境温度补偿值对皮拉尼计单元测量得到的环境真空度值进行所需的补偿，以得到表征当前环境实际真空度的环境温度补偿真空度。
所述温度传感单元采用电阻型温度测量形式，或采用热电堆温度测量形式。
所述温度传感单元采用电阻式测试时，利用温度传感单元能对湿度传感单元进行加热，且利用温度传感单元对湿度传感单元的加热，以能对所述湿度传感单元的测量状态进行校验；
对湿度传感单元的测量状态校验时，利用温度传感单元将湿度传感单元加热至第一温度状态以及第二温度状态，湿度传感单元处于第一温度状态时，采集得到湿度传感单元的湿度单元第一输出湿度值，湿度传感单元处于第二温度状态时，采集得到湿度传感单元的湿度单元第二输出湿度值；
利用湿度单元第一输出湿度值以及湿度单元第二输出湿度值能得到湿度输出差值，若所述湿度输出差值与预设的湿度检验阈值匹配，则判定湿度传感单元处于正常工作状态，否则，判定湿度传感单元处于故障状态。
一种集成温湿度传感器的皮拉尼计的制备方法，用于制备的皮拉尼真空计，提供衬底以及设置于所述衬底上的绝缘支撑层，在绝缘支撑层上方通过MEMS工艺制备皮拉尼计单元、温度传感单元以及湿度传感单元。
在绝缘支撑层上方制备皮拉尼计单元、温度传感单元以及湿度传感单元时，包括如下步骤：
步骤1、在绝缘支撑层上方制备牺牲层，所述牺牲层位于绝缘支撑层上；
步骤2、在上述绝缘支撑层上制备中间介质层，所述中间介质层支撑在绝缘支撑层时，且牺牲层位于中间介质层内；
步骤3、在上述中间介质层淀积导电材料并对所淀积的导电材料进行图形化，以能得到位于中间介质层上的皮拉尼计单元导电体、温度传感单元导电体以及湿度传感梳齿电极体，其中，皮拉尼计单元导电体与牺牲层正对应；
步骤4、制备保护介质层，通过保护介质层将皮拉尼计单元导电体、温度传感单元导电体以及湿度传感梳齿电极体压盖在所述中间介质层上；
步骤5、选择性地掩蔽和刻蚀所述保护介质层，以能得到贯通所述保护介质层的湿敏材料窗口以及皮拉尼计单元窗口，通过湿敏材料窗口使得湿度传感梳齿电极体处于露出状态，通过皮拉尼计单元窗口能使得皮拉尼计单元导电体处于露出状态；
步骤6、利用湿敏材料窗口制备与所述湿度传感梳齿电极体适配连接的感湿材料层，以通过感湿材料层与湿度传感梳齿电极体间的适配连接形成所需湿度传感单元；
步骤7、制备牺牲层释放孔，通过牺牲层释放孔使得牺牲层露出；
步骤8、利用牺牲层释放孔对牺牲层释放工艺，以能得到位于皮拉尼计单元导电体正下方的腔体，利用腔体正上方的皮拉尼计单元导电体形成悬臂式皮拉尼计单元；同时，利用温度传感单元导电体形成温度传感单元。
步骤3中，在制备得到中间介质层后，在所述中间介质层上设置上层介质层；
制备得到上层介质层后，皮拉尼计单元导电体、温度传感单元导电体以及湿度传感梳齿电极体位于所述上层介质层上。
所述衬底的材料包括硅。
本发明的优点：利用皮拉尼计单元、温度传感单元以及湿度传感单元通过MEMS工艺集成在同一衬底上；通过MEMS工艺集成时，在完成高真空度环境下的温度值、湿度值和真空度值的同步测量时，又能使得集成的器件的体积较小，降低集成器件的加工成本；在利用皮拉尼计单元测量所在环境的环境真空度值时，根据温度传感单元获取的当前环境温度生成一真空环境温度补偿值，通过真空环境温度补偿值对皮拉尼计单元测量得到的环境真空度值进行所需的补偿，以得到表征当前环境实际真空度的环境温度补偿真空度，即能提高皮拉尼计单元测量所在环境的真空度值的精度。
附图说明
图1为本发明的示意图。
图2为图1中的A-A向剖视图。
图3为图2中的B-B向剖视图。
图4～图13为本发明具体实施工艺步骤剖视图，其中
图4为本发明在衬底上制备得到绝缘支撑层后的剖视图。
图5为本发明得到牺牲层后的剖视图。
图6为本发明得到中间介质层后的剖视图。
图7为本发明得到上层介质层后的剖视图。
图8为本发明得到皮拉尼计单元导电体、温度传感单元导电体以及湿度传感梳齿电极体后的剖视图。
图9为本发明得到保护介质层后的剖视图。
图10为本发明得到湿敏材料窗口后的剖视图。
图11为本发明得到感湿材料层后的剖视图。
图12为本发明得到牺牲层释放孔后的剖视图。
图13为本发明得到腔体后的剖视图。
图14为湿度传感单元在不同环境温度下测量环境湿度值的示意图。
附图标记说明：1-皮拉尼计单元、2-温度传感单元、3-湿度传感单元、4-皮拉尼计单元连接端、5-牺牲层释放孔、6-支撑桥臂、7-绝缘支撑层、8-衬底、9-中间介质层、10-上层介质层、11-感湿材料层、12-保护介质层、13-牺牲层、14-湿敏材料窗口、15-温度传感单元导电体、16-皮拉尼计单元导电体、17-腔体以及18-湿度传感梳齿电极体。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示：为了同时能实现温湿度以及真空度的测量，本发明包括衬底8以及制备于所述衬底8上的皮拉尼计单元1；还包括制备于衬底8上的温度传感单元2以及湿度传感单元3，其中，利用皮拉尼计单元1、温度传感单元2以及湿度传感单元3通过MEMS工艺集成在同一衬底8上；利用皮拉尼计单元1测量所在环境的环境真空度值，同时，通过温度传感单元2、湿度传感单元3能分别测量所述皮拉尼计单元1所在环境的当前环境温度值以及相应的当前环境湿度值。
具体地，衬底8可以采用现有与MEMS工艺兼容的材料，如硅等，具体材料类型可以根据需要选择，此处不再赘述。具体实施时，通过MEMS工艺将皮拉尼计单元1、温度传感单元2以及湿度传感单元3集成在同一衬底8上，集成后，通过皮拉尼计单元1能测量所在环境的环境真空度值，通过温度传感单元2能测量皮拉尼计单元1所在环境的当前环境温度值；同时，利用湿度传感单元3能测量皮拉尼计单元1所在环境的当前环境湿度值，从而能实现环境真空度值、当前环境温度值以及当前环境湿度值的同时测量。通过MEMS工艺集成时，在完成高真空度环境下的温度值、湿度值和真空度值的同步测量时，又能使得集成的器件的体积较小，降低集成器件的加工成本。
进一步地，还包括制备于衬底8上方的保护介质层12，所述介质保护层12至少压盖在温度传感单元2上。
本发明实施例中，为了能减少环境真空度对测温的影响，在衬底8上方还制备保护介质层12，保护介质层12至少覆盖在温度传感单元2，即通过保护介质层12对温度传感单元2的保护，能避免温度传感单元2受到所在环境真空度的影响，使得温度传感单元2的测量状态主要由环境温度引起，提高温度传感单元2测量所在环境的当前温度值的精度。
保护介质层12的材料为二氧化硅或氮化硅，保护介质层12采用非导电材料，不会影响温度传感单元2的测温精度。通过保护介质层12能防止温度传感单元2采用金属材料时被氧化，提高温度传感单元2使用时的稳定性。在温度传感单元2上设置保护介质层12后，温度传感单元2的具体测温方式与现有相一致，当然，在具体实施时，还可以通过校准方式消除保护介质层12在测温时的影响，确保温度传感单元2测温时的准确性，具体校准方式以及过程可以根据需要选择，为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
具体实施时，皮拉尼计单元1、温度传感单元2以及湿度传感单元3均可采用现有常用的形式。温度传感单元2采用电阻型温度测量形式，或采用热电堆温度测量形式，温度传感单元2的具体形式可以根据需要选择。对于皮拉尼计单元1，皮拉尼计单元1一般也采用电阻测量真空度的形式，即皮拉尼计单元1的电阻值会受到环境气压影响，根据皮拉尼计单元1的电阻值能确定所在环境的环境真空度值。
本技术领域人员周知，皮拉尼计真空单元1测量所在环境的环境真空度值时，还同时会受到环境温度影响。因此，为了能减少环境温度对皮拉尼计单元1对环境真空度值的测量影响，本发明实施例中，在利用皮拉尼计单元1测量所在环境的环境真空度值时，根据温度传感单元2获取的当前环境温度生成一真空环境温度补偿值，通过真空环境温度补偿值对皮拉尼计单元1测量得到的环境真空度值进行所需的补偿，以得到表征当前环境实际真空度的环境温度补偿真空度。
下面对通过真空环境温度补偿值对皮拉尼计单元1测量得到的环境真空度值进行所需的补偿的方式以及过程进行具体说明。
具体实施时，对于任一皮拉尼计单元1，为了能得到皮拉尼计单元1测量的环境真空度值，通过本技术领域人员常用的技术手段均能得到一校准方程，对皮拉尼计单元1的阻值根据校准方程能得到相应的测量真空度值，校准方程的实际情况以及利用校准方程得到测量真空度值的具体情况均为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
一般地，在环境温度为T1且环境真空度为P1的环境中，根据皮拉尼计单元1的阻值通过与皮拉尼计单元1相对应的校准方程可以转换得到一表征真空度测量值S1；而环境温度为T2(T1≠T2)且环境真空度为P1的环境中，根据皮拉尼计单元1的阻值通过与皮拉尼计单元1相对应的校准方程可以转换得到一表征真空度测量值S2。本技术领域可知，真空度测量值S1与真空度测量值S2肯定是不等的，而由于皮拉尼计单元1所处环境的环境真空度均为P1，因此，可明确得到皮拉尼计单元1进行真空度测量时，与所在环境的温度惯量。本发明实施例中，由于温度传感器单元2上覆盖有介质层保护12，因此，当温度传感单元2所处环境的真空度发生变化时，其输出的环境温度值基本不受影响，即温度传感单元2输出的环境温度值仅受环境温度的变化影响。
具体实施时，环境温度为20℃时，环境真空度为P1的环境中，通过本技术领域常用的技术手段能测量得到温度传感单元2相应的阻值为R20，而测量得到皮拉尼计单元1相应的阻值为R1；当环境温度变化为T2后，环境真空度为P2的条件下，测量得到温度传感器单元2相应的阻值为Rt2，测量得到皮拉尼计单元相应的阻值为R2。则根据温度传感单元2相应的阻值变化，能得到一表征环境温度变化的温度变化值ΔT，即有
其中，k1为温度传感单元2中导电材料的温度系数。
因此，可计算出温度变化值ΔT下皮拉尼计单元1受温度影响的阻值ΔR，则有，ΔR＝k2*R20*ΔT；其中，k2为皮拉尼计单元1中导电材料的温度系数。此时，可得到皮拉尼计单元1不受温温度变化值ΔT影响时，而仅受环境真空度变化引起的阻值变化为R2′＝R2-ΔR。在得到阻值R2′后，根据当前皮拉尼计单元1的校准方程即可得到表征当前环境实际真空度的环境温度补偿真空度。
进一步地，所述温度传感单元2采用电阻式测温形式时，利用温度传感单元2能对湿度传感单元3进行加热，且利用温度传感单元2对湿度传感单元3的加热，以能对所述湿度传感单元3的测量状态进行校验；
对湿度传感单元3的测量状态校验时，利用温度传感单元2将湿度传感单元3加热至第一温度状态以及第二温度状态，湿度传感单元3处于第一温度状态时，采集得到湿度传感单元3的湿度单元第一输出湿度值，湿度传感单元3处于第二温度状态时，采集得到湿度传感单元3的湿度单元第二输出湿度值；
利用湿度单元第一输出湿度值以及湿度单元第二输出湿度值能得到湿度输出差值，若所述湿度输出差值与预设的湿度检验阈值匹配，则判定湿度传感单元3处于正常工作状态，否则，判定湿度传感单元3处于故障状态。
由图1、图2和图3所示，对湿度传感单元3包括湿度传感梳齿电极体18以及位于所述湿度传感梳齿电极体18上方的感湿材料层11，湿度传感梳齿电极体18呈梳齿状，具体形状等与现有相一致，为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。感湿材料层11可以采用现有常用的感湿材料形式，感湿材料层11与湿度传感梳齿电极体18具体配合形成湿度传感单元3的具体形式与现有相一致，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
具体实施时，对于感湿材料层11，环境湿度的变化会引起感湿材料层11的介电常数变化，从而引起整个湿度传感单元3输出电容值的变化，通过电容检测电路就可以将电容值转换成为电压或电流信号进行输出，即能实现湿度的测量，具体测量方式以及过程均与现有相一致，为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
图1中，还示出了皮拉尼计单元1以及温度传感单元2的具体情况，其中，皮拉尼计单元1以及温度传感单元2均采用电阻式结构，皮拉尼计单元1包括皮拉尼计单元导电体16以及设置于皮拉尼计单元导电体16的两端的皮拉尼计单元连接端4，通过皮拉尼计单元连接端4能实现将皮拉尼计单元1引出。为了能提高皮拉尼计单元1的测试精度，在皮拉尼计单元导电体16的正下方设置腔体17，利用腔体17能实现悬臂式皮拉尼计单元1，而在制备腔体17后，皮拉尼计单元1还包括支撑桥臂6，利用支撑桥臂6能实现支撑皮拉尼计单元导电体16。对于温度传感单元2，具体包括温度传感单元导电体15，利用传感单元体15相应电阻值的变化能测量所在环境的环境温度值。
对于湿度传感单元3，在进行湿度测量时，由于湿度传感单元3也直接处于环境中，湿度传感单元3也会受到所在环境的温度影响。具体实施时，在不同温度状态下进行湿度检测时，湿度传感单元3输出的湿度曲线会有所不同，即湿度传感单元2具有温度系数，感湿材料层11的不同会导致其温度系数的不同，同时随着湿度传感单元3的使用时间增长，或长期使用在极端环境下，湿度传感单元3在不同温度下输出的湿度曲线也会随之产生变化。
具体实施时，利用湿度传感单元3在不同温度下湿度测量输出的特性，能实现对所述湿度传感单元3的测量状态进行校验。其中，对于正常工作状态的湿度传感单元3，将所述湿度传感单元3置于不同温度情况下进行不同湿度的湿度测量，以能得到相应的湿度测量曲线，如图14所示。
由上述说明可知，由于温度传感单元2采用电阻形式，即温度传感单元导电体15具有电阻属性，因此，利用温度传感单元2内温度传感单元导电体15能实现对湿度传感单元3加热。本发明实施例中，当在温度传感单元2上加载一相应的电压或电流时，能将所述湿度传感单元3加热到所需的温度，具体加热的温度状态可以参考图14所示说明。
具体实施时，利用温度传感单元2使得温度传感单元3后处于第一温度状态以及第二温度状态，湿度传感单元3处于第一温度状态时，采集得到湿度传感单元3的湿度单元第一输出湿度值，湿度传感单元3处于第二温度状态时，采集得到湿度传感单元3的湿度单元第二输出湿度值。具体地，采集湿度传感单元3的湿度单元第一输出湿度值以及湿度单元第二湿度值的具体过程与现有相一致，为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
本发明实施例中，湿度单元第一输出湿度值以及湿度单元第二输出湿度值为湿度传感单元3同一环境湿度状态且在不同环境温度下相应的输出。将湿度单元第一输出湿度值与湿度单元第二输出湿度值进行作差，即可得到湿度输出差值。将所述湿度输出差值与预设的湿度检验阈值比较，当若所述湿度输出差值与预设的湿度检验阈值匹配，则判定湿度传感单元3处于正常工作状态，否则，判定湿度传感单元3处于故障状态。具体地，述湿度输出差值与预设的湿度检验阈值匹配，具体是指湿度输出差值位于湿度校验阈值的范围内。
具体实施时，对于正常工作状态的湿度传感单元3，可以测量湿度传感单元3在不同环境温度下进行相应环境湿度的测量，将不同环境温度下的环境湿度测量差值作为湿度检验阈值的基值，具体可以参考图14的说明。湿度检验阈值可以为在基值附近的一个范围值，所述基值的波动范围可以根据感湿材料层11以及环境测量的精度要求等具体确定，为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。当然，在具体实施时，对于湿度检验阈值，对湿度传感单元3进行检验时，将湿度传感单元3加热的第一温度状态以及第二温度状态与所述湿度检验阈值相对应的环境温度值一一对应，且环境湿度值也需进行对应，以使得湿度输出差值能与预设的湿度检验阈值直接比较。如确定湿度检验阈值相对应的两个环境温度值为10℃与50℃，测量的环境湿度值为50％，则第一温度状态、第二温度状态要分别为10℃、50℃，且检验时所测量的环境湿度也应当为50％，具体情况可以根据实际需要选择，此处一一列举说明。
具体实施时，由于皮拉尼计单元1具有腔体17存在，悬臂梁结构的皮拉尼计单元1传热能力较差，因此，对湿度传感单元3的工作状态判断时，利用温度传感单元2对湿度传感单元3所在的环境加热更便捷与有效。
综上，本发明集成温湿度传感器的皮拉尼计，在具体制备时，提供衬底8以及设置于所述衬底8上的绝缘支撑层7，在绝缘支撑层7上方通过MEMS工艺制备皮拉尼计单元1、温度传感单元2以及湿度传感单元3。
下面通过图4～图13对具体的制备过程进行具体说明。
如图4～图13所示，在绝缘支撑层7上方制备皮拉尼计单元1、温度传感单元2以及湿度传感单元3时，包括如下步骤：
步骤1、在绝缘支撑层7上方制备牺牲层13，所述牺牲层13位于绝缘支撑层7上；
具体地，衬底8的材料可以为硅，可以通过本技术领域常用的工艺在衬底8上制备绝缘支撑层7，绝缘支撑层7可以为二氧化硅层，绝缘支撑层7在衬底8上的情况如图4所示。牺牲层13一般可选择聚酰亚胺(PI)，牺牲层13材料的具体类型可以根据实际需要选择，此处不再赘述。
在制备得到绝缘支撑层7后，通过本技术领域常用的工艺制备得到牺牲层13，牺牲层13支撑在绝缘支撑层7上，牺牲层13的面积小于绝缘支撑层7的面积，如图5所示。
步骤2、在上述绝缘支撑层7上制备中间介质层9，所述中间介质层9支撑在绝缘支撑层7时，且牺牲层13位于中间介质层9内；
具体地，通过本技术领域常用的技术手段制备中间介质层9，中间介质层9可以为二氧化硅等材料，具体材料等可以根据需要选择。中间介质层9的厚度大于牺牲层13的厚度，以便能将牺牲层13包裹在所述中间介质层9内，如图6所示。
步骤3、在上述中间介质层9淀积导电材料并对所淀积的导电材料进行图形化，以能得到位于中间介质层9上的皮拉尼计单元导电体16、温度传感单元导电体15以及湿度传感梳齿电极体18，其中，皮拉尼计单元导电体16与牺牲层13正对应；
具体地，导电材料可以为金属或掺杂后的多晶硅，具体淀积的导电材料类型以及工艺条件等可以根据需要选择，为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。在淀积并图形化后，能同时得到皮拉尼计单元导电体16、温度传感单元导电体15以及湿度传感梳齿电极体18，其中，皮拉尼计单元导电体16与牺牲层13正对应。
在具体实施时，在制备得到中间介质层9后，在所述中间介质层9上设置上层介质层10，所述上层介质层10的厚度远小于中间介质层9的厚度，如图7所示。中间介质层9一般可选择为二氧化硅，上层介质层10可以为Si3N4，中间介质层9以及上层介质层10具体材料的类型可以根据需要选择，此处不再赘述。
制备得到上层介质层10后，皮拉尼计单元导电体16、温度传感单元导电体15以及湿度传感梳齿电极体18位于所述上层介质层10上，如图8所示。
步骤4、制备保护介质层12，通过保护介质层12将皮拉尼计单元导电体16、温度传感单元导电体15以及湿度传感梳齿电极体18压盖在所述中间介质层9上；
具体地，在制备得到皮拉尼计单元导电体16、温度传感单元导电体15以及湿度传感梳齿电极体18后，需要制备保护介质层12，通过保护介质层12将皮拉尼计单元导电体16、温度传感单元导电体15以及湿度传感梳齿电极体18压盖在所述中间介质层9上。当然，在中间介质层9上设置上层介质层10时，通过保护介质层12将皮拉尼计单元导电体16、温度传感单元导电体15以及湿度传感梳齿电极体18压盖在所述上层介质层10上，如图9所示。
步骤5、选择性地掩蔽和刻蚀所述保护介质层12，以能得到贯通所述保护介质层12的湿敏材料窗口14以及皮拉尼计单元窗口，通过湿敏材料窗口13使得湿度传感梳齿电极体18处于露出状态，通过皮拉尼计单元窗口能使得皮拉尼计单元导电体16处于露出状态；
具体地，通过本技术领域常用的技术手段对保护介质层12进行刻蚀，以能得到湿敏材料窗口14，湿敏材料窗口14贯通保护介质层12，从而通过湿敏材料窗口14使得湿度传感梳齿电极体18处于露出状态，如图10所示。
步骤6、利用湿敏材料窗口14制备与所述湿度传感梳齿电极体18适配连接的感湿材料层11，以通过感湿材料层11与湿度传感梳齿电极体18间的适配连接形成所需湿度传感单元3；
具体地，通过湿敏材料窗口14使得湿度传感梳齿电极体18处于露出状态后，通过本技术领域常用的技术手段制备感湿材料层11，感湿材料层11与湿度传感梳齿电极体18适配连接，如图11所。通过感湿材料层11与湿度传感梳齿电极体18能形成电容式的湿度传感单元3，具体制备感湿材料层11的具体工艺及过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
步骤7、制备牺牲层释放孔5，通过牺牲层释放孔5使得牺牲层13露出；
具体地，采用本技术领域常用的技术手段能得到牺牲层释放孔5，牺牲层释放孔5贯通保护介质层12、上层介质层10以及中间介质层9，即牺牲层释放孔5的孔底为牺牲层13。牺牲层释放孔5的具体分布情况如图1所示和图12所示，具体制备得到牺牲层释放孔5的具体工艺以及过程可以根据实际需要选择，为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
步骤8、利用牺牲层释放孔5对牺牲层13释放工艺，以能得到位于皮拉尼计单元导电体16正下方的腔体17，利用腔体17正上方的皮拉尼计单元导电体16形成悬臂式皮拉尼计单元1；同时，利用温度传感单元导电体15形成温度传感单元2。
具体地，根据牺牲层13的具体类型，通过牺牲层释放孔5能对牺牲层13进行释放，当牺牲层13被完全释放后，牺牲层13留下的空间即形成腔体17，利用腔体17正上方的皮拉尼计单元导电体16形成悬臂式皮拉尼计单元1；同时，利用温度传感单元导电体15形成温度传感单元2，如图13所示。
当皮拉尼计单元1、温度传感单元2以及湿度传感单元3采用其他的形式时，可以采用相应的MEMS工艺同时集成在衬底8上，具体形式可以根据需要选择，此处不再赘述。
Claims (9)
1.一种集成温湿度传感器的皮拉尼真空计，包括衬底(8)以及制备于所述衬底(8)上的皮拉尼计单元(1)；其特征是：还包括制备于衬底(8)上的温度传感单元(2)以及湿度传感单元(3)，其中，利用皮拉尼计单元(1)、温度传感单元(2)以及湿度传感单元(3)通过MEMS工艺集成在同一衬底(8)上；利用皮拉尼计单元(1)测量所在环境的环境真空度值，同时，通过温度传感单元(2)、湿度传感单元(3)能分别测量所述皮拉尼计单元(1)所在环境的当前环境温度值以及相应的当前环境湿度值。
2.根据权利要求1所述的集成温湿度传感器的皮拉尼真空计，其特征是：还包括制备于衬底(8)上方的保护介质层(12)，所述介质保护层(12)至少压盖温度传感单元(2)上。
3.根据权利要求2所述的集成温湿度传感器的皮拉尼真空计，其特征是：在利用皮拉尼计单元(1)测量所在环境的环境真空度值时，根据温度传感单元(2)获取的当前环境温度生成一真空环境温度补偿值，通过真空环境温度补偿值对皮拉尼计单元(1)测量得到的环境真空度值进行所需的补偿，以得到表征当前环境实际真空度的环境温度补偿真空度。
4.根据权利要求1至3任一项所述的集成温湿度传感器的皮拉尼真空计，其特征是：所述温度传感单元(2)采用电阻型温度测量形式，或采用热电堆温度测量形式。
5.根据权利要求1至3任一项所述的集成温湿度传感器的皮拉尼真空计，其特征是：所述温度传感单元(2)采用电阻式测温形式时，利用温度传感单元(2)能对湿度传感单元(3)进行加热，且利用温度传感单元(2)对湿度传感单元(3)的加热，以能对所述湿度传感单元(3)的测量状态进行校验；
对湿度传感单元(3)的测量状态校验时，利用温度传感单元(2)将湿度传感单元(3)加热至第一温度状态以及第二温度状态，湿度传感单元(3)处于第一温度状态时，采集得到湿度传感单元(3)的湿度单元第一输出湿度值，湿度传感单元(3)处于第二温度状态时，采集得到湿度传感单元(3)的湿度单元第二输出湿度值；
利用湿度单元第一输出湿度值以及湿度单元第二输出湿度值能得到湿度输出差值，若所述湿度输出差值与预设的湿度检验阈值匹配，则判定湿度传感单元(3)处于正常工作状态，否则，判定湿度传感单元(3)处于故障状态。
6.一种集成温湿度传感器的皮拉尼计的制备方法，其特征是，用于制备权利要求1所述的皮拉尼真空计，提供衬底(8)以及设置于所述衬底(8)上的绝缘支撑层(7)，在绝缘支撑层(7)上方通过MEMS工艺制备皮拉尼计单元(1)、温度传感单元(2)以及湿度传感单元(3)。
7.根据权利要求6所述的集成温湿度传感器的皮拉尼计的制备方法，其特征是，在绝缘支撑层(7)上方制备皮拉尼计单元(1)、温度传感单元(2)以及湿度传感单元(3)时，包括如下步骤：
步骤1、在绝缘支撑层(7)上方制备牺牲层(13)，所述牺牲层(13)位于绝缘支撑层(7)上；
步骤2、在上述绝缘支撑层(7)上制备中间介质层(9)，所述中间介质层(9)支撑在绝缘支撑层(7)时，且牺牲层(13)位于中间介质层(9)内；
步骤3、在上述中间介质层(9)淀积导电材料并对所淀积的导电材料进行图形化，以能得到位于中间介质层(9)上的皮拉尼计单元导电体(16)、温度传感单元导电体(15)以及湿度传感梳齿电极体(18)，其中，皮拉尼计单元导电体(16)与牺牲层(13)正对应；
步骤4、制备保护介质层(12)，通过保护介质层(12)将皮拉尼计单元导电体(16)、温度传感单元导电体(15)以及湿度传感梳齿电极体(18)压盖在所述中间介质层(9)上；
步骤5、选择性地掩蔽和刻蚀所述保护介质层(12)，以能得到贯通所述保护介质层(12)的湿敏材料窗口(14)以及皮拉尼计单元窗口，通过湿敏材料窗口(14)使得湿度传感梳齿电极体(18)处于露出状态，通过皮拉尼计单元窗口能使得皮拉尼计单元导电体(16)处于露出状态；
步骤6、利用湿敏材料窗口(14)制备与所述湿度传感梳齿电极体(18)适配连接的感湿材料层(11)，以通过感湿材料层(11)与湿度传感梳齿电极体(18)间的适配连接形成所需湿度传感单元(3)；
步骤7、制备牺牲层释放孔(5)，通过牺牲层释放孔(5)使得牺牲层(13)露出；
步骤8、利用牺牲层释放孔(5)对牺牲层(13)释放工艺，以能得到位于皮拉尼计单元导电体(16)正下方的腔体(17)，利用腔体(17)正上方的皮拉尼计单元导电体(16)形成悬臂式皮拉尼计单元(1)；同时，利用温度传感单元导电体(15)形成温度传感单元(2)。
8.根据权利要求6所述的集成温湿度传感器的皮拉尼计的制备方法，其特征是，步骤3中，在制备得到中间介质层(9)后，在所述中间介质层(9)上设置上层介质层(10)；
制备得到上层介质层(10)后，皮拉尼计单元导电体(16)、温度传感单元导电体(15)以及湿度传感梳齿电极体(18)位于所述上层介质层(10)上。
9.根据权利要求6至8任一项所述的集成温湿度传感器的皮拉尼计的制备方法，其特征是，所述衬底(8)的材料包括硅。
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