CN114858215A - 一种多传感器组合结构及其加工方法、组合传感器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种多传感器组合结构及其加工方法、组合传感器，涉及传感器技术领域。该加工方法包括提供一个单晶硅晶圆，在单晶硅晶圆上形成深腔，在深腔所在的一侧表面形成第一绝缘层；提供一个SOI晶圆，在SOI晶圆的顶硅层形成四个压敏电阻条以用于形成压敏式压力传感器结构；使四个压敏电阻条和深腔对应，将SOI晶圆的顶硅层和单晶硅晶圆的第一绝缘层键合，深腔被封闭并处于预设压力值；将SOI晶圆的衬底层进行减薄，减薄后，在SOI晶圆衬底层的与压敏电阻条对应的区域进行深硅刻蚀和金属沉积图形化以形成与四个压敏电阻条电连接的第一引线接口；在SOI晶圆的第一区域获得梳齿结构和第一硅悬梁结构，第二区域获得第二硅悬梁结构。
Description
技术领域
本公开涉及传感器技术领域，尤其涉及一种多传感器组合结构及其加工方法、组合传感器。
背景技术
随着自动化趋势的发展，系统需要获取更多的外界信息，需要更多的传感器件。相关技术中，组合传感器一般是将多个传感器分别制造后，并利用多芯片组装技术集成到同一基板，这种组合传感器往往存在集成度较低，占用面积大、互联线路较长、可靠性较低的问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种多传感器组合结构及其加工方法、组合传感器，该多传感器组合结构的加工方法能够采用用一套加工工艺，将多种不同敏感原理的传感器结构加工在同一芯片上，从而可大幅度提升传感器的集成度，缩小传感器件的体积。
本申请提供一种多传感器组合结构的加工方法，包括：提供一个单晶硅晶圆，在单晶硅晶圆上形成深腔，在深腔所在的一侧表面形成第一绝缘层；提供一个SOI晶圆，在SOI晶圆的顶硅层形成四个压敏电阻条以形成压敏式压力传感器结构；使四个压敏电阻条和深腔对应，将SOI晶圆顶硅层和单晶硅晶圆的第一绝缘层键合，深腔被封闭并处于预设压力值；键合后，四个压敏电阻条均被封闭在深腔中，四个压敏电阻条所在的顶硅层在深腔处形成悬空薄膜结构，在外界环境压力和深腔内的预设压力共同作用下，压敏电阻条跟随外界环境压力的变化而发生形变，压敏电阻条的形变最终导致电阻值变化，电阻值变化可以转化为电信号传输出去，以反馈外界环境压力。其中，基于压敏电阻条的电阻值随形变而变化原理，利用压敏电阻条形变测量气压的技术是本领域人员公知的，此处不再赘述。在一种示例中，预设压力值可以为零，即，使深腔为真空状态，这样，所测得的外界环境压力为绝压压力。当然，深腔被封闭后的内部压力，是根据需要设定的，也取决于键合时的工艺，此处不再赘述。
将SOI晶圆的衬底层进行减薄；减薄后，SOI晶圆的厚度减小，使得压敏电阻条所在区域能够更敏感地跟随外界环境压力的变化而发生形变，且还可以降低后续对衬底层进行刻蚀的难度。另外，因为已经将SOI晶圆和单晶硅晶圆键合在一起，因此，方便实现对衬底层的减薄。
减薄后，可以在SOI晶圆衬底层的与压敏电阻条对应的区域进行深硅刻蚀和金属沉积图形化以形成与四个压敏电阻条电连接的第一引线接口。该第一引线接口可以用于与相应检测电路连接，以实现对压敏电阻条电阻值的检测。
在SOI晶圆背面划定间隔的第一区域和第二区域，第一区域和第二区域均与四个压敏电阻条间隔分布，在第一区域和第二区域同时进行深硅刻蚀和埋氧层的释放，以在第一区域获得梳齿结构和第一硅悬梁结构，在第二区域获得第二硅悬梁结构。
其中，梳齿结构和第一硅悬梁结构共同用作皮拉尼真空传感器结构，梳齿结构用作热沉，利用第一硅悬梁结构和梳齿结构之间空气热传导率在不同真空度下不同，导致成第一硅悬梁结构的温度变化不同的效应来对真空度进行检测；
或者，第一硅悬梁结构用作温度传感器结构，利用第一硅悬梁结构在不同温度下电阻不同的效应对外界环境温度进行测量；
或者，第一硅悬梁结构用作加速度传感器结构，利用不同加速度下，第一硅悬梁结构变形量不同，造成第一硅悬梁结构与梳齿结构之间的间距变化导致电容变化的效应，通过测量电容变化可得到加速度物理量。
第二硅悬梁结构可以用作谐振式真空传感器结构，利用硅梁谐振频率随真空度变化的原理来对真空度进行检测；
或者，可以用作温度传感器结构，利用硅梁谐振频率随温度变化的原理对外界环境温度进行测量；
或者，可以用作谐振式加速度传感器，利用硅梁谐振频率随加速度大小发生变化的原理来得到加速度物理量。
公知的，每一种传感器结构均具有其特定的敏感性，即，在测量某一物理量时，在特定范围内的灵敏度最高。例如，压敏式压力传感器结构在大气压附近104Pa以上检测灵敏度高，皮拉尼真空传感器结构一般在104Pa～10-1Pa气压范围内检测灵敏度较高；谐振式真空传感器结构一般在10-1Pa气压以下的检测灵敏度高。将上述三个传感器结构集合在一个芯片上可以获得一个多传感器组合结构，该组合结构的检测范围扩大，同时在检测量程范围内都具有较高的灵敏度，且体积小。
因此，本申请提供的多传感器组合结构加工方法能够将多种不同敏感原理的传感器结构加工在同一芯片上，从而可大幅度提升传感器的集成度，缩小传感器件体积的同时，仍具有较高的检测灵敏度。
第二方面，本申请还提供一种组合传感器结构，该组合传感器结构为采用上述加工方法加工得到。该组合传感器结构包括单晶硅晶圆、第一绝缘层和SOI晶圆，单晶硅晶圆具有深腔，第一绝缘层沉积在单晶硅晶圆的深腔所在一侧表面，第一绝缘层与SOI晶圆的顶硅层键合，第一绝缘层与SOI晶圆的顶硅层之间具有与深腔对应的压敏电阻条，以形成压敏式压力传感器结构，SOI晶圆的衬底层上分布有位于第一区域的梳齿结构和第一硅悬梁结构，位于第二区域的第二硅悬梁结构，第一区域和第二区域间隔分布。采用该技术方案的情况下，如上文描述，其中，梳齿结构和第一硅悬梁结构可以共同用作皮拉尼真空传感器结构，或者，第一硅悬梁结构单独用作温度传感器结构，或者，第一硅悬梁结构单独用作加速度传感器结构。第二硅悬梁结构可以用作谐振式真空传感器结构，或者，可以用作温度传感器结构，或者，可以用作谐振式加速度传感器。因此，该组合传感器结构能够同时检测三种物理量，或者同时检测两种物理量，或者只检测一种物理量，尤其是检测一种物理量时，其能够检测的量程最大。因此，该组合传感器结构具有集成度高、体积小、灵敏度高的有益效果。
第三方面，本申请还提供一种组合传感器，该组合传感器包括上述的多传感器组合结构，还包括与压敏电阻式压力传感器结构连接的第三驱动与检测电路，以及与第一硅悬梁结构连接的第一驱动与检测电路，与第二硅悬梁结构连接的第二驱动与检测电路。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例提供的一种多传感器组合结构的加工方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的加工方法中，单晶硅晶圆进行加工后的一个状态示意图；
图3为本申请实施例提供的加工方法中，单晶硅晶圆进行加工后的另一状态示意图；
图4为本申请实施例提供的加工方法中，SOI晶圆进行加工后的一个状态示意图；
图5为本申请实施例提供的加工方法中，SOI晶圆进行加工后的另一个状态示意图；
图6为本申请实施例提供的加工方法中，单晶硅晶圆和SOI晶圆键合在一起的示意图；
图7为本申请实施例提供的加工方法中，单晶硅晶圆和SOI晶圆键合后的进行加工的一个状态示意图；
图8为本申请实施例提供的加工方法中，单晶硅晶圆和SOI晶圆键合后的进行加工的另一个状态示意图；
图9为本申请实施例提供的加工方法中，单晶硅晶圆和SOI晶圆键合后的进行加工的另一个状态示意图；
图10为本申请实施例提供的加工方法中，单晶硅晶圆和SOI晶圆键合后的进行加工的另一个状态示意图；
图11为本申请实施例提供的加工方法中，单晶硅晶圆和SOI晶圆键合后的进行加工的另一个状态示意图；
图12为本申请实施例提供的多传感器组合结构的俯视示意图。
附图标记：
1-单晶硅晶圆，11-深腔，2-第一绝缘层，
3-SOI晶圆，31-顶硅层，32-埋氧层，33-衬底层，4-压敏电阻条，
51-第一引线接口，52-第二引线接口，53-第三引线接口，6-第二绝缘层，71-第一硅悬梁结构，72-梳齿结构，8-第二硅悬梁结构，9-隔离槽。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
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。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。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请的描述中，“上方”、“下方”是基于重力方向而言的。
压力传感器有多种，例如，压敏式压力传感器，皮拉尼真空传感器，谐振式真空传感器。但由于自身原理的限制，这些传感器的测量范围有限。现有技术中，常常采用将多个传感器分别制造后，利用多芯片组装技术集成到同一基板上以获得组合传感器。但这种组合传感器存在集成度较低，占用面积大、互联线路较长、可靠性较低的问题。
为了解决现有技术中，组合传感器集成度较低，占用面积大、互联线路较长、可靠性较低的问题，参考图1所示，本申请提供一种多传感器组合结构的加工方法，包括：提供一个单晶硅晶圆1，在单晶硅晶圆1上形成深腔11，在深腔11所在的一侧表面形成第一绝缘层2；提供一个SOI晶圆3，在SOI晶圆3的顶硅层31形成四个压敏电阻条4以形成压敏式压力传感器结构；使四个压敏电阻条4和深腔11对应，将SOI晶圆3顶硅层31和单晶硅晶圆1的第一绝缘层2键合，深腔11被封闭并处于预设压力值；键合后，四个压敏电阻条4均被封闭在深腔11中，四个压敏电阻条4所在的顶硅层31在深腔11处形成悬空薄膜结构，在外界环境压力和深腔11内的预设压力共同作用下，压敏电阻条4跟随外界环境压力的变化而发生形变，压敏电阻条4的形变最终导致电阻值变化，电阻值变化可以转化为电信号传输出去，以反馈外界环境压力。其中，基于压敏电阻条4的电阻值随形变而变化原理，利用压敏电阻条4形变测量气压的技术是本领域人员公知的，此处不再赘述。在一种示例中，预设压力值可以为零，即，使深腔11为真空状态，这样，所测得的外界环境压力为绝压压力。当然，深腔11被封闭后的内部压力，是根据需要设定的，也取决于键合时的工艺，此处不再赘述。
将SOI晶圆的衬底层33进行减薄；减薄后，SOI晶圆3的厚度减小，使得压敏电阻条4所在区域能够更敏感地跟随外界环境压力的变化而发生形变，且还可以降低后续对衬底层33进行刻蚀的难度。另外，因为已经将SOI晶圆3和单晶硅晶圆1键合在一起，因此，方便实现对衬底层33的减薄。
减薄后，参考图9至图11所示，可以在SOI晶圆3衬底层33的与压敏电阻条4对应的区域进行深硅刻蚀和金属沉积图形化以形成与四个压敏电阻条4电连接的第一引线接口51。该第一引线接口51可以用于与相应电路(例如下文描述的第三驱动与检测电路)连接，以实现对压敏电阻条4电阻值的检测。
在SOI晶圆3背面划定间隔的第一区域和第二区域，第一区域和第二区域均与四个压敏电阻条4间隔分布，在第一区域和第二区域同时进行深硅刻蚀和埋氧层32的释放，以在第一区域获得梳齿结构72和第一硅悬梁结构7，在第二区域获得第二硅悬梁结构8。
其中，梳齿结构72和第一硅悬梁结构71共同用作皮拉尼真空传感器结构，梳齿结构用作热沉，利用第一硅悬梁结构71和梳齿结构72之间空气热传导率在不同真空度下不同，导致成第一硅悬梁结构71的温度变化不同的效应来对真空度进行检测；
或者，第一硅悬梁结构71用作温度传感器结构，利用第一硅悬梁结构71在不同温度下电阻不同的效应对外界环境温度进行测量；
或者，第一硅悬梁结构71用作加速度传感器结构，利用不同加速度下，第一硅悬梁结构71变形量不同，造成第一硅悬梁结构71与梳齿结构72之间的间距变化导致电容变化的效应，通过测量电容变化可得到加速度物理量。
第二硅悬梁结构8可以用作谐振式真空传感器结构，利用硅梁谐振频率随真空度变化的原理来对真空度进行检测；
或者，可以用作温度传感器结构，利用硅梁谐振频率随温度变化的原理对外界环境温度进行测量；
或者，可以用作谐振式加速度传感器，利用硅梁谐振频率随加速度大小发生变化的原理来得到加速度物理量。
公知的，每一种传感器结构均具有其特定的敏感性，即，在测量某一物理量时，在特定范围内的灵敏度最高。例如，压敏式压力传感器结构在大气压附近104Pa以上检测灵敏度高，皮拉尼真空传感器结构一般在104Pa～10-1Pa气压范围内检测灵敏度较高；谐振式真空传感器结构一般在10-1Pa气压以下的检测灵敏度高。将上述三个传感器结构集合在一个芯片上可以获得一个多传感器组合结构，该组合结构的检测范围扩大，同时在检测量程范围内都具有较高的灵敏度，且体积小。
因此，本申请提供的多传感器组合结构加工方法能够将多种不同敏感原理的传感器结构加工在同一芯片上，从而可大幅度提升传感器的集成度，缩小传感器件体积的同时，仍具有较高的检测灵敏度。
需要注意的是，在形成第一引线接口51的同时，还在SOI晶圆3背面获得第二引线接口52和第三引线接口53，第二引线接口52用于与第一硅悬梁结构71电连接，第三引线接口53用于与第二硅悬梁结构8电连接。这样，下文描述的第一驱动与检测电路可以通过第二引线接口52实现对第一硅悬梁结构71的检测，第二驱动与检测电路可以通过第三引线接口53实现对第二硅悬梁结构8的检测。具体的，可以预先设计好第一硅悬梁结构71和第二硅悬梁结构8的位置，然后在相应区域进行图形化以获得第二引线接口52和第三引线接口53，第二引线接口52和第三引线接口53不会影响后续进行的获得第一硅悬梁结构71和第二硅悬梁结构8的工艺。
需要说明的是，在两个晶圆键合在一起之前，单独在单晶硅晶圆1的加工，和单独在SOI晶圆3上的加工没有先后顺序之分。本申请中，SOI晶圆包括依次层叠的顶硅层31、埋氧层32和衬底层33，SOI晶圆的衬底层33所在一侧表面为背面，顶硅层31所在一侧表面为正面。单晶硅晶圆1即为由单晶硅形成的晶圆。
在一种可能的实现方式中，参考图2所示，可以采用干法刻蚀的方法在单晶硅晶圆1上获得深腔11。
在一种可能的实现方式中，参考图3所示，可以采用等离子化学气象沉积方法将氧化硅沉积在单晶硅晶圆1上以形成第一绝缘层2。
在一种可能的实施例中，参考图6所示，可以采用热压熔融键合的方法将SOI晶圆3正面的顶硅层31和单晶硅晶圆1的氧化硅绝缘层通过热压熔融键合在一起。
在一种可能的实现方式中，减薄后，SOI晶圆3的厚度小于50μm。这样可以保证压敏电阻条4的形变灵敏度。
在一种可能的实现方式中，可以采用化学机械抛光(CMP)的方法减薄衬底层33。
在一种可能的实现方式中，参考图4和图5所示，在形成四个压敏电阻条4的步骤中，包括：在SOI晶圆3的顶硅层31注入形成压敏电阻区，对压敏电阻区刻蚀形成四个浮雕型压敏电阻条4。其中，可以采用离子注入法将硼或磷从SOI晶圆3的正面注入到SOI晶圆3顶硅层31中以形成压敏电阻区，然后再利用干法刻蚀对压敏电阻区进行刻蚀成浮雕状结构，以获得四个单独的压敏电阻条4。
这里需要明确的是，参考图9所示，在得到四个单独的压敏电阻条4之后，和将两个晶圆键合在一起之前，还需要在SOI晶圆3正面进行介质沉积和接触孔开孔，然后进行金属沉积和图形化，以将四个压敏电阻条4组成惠斯通电桥，并将其电信号从接触孔引出至深腔11以外的地方作为信号端，以便在键合后，通过在SOI晶圆3背面开孔实现信号端与第一引线接口51的连接。这里，将四个单独的压敏电阻条4互连为惠更斯电桥为本领域技术人员公知的常规技术手段，此处不再详细描述。
在一种示例中，离子束注入法包括：在顶硅层31表面先热氧化生成一层
的二氧化硅，然后用光刻胶作钝化膜，在需要离子注入的区域暴露氧化层，硼离子通过薄氧化层打入硅表面，其他区域有光刻胶作钝化膜而无法注入硅表面，最终形成局部扩散的压敏电阻区；在离子束注入完成后，漂净表面氧化层以暴露光洁、明亮、平整的硅表面。由于这种硅表面不存在因多次氧化而形成的台阶，因此不会造成深腔11的泄漏现象。
在一种可能的实现方式中，参考图8和图9所示，在SOI晶圆3背面的与压敏电阻条4对应的区域进行深硅刻蚀和金属沉积图形化以形成与四个压敏电阻条电连接的第一引线接口51的步骤中，包括：对SOI晶圆3衬底层33的与压敏电阻条4对应的区域进行开孔，以裸露压敏电阻条4的信号端；
在SOI晶圆3背面沉积第二绝缘层6，在第二绝缘层6的与压敏电阻条4对应的区域开孔以裸露压敏电阻条4，在SOI晶圆3背面进行金属沉积和图形化以形成第一引线接口51。
其中，在衬底层33上进行开孔后，压敏电阻条4的信号端裸露在孔底，沉积第二绝缘层6再开孔，就使得压敏电阻条4只在第二绝缘层6的开孔中裸露，衬底层33也被第二绝缘层6覆盖，那么，在SOI晶圆3背面进行金属沉积和图形化形成的第一引线接口51只与压敏电阻条4电连接，与衬底层33之间是绝缘的。
在一种示例中，对SOI晶圆3衬底层33的与压敏电阻条4对应的区域进行开孔，可以采用干法深硅刻蚀的方法获得开孔。由于四个压敏电阻条4互联成为了惠更斯电桥，因此，可以在SOI晶圆3衬底层33开四个孔，以用于分别容纳和连接对应的第一引线接口51。具体连接规则为本领域技术人员公知的，此处不再赘述。
在一种示例中，第二绝缘层6可以为氧化硅，可以采用化学等离子气象化学沉积的方法将氧化硅沉积在SOI晶圆3背面。
在一种示例中，可以采用干法刻蚀的方法以在第二绝缘层6的与压敏电阻条4对应的区域开孔。
在一种示例中，可以采用物理沉积(PVD)或化学气象沉积(CVD)的方法将导电金属沉积在SOI晶圆3背面，沉积后进行金属图形化以形成第一引线接口51。导电金属可以为铝、钨或钛。
在一种可能的实现方式中，参考图10至图12所示，在第一区域和第二区域同时进行深硅刻蚀和埋氧层32的释放，以在第一区域获得梳齿结构72和第一硅悬梁结构71，在第二区域获得第二硅悬梁结构8的步骤中，包括：
分别对第一区域和第二区域对应的衬底层33进行深硅刻蚀以获得间隔分布的硅梁结构；这样埋氧层32裸露在硅梁结构之间。
然后，通过气相腐蚀方法分别对第一区域和第二区域的埋氧层32进行腐蚀，在第一区域，硅梁结构被释放形成中间悬空的第一硅悬梁结构7，并获得位于埋氧层的梳齿结构72，梳齿结构与第一硅悬梁结构71的悬空部分对应，在第二区域，硅梁结构被释放形成中间悬空的第二硅悬梁结构8。其中，可以通过气相干法刻蚀或反应离子刻蚀法对埋氧层32进行刻蚀。
在一种示例中，第一悬梁结构71可以为呈S型弯曲的悬空硅丝，梳齿结构72可以为在埋氧层32上形成的多个间隔分布的梳齿，梳齿与悬空硅丝之间具有间隙，不接触。这样，梳齿可以起到热沉的作用，当悬空硅丝加热后，悬空硅丝和梳齿之间的间隙即为换热间距，从而可以形成皮拉尼真空传感器结构。
在一种示例中，第二悬梁结构可以为呈S型弯曲的悬空硅丝。
在一种可能的实现方式中，参考图12所示，组合传感器结构的加工方法还包括：在对第一区域和第二区域对应的衬底层33进行深硅刻蚀的同时，对衬底层33进行深硅刻蚀以获得隔离槽9，隔离槽9使压敏式压力传感器结构、第一区域和第二区域相互隔离，并使压敏式压力传感器结构、第一区域和第二区域均与衬底层33隔离。如此，压敏式压力传感器结构、第一区域和第二区域相互独立，并在SOI晶圆3的背面各自成为一个孤岛结构，可以有效地避免各传感器结构之间的电磁干扰，提高传感器的使用性能。需要明确的是，隔离槽9的槽底各处均为埋氧层32。其中，压敏式压力传感器结构、第一区域、第二区域可以沿直线间隔分布。
第二方面，本申请还提供一种组合传感器结构，该组合传感器结构为采用上述加工方法加工得到。该组合传感器结构包括单晶硅晶圆1、第一绝缘层2和SOI晶圆3，单晶硅晶圆1具有深腔11，第一绝缘层2沉积在单晶硅晶圆1的深腔11所在一侧表面，第一绝缘层2与SOI晶圆3的顶硅层31键合，第一绝缘层2与SOI晶圆3的顶硅层31之间具有与深腔11对应的压敏电阻条4，以形成压敏式压力传感器结构，SOI晶圆3的衬底层33上分布有位于第一区域的梳齿结构72和第一硅悬梁结构71，位于第二区域的第二硅悬梁结构8，第一区域和第二区域间隔分布。采用该技术方案的情况下，如上文描述，其中，梳齿结构和第一硅悬梁结构71可以共同用作皮拉尼真空传感器结构，或者，第一硅悬梁结构71单独用作温度传感器结构，或者，第一硅悬梁结构71单独用作加速度传感器结构。第二硅悬梁结构8可以用作谐振式真空传感器结构，或者，可以用作温度传感器结构，或者，可以用作谐振式加速度传感器。因此，该组合传感器结构能够同时检测三种物理量，或者同时检测两种物理量，或者只检测一种物理量，尤其是检测一种物理量时，其能够检测的量程最大。因此，该组合传感器结构具有集成度高、体积小、灵敏度高的有益效果。
其中，单晶硅晶圆1为单晶硅，SOI晶圆3的顶硅层31为单晶硅，因此，该组合传感器结构检测性能更稳定优越。在一种示例中，SOI晶圆3的衬底层33可以为低阻硅，例如电阻率可以小于5×10-4/(m·Ω)，埋氧层32可以为氧化硅，顶硅层31的电组率可以为5×10-4/(m·Ω)至15×10-4/(m·Ω)之间。
第三方面，本申请还提供一种组合传感器，该组合传感器包括上述的多传感器组合结构，还包括与压敏电阻式压力传感器结构连接的第三驱动与检测电路，以及与第一硅悬梁结构71连接的第一驱动与检测电路，与第二悬梁结构8连接的第二驱动与检测电路。根据上文描述可知，该组合传感器具有集成度高、检测范围宽、灵敏度高的有益性能。
其中，需要根据第一硅悬梁结构71的用途来选择能够测量相应物理量的第一驱动与检测电路：
当梳齿结构72和第一硅悬梁结构71共同用作皮拉尼真空传感器结构时，第一驱动与检测电路的功能原理为：驱动部分与第一硅悬梁结构71电连接，在大气压环境下施加电压于第一硅悬梁结构71上使其发热至预设温度，然后将组合传感器放置于待测环境中，第一硅悬梁结构71的温度发生变化，调整电压使第一硅悬梁结构71恢复至预设温度，检测部分检测到电压变化幅度，根据该变化幅度可以换算出待测环境的真空度。
当第一硅悬梁结构71用作温度传感器结构时，第一驱动与检测电路的功能原理为：在室温或预设环境温度下，驱动部分施加电压于第一硅悬梁结构71形成具有预设电流值的电回路，然后将组合传感器放置于待测环境中，第一硅悬梁结构71的阻值发生变化，检测部分检测到电回路中的电流发生变化，根据该变化幅度可以换算出待测环境的温度。
当第一硅悬梁结构71用作加速度传感器结构时，利用第一硅悬梁结构71与梳齿结构72构成的电容结构，在不同加速度下第一硅悬梁结构71变形引起电容变化的原理进行工作。第一驱动与检测电路的功能原理为：在预设加速度(可以为零)下施加交流激励电信号于第一硅悬梁结构71和梳齿结构72之间，然后使组合传感器在待测加速度下运动，第一硅悬梁结构71和梳齿结构72之间的电容发生变化，检测部分检测电容的变化幅度，根据该变化幅度可以换算出待测加速度。
需要根据第二硅悬梁结构8的用途来选择能够测量相应物理量的第二驱动与检测电路，第二驱动与检测电路的功能原理为：在预设气压下(可以是大气压环境)、或预设环境温度(可以是室温)下、或预设加速度(可以为零)下施加交流激励电信号于第二硅悬梁结构8，激励第二硅悬梁结构8处于预设谐振频率，然后将组合传感器放置于待测环境中，或使组合传感器在待测加速度下运动，当检测到第二硅悬梁结构8的谐振频率发生变化，调整交流激励电信号使第二硅悬梁结构8恢复至预设谐振频率，检测部分检测交流激励电信号的变化幅度，根据该变化幅度可以换算出待测环境的真空度、或待测环境的温度、或待测加速度。
而第三驱动与检测电路的功能原理为：驱动部分施加电压于惠斯通电桥形成具有预设电流值的电回路，然后将组合传感器放置于待测环境中，惠斯通电桥的阻值发生变化，检测部分检测到电回路中的电流发生变化，根据该变化幅度可以换算出待测环境的真空度。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种多传感器组合结构的加工方法，其特征在于，包括：
提供一个单晶硅晶圆，在所述单晶硅晶圆上形成深腔，在所述深腔所在的一侧表面形成第一绝缘层；
提供一个SOI晶圆，在所述SOI晶圆的顶硅层形成四个压敏电阻条以用于形成压敏式压力传感器结构；
使所述四个压敏电阻条和所述深腔对应，将所述SOI晶圆的顶硅层和所述单晶硅晶圆的所述第一绝缘层键合，所述深腔被封闭并处于预设压力值；
将所述SOI晶圆的衬底层进行减薄，减薄后，在所述SOI晶圆衬底层的与所述压敏电阻条对应的区域进行深硅刻蚀和金属沉积图形化以形成与所述四个压敏电阻条电连接的第一引线接口；
在所述SOI晶圆背面划定间隔的第一区域和第二区域，所述第一区域和第二区域均与所述四个压敏电阻条间隔分布，在所述第一区域和所述第二区域同时进行深硅刻蚀和埋氧层的释放，以在所述第一区域获得梳齿结构和第一硅悬梁结构，在所述第二区域获得第二硅悬梁结构。
2.根据权利要求1所述的多传感器组合结构的加工方法，其特征在于，在所述深腔所在一侧的表面沉积氧化硅以形成所述第一绝缘层。
3.根据权利要求2所述的多传感器组合结构的加工方法，其特征在于，所述键合的方法为热压熔融键合。
4.根据权利要求1所述的多传感器组合结构的加工方法，其特征在于，进行所述减薄后，所述SOI晶圆的厚度小于50μm。
5.根据权利要求1所述的多传感器组合结构的加工方法，其特征在于，在形成四个所述压敏电阻条的步骤中，包括：
在所述SOI晶圆的顶硅层注入形成压敏电阻区，对所述压敏电阻区刻蚀形成四个浮雕型所述压敏电阻条。
6.根据权利要求1所述的多传感器组合结构的加工方法，其特征在于，在所述SOI晶圆衬底层的与所述压敏电阻条对应的区域进行深硅刻蚀和金属沉积图形化以形成与所述四个压敏电阻条电连接的第一引线接口的步骤中，包括：对所述SOI晶圆衬底层的与所述压敏电阻条对应的区域进行开孔，以裸露所述压敏电阻条；
在所述SOI晶圆背面沉积第二绝缘层，在所述第二绝缘层的与所述压敏电阻条对应的区域开孔以裸露所述压敏电阻条，在所述SOI晶圆背面进行金属沉积和图形化以形成所述第一引线接口。
7.根据权利要求1所述的多传感器组合结构的加工方法，其特征在于，在所述第一区域和所述第二区域同时进行深硅刻蚀和所述埋氧层的释放，以在所述第一区域获得梳齿结构和第一硅悬梁结构，在所述第二区域获得第二硅悬梁结构的步骤中，包括：
分别对所述第一区域和第二区域对应的所述衬底层进行深硅刻蚀以获得间隔分布的硅梁结构；
通过气相腐蚀方法分别对所述第一区域和第二区域的埋氧层进行腐蚀，在所述第一区域，所述硅梁结构被释放形成中间悬空的所述第一硅悬梁结构，并获得位于所述埋氧层的所述梳齿结构，所述梳齿结构与所述第一硅悬梁结构的悬空部分对应，在所述第二区域，所述硅梁结构被释放形成中间悬空的所述第二硅悬梁结构。
8.根据权利要求1所述的多传感器组合结构的加工方法，其特征在于，所述多传感器组合结构的加工方法还包括：在对所述第一区域和第二区域对应的所述衬底层进行深硅刻蚀的同时，对所述衬底层进行深硅刻蚀以获得隔离槽，所述隔离槽使所述压敏式压力传感器结构、所述第一区域和所述第二区域相互隔离，并使所述压敏式压力传感器结构、所述第一区域和所述第二区域均与所述衬底层隔离。
9.一种多传感器组合结构，其特征在于，所述多传感器组合结构采用上述权利要求1-8中任一项所述的多传感器组合结构的加工方法得到，包括单晶硅晶圆、第一绝缘层和SOI晶圆，所述单晶硅晶圆具有深腔，所述第一绝缘层沉积在所述单晶硅晶圆的所述深腔所在一侧表面，所述第一绝缘层与所述SOI晶圆的顶硅层键合，所述第一绝缘层与所述SOI晶圆的顶硅层之间具有与所述深腔对应的所述压敏电阻条，以形成压敏式压力传感器结构，所述SOI晶圆的衬底层上分布有位于第一区域的梳齿结构和第一硅悬梁结构，位于第二区域的第二硅悬梁结构，所述第一区域和所述第二区域间隔分布。
10.一种组合传感器，其特征在于，包括上述权利要求9所述的多传感器组合结构，还包括与所述压敏式压力传感器结构连接的第三驱动与检测电路，以及与所述第一硅悬梁结构连接的第一驱动与检测电路，与所述第二硅悬梁结构连接的第二驱动与检测电路。
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