本發(fā)明屬于mems傳感器，具體涉及一種全碳化硅加速度壓力復(fù)合傳感器芯片及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、mems加速度傳感器芯片和mems壓力傳感器芯片已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域，之前廣泛使用硅基材料進行傳感器的制備和加工，但是傳統(tǒng)的硅器件只能在200℃以下的環(huán)境正常工作。隨著第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料sic材料的興起，mems傳感器向著耐受更惡劣環(huán)境的方向發(fā)展。由于壓阻式傳感器工作原理簡單，輸出性能良好，在實際加工制造過程中應(yīng)用最多。在實際測量環(huán)境，如航空發(fā)動機等高溫、高振動、強沖擊環(huán)境，壓力測量結(jié)果往往受到加速度的影響，為了獲得更精確的單參量測量結(jié)果，通常采用兩類傳感器復(fù)合的形式達到測量需求；航空關(guān)鍵部件需要對氣體或液體壓力變化測量精準(zhǔn)控制，微弱壓力的變化也應(yīng)該精確測量，為了獲得精確的測量結(jié)果，需要在傳感器敏感結(jié)構(gòu)中設(shè)置應(yīng)力應(yīng)變放大結(jié)構(gòu)，將壓敏電阻微弱的阻值變化放大。

2、目前，加速度和壓力復(fù)合型傳感器芯片大多通過在同一基底材料上加工集成，例如cn202310610556.1，是通過在硅基片的正反兩面分別加工翼型膜片和單梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)壓力和加速度傳感器芯片單片集成，雖然減小了復(fù)合傳感器芯片的體積，但由于其芯片結(jié)構(gòu)的限制，削弱了復(fù)合傳感器芯片的測量靈敏度和量程。而在實際測量環(huán)境中，要求傳感器芯片具有較高的靈敏度，否則無法對微弱信號進行響應(yīng)，從而無法實現(xiàn)對被測參數(shù)的高精度測量監(jiān)控；同時，為了避免傳感器芯片由于瞬時超載引起失效、提高傳感器芯片的應(yīng)用范圍，傳感器芯片應(yīng)具有較寬的測量量程。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種全碳化硅加速度壓力復(fù)合傳感器芯片及其制備方法，提高加速度壓力復(fù)合傳感器的靈敏度。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種全碳化硅加速度壓力復(fù)合傳感器芯片，包括依次固定連接的mems加速度傳感器芯片、碳化硅隔板和mems壓力傳感器芯片，所述mems加速度傳感器芯片包括多懸臂梁結(jié)構(gòu)和外框，所述多懸臂梁結(jié)構(gòu)包括中心質(zhì)量塊，所述中心質(zhì)量塊的n個側(cè)壁分別與n個第一支撐梁的第一端固定連接，所述第一支撐梁的第二端分別與n個外圍質(zhì)量塊第一端固定連接，所述外圍質(zhì)量塊第二端分別與n個第二支撐梁第一端固定連接，第二支撐梁第二端分別與外框的側(cè)邊內(nèi)壁固定連接，n≥2；所述第一支撐梁上表面根部均設(shè)置有加速度傳感器壓阻條，所有加速度傳感器壓阻條通過第一金屬歐姆接觸電路連接。

4、進一步的，mems壓力傳感器芯片包括一個弧形十字梁和四個圓形的壓力敏感膜片，所述四個敏感膜片沿弧形十字梁對稱分布，相鄰的兩個圓形敏感膜片之間的梁上均設(shè)置一個壓力傳感器壓阻條，所有壓力傳感器壓阻條通過第二金屬歐姆接觸電路連接。

5、進一步的，中心質(zhì)量塊和外圍質(zhì)量塊的中點均與與其連接的第一支撐梁和/或第二支撐梁的軸線共線。

6、進一步的，加速度傳感器芯片上方固定連接有碳化硅頂板，所述碳化硅頂板上開設(shè)有第一通孔，所述第一通孔位于第一金屬歐姆接觸電路正上方。

7、進一步的，碳化硅頂板與mems加速度傳感器芯片連接的一面開設(shè)有第一凹槽。

8、進一步的，mems壓力傳感器芯片下方固定有碳化硅底板，所述碳化硅底板上開設(shè)有感壓通道。

9、進一步的，碳化硅底板上開設(shè)有第二通孔，所述第二通孔位于mems壓力傳感器芯片中的第二歐姆接觸電路的正下方。

10、進一步的，碳化硅隔板與加速度傳感器芯片連接的一面開設(shè)有第二凹槽。

11、上述的一種全碳化硅加速度壓力復(fù)合傳感器芯片的制備方法，包括以下步驟：

12、步驟1、制備mems加速度傳感器芯片、碳化硅隔板和mems壓力傳感器芯片；

13、a、制備mems加速度傳感器芯片包括以下步驟：

14、步驟a1、取一片n型碳化硅片，制成碳化硅基底；

15、步驟a2、在碳化硅片基底正面外延p型碳化硅，在p型碳化硅層外延n型碳化硅，在第一支撐梁根部位置的n型碳化硅表面刻蝕加速度傳感器壓阻條；

16、步驟a3、對碳化硅基底熱氧化沉積二氧化硅絕緣層，濕法腐蝕加速度傳感器壓阻條對應(yīng)位置處的熱氧化二氧化硅層；

17、步驟a4、在濕法腐蝕區(qū)域上濺射導(dǎo)電金屬層，并進行圖形化，形成第一金屬歐姆接觸電路；

18、步驟a5、在碳化硅基底背面刻蝕出多懸臂梁結(jié)構(gòu)，得到mems加速度傳感器芯片；

19、b、制備mems壓力傳感器芯片包括以下步驟：

20、步驟b1、取一片n型的碳化硅片，制成碳化硅基底；

21、步驟b2、在碳化硅基底的正面刻蝕出弧形十字梁；

22、步驟b3、在碳化硅基底正面外延一層絕緣層，在絕緣層外延一層n型碳化硅；

23、步驟b4、在n型碳化硅上刻蝕四個壓力傳感器壓阻條；

24、步驟b5、對碳化硅基底進行熱氧化，沉積二氧化硅絕緣層；

25、步驟b6、在二氧化硅絕緣層上濺射金屬層，再圖形化金屬層，形成第二金屬歐姆接觸電路；

26、步驟4.7、在碳化硅基底的背面icp刻蝕出背腔，形成感壓膜片，得到mems壓力傳感器芯片；

27、步驟2、將mems加速度傳感器芯片、碳化硅隔板和mems壓力傳感器芯片按照封裝順序?qū)?zhǔn)粘接，高溫固化，得到全碳化硅mems加速度和壓力復(fù)合傳感器芯片。

28、進一步的，步驟1還包括制備碳化硅頂板和碳化硅底板，相應(yīng)的，步驟2中，將碳化硅頂板、mems加速度傳感器芯片、碳化硅隔板、mems壓力傳感器芯片和碳化硅底板按照封裝順序?qū)?zhǔn)粘接，高溫固化，得到全碳化硅mems加速度和壓力復(fù)合傳感器芯片。

29、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益的技術(shù)效果：

30、本發(fā)明在垂直方向上集成了碳化硅mems加速度傳感器芯片和碳化硅mems壓力傳感器芯片，形成了加速度壓力復(fù)合的mems傳感器，由于碳化硅材料的特性可以擴展復(fù)合傳感器芯片在高溫惡劣環(huán)境下的測量性能，工作可靠性高。

31、本發(fā)明所述的mems加速度傳感器芯片提出的八梁-五質(zhì)量塊的多懸臂梁結(jié)構(gòu)，在受到外部沖擊作用時，中心質(zhì)量塊和外圍質(zhì)量塊均會發(fā)生變形，中心質(zhì)量塊引起第一支撐梁變形，同時外圍質(zhì)量塊引起第二支撐梁的變形作用也會疊加在第一支撐梁上，對第一支撐梁的變形進行放大，懸臂梁的變形增大引起設(shè)置在第一支撐梁根部的壓阻條阻值變化增大，傳感器的靈敏度更高。

32、本發(fā)明所述的mems壓力傳感器芯片提出的弧形十字梁-四圓膜結(jié)構(gòu)，在受到外部壓力作用時，相鄰的兩個圓形的壓力敏感膜片同時變形，設(shè)置在相鄰敏感膜片中間梁上的壓阻條獲得更大的阻值變化，提高了傳感器的靈敏度。

33、進一步的，加速度傳感器芯片與壓力傳感器芯片中間設(shè)置有碳化硅隔板，將兩個傳感器隔離開來，避免兩類傳感器結(jié)構(gòu)互相影響；同時碳化硅隔板為壓力傳感器芯片提供了密封壓力參考腔，能夠?qū)崿F(xiàn)絕壓測量，提高傳感器的測量精度；同時對壓力傳感器芯片起到了限位作用。

34、進一步的，加速度傳感器芯片上方設(shè)置碳化硅頂板，不僅對加速度傳感器芯片的敏感結(jié)構(gòu)進行保護，同時也起到了限位的作用。

35、進一步的，壓力傳感器芯片下方設(shè)置碳化硅底板，可以對梁-膜結(jié)構(gòu)進行保護，避免敏感結(jié)構(gòu)直接與惡劣介質(zhì)環(huán)境接觸。

36、進一步的，碳化硅頂板和碳化硅隔板上均設(shè)置凹槽，為加速度傳感器芯片上的質(zhì)量塊受到?jīng)_擊產(chǎn)生振動位移預(yù)留空間。