(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210909434.8 (22)申请日 2022.07.29 (71)申请人 上海申矽凌微电子科技有限公司 地址 201108 上海市闵行区紫星路58 8号2 幢366室 (72)发明人 於广军　 (74)专利代理 机构 上海锻创知识产权代理有限 公司 314 48 专利代理师 范文琦 (51)Int.Cl. G01D 21/02(2006.01) G01L 1/22(2006.01) G01N 27/22(2006.01) (54)发明名称 集成压力和湿度检测的传感器芯片及其加 工方法 (57)摘要 本发明提供了一种集成压力和湿度检测的 传感器芯片及其加工方法， 包括： 压力检测单元 和湿度检测单元， 所述压力检测单元和湿度检测 单元中均设置有空腔， 所述压力检测单元中的空 腔用于形成压力敏感膜的自由运动空间， 所述湿 度检测单元中的空腔用于形成隔离热岛， 所述湿 度检测单元包括湿敏电容单元和加热电阻单元。 本发明将湿度传感器嵌入到压力传感器的设计 和工艺中， 将湿度传感器和压力传感器集成到一 颗芯片上。 利用压力传感器的空腔， 将湿度传感 器制作于空腔上， 提高了加热效率， 用户定期开 启加热功能， 可以有效抵抗湿度传感器的漂移。 权利要求书3页 说明书8页 附图4页 CN 115452035 A 2022.12.09 CN 115452035 A 1.一种集成压力和湿度检测的传感器芯片， 其特征在于， 包括： 压力 检测单元和湿度检 测单元， 所述压力检测单元和湿度检测单元中均设置有空腔， 所述压力检测单元中的空腔 用于形成压力敏感膜的自由运动空间， 所述湿度检测单元中的空腔用于形成隔离热岛， 所 述湿度检测单 元包括湿敏电容单 元和加热电阻单 元。 2.根据权利要求1所属的集成压力和湿度检测的传感器芯片， 其特征在于： 所述压力检 测单元包括第一压敏电阻、 第二压敏电阻、 第三压敏电阻以及第四压敏电阻， 所述第一压敏 电阻和第二压敏电阻的电阻在压力增大时电阻增大， 所述第三压敏电阻和 第四压敏电阻的 电阻在压力增大时电阻减小； 所述压力检测单元上设置有四个焊盘， 所述第 一压敏电阻的一端和第 三压敏电阻的一 端连接第一焊盘， 所述第三压敏电阻的另一端与第二压敏电阻的一端连接第二焊盘， 所述 第二压敏电阻的另一端和 第四压敏电阻的一端连接第三焊盘， 所述第一压敏电阻的另一端 和第四压敏电阻的另一端连接第四焊 盘。 3.根据权利要求2所述的集成压力和湿度检测的传感器芯片， 其特征在于： 所述第 一压 敏电阻、 第二压敏电阻、 第三压敏电阻以及第四压敏电阻均设置在压力检测单元空腔的边 界中心处。 4.根据权利要求1 ‑3任一项所述的集成压力和湿度检测的传感器芯片， 其特征在于： 所 述压力检测单 元测量压力包括以下步骤： 步骤S1.1： 在第一焊盘端子接VDD电压， 第三焊盘端子接GND电压， 两者之间 的压差为U， 第二焊盘端子和第四焊盘端子为电压信号输出端子， 所述第一压敏电阻、 第二压敏电阻、 第 三压敏电阻和第四压敏电阻的初始电阻均为R； 步骤S1.2： 第一压敏电阻、 第二压敏电阻、 第三压敏电阻和第四压敏电阻的电阻与所收 到的压应力的变化比例为α， 第一压敏电阻、 第二压敏电阻受到的压应力与外界压力的变化 比例为k1， 第三压敏电阻和第四压敏电阻受到的压应力与外界压力的变化比例为 k2； 步骤S1.3： 当外界有ΔP的压力变化时， 第一压敏电阻和第二压敏电阻感知到的平均应 力变化为ΔR1， 第三压敏电阻和第四压敏电阻感知到的平均应力变化为ΔR2， 则根据以下 公式推导出ΔP的压力导 致的ΔU的信号变化： ΔR1＝α·k1·ΔP ΔR2＝α·k2·ΔP 5.根据权利要求1所述的集成压力和湿度检测的传感器芯片， 其特征在于： 所述湿敏电 容单元包括叉指电极和湿敏介质， 所述湿敏介质填充设置在叉指电极之间， 所述湿度检测权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115452035 A 2单元上设置有叉指电极的正负极端子， 所述加热电阻单 元包括电阻和电阻的正负极端子 。 6.根据权利要求5所述的集成压力和湿度检测的传感器芯片， 其特征在于： 所述湿度检 测单元测量包括以下步骤： 步骤S2.1： 获取外 界湿度的变化值ΔRH， 当湿敏介质的相对介电常数发生Δε 的变化时 导致湿敏电容单 元产生Δ C的变化， 得到： Δ ε＝α·ΔRH ΔC＝k·Δ ε·ε0＝k·α·ε0·ΔRH 其中α 为湿敏介质的介电常数和相对湿度的变化 关系系数， k为电容的形状因子， ε0为真 空介电常数。 步骤S2.2： 根据当前的电容 值推算出当前环境的相对湿度值； 步骤S2.3： 当湿敏电容单元长期使用导致湿度值偏大时， 通过加热电阻单元对湿敏电 容单元加热。 7.一种集成压力和湿度检测的传感器芯片的加工方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤A1： 设置衬底， 所述衬底上包含空腔和封闭薄膜， 在压力检测单元中， 封闭薄膜用 于感知外界压力变化， 空腔为封闭薄膜提供运动空间， 在湿度检测单元中， 封闭薄膜作为热 岛， 降低封闭薄膜对衬底的热传导效果； 步骤A2： 在衬底上设置压敏电阻层， 所述衬底为N型硅， 所述压敏电阻层为P型掺杂电 阻； 步骤A3： 沉淀介质层， 并在介质层上开设接触孔， 所述接触孔用于将压敏电阻层连接到 金属层； 步骤A4： 设置金属层， 并通过光刻或蚀刻工艺形成所需的互连导线、 焊盘、 叉指电极以 及加热电阻； 步骤A5： 沉淀钝化层， 用于保护金属层， 在焊盘位置通过光刻或蚀刻工艺去除金属表面 的钝化层； 步骤A6： 在叉指电极上设置湿敏层。 8.根据权利要求7所述的集成压力和湿度检测的传感器芯片的加工方法， 其特征在于： 所述步骤A3中接触孔与金属层的连接方式包括： 在金属层通过金属沉淀到接触孔中进行 互 连， 或在接触孔中溅射钨， 通过磨平后作为连接金属与金属层连接 。 9.根据权利要求7所述的集成压力和湿度检测的传感器芯片的加工方法， 其特征在于： 在衬底上设置空腔的方法包括以下步骤： 步骤A1.1： 在P型硅衬底上， 通过N+注入形成N型环， N型环的纵 向深度大于空腔深度， 通 过N‑注入N型网格层， 所述N型网格层的浓度低于N型环的浓度， 所述N型网格用于掏空硅衬 底后给予表面薄膜机 械支撑； 步骤A1.2； 制作钝化层， 所述钝化层包括氧化层和氮化硅层， 所述氧化层起过渡层作 用， 所述氮化硅层作为 抗HF酸腐蚀层； 通过光刻 刻蚀工艺在N ‑网格层打开刻蚀窗口； 步骤A1.3； 利用HF/EtOH 的混合溶液， 加载电流， 对硅片进行电化学腐蚀， 在P型硅区域 形成泡沫状硅层； 步骤A1.4； 利用低浓度TMAH溶液腐蚀泡沫状硅层， 形成空腔， N ‑网格受低浓度TMAH溶液 腐蚀速率低， 得以保留； 再利用热磷酸和BOE腐蚀液将氮化硅和氧化硅去除；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115452035 A 3