專利名稱：電容式壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種電容式壓カ傳感器，屬于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)傳感器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
壓カ傳感器是將壓カ信號轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號的換能器，是商業(yè)化的傳感器中的重要組成部分。與其它電子元器件一祥，隨著應(yīng)用的普及及需求量的増加，壓カ傳感器的發(fā)展趨勢是體積小、靈敏度高、功耗小、價格低、可靠性高等。而目前MEMS技術(shù)正推動著半導(dǎo)體界“超越摩爾定律”的變革，在國內(nèi)外得到了迅猛的發(fā)展。世界正經(jīng)過昨天的真空電子管時代，跨越現(xiàn)在的固體電子時代進(jìn)入明天的MEMS時代。MEMS做為近年來高速發(fā)展的ー項高新技術(shù)，它采用先進(jìn)的半導(dǎo)體制備エ藝，批量實現(xiàn)MEMS器件的制備。與對應(yīng)傳統(tǒng)壓カ傳感器相比，采用MEMS技術(shù)制備的壓カ傳感器在體積、功耗、重量以及價格等方面有十分明顯的優(yōu)勢。所以，采用先進(jìn)MEMS技術(shù)制作的壓カ傳感器是未來主流的技術(shù)發(fā)展方向。按照工作原理的不同，壓カ傳感器主要分為壓阻式、電容式以及壓電式等。目前，壓阻式壓カ傳感器由于其制造エ藝與半導(dǎo)體エ藝兼容性高，制造エ藝簡單，接ロ電路簡單等優(yōu)點，是目前壓カ傳感器的主流技木。但是壓阻式壓カ傳感器卻有著溫度特性差，靈敏度低，功耗大等缺點，并不適合一些低功耗及精度高的應(yīng)用領(lǐng)域。而隨著MEMS加工エ藝的成熟，加上電容式壓カ傳感器本身尺寸小，成本低，溫度特性好、精度高、功耗低等諸多優(yōu)點，使得電容式壓カ傳感器技術(shù)得到越來越多的關(guān)注。電容式壓カ傳感器是將壓カ信號變成電容信號的換能器。其工作原理為可變電容，其中可變電容的一個或兩個電極由壓カ敏感膜形成，在外界壓力作用下，作為電容電極的壓カ敏感膜產(chǎn)生變形導(dǎo)致電容間隙發(fā)生改變，從而導(dǎo)致電容值發(fā)生改變。此電容值的改變通過后續(xù)電路的處理變成電壓或者電流信號。國外有ー些公司采用絕緣襯底上的硅SOI材料來制作電容式壓カ傳感器。其主要思路為通過腐蝕掏空SOI氧化硅埋層形成電容的真空間隙，而用SOI材料上下的硅材料作為電容的上、下電極板。此制造方法避免了上述多晶硅來做壓カ敏感膜的一系列問題，從而提高了器件的可制造性，提高了良率。但是，此制造方法利用SOI的氧化硅埋層作為犧牲層，所以有著較多的エ藝限制。首先，氧化硅的厚度即為最終電容間隙的厚度，通常SOI氧化硅埋層的厚度較薄，這樣就限制了電容式壓カ傳感器的ー些設(shè)計靈活性；其次，由于SOI氧化硅埋層沒有腐蝕自停止邊界，所以整個長時間的腐蝕釋放犧牲層氧化硅エ藝只能通過時間控制，從而使エ藝較難控制進(jìn)而導(dǎo)致最終器件離散性較大，降低了成品率；再次，此エ藝依然需要將釋放孔密封形成真空腔的エ藝，増加了エ藝復(fù)雜性。所以，雖然此制造方法有部分公司采用，但是并未成為エ業(yè)界的主流エ藝。為解決上述問題，部分公司采用預(yù)先在硅襯底表面形成凹槽來作為電容間隙的方式，通過晶圓級硅硅鍵合技術(shù)，將兩片硅襯底鍵合在一起，兩片硅襯底分別作為電容的兩個電極，來制作電容式壓カ傳感器。此方法避免了復(fù)雜的氧化硅犧牲層掏空エ藝以及將釋放、孔密封形成真空腔的エ藝，大大提高了エ藝可制造性。此外，在硅片的鍵合面還可設(shè)有防止壓カ敏感膜過度變形的止擋塊，通過止擋塊的設(shè)計限制了感壓薄膜的最大位移，以實現(xiàn)傳感器常壓保存與過載保護(hù)的功能。但是，此方法卻有著較大的寄生電容，大大降低了器件的性能，此外，此方法制造成本也比較昂貴，目前也并未成為エ業(yè)界的主流制作方法。綜上所述，進(jìn)行エ藝簡單、體積小、精度高、低功耗及低成本的電容式壓カ傳感器及其制備方法的研究對整個壓カ傳感器技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)步和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有積極的推動作用。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的主要目的在于提供一種低成本、エ藝簡單的電容式壓カ傳感器。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案ー種電容式壓カ傳感器，其包括襯底、覆蓋在襯底上的下極板、與下極板相對的壓力敏感膜、位于下極板與壓カ敏感膜之間的電容間隙、及環(huán)繞于電容間隙外圍且用以支撐所述壓カ敏感膜的錨點，所述壓カ敏感膜及所述下極板分別作為所述電容式壓カ傳感器的兩個電極，所述電容式壓カ傳感器還包括分別淀積在所述下極板及所述壓カ敏感膜上的第一壓焊點及第ニ壓焊點，所述壓カ敏感膜設(shè)有將電容間隙與外界氣體相互連通的導(dǎo)氣孔，所述導(dǎo)氣孔被金屬密封進(jìn)而最終使所述電容間隙變成密閉的真空腔體。作為本實用新型進(jìn)ー步改進(jìn)的技術(shù)方案，所述壓カ敏感膜包括第一多晶硅層及覆蓋在所述第一多晶娃層上的第二多晶娃層。作為本實用新型進(jìn)ー步改進(jìn)的技術(shù)方案，所述第二多晶硅層及所述下極板分別作為所述電容式壓カ傳感器的所述兩個電極。作為本實用新型進(jìn)ー步改進(jìn)的技術(shù)方案，所述第二壓焊點淀積在所述第二多晶硅層上。作為本實用新型進(jìn)ー步改進(jìn)的技術(shù)方案，所述第一壓焊點淀積在所述下極板上。作為本實用新型進(jìn)ー步改進(jìn)的技術(shù)方案，所述導(dǎo)氣孔貫穿所述第一多晶硅層及所述第二多晶硅層。作為本實用新型進(jìn)ー步改進(jìn)的技術(shù)方案，所述金屬貫穿所述第一多晶硅層及所述
第二多晶硅層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型采用表面硅微細(xì)加工エ藝來制造電容式壓カ傳感器，解決了 SOIエ藝中釋放時間長且エ藝難控制的問題，同時也解決了 SOIエ藝形成的器件寄生電容較大的問題，且制造エ藝簡單、成本低、可制造性強(qiáng)，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

圖IA至圖IG為本實用新型電容式壓カ傳感器的制造流程示意圖；圖2為本實用新型電容式壓カ傳感器的立體示意圖；圖3為本實用新型電容式壓カ傳感器的俯視圖；圖4為本實用新型電容式壓カ傳感器沿C-A-B線的立體剖面圖。
具體實施方式
[0023]下面參照本實用新型的附圖，更詳細(xì)的描述出本實用新型的具體實施方式
。本實用新型掲示了一種電容式壓カ傳感器20及其制造方法，請參如圖IA至IG所示，其中本實用新型電容式壓カ傳感器的制造方法包括如下步驟a)請參圖IA所示，首先在襯底21a上進(jìn)行重?fù)诫s，得到導(dǎo)電性高的重?fù)诫s層作為本實用新型電容式壓カ傳感器100的下極板21b，隨后在所述下極板21b上淀積氧化硅以形成犧牲層22。淀積方法包括但不限于低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)及等離子增強(qiáng)氣相淀積(PECVD)。所述襯底21a為硅襯底。b)請參圖IB所示，在所述犧牲層22上淀積第一多晶硅層23a，并對該第一多晶硅層23a進(jìn)行摻雜與光刻以形成犧牲層釋放孔27b，其中淀積方法包括但不限于低壓化學(xué)氣 相淀積(LPCVD)。c)請參圖IC所示，通過氫氟酸濕法腐蝕或者氟化氫氣體甚高頻刻蝕，將所述犧牲層22從犧牲層釋放孔27b處進(jìn)行掏空，以形成電容間隙25。d)請參圖ID所示，淀積第二多晶硅層23b密封住犧牲層釋放孔27b，從而將所述電容間隙25變成密閉空腔，隨后對該第二多晶硅層23b進(jìn)行摻雜，摻雜方法包括但不限于擴(kuò)散或離子注入。所述第一多晶硅層23a及所述第二多晶硅層23b組成壓力敏感膜。所述第二多晶硅層23b作為本實用新型電容式壓カ傳感器100的上極板。e)請參圖IE所示，將上述壓カ敏感膜進(jìn)行光刻及刻蝕，形成與電容間隙25連通的導(dǎo)氣孔27a,同時將位于下極板21b上方的部分第一多晶娃層23a及部分第二多晶娃層23b刻蝕掉。f) 請參圖IF所示，通過氫氟酸濕法腐蝕或者氟化氫氣體甚高頻刻蝕，利用多晶硅作為掩膜，將犧牲層22局部去除掉以露出下極板21b，而沒有被去除的犧牲層22形成錨點26。所述錨點26通過下極板21b被固定在襯底21a上，用以支撐壓カ敏感膜。g)請參圖IG所示，最后，通過物理氣相淀積(PVD)將金屬分別淀積在下極板21b及第ニ多晶硅層23b上，并進(jìn)行光刻和刻蝕，最終形成第一壓焊點241及第ニ壓焊點242。同吋，所述導(dǎo)氣孔27a被金屬24a密封，進(jìn)而將所述電容間隙25變成密閉的真空腔體。在本實施方式中，由于電容間隙25為密閉的真空腔體，所以所述電容式壓カ傳感器20為電容式絕對壓カ傳感器。通過采用表面硅微細(xì)加工エ藝，本實用新型電容式壓カ傳感器的制造方法解決了SOIエ藝中釋放時間長且エ藝難控制的問題，同時也解決了 SOIエ藝形成的器件寄生電容較大的問題，且制造エ藝簡單、成本低、可制造性強(qiáng)，適合大規(guī)模生產(chǎn)。請參圖2至圖4所示，從結(jié)構(gòu)上看，本實用新型電容式壓カ傳感器20包括襯底21a、覆蓋在襯底21a上的下極板21b、與下極板21b相対的第一多晶硅層23a、位于下極板21b與第一多晶娃層23a之間的電容間隙25、固定于襯底21a上且用以支撐第一多晶娃層23a的錨點26、及覆蓋在第一多晶娃層23a上的第二多晶娃層23b。所述第一多晶娃層23a及第ニ多晶硅層23b組成本實用新型電容式壓カ傳感器20的壓カ敏感膜。所述錨點26位于下極板2Ib與第一多晶娃層23a之間，并且所述錨點26通過下極板2Ib被固定在襯底2Ia上，以支撐壓カ敏感膜。所述錨點26從側(cè)面包圍電容間隙25。所述第二多晶硅層23b及下極板21b分別作為本實用新型電容式壓カ傳感器20的兩個電扱，為了導(dǎo)出這兩個電極，所述電容式壓カ傳感器20還包括分別淀積在下極板21b及第ニ多晶硅層23b上的第一壓焊點241及第ニ壓焊點242。所述壓カ敏感膜設(shè)有與電容間隙25相互連通的導(dǎo)氣孔27a，所述導(dǎo)氣孔27a被金屬24a密封，進(jìn)而最終使所述電容間隙25變成密閉的真空腔體。所述第ニ壓焊點242高于所述第一壓焊點241。所述金屬貫穿所述第一多晶硅層23a及所述第二多晶硅層23b。本實用新型電容式壓カ傳感器20不會產(chǎn)生較大的寄生電容，エ藝簡單、成本低、可制造性強(qiáng)，適合大規(guī)模生產(chǎn)。盡管為說明目的公開了本實用新型的具體實施例和附圖，其目的在于幫助理解本實用新型的內(nèi)容并據(jù)以實施，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解在不脫離本實用新型及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能的。因此，本實用新型不應(yīng)
局限于最佳實施例和附圖所公開的內(nèi)容，本實用新型要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種電容式壓力傳感器，其包括襯底、覆蓋在襯底上的下極板、與下極板相對的壓力敏感膜、位于下極板與壓力敏感膜之間的電容間隙、及環(huán)繞于電容間隙外圍且用以支撐所述壓力敏感膜的錨點，所述壓力敏感膜及所述下極板分別作為所述電容式壓力傳感器的兩個電極，其特征在于，所述電容式壓力傳感器還包括分別淀積在所述下極板及所述壓力敏感膜上的第一壓焊點及第二壓焊點，所述壓力敏感膜設(shè)有將電容間隙與外界氣體相互連通的導(dǎo)氣孔，所述導(dǎo)氣孔被金屬密封進(jìn)而最終使所述電容間隙變成密閉的真空腔體。
2.如權(quán)利要求I所述的電容式壓力傳感器，其特征在于所述壓力敏感膜包括第一多晶硅層及覆蓋在所述第一多晶硅層上的第二多晶硅層。
3.如權(quán)利要求2所述的電容式壓力傳感器，其特征在于所述第二多晶硅層及所述下 極板分別作為所述電容式壓力傳感器的所述兩個電極。
4.如權(quán)利要求2所述的電容式壓力傳感器，其特征在于所述第二壓焊點淀積在所述第二多晶硅層上。
5.如權(quán)利要求4所述的電容式壓力傳感器，其特征在于所述第一壓焊點淀積在所述下極板上。
6.如權(quán)利要求2所述的電容式壓力傳感器，其特征在于所述導(dǎo)氣孔貫穿所述第一多晶硅層及所述第二多晶硅層。
7.如權(quán)利要求2所述的電容式壓力傳感器，其特征在于所述金屬貫穿所述第一多晶硅層及所述第二多晶硅層。
專利摘要本實用新型揭示了一種電容式壓力傳感器，其包括襯底、覆蓋在襯底上的下極板、與下極板相對的壓力敏感膜、位于下極板與壓力敏感膜之間的電容間隙、及環(huán)繞于電容間隙外圍且用以支撐所述壓力敏感膜的錨點，所述壓力敏感膜及所述下極板分別作為所述電容式壓力傳感器的兩個電極，所述電容式壓力傳感器還包括分別淀積在所述下極板及所述壓力敏感膜上的第一壓焊點及第二壓焊點，所述壓力敏感膜設(shè)有將電容間隙與外界氣體相互連通的導(dǎo)氣孔，所述導(dǎo)氣孔被金屬密封進(jìn)而最終使所述電容間隙變成密閉的真空腔體。本實用新型電容式壓力傳感器不會產(chǎn)生較大的寄生電容，工藝簡單、成本低、可制造性強(qiáng)，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號G01L1/14GK202420729SQ20122005596
公開日2012年9月5日 申請日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月21日
發(fā)明者李剛, 胡維 申請人:蘇州敏芯微電子技術(shù)有限公司