高精度的電容式壓力傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高精度的電容式壓力傳感器，其特征是：在所述上基底的下表面設(shè)置絕緣層和上極板，下基底的上表面與上極板接觸；所述下基底上表面的左側(cè)設(shè)置第一凸起部、第二凸起部和第三凸起部，下基底上表面的右側(cè)設(shè)置第四凸起部和第五凸起部，第一凸起部和第二凸起部間形成第一空腔，第二凸起部和第三凸起部間形成第二空腔，第三凸起部和第四凸起部間形成第三空腔，第四凸起部和第五凸起部間形成第四空腔，在第一空腔、第二空腔、第三空腔和第四空腔的底部設(shè)置第一下極板、第二下極板、第三下極板和第四下極板；所述下基底為SOI基底，下基底下表面刻蝕至SOI基底的絕緣層形成壓力腔。本發(fā)明能適應(yīng)大量程范圍內(nèi)高精度的壓力測(cè)量。
【專利說明】高精度的電容式壓力傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電容式壓力傳感器，尤其是一種高精度的電容式壓力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，壓力傳感器有了越來越廣泛的市場(chǎng)，應(yīng)用在汽車控制、醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域?qū)怏w、液體、蒸汽進(jìn)行壓力測(cè)量和控制。目前，市場(chǎng)主流的壓力傳感器有壓阻式壓力傳感器和電容式壓力傳感器兩種。壓阻式壓力傳感器固有的較大的溫度漂移特性，使其在溫度變化范圍很大的應(yīng)用領(lǐng)域有很大的局限性。電容式壓力傳感器具有接近于零的溫度系數(shù)，此外，它還具有高靈敏度、低功耗、較大的動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍等顯著優(yōu)點(diǎn)。
[0003]壓力傳感器受力的極板由于與待測(cè)壓力接觸，裸露在器件外側(cè)，易受周圍環(huán)境影響，對(duì)其測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生一些影響。
[0004]另外，現(xiàn)有MEMS電容式壓力傳感器的制造封裝工藝通常較為復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種高精度的電容式壓力傳感器，該壓力傳感器能精確檢測(cè)壓力變化。
[0006]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述高精度的電容式壓力傳感器，包括上基底和下基底，其特征是:在所述上基底的下表面依次設(shè)置SiO2絕緣層和上極板，下基底的上表面與上基底下表面的上極板接觸；所述下基底上表面的左側(cè)分別設(shè)置第一凸起部、第二凸起部和第三凸起部，在下基底上表面的右側(cè)分別設(shè)置第四凸起部和第五凸起部，第一凸起部和第二凸起部之間形成第一空腔，第二凸起部和第三凸起部之間形成第二空腔，第三凸起部和第四凸起部之間形成第三空腔，第四凸起部和第五凸起部之間形成第四空腔；所述第一凸起部、第二凸起部、第三凸起部、第四凸起部和第五凸起部的上表面與上基底下表面的上極板接觸；在所述第一空腔、第二空腔、第三空腔和第四空腔的底部分別設(shè)置第一下極板、第二下極板、第三下極板和第四下極板；所述下基底為SOI基底，SOI基底包括硅/絕緣層/硅三層結(jié)構(gòu)，下基底的下表面刻蝕至絕緣層形成壓力腔，壓力腔的底部為可動(dòng)膜片，壓力腔位于對(duì)應(yīng)第二下極板、第三下極板和第四下極板的位置。
[0007]所述第四下極板的面積為第二下極板面積的兩倍，第三下極板的面積為第四下極板面積的10倍。
[0008]所述上基底為娃基底。
[0009]本發(fā)明所述高精度的電容式壓力傳感器是一種高精度、有多種補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的MEMS電容式壓力傳感器，由電容極板組成；傳感器包括四個(gè)電容模塊，分別為:一個(gè)測(cè)量電容、兩個(gè)靜態(tài)參考電容和一個(gè)絕對(duì)參考電容，通過幾個(gè)電容之間的比較，可以看出壓力作用、夕卜界環(huán)境等對(duì)電容變化的影響，提高了測(cè)量的精確度。本發(fā)明提出的傳感器結(jié)構(gòu)能適應(yīng)大量程范圍內(nèi)高精度的壓力測(cè)量，并且制作工藝簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)。【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明所述壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2為圖1的A-A，剖視圖。
[0012]圖3為本發(fā)明所述壓力傳感器受待測(cè)壓力作用后的形變示意圖。
[0013]圖4a?圖4h為本發(fā)明所述壓力傳感器的制造工藝流程圖，其中:
圖4a為在上基底上得到SiO2絕緣層的示意圖。
[0014]圖4b為在上基底上得到上極板的示意圖。
[0015]圖4c為在下基底上得到氮化硅層的示意圖。
[0016]圖4d為在下基底上得到SiO2層的示意圖。
[0017]圖4e為在下基底上得到第一凸起部、第二凸起部、第三凸起部、第四凸起部和第五凸起部的示意圖。
[0018]圖4f為在下基底上濺射金屬鋁后的示意圖。
[0019]圖4g為在下基底上得到第一下極板、第二下極板、第三下極板和第四下極板的示意圖。
[0020]圖4h為將第一下極板、第二下極板、第三下極板和第四下極板相互獨(dú)立后的示意圖。
[0021]圖中的序號(hào)為:上基底100、Si02絕緣層101、上極板102、下基底200、第一凸起部201、第二凸起部202、第三凸起部203、第四凸起部204、第五凸起部205、第一空腔301、第二空腔302、第三空腔303、第四空腔304、第一下極板404、第二下極板402、第三下極板403、第四下極板404、檢測(cè)電容1、第一靜態(tài)參考電容2、第二靜態(tài)參考電容3、絕對(duì)參考電容4、壓力腔5、可動(dòng)膜片6。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合具體附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0023]如圖1、圖2所示:所述高精度的電容式壓力傳感器包括上基底100和下基底200，上基底100的下表面依次設(shè)置SiO2絕緣層101和上極板102，下基底200的上表面與上基底100下表面的上極板102接觸；
如圖2所示，所述下基底200上表面的左側(cè)分別設(shè)置第一凸起部201、第二凸起部202和第三凸起部203，在下基底200上表面的右側(cè)分別設(shè)置第四凸起部204和第五凸起部205，第一凸起部201和第二凸起部202之間形成第一空腔301，第二凸起部202和第三凸起部203之間形成第二空腔302，第三凸起部203和第四凸起部204之間形成第三空腔303，第四凸起部204和第五凸起部205之間形成第四空腔304 ;所述第一凸起部201、第二凸起部202、第三凸起部203、第四凸起部204和第五凸起部205的上表面與上基底100下表面的上極板102接觸；在所述第一空腔301、第二空腔302、第三空腔303和第四空腔304的底部分別設(shè)置第一下極板404、第二下極板402、第三下極板403和第四下極板404 ；
所述第四下極板404的面積為第二下極板402面積的兩倍，第三下極板402的面積為第四下極板404面積的10倍，由此來驗(yàn)證外界因素對(duì)電容的影響與極板面積的關(guān)系；
所述上基底100為硅基底；所述下基底200為SOI基底，SOI基底包括硅/絕緣層/硅三層結(jié)構(gòu)，下基底200的下表面刻蝕至絕緣層形成壓力腔5，壓力腔5的底部為可動(dòng)膜片6，壓力腔5位于對(duì)應(yīng)第二下極板402、第三下極板403和第四下極板404的位置；
所述第一下極板404、第二下極板402、第三下極板403和第四下極板404與上極板102之間存在間隙，分別形成絕對(duì)參考電容4、第一靜態(tài)參考電容2、檢測(cè)電容I和第二靜態(tài)參考電容3 ;檢測(cè)時(shí),壓力腔5為待測(cè)壓力的接觸口，壓力作用在可動(dòng)膜片6上，使可動(dòng)膜片6發(fā)生縱向位移，受力后可使第三下極板403上移(如圖3所示)，減小與上極板102之間的距離，從而使電容值發(fā)生改變；第一靜態(tài)參考電容2和第二靜態(tài)參考電容3雖然受外界(壓力腔
5)壓力的影響，但是其受力面積很小，受周圍約束大，壓力引起第一靜態(tài)參考電容2和第二靜態(tài)參考電容3的形變很小、可忽略，能夠檢測(cè)出外界各種因素對(duì)電容值的影響，例如:機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力、介質(zhì)的變化、溫度、濕度等等；絕對(duì)參考電容4完全與外界調(diào)節(jié)隔離，能夠提供既不受壓力又不受外界環(huán)境影響的電容參考值。
[0024] 所述高精度的電容式壓力傳感器的制造方法包括下列步驟:
(1)上基底的制造:在硅基底一表面淀積一層SiO2得到SiO2絕緣層101，如圖4a所示；再在SiO2絕緣層表面濺射一層金屬鋁，形成上極板102，如圖4b所示；
(2)下基底的制造:
a、在SOI材質(zhì)的下基底200的下表面淀積一層氮化硅7(如圖4c所示)；
b、在下基底200的上表面淀積一層氧化硅層8(如圖4d所示)；
C、刻蝕氧化硅層8形成第一空腔301、第二空腔302、第三空腔303和第四空腔304，如圖4e所示；
d、在下基底200的上表面的氧化硅層8上淀積一層金屬鋁，作為下極板和兩基底的鍵合面，如圖4f所示；
e、通過光刻刻蝕掉第一空腔301、第二空腔302、第三空腔303和第四空腔304側(cè)壁上的金屬鋁，形成四個(gè)獨(dú)立的第一下極板404、第二下極板402、第三下極板403和第四下極板404，如圖4g所示；
f、在下基底200的背面進(jìn)行濕法腐蝕，得到壓力腔5，如圖4h所示；
g、將上基底100的上極板102—側(cè)與下基底200的上極板一側(cè)鍵合，得到所述的電容式壓力傳感器，如圖2所示。
【權(quán)利要求】
1.一種高精度的電容式壓力傳感器，包括上基底(100)和下基底(200)，其特征是:在所述上基底(100)的下表面依次設(shè)置SiO2絕緣層(101)和上極板(102)，下基底(200)的上表面與上基底(100)下表面的上極板(102)接觸；所述下基底(200)上表面的左側(cè)分別設(shè)置第一凸起部(201)、第二凸起部(202)和第三凸起部(203)，在下基底(200)上表面的右側(cè)分別設(shè)置第四凸起部(204)和第五凸起部(205)，第一凸起部(201)和第二凸起部(202)之間形成第一空腔(301)，第二凸起部(202)和第三凸起部(203)之間形成第二空腔(302)，第三凸起部(203)和第四凸起部(204)之間形成第三空腔(303)，第四凸起部(204)和第五凸起部(205)之間形成第四空腔(304);所述第一凸起部(201)、第二凸起部(202)、第三凸起部(203)、第四凸起部(204)和第五凸起部(205)的上表面與上基底(100)下表面的上極板(102)接觸；在所述第一空腔(301)、第二空腔(302)、第三空腔(303)和第四空腔(304)的底部分別設(shè)置第一下極板(404)、第二下極板(402)、第三下極板(403)和第四下極板(404)；所述下基底(200)為SOI基底，SOI基底包括硅/絕緣層/硅三層結(jié)構(gòu)，下基底(200)的下表面刻蝕至絕緣層形成壓力腔(5)，壓力腔(5)的底部為可動(dòng)膜片(6)，壓力腔(5)位于對(duì)應(yīng)第二下極板(402)、第三下極板(403)和第四下極板(404)的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的高精度的電容式壓力傳感器，其特征是:所述第四下極板(404)的面積為第二下極板(402)面積的兩倍，第三下極板(402)的面積為第四下極板(404)面積的10倍。
3.如權(quán)利要求1所述的高精度的電容式壓力傳感器，其特征是:所述上基底(100)為硅基底。
【文檔編號(hào)】G01L9/12GK103837290SQ201310641500
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】張海苗, 歐文, 明安杰 申請(qǐng)人:江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心