一种电容式压力传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种电容式压力传感器，包括SOI硅片、单晶硅层、二氧化硅层和多晶硅层；所述的SOI硅片中设有真空密封腔；所述的二氧化硅层包括高度相等且平行布设的第一支撑层、第二支撑层和第三支撑层，第一支撑层位于真空密封腔正上方区域中，第二支撑层和第三支撑层位于真空密封腔正上方区域外侧，第二支撑层位于第一支撑层和第三支撑层之间；多晶硅层包括第一多晶硅层和第二多晶硅层，第一多晶硅层固定连接在第一支撑层和第二支撑层上，第二多晶硅层固定连接在第三支撑层上，且第一多晶硅层的一端面和第二多晶硅层的一端面相对。该传感器在性能分析时，具有更高的效率和灵敏度。同时还提供该传感器的制备方法，简单易行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种压力传感器，具体来说，涉及。
技术介绍
在利用硅微加工技术实现的产品中，压力传感器是发展较为成熟的一类。目前，压力传 感器已广泛应用于各种工业和生物医学领域。电容式压力传感器由于高灵敏度，更好的温 度性能，低功耗，无开启温度漂移，结构坚固，受外应力影响小等特点，逐渐成为压力传感器 的一大热点。传统电容式压力传感器由于其输出电容变化量小，不利于压力的检测，需要通 过后续处理电路放大输出电容的变化量，使得处理电路往往比较复杂，因此电容式压力传 感器的应用受到限制。
技术实现思路
技术问题：本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种电容式压力传感器，在分析传感 器性能时，具有更高的效率和灵敏度。同时还提供该传感器的制备方法，简单易行。 技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术实施例采用的技术方案是： 一种电容式压力传感器，该压力传感器包括从下向上依次布设的SOI硅片、单晶硅层、 二氧化硅层和多晶硅层；所述的SOI硅片中设有真空密封腔；所述的二氧化硅层包括高度 相等且平行布设的第一支撑层、第二支撑层和第三支撑层，第一支撑层位于真空密封腔正 上方区域中，第二支撑层和第三支撑层位于真空密封腔正上方区域外侧，第二支撑层位于 第一支撑层和第三支撑层之间；多晶硅层包括第一多晶硅层和第二多晶硅层，第一多晶硅 层固定连接在第一支撑层和第二支撑层上，第二多晶硅层固定连接在第三支撑层上，且第 一多晶硅层的一端面和第二多晶硅层的一端面相对。 作为优选方案，所述的SOI硅片包括从下向上依次布设的硅支撑层、二氧化硅绝 缘层和硅器件层，真空密封腔位于二氧化硅绝缘层中，且真空密封腔分别与硅支撑层和硅 器件层接触。 作为优选方案，所述的第一多晶硅层与第二支撑层相对的一端伸出第二支撑层， 第一多晶硅层为悬臂梁结构。 作为优选方案，所述的第二多晶硅层整体固定连接在第三支撑层上。 作为优选方案，所述的第一多晶硅层和第二多晶硅层构成压力传感器的两个电 极。 -种电容式压力传感器的制备方法，该制备方法包括以下步骤： 第一步，在SOI硅片的硅器件层进行各向异性干法刻蚀至二氧化硅绝缘层，刻蚀出相 互平行的浅槽，形成第一牺牲层释放孔；第一牺牲层位于二氧化硅绝缘层中，用于形成真空 密封腔； 第二步，通过第一牺牲层释放孔，利用氢氟酸对SOI硅片的二氧化硅绝缘层释放第一 牺牲层，形成真空密封腔的腔体； 第三步，在SOI硅片的硅器件层上方外延生长一层单晶硅层，密封真空密封腔； 第四步，在单晶硅层上方外延生长一层二氧化硅层； 第五步，光刻二氧化硅层，形成第一支撑层、第二支撑层、第三支撑层和第二牺牲层；第 二牺牲层位于第一支撑层和第二支撑层之间，以及位于第二支撑层和第三支撑层之间； 第六步，在二氧化硅层上方外延生长一层多晶硅层，光刻形成第一多晶硅层和第二多 晶娃层； 第七步，利用氢氟酸释放第二牺牲层，制成压力传感器。 作为优选方案，所述的步骤10)中，SOI硅片为双面抛光，SOI硅片包括从下向上依 次布设的硅支撑层、二氧化硅绝缘层和硅器件层。 有益效果：与现有技术相比，本专利技术实施例具有以下有益效果：压力传感器的灵 敏度高、制备工艺采用表面微机械加工技术，工艺简单，可行性高。本专利技术实施例利用杠杆 原理，当在真空密封腔正上方的单晶硅层施加压力时，单晶硅层向下弯曲，带动与之通过二 氧化硅层相连的多晶硅层，使得此部分的多晶硅向下转动，通过控制二氧化硅支撑层的位 置，可以有效地放大控制杠杆另一端的位移量，从而控制电容式压力传感器两电极之间的 正对面积，改变压力传感器的输出电容，检测其变化可以实现压力测量。本专利技术实施例方便 地利用杠杆原理来放大压力传感器输出电容的变化量，在分析传感器的性能时，具有更高 的灵敏度，简化后续处理电路。同时，该电容式压力传感器采用表面微机械加工技术，有效 的解决了电容式压力传感器的电极引出问题，同时避免了形成压力腔常规用的MEMS键合 工艺，简化了电容式压力传感器的制造工艺，使MEMS结构可以与CMOS工艺兼容。【附图说明】 图1为本专利技术实施例中压力传感器的结构剖视图； 图2为本专利技术实施例中制备方法第一步的结构剖视图； 图3是本专利技术实施例中制备方法第二步的结构剖视图； 图4是本专利技术实施例中制备方法第三步的结构剖视图； 图5是本专利技术实施例中制备方法第四步的结构剖视图； 图6是本专利技术实施例中制备方法第五步的结构剖视图； 图7是本专利技术实施例中制备方法第六步的结构剖视图； 图8是本专利技术实施例中制备方法第七步的结构剖视图。 图9是本专利技术实施例中第一多晶硅层和第二支撑层的等效原理图； 图10是图9中第一多晶硅层受力变形图。 图中有：S0I硅片1、硅支撑层101、二氧化硅绝缘层102、硅器件层103、真空密封 腔2、单晶硅层3、二氧化硅层4、第一支撑层401、第二支撑层402、第三支撑层403、第二牺 牲层404、多晶硅层5、第一多晶硅层501、第二多晶硅层502、第一牺牲层6。【具体实施方式】 下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细的说明。 如图1所示，本专利技术实施例提供一种电容式压力传感器，该压力传感器包括从下 向上依次布设的SOI (对应中文：绝缘衬底上的娃；英文全称为：Silicon-On-Insulator) 硅片1、单晶硅层3、二氧化硅层4和多晶硅层5。所述的SOI硅片1中设有真空密封腔2。 二氧化硅层4包括高度相等且平行布设的第一支撑层401、第二支撑层402和第三支撑层 403,第一支撑层401位于真空密封腔2正上方区域中，第二支撑层402和第三支撑层403 位于真空密封腔2正上方区域外侧，第二支撑层402位于第一支撑层401和第三支撑层403 之间；多晶硅层5包括第一多晶硅层501和第二多晶硅层502,第一多晶硅层501固定连接 在第一支撑层401和第二支撑层402上，第二多晶硅层502固定连接在第三支撑层403上， 且第一多晶娃层501的一端面和第二多晶娃层502的一端面相对。 上述实施例的电容式压力传感器中，所述的SOI硅片1包括从下向上依次布设的 硅支撑层101、二氧化硅绝缘层102和硅器件层103,真空密封腔2位于二氧化硅绝缘层102 中，且分别与硅支撑层101和硅器件层103接触。将真空密封腔2设置在二氧化硅绝缘层 102中，使真空密封腔2各处高度一致，且充分利用了 SOI片的结构特点。 上述实施例的电容式压力传感器中，所述的第一多晶硅层501与第二支撑层402 相对的一端伸出第二支撑层402,第一多晶硅层501为悬臂梁结构。本实施例利用杠杆原理 来实现电容的测量。第一多晶硅层501为悬臂梁。利用第二支撑层402作为支点，第一多 晶硅层501固定连接在第二支撑层402上，第一多晶硅层501相当于杠杆。 另外，所述的第二多晶硅层502整体固定连接在第三支撑层403上。在测量过程 中，第二多晶硅层502整体是固定不动的。利用第一多晶硅层501的位置变化，来改变第一 多晶硅层501和第二多晶硅层502之间的相对面积。 上述实施例的电容式压力传感器中，用以密封真空密封腔2的单晶硅层3也可以 是其它材料制成，例如二氧化硅和氮化硅。二氧化硅层4用作第二牺牲层和多晶硅层5的 支撑层，其中第二牺牲层用以悬空多晶硅层5,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容式压力传感器，其特征在于，该压力传感器包括从下向上依次布设的SOI硅片(1)、单晶硅层(3)、二氧化硅层(4)和多晶硅层(5)；所述的SOI硅片(1)中设有真空密封腔(2)，所述的二氧化硅层(4)包括高度相等且平行布设的第一支撑层(401)、第二支撑层(402)和第三支撑层(403)，第一支撑层(401)位于真空密封腔(2)正上方区域中，第二支撑层(402)和第三支撑层(403)位于真空密封腔(2)正上方区域外侧，第二支撑层(402)位于第一支撑层(401)和第三支撑层(403)之间；多晶硅层(5)包括第一多晶硅层(501)和第二多晶硅层(502)，第一多晶硅层(501)固定连接在第一支撑层(401)和第二支撑层(402)上，第二多晶硅层(502)固定连接在第三支撑层(403)上，且第一多晶硅层(501)的一端面和第二多晶硅层(502)的一端面相对。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：聂萌，包宏权，黄庆安，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32