微小极间距电容式力敏传感器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种带有弹性薄膜的电容式力敏传感器，属微机电技术领域。在它的弹性薄膜的中心部位设有可动电容极板。此电容的另一极板——定极板则通过支架固定在边框上，与可动极板保持微小极间距。本发明专利技术是对同名发明专利技术专利(申请号201811091210.0)的改进。主要内容是改变制造顺序：在已有技术中上边框与膜片键合时至少有一个键合表面是已经过微电子加工的表面而非原初的“光片”表面。而在本发明专利技术中，上边框键合时两键合表面都处于“光片”状态。本发明专利技术还提出一种新的定极板——支架构造以缩小制造尺寸，并提高其工作温度上限。本发明专利技术还通过省去可动极板提出性能略低但性价比更高的产品以及高质量的声强计；通过上下边框内尺寸差异减低边框键合的难度。异减低边框键合的难度。异减低边框键合的难度。

【技术实现步骤摘要】
微小极间距电容式力敏传感器及其制造方法


[0001]本专利技术涉及微小极间距电容式力敏传感器，特别涉及微型化的电容式力敏传感器，属微机电


技术介绍

[0002]自20世纪80年代以来，微小极间距电容式力敏传感器大多用微机电器件加工技术制造，极间距离已缩小到约1微米。由于它的种种优点，现已成为芯片型力敏传感器的主流。就带有附加可动极板的芯片型电容式压力传感器而言，新近技术应以美国专利US7448277B2为代表。而中国专利《微小极间距电容式力敏传感器及其制造方法》(申请号：201811091210.0) 则通过分别制造再键合组装的新的技术路线突破技术瓶颈，大大提高了这种芯片型力敏传感器的性能及性价比。本专利技术是这项专利技术的后续补充。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是对《微小极间距电容式力敏传感器及其制造方法》(申请号：201811091210.0) 所述的制造方法和结构加以改进、简化，从而降低其制造难度及设备要求并便于和相关电路集成化制造。
[0004]本专利技术的内容是微小极间距电容式力敏传感器。参见图4，它由膜片2
’
、上边框5
’
和下边框5、定极板6及其支架6
’
、可动极板4
’
等部分组成。膜片2
’
由硅片经化学机械抛光并与边框键合后腐蚀产生。下边框5通过膜片外围与上边框5
’
键合成一个整体。定极板6 通过支架6
’
借助于低熔点玻璃7与边框封接成一个整体，并与可动极板4
’
保持精确间距。本专利技术与同名专利技术专利(申请号201811091210.0)的主要区别在于它的上边框的键合时两个键合表面都是未经微电子工艺加工的相当于硅片
‘
光片
’
的原初表面，从而可以降低封接温度、增加封接强度和密封性以提高成品率以及便于与相关电路集成制造。
[0005]本专利技术主要内容如下：
[0006]<1>如图1所示，在硅片1表面形成氧化层3后使其与硅片2熔融键合(SFB)以形成含有二氧化硅夹层的(SOI)硅片，然后对其顶层硅片2进行精细磨削和化学机械抛光以形成硅膜片层 2
’
。接着按规范仔细清洗、表面处理后，在此表面上叠加另一硅片5”。硅片5
‘’
的用以叠加的表面经过同样的化学机械抛光、清洗、表面处理过程。对两硅片实现硅硅直接键合。键合后，在硅片5”上腐蚀出深孔形成上边框5
’
同时硅膜片层2
’
上表面完全裸露。接着在上边框5
’
的上表面和内壁以及硅膜片2
’
的裸露表面形成牺牲层3
’
并在中心位置蚀出锚定孔20。接着在牺牲层3
’
以及锚定孔20内淀积出多晶硅层4并用光刻腐蚀的方法形成可动极板4
’
。接下来的加工步骤与申请号为201811091210.0的专利技术专利完全相同，最终形成图4所示的力敏传感器。
[0007]<2>如图2<A>所示为下表面为二氧化硅层的复合硅片，1为衬底硅片2为顶层硅片。对硅片 2进行精细磨削和化学机械抛光以形成硅膜片层2
’
。接着在硅片层2
’
表面形成牺牲层3
’
并在牺牲层3
’
的适当位置形成锚定孔20随后在两者表面淀积多晶硅层4，接着光刻多
晶硅层4形成可动极板4
’
并在4
’
的外表面形成牺牲层3
‘’
，接着在牺牲层3
’
以及牺牲层3”上淀积多晶硅层5”，5”的厚度大于可动极板4
’
与牺牲层3
’
两者厚度之和。然后，以不暴露牺牲层3”为度对多晶硅层5”实行磨平及化学机械抛光使此表面处于
‘
光片
’
状态。对此表面按规范清洗及表面处理后，在此表面叠加上硅片5
’
(硅片5
’
的用以叠加的表面经过同样处理程序)并使两者实现硅硅键合。然后对键合后的两硅片腐蚀形成上边框5
’
并使多晶硅层5”裸露。在上边框5
’
的上表面及内侧形成二氧化硅保护层3
”’
，接着以边框5
’
为掩膜腐蚀多晶硅层5”的裸露部分，使它所覆盖的氧化层3”及3
’
裸露。然后对硅片5腐蚀形成下边框5，最后去除裸露的氧化层3
”’
、3
’
、3”，充分清洗及干燥，最后按照申请号为201811091210.0的专利技术专利所述的方法制作定极板6及支架6
’
并把它们与边框封接固定即完成实施。由于最终形成边框的硅片键合时表面处于理想的
‘
光片
’
状态并可进行表面优化处理，以上两项专利技术可在增加边框键合强度及气密性的同时降低键合温度以便于相关电路的集成制造。
[0008]<3>如图5所示为本专利技术所提出的电容式力敏传感器的一种简化型式，它省去了可动极板4
’
。这虽然降低了性能指标但更降低了制造难度及成本。因其具有更高的性价比，会在更多的不需要较高精度的领域获得广泛应用。而且通过省去可动极板可制造出高精度声强计。
[0009]<4>如图6所示为本专利技术所提出的电容式力敏传感器所包含的定极板66及其支架66
’
它们由不同的材料制造并借助于金属镀层9键合成一个成体。支架66
’
材料与边框材料相同。从而克服因边框与支架材料不同而造成的温漂，从而省去在支架上开狭缝的麻烦，这在制造更小尺寸的这类产品时，例如膜片尺寸1毫米的电容式压力传感器时有重要意义。而且单独制造定极板66使得我们可以选用软化点更高的绝缘材料从而大大提高其正常工作温度上限。
[0010]<5>如图7所示为本专利技术所提出的一种电容式力敏传感器。它的特点在于上边框5
’
内孔横向尺寸比下边框5的横向尺寸大从而可以克服因上下边框材质差异或上下边框之间存在键合媒介层所造成的温度漂移、零点漂移、静压漂移。
附图说明
[0011]图1为第一实施例制造流程图。
[0012]图2为第二实施例制造流程图。
[0013]图3为定极板6及其支架6
’
的侧视图<A>及顶视图<B>。
[0014]图4为第一、第二实施例制造完成后的剖视图。
[0015]图5为本专利技术所提出的简化形式的电容式力敏传感器的剖视图，它也是高精度声强计的剖视图。
[0016]图6为用不同材料分别制造定极板66本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小型化的微小极间距电容式力敏传感器，包括膜片、上边框、下边框、定极板及支架、可动极板，两个边框通过膜片外围部分键合，可动极板中心锚定在膜片中心，定极板通过支架固定在边框上，其特征在于制造顺序：先把上边框和下边框键合，然后再把可动极板制作到膜片上，这种制造顺序降低了键合温度及热处理温度并提高键合强度和气密性。2.一种如权利要求1所述的微小极间距电容式力敏传感器，包括膜片、上边框、下边框、定极板及支架、可动极板、两边框通过膜片外围部分键合，可动极板中心锚定在膜片中心，定极板通过支架固定在边框上，其特征在于制造顺序：先把可动极板锚定到膜片上并在其表面形成氧化层，然后在可动极板及膜片表面覆盖厚度大于可动极板及其表面氧化层的多晶硅层，然后对多晶硅层磨平、化学机械抛光、表面活化处理，然后把它与最终形成上边框上部的硅片键合，接着腐蚀此硅片形成上边框上部并以它为掩膜腐蚀多晶硅层使可动极板裸露而掩膜下的多晶硅层则形成上边框下部，这种制造顺序降低了边框键合温度及热处理温度并提高键合强度和气密性。3.一种小型化的微小极间距电容式力敏传感器，包括膜片、上边框、下边框、定极板及支架，两边框通过膜片外围部分键合，定极板通过支架固定在边框上，其特征在于：它的膜片本身是传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡耿，
申请(专利权)人：胡耿，
类型：发明
国别省市：