一种差分电容式MEMS压力传感器及其制造方法技术

本申请公开了一种差分电容式MEMS压力传感器及其制造方法。该压力传感器包括:可动电极，所述可动电极包括第一上电极和第二上电极，所述第一上电极和所述第二上电极为一体结构，所述可动电极与所述支撑体的另一端连接，以使所述第一上电极位于所述第一下电极的上方，并形成第一腔体，所述第一上电极与所述衬底之间具有间隙，所述第一上电极和所述第一下电极构成第一电容器；所述第二上电极位于所述第二下电极的上方，并形成第二腔体，所述第二腔体为密闭腔体，所述第二上电极和所述第二下电极构成第二电容器；在施加压力载荷的条件下，所述第一上电极和所述第二上电极的运动方向相反。向相反。向相反。

【技术实现步骤摘要】
一种差分电容式MEMS压力传感器及其制造方法


[0001]本申请涉及微电子
，更具体地，涉及一种差分电容式MEMS压力传感器及其制造方法。

技术介绍

[0002]MEMS压力传感器根据原理可分为应变式、压阻式、压电式、振频式、电容式压力传感器等。此外还有光电式、超声式、光纤式压力传感器等。采用压力传感器可以直接将被测压力变换成各种形式的电信号，便于满足系统集中检测与控制的要求，因而在消费类电子、智能家居、汽车电子、工业控制等领域有着广泛的应用。
[0003]目前主流MEMS电容式压力传感器的设计多采用平板电容方式，通过上下极板形成敏感电容，当测试压力作用于极板表面，导致极板形变，由于上下极板的距离改变，触发电容线性变化。但平板电容压力传感器由于本身原理特性，存在线性度较差，易过载破损等情况。
[0004]因此，亟需提出一种新的技术方案，以解决上述技术问题。

技术实现思路

[0005]本申请的一个目的是提供一种差分电容式MEMS压力传感器的新技术方案。
[0006]根据本申请的第一方面，提供了一种差分电容式MEMS压力传感器。该压力传感器包括：
[0007]衬底，所述衬底的内部设置有一端敞口的第一容纳腔；
[0008]支撑体，所述支撑体的一端与所述第一容纳腔的底部连接，并将所述第一容纳腔分隔为第二容纳腔和第三容纳腔；
[0009]固定电极，所述固定电极包括第一下电极和第二下电极，所述第一下电极位于所述第二容纳腔的底部，所述第二下电极位于所述第三容纳腔的底部；
[0010]可动电极，所述可动电极包括第一上电极和第二上电极，所述第一上电极和所述第二上电极为一体结构，所述可动电极与所述支撑体的另一端连接，以使
[0011]所述第一上电极位于所述第一下电极的上方，并形成第一腔体，所述第一上电极与所述衬底之间具有间隙，所述第一上电极和所述第一下电极构成第一电容器；
[0012]所述第二上电极位于所述第二下电极的上方，并形成第二腔体，所述第二腔体为密闭腔体，所述第二上电极和所述第二下电极构成第二电容器；
[0013]在施加压力载荷的条件下，所述第一上电极和所述第二上电极的运动方向相反。
[0014]可选地，所述第二腔体为真空腔体。
[0015]可选地，所述第二容纳腔和所述第三容纳腔的体积相同。
[0016]可选地，所述支撑柱和所述可动电极一体成型。
[0017]可选地，所述衬底的材料为蓝宝石、碳化硅和单晶硅中的至少一种。
[0018]可选地，所述固定电极的材料为多晶硅。
[0019]可选地，所述间隙包括第一间隙和第二间隙，所述第一上电极沿所述衬底的长度方向与所述衬底之间形成的间隙为第一间隙，所述第一上电极沿所述衬底的宽度方向与所述衬底之间形成的间隙为第二间隙，所述第二间隙分布于所述第一上电极的两侧。
[0020]可选地，所述第一间隙的尺寸为10μm，所述第二间隙的尺寸为3μm。
[0021]可选地，还包括焊盘，所述焊盘包括固定电极焊盘和可动电极焊盘；
[0022]在所述衬底内设置有第一金属化过孔，在所述支撑柱内设置有第二金属化过孔，所述固定电极通过所述第一金属化过孔中的第一电路与所述固定电极焊盘电连接，所述第一上电极通过所述第一金属化过孔中的第二电路和第二金属化过孔中的第三电路与所述可动电极焊盘电连接。
[0023]根据本申请的第二方面，提供了一种差分电容式MEMS压力传感器的制造方法。该方法包括如下步骤：
[0024]提供衬底，在所述衬底上刻蚀形成第一容纳腔；
[0025]在所述第一容纳腔的底部沉积并刻蚀第一金属层,形成相互独立的第一下电极和第二下电极；
[0026]在所述第一下电极和所述第二下电极之间沉积并刻蚀第二氧化层，形成支撑体，所述支撑体将所述第一容纳腔分隔为第二容纳腔和第三容纳腔；
[0027]在所述第二容纳腔和所述第三容纳腔内沉积牺牲层；
[0028]在所述牺牲层上沉积并刻蚀第三氧化层,形成第一上电极和第二上电极；
[0029]释放牺牲层，以使所述第一上电极位于所述第一下电极的上方，并形成第一腔体，所述第一上电极与所述衬底之间具有间隙，所述第一上电极和所述第一下电极构成第一电容器；以及
[0030]所述第二上电极位于所述第二下电极的上方，并形成第二腔体，所述第二腔体为密闭腔体，所述第二上电极和所述第二下电极构成第二电容器。
[0031]在本公开实施例中，可动电极通过支撑体支撑在固定电极的上方，以形成第一电容器和第二电容器。在施加压力载荷的条件下，可动电极中的第一上电极和第二上电极的运动方向相反，以使得第一上电极和第一下电极之间的极板距离d1与第二上电极和第二下电极之间的极板距离d2会产生相反的改变数值，第一电容器和第二电容器会输出差分电容信号，极大的提高了该压力传感器的线性度及灵敏度，相比较传统的单电容式压力传感器，输出信号得到有效增强，能够有效提高压力传感器的测试精度。
[0032]通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
[0033]被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并且连同其说明一起用于解释本专利技术的原理。
[0034]图1是根据本公开实施例差分电容式MEMS压力传感器的第一示意图。
[0035]图2是根据本公开实施例差分电容式MEMS压力传感器的第二示意图。
[0036]图3是根据本公开实施例差分电容式MEMS压力传感器的俯视图。
[0037]附图标记说明：
[0038]1、衬底；2、支撑体；3、固定电极；31、第一下电极；32、第二下电极；4、可动电极；41、第一上电极；42、第二上电极；5、间隙；51、第一间隙；52、第二间隙；6、焊盘；61、固定电极焊盘；62、可动电极焊盘。
具体实施方式
[0039]现在将参照附图来详细描述本专利技术的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。
[0040]以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。
[0041]对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0042]在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
[0043]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0044]根据本公开的第一个实施例，如图1所示，提供了一种差分电容式MEMS压力传感器。该压力传感器包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种差分电容式MEMS压力传感器，其特征在于，包括:衬底，所述衬底的内部设置有一端敞口的第一容纳腔；支撑体，所述支撑体的一端与所述第一容纳腔的底部连接，并将所述第一容纳腔分隔为第二容纳腔和第三容纳腔；固定电极，所述固定电极包括第一下电极和第二下电极，所述第一下电极位于所述第二容纳腔的底部，所述第二下电极位于所述第三容纳腔的底部；可动电极，所述可动电极包括第一上电极和第二上电极，所述第一上电极和所述第二上电极为一体结构，所述可动电极与所述支撑体的另一端连接，以使所述第一上电极位于所述第一下电极的上方，并形成第一腔体，所述第一上电极与所述衬底之间具有间隙，所述第一上电极和所述第一下电极构成第一电容器；所述第二上电极位于所述第二下电极的上方，并形成第二腔体，所述第二腔体为密闭腔体，所述第二上电极和所述第二下电极构成第二电容器；在施加压力载荷的条件下，所述第一上电极和所述第二上电极的运动方向相反。2.根据权利要求1所述的差分电容式MEMS压力传感器，其特征在于，所述第二腔体为真空腔体。3.根据权利要求1所述的差分电容式MEMS压力传感器，其特征在于，所述第二容纳腔和所述第三容纳腔的体积相同。4.根据权利要求1所述的差分电容式MEMS压力传感器，其特征在于，所述支撑柱和所述可动电极一体成型。5.根据权利要求1所述的差分电容式MEMS压力传感器，其特征在于，所述衬底的材料为蓝宝石、碳化硅和单晶硅中的至少一种。6.根据权利要求1所述的差分电容式MEMS压力传感器，其特征在于，所述固定电极的材料为多晶硅。7.根据权利要求1所述的差分电容式MEMS压力传感器，其特征在于，所述间隙包括第一间隙和第二间隙，所述第一上电...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱恩成，
申请(专利权)人：青岛歌尔智能传感器有限公司，
类型：发明
国别省市：