[實用新型]電容式壓力傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220055966.1
• 申請日: 2012-02-21
• 公開（公告）號: CN202420729U
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李剛;胡維
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州敏芯微電子技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14;G01L9/12
• 代理公司: 蘇州威世朋知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32235
• 代理人: 楊林潔;黃曉明

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種電容式壓力傳感器，屬于微機電系統(tǒng)(MEMS)?傳感器領(lǐng)域。

背景技術(shù)

壓力傳感器是將壓力信號轉(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樣，隨著應(yīng)用的普及及需求量的增加，壓力傳感器的發(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)展的一項高新技術(shù)，它采用先進(jìn)的半導(dǎo)體制備工藝，批量實現(xiàn)MEMS器件的制備。與對應(yīng)傳統(tǒng)壓力傳感器相比，采用MEMS技術(shù)制備的壓力傳感器在體積、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)制作的壓力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，壓力傳感器主要分為壓阻式、電容式以及壓電式等。目前，壓阻式壓力傳感器由于其制造工藝與半導(dǎo)體工藝兼容性高，制造工藝簡單，接口電路簡單等優(yōu)點，是目前壓力傳感器的主流技術(shù)。但是壓阻式壓力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加工工藝的成熟，加上電容式壓力傳感器本身尺寸小，成本低，溫度特性好、精度高、功耗低等諸多優(yōu)點，使得電容式壓力傳感器技術(shù)得到越來越多的關(guān)注。

電容式壓力傳感器是將壓力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力敏感膜形成，在外界壓力作用下，作為電容電極的壓力敏感膜產(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。

國外有一些公司采用絕緣襯底上的硅SOI材料來制作電容式壓力傳感器。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力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，所以有著較多的工藝限制。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力傳感器的一些設(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工藝只能通過時間控制，從而使工藝較難控制進(jìn)而導(dǎo)致最終器件離散性較大，降低了成品率；再次，此工藝依然需要將釋放孔密封形成真空腔的工藝，增加了工藝復(fù)雜性。所以，雖然此制造方法有部分公司采用，但是并未成為工業(yè)界的主流工藝。

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，來制作電容式壓力傳感器。此方法避免了復(fù)雜的氧化硅犧牲層掏空工藝以及將釋放孔密封形成真空腔的工藝，大大提高了工藝可制造性。此外，在硅片的鍵合面還可設(shè)有防止壓力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，目前也并未成為工業(yè)界的主流制作方法。

綜上所述，進(jìn)行工藝簡單、體積小、精度高、低功耗及低成本的電容式壓力傳感器及其制備方法的研究對整個壓力傳感器技術(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、工藝簡單的電容式壓力傳感器。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案: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。

作為本實用新型進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案，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。

作為本實用新型進(jìn)一步改進(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力傳感器的所述兩個電極。