[發明專利]電容型絕壓傳感器及其制造方法

無效

• 申請號: 201310433681.6
• 申請日: 2013-09-23
• 公開（公告）號: CN103512698A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 張治國;李穎;祝永峰;劉劍;鄭東明;張哲;張娜
• 申請（專利權）人: 沈陽儀表科學研究院有限公司
• 主分類號: G01L9/12
• 分類號: G01L9/12
• 代理公司: 沈陽科威專利代理有限責任公司 21101
• 代理人: 楊濱

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，具體地說是一種利用單晶硅材料、利用微電子和微機械加工融合技術制作的電容型絕壓傳感器及其制造方法。

背景技術

硅電容壓力傳感器是一種新型的結構型壓力傳感器，其核心敏感器件采用單晶硅材料，利用微電子和微機械加工融合技術制作，由于硅材料彈性體的材料的自身優勢，使硅電容傳感器與以往的金屬電容傳感器相比，在測量精度、穩定性等方面都具有更加明顯的優勢。硅電容傳感器的核心敏感器件把外加的大氣壓力信號轉換為相應的電容變化，檢測電路則把電容的變化轉換為需要的電信號，對該電信號進行處理就可以得到響應的輸出信號。作為智能壓力變送器的核心壓力檢測部件，可以在多個測量中得到應用。

傳統的壓力傳感器通常是機械式的，體積相對來說比較大，這樣對集成化和微型化有很多的不利。如果使用MEMS技術之后，上面所說的缺點就可以得以解決，而且可以使它的性能變得更加的好，還可以使成本大大地降低。現在使用了MEMS技術之后得到廣泛應用的壓力傳感器一般分為電容式和壓阻式兩類。電容式壓力傳感器的溫漂比較小，精密度很好，但是它的線性度比較差，而且很容易受到寄生電容的有關影響。而壓阻式壓力傳感器跟它相比，溫漂就比較大、精密度比較低以及一致性比較差，但是它的線性度卻是很好的。隨著電子技術的發展，應用電路對電容傳感器的線性補償非常容易實現，電容壓力傳感器由于具有精度高的優勢，在高性能的壓力測量方面具有很好的優勢。

目前硅電容壓力傳感器核心部件是由玻璃-硅-玻璃形成的差動電容結構實現，在不考慮外部封裝結構的情況下，由于玻璃和硅為異種材料，其特性存在差異，導致最終形成的檢測部件的特性受到溫度、靜壓的影響，導致傳感器的輸出信號具有比較大的溫度漂移和靜壓誤差。

電容壓力傳感器應用領域有：工業過程檢測、環境的監測、氣象的預報、航天和航空等等，在這些領域里，它的應用是十分廣泛的。分為壓差式（差壓、表壓）、絕壓式。在某些測量環境下比如測量大氣壓時，無法使用壓差傳感器，因為被測的是相對真空狀態下的絕對壓，由于壓差傳感器是測量兩點之間壓差的測量單元，即不能測量絕對壓力。絕壓型傳感器其結構設計及工藝實現方面有比較大的差異。

對于電容型絕壓傳感器，其測量電容一般處于真空腔室內，其敏感電容電極必須引出到腔室外，以實現電容檢測。一些采用硅-玻璃結構的絕壓傳感器其內部極板導出線是穿過鍵合面與外部電極連接的，鍵合面氣密性不易有效保證，會導致微漏氣傳感器出現輸出漂移，致使傳感器無法長期正常工作。為保證在長時間使用時，傳感器長期正常工作，需要一種能夠長久保持真空密閉狀態的結構。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用單晶硅材料、利用微電子和微機械加工融合技術制作的電容型絕壓傳感器及其制造方法。

本發明的目的是這樣實現的：它包括有玻璃—硅復合極板和硅可動極板，其特征是：在硅可動極板下固定一個玻璃—硅復合極板，所述硅可動極板是在兩面拋光的硅片層兩側的中心島部分固定有氧化硅層，硅片層一端的側面固定有金屬層，該硅片層的厚度為380~420微米；所述玻璃—硅復合極板是玻璃層固定在單晶硅材料層上方，玻璃層中心位置帶有通孔，與玻璃層上的通孔對應的硅片上固定有金屬層，在該金屬層上方固定有電極層；在所述單晶硅材料層上的一端同樣固定有金屬導電層。

上述電容型絕壓傳感器的制作方法如下：其中的玻璃—硅復合極板制造方法為：

首先對單晶硅材料進行熱氧化，然后對熱氧化后的單晶硅材料進行光刻，形成帶有開孔的氧化屏蔽膜，再進行對單晶硅材料整體進行各項異性腐蝕，腐蝕厚度5微米，去掉氧化屏蔽膜，并在開孔位置腐蝕出電極槽，在單晶硅材料帶有電極槽的一側濺射金屬層，對金屬層光刻去除多余金屬并合金，制成電極；在玻璃層相對于單晶硅材料的電極位置制出通孔，將通孔與電極同心定位并固定后，對單晶硅材料和玻璃層進行靜電封接；在封接后的玻璃—硅極板上玻璃層表面濺射金屬層，最后進行光刻，保留通孔處由金屬形成的電極層及電極槽內的金屬層；

硅可動極板的制造方法為：對厚度為380~420微米的雙面拋光硅片層進行熱氧化，對氧化后的硅片層進行光刻、去膠，光刻時保留中心島處的氧化膜，對于硅片層進行各項異性腐蝕，在中心島邊緣腐蝕出凹陷，形成電容間隙，再次對硅片層進行熱氧化并光刻，依舊保留中心島處的氧化膜，再次進行各項異性腐蝕，消除硅片層兩端的氧化層；對硅片一端的上表面進行局部金屬濺射，并對濺射后產生的金屬層進行光刻，制出電極。