[發明專利]小量程MEMS電容式壓力傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202210156339.5
• 申請日: 2022-02-21
• 公開（公告）號: CN114674485A
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 傅邱云;王靜;羅為;聶波
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;孝感華工高理電子有限公司
• 主分類號: G01L9/12
• 分類號: G01L9/12;G01L1/14;C23C16/50;C23C16/40;C23C16/34;B81C1/00;B81B3/00
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 徐俊偉

本發明涉及壓力傳感器技術領域，提供了一種小量程MEMS電容式壓力傳感器的制備方法，包括如下步驟：S1，于襯底上淀積下電極層，并將所述下電極層刻蝕形成單個陣列的下電極；S2，在所述下電極上淀積介質層，所述介質層作為所述下電極的保護層；S3，于所述介質層上淀積犧牲層；S4，接著經光刻、刻蝕形成下電極引出孔；S5，繼續沉積上電極，并在其表面形成犧牲層釋放孔；S6，對所述犧牲層進行釋放；S7，將所述犧牲層釋放孔進行密封，從而形成密封腔體。還提供一種小量程MEMS電容式壓力傳感器，由上述的制備方法制得。本發明由于工藝成熟，其所形成的硅微結構機械性能良好，尤其使用淀積Al/Ti側面釋放孔所形成的腔體結構密封性能優異。

技術領域

本發明涉及壓力傳感器技術領域，具體為一種小量程MEMS電容式壓力傳感器及其制備方法。

背景技術

壓力傳感器作為最為成熟的MEMS器件之一，目前主要用于測量一個大氣壓(100kPa)以上的壓力，并且已經實現商業化批量生產；測量100kPa以下壓力的傳感器受到制備困難和成本較高等客觀因素制約尚不常見。可是無論是在民用還是軍用方面，壓力傳感測試的需求越來越大，其應用環境也變得越來越多樣。其中，對小量程MEMS壓力傳感器的需求主要在大氣壓強和生物體內部壓力的測量。

由于待測的壓力小，靈敏度低是MEMS壓力傳感器測量小量程壓力時面對的最大難題。MEMS壓力傳感器種類多樣，依據作用機理的不同進行分類，主要有壓阻式和電容式兩種。摩托羅拉(Motorola)MPX5100系列壓阻式壓力傳感器是壓阻式壓力傳感器的重要商用代表。由于易受外界溫度影響，所以壓阻式壓力傳感器一般存在較大溫度漂移，且靈敏度低、功耗大，并不適合一些低功耗及精度高的應用領域。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、功耗低等諸多優點，使得電容式壓力傳感器技術得到越來越多的關注。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生變形導致電容間隙發生改變，從而導致電容值發生改變。此電容值的改變通過后續電路的處理變成電壓或者電流信號。

對于上述的極距變化型電容壓力傳感器是利用改變上下極板間距來改變電容值，具有固有的非線性特性，因此期望設計出線性度良好且靈敏度高的電容壓力傳感器。在專利CN105241584A中公開了一種電容式壓力傳感器，其在下移動極板中心鍵合一個移動質量塊，通過移動質量塊與固定電極間距的變化帶來電容的變化，從而實現壓力的測量。由于質量塊的移動為整體平行移動因此具有較高的線性度，但該傳感器的腔體是通過鍵合等一系列復雜工藝形成的，無法保證腔體長期的氣密性，并且由于質量塊本身的質量和體積無法適用于大壓力范圍的測量。在專利CN1484008A中公開了一種多層膜電容式壓力傳感器，該傳感器是通過多層膜結構來提高傳感器線性度，這對傳感器的體微加工工藝提出了更高的要求且不利于傳感器的小型化和集成化。

如今，在MEMS行業主要是利用體加工工藝來制造傳感器壓敏薄膜，然而體加工工藝無法制作超薄薄膜并且難以和CMOS工藝兼容。

發明內容

本發明的目的在于提供一種小量程MEMS電容式壓力傳感器及其制備方法，至少可以解決現有技術中的部分缺陷。

為實現上述目的，本發明實施例提供如下技術方案：一種小量程MEMS電容式壓力傳感器的制備方法，包括如下步驟：

S1，于襯底上淀積下電極層，并將所述下電極層刻蝕形成單個陣列的下電極；

S2，在所述下電極上淀積介質層，所述介質層作為所述下電極的保護層；

S3，于所述介質層上淀積犧牲層；

S4，接著經光刻、刻蝕形成下電極引出孔；

S5，繼續沉積上電極，并在其表面形成犧牲層釋放孔；

S6，對所述犧牲層進行釋放；