一种压力传感元件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及传感器领域，更具体地，涉及一种差分电容式压力传感元件及其制造方法。
【背景技术】
[0002]目前，MEMS压力传感器多采用压阻式原理进行压力检测，利用压阻材料受到作用力后电阻率产生的变化进行压力检测。
[0003]除采用压阻式原理进行压力检测外，有少数厂家采用电容式检测，但均采用单电容检测的方式:由压力敏感膜与衬底形成密封真空腔，当外界的气压变化时，处在真空腔上方的压力敏感膜会发生弯曲，从而导致压力敏感膜与衬底形成的电容会发生变化，检测该电容变化即可取得外界压力。
[0004]上述电容式MEMS压力传感器是通过单个电容来检测外界压力变化，一般来说，外界气压变化所引起的电容变化量都是很小的，采用单个电容进行检测的误差很大。另外，除了外界的压力变化会引起电容变化外，其它干扰信号也会引起电容的变化，如应力、温度及其它共模信号，都会影响电容的变化值。单电容检测对外界的干扰信号无法滤除，会影响输出信号的噪声水平，降低信噪比。
[0005]理论上可以实现三层极板的垂直式差分电容压力检测，即上下两个固定极板和中间可动极板，需要可动极板与下极板之间形成密闭真空腔，但工艺上过于复杂难以实现，并且很难控制上下固定极板到中间可动极板的间距相同，削弱了差分的效果，带来的技术和成本问题难以解决。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种基于差分电容的压力传感元件的新的技术方案，采用水平方向并列设置的差分电容方案，很好地克服了上述提到的技术和成本的难题。
[0007]根据本发明的第一方面，提出了一种压力传感元件，包括:并列设置于基底上的第一电容和第二电容；所述第一电容包括位于上方的第一压力敏感膜以及位于下方的与第一压力敏感膜相对的第一固定极板、所述第一压力敏感膜和所述第一固定极板之间具有第一电容间隙，所述第一固定极板开设有第一通孔；所述第二电容包括位于下方的第二压力敏感膜以及位于上方的与第二压力敏感膜相对的第二固定极板，所述第二压力敏感膜和所述第二固定极板之间具有第二电容间隙，所述第二固定极板开设有第二通孔；所述基底在所述第一电容的下方设有第一凹槽，所述第一凹槽通过第一通孔与第一电容间隙连通并形成第一密封腔；所述基底在所述第二电容的下方设有第二凹槽，所述第二压力敏感膜密封所述第二凹槽形成第二密封腔；所述第一电容和第二电容共同构成差分电容。
[0008]优选的，所述第一固定极板和所述第二压力敏感膜的材质相同，所述第一压力敏感膜和所述第二固定极板的材质相同。
[0009]优选的，所述第一固定极板、第一压力敏感膜、第二固定极板、以及第二压力敏感膜是由单晶娃材料形成。
[0010]优选的，所述第一固定极板、第一压力敏感膜、第二固定极板、以及第二压力敏感膜的厚度为um-um。
[0011]优选的，所述第一固定极板的厚度等于或大于所述第一压力敏感膜的厚度；所述第二固定极板的厚度等于或大于所述第二压力敏感膜的厚度。
[0012]优选的，所述第一压力敏感膜和第二压力敏感膜之间通过金属插塞电连接。
[0013]优选的，所述第一固定极板上设有第一电连接部，所述第二固定极板上设有第二电连接部，所述第一压力敏感膜和所述第二压力敏感膜通过金属插塞与外部电路连通。
[0014]优选的，所述基底上设置有第三沟槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽之间通过第三沟槽连通。
[0015]根据本发明的第二方面，提出了一种制造压力传感元件的方法，所述压力传感元件包括第一电容和第二电容，所述第一电容包括第一可动极板和第一固定极板，所述第二电容包括第二可动极板和第二固定极板，包括如下步骤:
[0016]S1、提供用以形成第一固定极板和第二可动极板的第一晶片；
[0017]S2、在第一晶片上形成第一隔离槽以隔离第一固定极板和第二可动极板；
[0018]S3、在第一晶片具有第一隔离槽的一面上形成第一隔离层；
[0019]S4、对第一隔离层进行构图和蚀刻以形成第一可动极板和第一固定极板之间的电容间隙、第二可动极板和第二固定极板之间的电容间隙、以及第一连接通孔；
[0020]S5、提供用以形成第一可动极板和第二固定极板的第二晶片，以及将第二晶片与第一隔离层键合；
[0021]S6、对第一晶片的背面进行减薄直至暴露所述第一隔离槽；
[0022]S7、对第一晶片进行构图和蚀刻以在第一固定极板上形成多个第一通孔；
[0023]S8、提供基底，所述基底的一面设置有第一凹槽和第二凹槽；
[0024]S9、将第一晶片与基底设置有凹槽的一面键合，令所述第一凹槽对准第一固定极板的通孔，所述第二凹槽对准第二可动极板；
[0025]S10、对第二晶片的背面进行减薄，达到与第一晶片基本相同的厚度；
[0026]S11、对第二晶片进行构图和蚀刻，形成与第一连接通孔318相对应的第二连接通孔，并对第一连接通孔和第二连接通孔进行金属填充形成连通第一可动极板和第二可动极板的金属插塞；
[0027]S12、对第二晶片进行构图和蚀刻，以形成与第一固定极板相对的第一可动极板、与第二可动极板相对的具有多个第二通孔的第二固定极板、以及隔离第一可动极板和第二固定极板的第二隔离槽。
[0028]优选的，所述第一晶片和第二晶片由单晶硅材料形成；所述第一固定极板、第一可动极板、第二固定极板、以及第二可动极板的厚度为10um-30um。
[0029]本发明的压力传感元件基于差分电容进行检测，对外界共模干扰信号不敏感，可以实现高精度和高稳定性地输出。同时还提供了一种制造压力传感元件的方法，制造工艺流程简单并且容易控制，由于差分电容的固定极板和可动极板之间的间隙是在同一步骤完成的，差分电容的间距可以做到完全一致，提高了差分的效果。
[0030]本发明的发明人发现，在现有技术中，很难实现差分电容检测压力，现有技术中没有基于水平分布式差分电容结构的压力传感元件。因此，本发明所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的，故本发明是一种新的技术方案。
[0031]通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
【附图说明】
[0032]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发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
[0033]图1是根据本发明实施例的压力传感元件的结构图。
[0034]图2、图3是根据本发明实施例的压力传感元件的受外界压力变化下的状态图。
[0035]图4是根据本发明实施例的压力传感元件的原理图。
[0036]图5-16是根据本发明实施例的压力传感元件的制造过程图。
【具体实施方式】
[0037]现在将参照附图来详细描述本发明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发明的范围。
[0038]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，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
[0039]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，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0040]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。
[0041]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