专利名称：压容式传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种传感器，特别是汽车轮胎压力监视系统的传感器。
背景技术：
汽车轮胎压力监视系统(Tire Pressure Monitoring System)简称TPMS，用于汽车行驶时自动监测汽车轮胎气压，对轮胎出现漏气、气压过高和气压过低时进行报警，以保障行车安全。
汽车在高速行驶时，轮胎故障是所有驾驶者最为担心和最难预防的，也是突发性交通事故发生的重要原因。据统计，在高速公路上发生交通事故有70～80％是由于爆胎引起的。有关专家分析，保持标准的车胎气压和及时发现车胎漏气是防止爆胎的关键。
目前TPMS主要分为两种类型一种是基于车轮速度的间接式系统WSB TPMS，另一种是基于压力传感器的直接式系统PSBTPMS，后者在功能和性能上均优于前者。
TPMS中的压力传感器有压容式传感器和压阻式传感器，目前国际上主要采用的是压阻式传感器。压阻式传感器是用扩散法或淀积法将压电电阻制作在膜上，再将电阻组成惠斯顿电桥接入电路，其主要优点是制造工艺比较传统成熟，参数测量线性度能满足一般要求，输出信号是方便测量的电压；其主要缺点是温度敏感性和漂移大，再就是灵敏度低，不适合于超低压差的精确测量。
压容式传感器也称电容式传感器，具有固有的低温度敏感性且功耗非常低，灵敏度大大高于压阻式传感器，通常能够获得30％到50％的电容变化，而压阻式其电阻变化最多只有2％到5％；此外，压容式传感器对温度变化的固有敏感性低，表现出更好的长期稳定性。但目前所采用的压容式传感器有参数测量中一定程度非线性的缺点，测量小电容变化所需要的电路接口比较复杂，这主要是由于这种传感器属于非接触型所致，其电容变化是由极板间距变化引起的。另外一种所谓接触型压容式传感器，其电容变化是由极片接触面积变化引起，这种压容式传感器的参数测量线性度高，克服了非接触型压容式传感器线性度低的缺点，可是这种传感器目前尚未见报道。
发明内容
本实用新型要解决所述TPMS中压阻式传感器灵敏度低，温度所致影响大，功耗电流大，以及目前采用的压容式传感器非线性及电路相对复杂的问题，为此提供本实用新型的一种压容式传感器，这种传感器灵敏度高，温度影响小，稳定性好，测量线性度高，功耗极低。
为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案是设有硅片衬底层，硅片衬底层上设有空腔，其特殊之处是所述的硅片衬底层上面具有二氧化硅层，硅片衬底层的空腔底部具有二氧化硅层，在所述的二氧化硅层上面复合有硅膜层，在所述相互复合的硅膜层和二氧化硅层上刻有开口的半封闭型凹槽I位于所述空腔的外围，所述硅膜层以凹槽I为界分为槽外硅膜层和腔上硅膜层，在所述相互复合的硅膜层和二氧化硅层上还刻有开口的半封闭型凹槽II，凹槽I与凹槽II在所述开口处相互贯通，在所述凹槽II内围的硅膜层上复合有金属层I，金属层I与腔上硅膜层相互连接，在相互复合的硅膜层和二氧化硅层上还刻有凹腔，凹腔底部复合有金属层II与硅片衬底层结合，在所述槽外硅膜层上复合有金属层III。
所述的凹槽I、凹槽II为具开口处的半封闭型凹槽，凹槽I使所述腔上硅膜层与槽外硅膜层相互分隔开，凹槽II使所述金属层I和位于金属层I下面的硅膜层与槽外硅膜层分隔开。凹槽I和凹槽II在各自开口处相互贯通，贯通处为贯通凹槽，所述金属层I与腔上硅膜层相互连接是在该贯通凹槽内相互连接，连接段与所述槽外硅膜层分隔开；腔上硅膜层是半导体材料，与金属层I连接后相互间具有导电性。
金属层I与腔上硅膜层相互连接，二者则与槽外硅膜层相分隔；金属层II置于所述凹腔与硅片衬底层接触；金属层III复合于槽外硅膜层。通过金属层I和金属层II可以测量可变电容，通过金属层II和金属层III可以测量固定电容。汽车轮胎气压变化引起腔上硅膜层形变，在监测电路中，这种形变产生电容变化，继而产生电压变化。
所述硅片衬底层上面的二氧化硅层以及空腔底部的二氧化硅层作为电容介质，防止电容击穿。
本实用新型由于硅片衬底层上面具有二氧化硅层，硅片衬底层的空腔底部具有二氧化硅层，硅片衬底层上具有半封闭型凹槽I，硅片衬底层的二氧化硅层上面具有腔上硅膜层和槽外硅膜层，设有金属层I与腔上硅膜层连接，设有金属层II与硅片衬底层结合，设有金属层III复合于所述槽外硅膜层上面，故本实用新型通过腔上硅膜层与空腔底部的二氧化硅层接触面积的变化，引起电容变化，而接触面积变化是由汽车轮胎气压变化引起，由此产生压力传感效果；本实用新型的特点是测量灵敏度高，线性度高，温度影响小，稳定性高，功耗低。
图1是本实用新型平面结构示意图；图2是图1A-A剖视结构示意图；图3是图1B-B剖视结构示意图；图4是本实用新型制作过程中硅片衬底层及其上的二氧化硅层示意图；图5是本实用新型制作过程中硅片衬底层形成空腔示意图；图6是本实用新型制作过程中硅片空腔底部生长成的二氧化硅层示意图；图7是本实用新型制作过程中在空腔硅片上复合SOI片(绝缘层上硅)示意图；图8是本实用新型制作过程中除去SOI片中硅层示意图；图9是本实用新型制作过程中除去SOI片中二氧化硅层示意图。
图中标记为1凹槽II，2金属层I，3凹腔，4金属层II，5金属层III，6腔上硅膜层，7凹槽I，8槽外硅膜层，9空腔，10硅片衬底层，11二氧化硅层，12二氧化硅层，13硅层，14二氧化硅层，15硅膜层。
具体实施方式
压容式传感器，具有硅片衬底层10，硅片衬底层10上设有空腔9，硅片衬底层10上面具有二氧化硅层11，硅片衬底层10的空腔9底部具有二氧化硅层12，在所述的二氧化硅层11上面复合有硅膜层，在所述相互复合的硅膜层和二氧化硅层11上刻有具开口处的半封闭型凹槽I 7位于所述空腔9的外围，所述硅膜层以凹槽I7为界分为槽外硅膜层8和腔上硅膜层6，在所述相互复合的硅膜层和二氧化硅层上还刻有具开口处的半封闭型凹槽II1，凹槽I1与凹槽II7在所述开口处相互贯通，在凹槽II1内围的硅膜层上复合有金属层I2，金属层I2与腔上硅膜层6相互连接，在相互复合的硅膜层和二氧化硅层上还刻有凹腔3，凹腔3底部复合有金属层II4与硅片衬底层10结合，在所述槽外硅膜层8上复合有金属层III5。
本实用新型制备过程见图4，取硅片衬底层10，厚度500微米，采用干氧-湿氧-干氧方式氧化，表面形成二氧化硅层11，厚度2～5微米；图5，光刻、腐蚀，形成空腔9；图6，干氧氧化，形成腔底二氧化硅层12；图7，通过SOI片与硅片衬底上的二氧化硅层键合成一个带有硅片层13、二氧化硅层14和硅膜层15的复合基片；图8，深硅腐蚀，除去硅片层；图9，腐蚀除去二氧化硅层，留下硅膜层，厚度1.5微米；图1、图2，刻蚀，形成凹槽I7、凹槽II1和凹腔3，凹槽I与凹槽II贯通，以凹槽I7为界，硅膜层15被分隔为槽外硅膜层8和腔上硅膜层6；图3，凹槽II1内围区复合金属层I 2与腔上硅膜层6连接，凹腔底部复合金属层II4，槽外硅膜层上复合金属层III5，金属层I、金属层II金属层III为铝层，制成本实用新型的压容式传感器。
权利要求1.压容式传感器，具有硅片衬底层(10)，硅片衬底层(10)上设有空腔(9)，其特征是所述的硅片衬底层(10)上面具有二氧化硅层(11)，硅片衬底层(10)的空腔(9)底部具有二氧化硅层(12)，在所述的二氧化硅层(11)上面复合有硅膜层，在所述相互复合的硅膜层和二氧化硅层(11)上刻有开口的半封闭型凹槽I(7)位于所述空腔(9)的外围，所述硅膜层以凹槽I(7)为界分为槽外硅膜层(8)和腔上硅膜层(6)，在所述相互复合的硅膜层和二氧化硅层上还刻有开口的半封闭型凹槽II(1)，凹槽I(1)与凹槽II(7)在所述开口处相互贯通，在凹槽II(1)内围的硅膜层上复合有金属层I(2)，金属层I(2)与腔上硅膜层(6)相互连接，在相互复合的硅膜层和二氧化硅层上还刻有凹腔(3)，凹腔(3)底部复合有金属层II(4)与硅片衬底层(10)结合，在所述槽外硅膜层(8)上复合有金属层III(5)。
专利摘要测量灵敏度和线性度高，温度影响小的压容式传感器，硅片衬底层上设有空腔(9)，硅片衬底层上面具有二氧化硅层其上面复合有硅膜层，空腔底部具有二氧化硅层，在相互复合的硅膜层和二氧化硅层上刻有凹槽I(7)位于空腔的外围，所述硅膜层以凹槽I为界分为槽外硅膜层(8)和腔上硅膜层(6)，在相互复合的硅膜层和二氧化硅层上还刻有凹槽II(1)，凹槽I(1)与凹槽II相互贯通，在凹槽II(1)内围的硅膜层上复合有金属层I(2)，金属层I与腔上硅膜层相互连接，在相互复合的硅膜层和二氧化硅层上还刻有凹腔(3)其底部复合有金属层II(4)与硅片衬底层(10)结合，槽外硅膜层(8)上复合有金属层III(5)。本实用新型用作汽车轮胎压力监视系统的传感器。
文档编号G01L9/12GK2870174SQ20052011649
公开日2007年2月14日 申请日期2005年11月17日 优先权日2005年11月17日
发明者陈旭远, 赵玉成 申请人:杭州科岛微电子有限公司, 厦门大学萨本栋微机电研究中心