一种差分电容式mems压力传感器及其制造方法
【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的MEMS压力传感器；本发明还涉及一种差分电容式MEMS压力传感器的制造方法。
【背景技术】
[0002]现行的技术方案中，MEMS压力传感器主要有电容式和压阻式两种，其中，电容式MEMS压力传感器包括压力敏感膜、衬底和触点。压力敏感膜与衬底形成密封的真空腔，压力敏感膜形成的电容极板会对外界的压力变化做出反应；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，从而压力敏感膜与衬底形成的电容值会发生变化，进而由ASIC电路读出该电容的变化，来表征外界的压力变化。
[0003]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的，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弓I起电容变化外，其它干扰信号也会引起电容的变化，如应力、温度及其它的共模信号，都会影响电容的变化值，这些有害的信号不会加以衰减或滤除，而是随压力信号一并输出，进而影响压力检测的精度和稳定性。
【发明内容】
[0004]本发明的一个目的是提供一种差分电容式MEMS压力传感器的新技术方案。
[0005]根据本发明的第一方面，提供了一种差分电容式MEMS压力传感器，包括:
[0006]敏感结构层，包括位于中部的公共敏感部，以及位于公共敏感部边缘的公共支撑部，所述公共敏感部连接在公共支撑部的侧壁上，且公共支撑部的厚度大于公共敏感部的厚度，使得敏感结构层的截面整体呈哑铃型；
[0007]上固定电极结构层，包括悬置在公共敏感部上方、并与公共敏感部组成电容结构的上固定电极，所述上固定电极上设置有腐蚀孔；
[0008]下固定电极结构层，与上固定电极结构层结构一致，二者沿着敏感结构层上下对称，所述下固定电极结构层包括悬置在公共敏感部下方、并与公共敏感部组成电容结构的下固定电极；所述下固定电极上设置有腐蚀孔；
[0009]用于支撑的衬底，所述衬底与公共敏感部之间形成了真空腔。
[0010]优选地，所述公共支撑部上与公共敏感部连接的位置具有过渡的公共斜面，该公共斜面包括位于公共支撑部上表面的第一斜面，以及位于公共支撑部下表面的第二斜面。
[0011]优选地，所述上固定电极结构层包括连接上固定电极边缘的上固定电极支撑部，所述上固定电极支撑部通过绝缘层与公共支撑部的上表面连接；
[0012]所述下固定电极结构层包括连接下固定电极边缘的下固定电极支撑部，所述下固定电极支撑部与通过绝缘层与公共支撑部的上表面连接。
[0013]优选地，所述上固定电极结构层还包括呈倾斜状的上固定电极连接部，所述上固定电极通过上固定电极连接部与上固定电极支撑部连接，且所述上固定电极连接部位于第一斜面的上方，且与第一斜面具有相同的斜度；
[0014]所述下固定电极结构层还包括呈倾斜状的下固定电极连接部，所述下固定电极通过下固定电极连接部与下固定电极支撑部连接，且所述下固定电极连接部位于第二斜面的下方，且与第二斜面具有相同的斜度。
[0015]优选地，所述上固定电极连接部与第一斜面之间、所述下固定电极连接部与第二斜面之间分别设有绝缘层。
[0016]优选地，所述下固定电极支撑部上设置有导电部，该导电部贯穿绝缘层、公共支撑部与上固定电极支撑部连接在一起，并在上固定电极支撑部上隔离形成下固定电极的第一导电触点；
[0017]在所述公共支撑部上设置有导电部，该导电部贯穿绝缘层与上固定电极支撑部连接在一起，并在上固定电极支撑部上隔离形成公共敏感部的第二导电触点；
[0018]在所述上固定电极支撑部上还设置有上固定电极的第三导电触点。
[0019]优选地，所述衬底通过绝缘层连接在下固定电极结构层的下固定电极支撑部上。
[0020]优选地，所述衬底通过绝缘层连接在敏感结构层的公共支撑部上，所述下固定电极结构层悬置在真空腔内。
[0021]本发明还提供了一种上述MEMS压力传感器的制造方法，包括以下步骤:
[0022]a)在敏感结构层的一端刻蚀贯通其上下两端的通孔，之后在通孔的孔壁上生长绝缘层，并在通孔内填充多晶硅导电材料或金属部；
[0023]b)在敏感结构层上表面进行刻蚀或腐蚀，形成公共支撑部的下表面、第二斜面以及公共敏感部的下表面；
[0024]c)在整个敏感结构层的上表面生长绝缘层，并对绝缘层进行图形化刻蚀；
[0025]d)在绝缘层的上表面沉积下固定电极结构层，形成下固定电极支撑部、下固定电极连接部、下固定电极；且下固定电极支撑部与多晶硅导电材料或金属部连接在一起；
[0026]e)在下固定电极上刻蚀形成腐蚀孔；
[0027]f)通过腐蚀孔将下固定电极与公共敏感部之间的绝缘层腐蚀掉，将下固定电极从公共敏感部上释放开来；
[0028]g)将整个敏感结构层、下固定电极结构层翻转，并键合在衬底上，形成了位于衬底与公共敏感部之间的真空腔；
[0029]h)在敏感结构层上表面进行刻蚀或腐蚀，形成公共支撑部的上表面、第一斜面以及公共敏感部的上表面；
[0030]i)在整个敏感结构层的上表面生长绝缘层，并对绝缘层进行图形化刻蚀；
[0031]j)在绝缘层的上表面沉积上固定电极结构层，形成上固定电极支撑部、上固定电极连接部、上固定电极；且透过图形化的绝缘层，所述上固定电极支撑部与多晶硅导电材料或金属部、公共支撑部连接在一起；
[0032]k)在上固定电极支撑部的相应位置制作第一导电触点、第二导电触点、第三导电触点；
[0033]I)在上固定电极上刻蚀形成腐蚀孔；并在上固定电极支撑部上进行刻蚀，将第一导电触点、第二导电触点、第三导电触点相互隔离开；
[0034]m)通过腐蚀孔将上固定电极与公共敏感部之间的绝缘层腐蚀掉，将上固定电极从公共敏感部上释放开来。
[0035]优选地，在所述步骤g)和步骤h)之间，还包括将敏感结构层减薄到预定厚度的步骤。
[0036]本发明的MEMS压力传感器，上固定电极、公共敏感部、下固定电极构成了差分电容结构，从而增强了芯片对共模信号的抑制，提高了输出信号的信噪比；同时，本发明公共支撑部的厚度大于公共敏感部的厚度，使得敏感结构层的截面整体呈哑铃型，这就使得外围的公共支撑部可以屏蔽温度和应力所引起的应变，从而大大降低了由于温度和应力变化所传递到公共敏感部上的应变，提高了芯片的温度稳定性和应力稳定性。
[0037]本发明的发明人发现，在现有技术中，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弓I起电容变化外，其它干扰信号也会引起电容的变化，如应力、温度及其它的共模信号，都会影响电容的变化值，这些有害的信号不会加以衰减或滤除，而是随压力信号一并输出，进而影响压力检测的精度和稳定性。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。
[0038]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】
[0039]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。