一种环境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，涉及一种用于测量的环境传感器；本发明还涉及一种环境传感器制造方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着科学技术的发展，手机、笔记本电脑等电子产品的体积在不断减小，而且人们对这些便携电子产品的性能要求也越来越高，这就要求与之配套的电子零部件的体积也必须随着减小。
[0003]传感器作为测量器件，已经普遍应用在手机、笔记本电脑等电子产品上。在现有的工艺结构中，一般都是通过半导体加工的方式，在基材的表面沉积两个导电膜层，该两个导电膜层构成了平行电容结构。当外界的环境变化时，两个导电膜层之间的距离或相对面积发生变化，由此该平行电容结构可输出相应的检测电信号。这种平行设置的电容结构，占用的面积较大，不符合现代的发展要求。
【发明内容】
[0004]本发明的一个目的是提供一种环境传感器的新技术方案。
[0005]根据本发明的第一方面，提供了一种环境传感器，包括基材，在所述基材的上端设有至少一个凹槽，还包括位于基材上方的敏感膜层，所述敏感膜层包括固定在基材端面上的固定部，以及伸入至凹槽内的弯曲部，所述弯曲部与凹槽的侧壁构成了用于检测信号的电容器；其中，所述弯曲部、固定部与凹槽形成了密闭的容腔。
[0006]优选地，所述弯曲部悬空在所述凹槽内。
[0007]优选地，所述弯曲部的底端通过第一牺牲层固定在凹槽的底端。
[0008]优选地，所述敏感膜层还包括连接相邻两个弯曲部的连接部，所述连接部悬空在基材端面的上方。
[0009]优选地，在所述连接部上还设置有镂空，所述镂空将相邻两个弯曲部绝缘开；还包括填充所述镂空的第二牺牲层。
[0010]本发明还提供了一种环境传感器，包括基材，在所述基材的上端设有至少一个凹槽，还包括通过绝缘层至少设置在基材凹槽侧壁上的固定膜层；还包括位于基材上方的敏感膜层，所述敏感膜层包括固定在基材端面上的固定部，以及伸入至凹槽内的弯曲部，所述弯曲部与固定膜层的侧壁构成了用于检测信号的电容器；其中，所述弯曲部、固定部与凹槽形成了密闭的容腔。
[0011]本发明还提供了一种环境传感器的制造方法，包括以下步骤；
[0012]a)在基材的上端面刻蚀出凹槽，并在基材的上端面、凹槽的内壁上沉积第一牺牲层；
[0013]b)在第一牺牲层的上方沉积敏感膜层，该敏感膜层包括位于基材端面上的固定部，以及伸入至凹槽内的弯曲部；
[0014]c)对位于基材端面上的敏感膜层进行刻蚀，形成镂空；
[0015]d)通过该镂空至少将位于弯曲部与凹槽侧壁之间的第一牺牲层腐蚀掉；
[0016]e)在所述敏感膜层的上方沉积第二牺牲层，且该第二牺牲层将所述镂空密封；
[0017]f)将位于弯曲部上方位置的第二牺牲层腐蚀掉。
[0018]优选地，在步骤e)与步骤f)之间，还包括以下步骤:对第二牺牲层上位于镂空两侧的位置进行刻蚀以形成侧壁槽，并在第二牺牲层的上端沉积保护层，该保护层同时填充在侧壁槽内。
[0019]优选地，所述步骤d)中，将弯曲部与凹槽之间的第一牺牲层完全腐蚀掉，使弯曲部悬空在凹槽内。
[0020]优选地，所述步骤a)中在沉积第一牺牲层之前，还包括在凹槽的内壁上依次沉积第三牺牲层、固定膜层的步骤。
[0021 ] 本发明的环境传感器，敏感膜层的弯曲部与凹槽的侧壁构成了垂直式的电容器结构，当外界环境发生变化(例如压力变化)时，弯曲部会随之发生形变，由此可以改变弯曲部与凹槽侧壁之间的距离，使该电容器输出的信号发生变化。本发明的环境传感器，将传统设置在基材表面的电容器结构，改为垂直伸入基材内部的电容器结构，加大凹槽的深度即可增大电容器两个极板之间的感测面积，由此可大大缩小电容器在基材上的覆盖面积，满足了现代电子器件的轻薄化发展。
[0022]本发明的发明人发现，在现有技术中，传感器采用平铺在基材的表面上，由此占用了大量的芯片面积，不利于传感器小型化的发展。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。
[0023]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】
[0024]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。
[0025]图1是本发明环境传感器的结构示意图。
[0026]图2至图10是本发明环境传感器制造方法的工艺流程图。
[0027]图11是本发明环境传感器另一实施方式的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]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。
[0029]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。
[0030]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，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0031]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。
[0032]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被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0033]参考图1，本发明提供了一种环境传感器，其可以是压力传感器、温度传感器、湿度传感器等用于检测周围环境的传感器，其包括基材1，在所述基材1的上端面设有至少一个凹槽la，凹槽la的数量可以根据实际结构需要进行设置，该凹槽la的形状可以是U形槽结构，也可以是本领域技术人员所熟知的圆弧槽结构等。
[0034]本发明的环境传感器，还包括位于基材1上方的敏感膜层3，该敏感膜层3包括固定在基材1端面上的固定部3b，以及伸入至凹槽la中的弯曲部3a，其中，所述弯曲部3a与凹槽la的侧壁构成了用于检测周围环境的电容器结构。具体地，该敏感膜层3可以采用多晶硅材料，其可以通过沉积等方式设置在基材1上。其中，固定部3b与基材1之间可设置第一牺牲层2。在此需要注意的是，牺牲层可以采用氧化硅等本领域技术人员所熟知的材料，牺牲层同时还可以作为绝缘层使用，以保证部件之间的绝缘，这属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。通过第一牺牲层2使固定部3b与基材1之间互相绝缘；同时该第一牺牲层2可以将敏感膜层3支撑在基材1的上方，防止敏感膜层3中的弯曲部3a与基材1接触在一起。
[0035]弯曲部3a与凹槽la的形状相匹配，例如凹槽la为U形结构时，该弯曲部3a可以选择U形槽结构，也可以选择本领域技术人员所熟知的圆弧槽结构。弯曲部3a小于凹槽la的尺寸，使得该弯曲部3a可以伸入至凹槽la内。所述弯曲部3a、固定部3b与凹槽la共同围成了一密闭的容腔。
[0036]本发明的环境传感器，敏感膜层的弯曲部3a与凹槽la的侧壁构成了垂直式的电容器结构，当外界环境发生变化(例如压力变化)时，弯曲部3a会随之发生形变，由此可以改变弯曲部3a与凹槽la侧壁之间的距离，使该电容器输出的信号发生变化。本发明的环境传感器，其可以是长条形、梳齿状、螺旋状或者本领域技术人员所熟知的其它形状；将传统设置在基材表面的电容器结构，改为垂直伸入基材内部的电容器结构，加大凹槽的深度即可增大电容器两个极板之间的感测面积，由此可大大缩小电容器在基材上的覆盖面积，本发明环境传感器的覆盖面积可以缩小至传统传感器覆盖面积的1/5-1/10，或更小，这满足了现代电子器件的轻薄化发展。
[0037]在本发明一个优选的实施方式中，所述敏感膜层的弯曲部3a悬空在基材的凹槽la内，也就是说，弯曲部3a与凹槽la之间没有任何的连接关系，当外界环境发生变化时，弯曲部3a会随之发生形变，由此可以改变弯曲部3a与凹槽la侧壁之间的距离，使该电容器输出的信号发生变化。
[0038]在本发明另一优选的实施方式中，所述敏感膜层的弯曲部3a伸入至基材的凹槽la内，且弯曲部3a的底端与凹槽la的底端通过第二牺牲层4连接在一起，也就是说，通过第二牺牲层4将弯曲部3a的底端固定住。当外界环境发生变化时，由于弯曲部3a的底端被固定住，从而可以防止弯曲部3a在凹槽la内摆动，只有弯曲部3a侧壁的位置会随外界环境的变化而发生形变，由此改变了弯曲部3a与凹槽la侧壁之间的距离，使该电容器输出的信号发生变化。
[0039]在本发明一个优选的实施方式中，当凹槽la的数量设置有多个的时候，固定部3b可以设置在每个凹槽la的边缘位置，也可以仅设置在最外侧凹槽la的边缘。当设置在最外侧凹槽la的边缘时，所述敏感膜层3还包括连接相邻两个弯曲部3a的连接部3d，参考图1，且该连接部3d优选悬空在基材1端面的上方。此时由于弯曲部3a、连接部3d与基材1不接触在一起，也就是说，弯曲部3a、连接部3d均处于悬空的状态，这就提高了弯曲部3a的灵敏度，使得最终检测到的结果更为精准。
[0040]本发明的环境传感器，可以根据实际需要设置多组电容结构，这就需要在某些连接部3d上还设置镂空3c，参考图5，通过该镂空3c将相邻两个弯曲部3a绝缘开；同时，为了保证该环境传感器具有一密闭的容腔，还需要在镂空3c里填充第二牺牲层4，参考图7。本发明进一步优选的是，在该第二牺牲层的上端还可设置保护层5，通过该保护层5可以防止水或雾气进入至环境传感器的内部。
[0041]上述实施例中，环境传感器的电容器结构由敏感膜层的弯曲部3a、凹槽la的侧壁构成。在本发明另一具体的实施方