一种压力传感元件的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及传感器领域，更具体地，涉及一种差分电容式压力传感元件。
【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。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型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]本实用新型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10um-30um。
[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]本实用新型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。本实用新型的水平分布式差分电容结构使得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。
[0016]本实用新型的发明人发现，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，本实用新型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，故本实用新型是一种新的技术方案。
[0017]通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。
【附图说明】
[0018]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实用新型的实施例，并且连同其说明一起用于解释本实用新型的原理。
[0019]图1是根据本实用新型实施例的压力传感元件的结构图。
[0020]图2、图3是根据本实用新型实施例的压力传感元件的受外界压力变化下的状态图。
[0021]图4是根据本实用新型实施例的压力传感元件的原理图。
[0022]图5-16是根据本实用新型实施例的压力传感元件的制造过程图。
【具体实施方式】
[0023]现在将参照附图来详细描述本实用新型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实用新型的范围。
[0024]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，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。
[0025]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。
[0026]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。
[0027]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。
[0028]图1示出了根据本实用新型实施例的压力传感元件100，包括:并列设置于基底上的第一电容Cl和第二电容C2 ;第一电容Cl包括位于上方的第一压力敏感膜101以及位于下方的与第一压力敏感膜101相对的第一固定极板102、第一压力敏感膜101和第一固定极板102之间具有第一电容间隙320，第一固定极板102开设有第一通孔314 ;第二电容C2包括位于下方的第二压力敏感膜202以及位于上方的与第二压力敏感膜202相对的第二固定极板201，第二压力敏感膜202和第二固定极板201之间具有第二电容间隙321，第二固定极板201开设有第二通孔324 ;基底在第一电容Cl的下方设有第一凹槽103，第一凹槽103通过第一通孔314与第一电容间隙320连通并形成连通的第一密封真空腔；基底在第二电容C2的下方设有第二凹槽203，第二压力敏感膜202密封第二凹槽203形成第二密封真空腔；第一电容Cl和第二电容C2共同构成差分电容。
[0029]对于第一电容Cl的下极板102上设有通孔314，因此对压力不敏感，当有压力施加于第一电容Cl时其易于保持固定不变，成为固定极板；上极板101上没有通孔是密闭的，因此对压力敏感，当有压力施加于第一电容Cl时其会发生形变，成为可动极板。相对而言第二电容C2的下极板202上没有通孔是密闭的，因此对压力敏感，当有压力施加于第二电容C2时其会发生形变，成为可动极板；上极板201上有通孔，因此对压力不敏感，当有压力施加于第二电容C2时其易于保持固定不变，成为固定极板。
[0030]图2、图3为根据本实用新型实施例的压力传感元件的受外界压力变化下的状态图。如图所示，当外界压力增加时:第一电容Cl的上极板101对压力敏感，产生向下运动，第一电容Cl的下极板102对压力不敏感，固定不变，第一电容Cl的电容极板间距减小，第一电容Cl增大；同时第二电容C2的下极板202对压力敏感，产生向下运动，第二电容C2的上极板201对压力不敏感，固定不变，第二电容C2的电容极板间距增加，第二电容C2减小。
[0031]当外界压力减小时:第一电容Cl的上极板101对压力敏感，产生向上运动，第一电容Cl的下极板102对压力不敏感，固定不变，第一电容Cl的电容极板间距增加，第一电容Cl减小；同时第二电容C2的下极板202对压力敏感，产生向上运动，第二电容C2的上极板201对压力不敏感，固定不变，第二电容C2的电容极板间距减小，第二电容C2增大。
[0032]通过这样一对一增一减的差分电容，实现对压力的检测，并且实现对外界共模干扰信号不敏感，提高输出的稳定性和精度。图4示出了根据本实用新型实施例的压力传感元件的原理图，根据图2、3两个并列设置的电容Cl、C2形成了差分电容。
[0033]此外，为形成差分电容，第一压力敏感膜101和第二压力敏感膜202之间通过金属插塞105电连接。第一固定极板102上设有第一电连接部104，第二固定极板201上设有第二电连接部204，第一压力敏感膜101和第二压力敏感膜202通过金属插塞105与外部电路连通。
[0034]为实现第一电容Cl的第一密封腔和第二电容C2的第二密封腔之间空气自由流通，提高电容Cl和C2的一致性，提高芯片的性能，在基底上开设第三沟槽(图中未示出)，第一凹槽103和第二凹槽203之间通过第三沟槽连通。
[0035]第一固定极板102和第二压力敏感膜202的材质相同，可以在同一步骤中形成。第一压力敏感膜101和第二固定极板201的材质相同，可以在同一步骤中形成。第一电容Cl和第二电容C