一种差分电容式mems压力传感器的制造方法_2

文档序号:10054486阅读:来源:国知局
提供支撑,使上固定电极32保持在预定的位置上。上固定电极32的边缘与上固定电极支撑部30连接在一起,使得上固定电极32被上固定电极支撑部30环绕起来。其中,上固定电极支撑部30通过绝缘层5支撑在敏感结构层2的公共支撑部20的上端面,使得上固定电极32可以悬置在公共敏感部22的上方,二者之间留有供第一检测电容工作的空间23。
[0037]本实用新型的下固定电极结构层4位于敏感结构层2的下方,其与上固定电极结构层3的结构一致,二者沿着敏感结构层2上下对称。包括悬置在公共敏感部22下方的下固定电极42,下固定电极42可通过本领域技术人员所熟知的方式支撑并悬置在公共敏感部22的下方,使得该公共敏感部22可与下固定电极42构成一可用于检测压力变化的第二检测电容。
[0038]在本实用新型一个具体的实施方式中,所述下固定电极结构层4还包括位于下固定电极42边缘的下固定电极支撑部40,该下固定电极42和下固定电极支撑部40可以是一体的,采用多晶硅材料制成。下固定电极支撑部40主要为下固定电极42提供支撑,使下固定电极42保持在预定的位置上。下固定电极42的边缘与下固定电极支撑部40连接在一起,使得下固定电极42被下固定电极支撑部40环绕起来。其中,下固定电极支撑部40通过绝缘层5连接在敏感结构层2的公共支撑部20的下端面上,使得下固定电极42可以悬置在公共敏感部22的下方,二者之间留有供第二检测电容工作的空间。
[0039]在本实用新型一个具体的实施方式中,可将下固定电极支撑部40通过绝缘层键合在衬底1上,并使衬底1与下固定电极42之间形成一真空腔7。此时,为了使公共敏感部22可以感应外界压力变化而发生弯曲变形,在所述上固定电极32上设置有多个腐蚀孔33,通过该多个腐蚀孔33,使得公共敏感部22可以与外界连通起来。在本实用新型一个优选的实施方式中,在所述下固定电极42上也设置有多个腐蚀孔43,此时,可以看成,真空腔7由公共敏感部22和衬底1围成,从而提高了真空腔7的容积,使得公共敏感部22的形变力度更能反应出外界压力变化的力度。
[0040]在本实用新型另一个具体的实施方式中,参考图14,所述衬底1通过绝缘层键合在敏感结构层2的公共支撑部20上,这就使得所述下固定电极结构层4整体悬置在真空腔7内。将下固定电极结构层4与衬底1的键合区域分开,可以防止键合工艺对下固定电极结构层4造成损伤。另外,还可以将上、下固定电极上对灵敏度没有贡献的部分刻蚀掉,降低上、下固定电极对公共敏感部22的寄生电容,以起到抑制噪声的目的。这种降低寄生电容的方法属于本领域技术人员的公知常识,在此不再具体说明。
[0041]本实用新型的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,本实用新型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。
[0042]在本实用新型一个优选的实施方式中,所述公共支撑部20上与公共敏感部22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20上表面的第一斜面21,以及位于公共支撑部20下表面的第二斜面24,公共敏感部22与公共支撑部20上的公共斜面连接,使得公共敏感部22、公共支撑部20的公共斜面形成了近似等腰梯形的凹槽;同时,通过设置的公共斜面,使得在制作上固定电极结构层3、下固定电极结构层4时,上固定电极结构层3、下固定电极结构层4沉积在具有阶梯坡度的敏感结构层2上,能够大大降低薄膜的内应力。
[0043]为了和敏感结构层2对应起来,所述上固定电极结构层3还包括呈倾斜状的上固定电极连接部31,所述上固定电极32通过上固定电极连接部31与上固定电极支撑部30连接,其中,上固定电极连接部31与第一斜面21具有角度相同的斜度,使得上固定电极连接部31与第一斜面21完全平行。选择整个上固定电极结构层3具有均一的厚度,也就是说,整个上固定电极结构层3的结构走向与敏感结构层2上表面的结构完全一致。其中,上固定电极支撑部30通过绝缘层5平行地支撑在公共支撑部20的上方,所述上固定电极连接部31、上固定电极32通过上固定电极支撑部30分别平行地支撑悬置在第一斜面21、公共敏感部22的上方。进一步优选的是,上固定电极连接部31与第一斜面21之间也可设置绝缘层,该位置的绝缘层与上固定电极支撑部30、公共支撑部20之间的绝缘层5是一体的。
[0044]下固定电极结构层4、上固定电极结构层3相对于敏感结构层2上下对称,为了和敏感结构层2对应起来,所述下固定电极结构层4还包括呈倾斜状的下固定电极连接部41,所述下固定电极42通过下固定电极连接部41与下固定电极支撑部40连接。其中,下固定电极连接部41与第二斜面24具有角度相同的斜度,使得下固定电极连接部41与第一斜面21完全平行。选择整个下固定电极结构层4具有均一的厚度,也就是说,整个下固定电极结构层4的结构走向与敏感结构层2下表面的结构完全一致。其中,下固定电极支撑部40通过绝缘层5平行地连接在公共支撑部20的下方,所述下固定电极连接部41、下固定电极42通过下固定电极支撑部40分别平行地悬置在第二斜面24、公共敏感部22的下方。进一步优选的是,下固定电极连接部41与第二斜面24之间也可设置绝缘层,该位置的绝缘层与下固定电极支撑部40、公共支撑部20之间的绝缘层5是一体的。
[0045]本实用新型的MEMS压力传感器,需要将上固定电极32、公共敏感部22、下固定电极42的电信号引出,通过电路来获得第一检测电容、第二检测电容的数值。在此,可通过本领域技术人员所熟知的方式将上述三个极板的信号引出。在本实用新型一个具体的实施方式中,参考图1,所述下固定电极支撑部40上设置有导电部,该导电部的下端与下固定电极支撑部40连接,其上端贯穿绝缘层5、公共支撑部20,与上固定电极支撑部30连接在一起,并在上固定电极支撑部30上形成下固定电极42的第一导电触点80。
[0046]在所述公共支撑部20上也可设有导电部,该导电部贯穿绝缘层5与上固定电极支撑部30连接在一起,并在上固定电极支撑部30的相应位置上形成公共敏感部22的第二导电触点81 ;在所述上固定电极支撑部30上还设置有上固定电极32的第三导电触点82。三个导电触点均设置在上固定电极支撑部30上,为了彼此之间的绝缘,可在上固定电极支撑部30上进行图形化处理,形成隔离区9,从而将上固定电极支撑部30上三个导电触点的区域彼此隔离开。
[0047]上述的导电部起到电导通的作用,其可以是本领域技术人员所熟知的任意导电材料,其可以是金属材料,也可以是多晶硅材料。应用到本实用新型的技术方案中,公共支撑部20与上固定电极支撑部30之间的导电部也可以采用多晶硅材料,其与上固定电极支撑部30采用相同的材质,在此,可以理解为该导电部与上固定电极支撑部30是一体的。下固定电极支撑部40与上固定电极支撑部30之间的导电部,包括位于公共支撑部20中的金属部6,其中金属部6的上、下两端分别通过电连接部与上固定电极支撑部30、下固定电极支撑部40连接在一起;该电连接部可以为多晶硅材料,其与上固定电极支撑部30、下固定电极支撑部40上采用相同的材质,在此,可以理解为该两个导电部分别与上固定电极支撑部30、下固定电极支撑部40是一体的。
[0048]本实用新型还提供了一种上述MEMS压力传感器的制造方法,包括以下步骤:
[0049]a)在敏感结构层2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5,并在通孔内填充多晶硅导电材料或金属部6,参考图2 ;敏感结构层2可以采用单晶硅材料,通过绝缘层5与通孔内的多晶硅导电材料或金属部6保持绝缘;
[0050]b)在敏感结构层2的上表面进行刻蚀或腐蚀,形成公共支撑部20的下表面、第二斜面24以及公共敏感部22的下表面,参考图3 ;可通过各向异性腐蚀的方法,在敏感结构层2的上表面形成呈等腰梯形的凹槽,该凹槽的底部为公共敏感部22的下表面,其侧壁为公共支撑部20的第二斜面24 ;
[0051]c)在整个敏感结构层2的上表面生长一层绝缘层5,使得该绝缘层5覆盖在敏感结构层2的整个上表面;对绝缘层5进行图形化刻蚀,将位于多晶硅导电材料或金属部6上方的绝缘层5刻蚀掉,形成刻蚀孔60,从而将多晶硅导电材料或金属部6的端面露出,参考图4 ;
[0052]d)在绝缘层5的上表面沉积下固定电极结构层4,
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