電容式mems壓力傳感器的製造方法

2023-05-12 09:35:16 1

電容式mems壓力傳感器的製造方法
【專利摘要】一種電容式MEMS壓力傳感器，由於將檢測薄膜和電容上下電極分開，而不是作為其中之一，器件工作時，外界工作介質與檢測薄膜接觸，壓迫檢測薄膜，帶動檢測電極下極板動作，改變了上下電極極板間間距，產生電容變化，進而由引線引出至外接電容檢測電路，由偵測電容的改變量得出上下電極極板間間距的變化，進而換算成工作介質的壓力數值。由於上下電極不再受力變形，其有效面積基本恆定，電容值由間距決定，同時檢測薄膜和檢測電容的面積可分開調節，在設計器件時在規定的器件參數下可以更加靈活的調整器件尺寸，以降低成本。本發明也從器件結構上迴避了傳統壓力傳感器中為提高靈敏度而調整薄膜尺寸所引入的非線性以及動態響應範圍改變的問題。
【專利說明】電容式MEMS壓力傳感器

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種壓力傳感器，特別涉及一種電容式MEMS壓力傳感器。

【背景技術】
[0002] 電容式壓力傳感器具有低溫漂、高靈敏度、低噪聲和較大的動態範圍等顯著的優 點而被廣泛應用。接觸式電容壓力傳感器由矽膜片、襯底、襯底電極和絕緣層構成。矽 膜片和襯底電極間構成一個電容結構；受壓力作用後矽膜片變形，此時電極間距d發生 了相應的變化。MEMS電容式壓力傳感器包括了兩個電容：一個是用於測量的測量電 容Cx，另一個是用於溫度補償的參考電容C。，當膜片（上電極）受到壓力p作用時發生 變形，隨著壓力的增大膜片與襯底的距離逐漸縮小，在壓力達到接觸點壓力（即膜片中 心接觸到絕緣層時的壓力）之前，測量電容器的電容值由C=eA/d決定，式中，e、A、 d分別是電極間的介電常數、有效面積和極板間距。壓力載荷引起的極板間距d的變 化必然會使電容C發生相應的變化。當壓力p繼續增加時，達到接觸點之後，測量電 容值則由非接觸電容和接觸電容決定。在極坐標系下的非接觸電容量的積分表達式為

【權利要求】
1. 電容式MEMS壓力傳感器，其特徵在於，包括： 襯底； 檢測薄膜，固定鋪設於所述襯底的上表面上；所述襯底上設有使檢測薄膜與外界工作 介質接觸並承受其壓力的通孔或溝槽； 具有引線的上電極板，其固定連接於所述襯底的上表面上或所述檢測薄膜上，並位於 所述檢測薄膜上方且與所述檢測薄膜之間形成間隙； 具有引線的下電極板，其固定設置於所述檢測薄膜上，並位於所述檢測薄膜與所述上 電極板之間的間隙中，所述下電極板與所述上電極板構成電容。
2. 根據權利要求1所述的電容式MEMS壓力傳感器，其特徵在於，所述下電極板的中部 與所述檢測薄膜點連接或通過一凸起或柱體連接。
3. 根據權利要求1或2所述的電容式MEMS壓力傳感器，其特徵在於，所述檢測薄膜 為導體，並設有引線，所述上電極板與所述檢測薄膜之間形成腔室，所述上電極板上設置有 至少一個貫穿的釋放孔，所述下電極板位於所述腔室中並與所述檢測薄膜通過絕緣材料連 接，所述上電極板固定連接於所述襯底的上表面上或通過絕緣材料連接於所述檢測薄膜 上。
4. 根據權利要求3所述的電容式MEMS壓力傳感器，其特徵在於，所述下電極板下表面 幾何中心處向下延伸形成一連接部，所述連接部與所述檢測薄膜的工作部上表面的幾何中 心處通過絕緣層固定連接。
5. 根據權利要求3所述的電容式MEMS壓力傳感器，其特徵在於，所述襯底從上到下依 次為氮化矽層、二氧化矽層和矽，所述檢測薄膜設置於所述氮化矽層上。
6. 根據權利要求3所述的電容式MEMS壓力傳感器，其特徵在於，所述檢測薄膜為多晶 矽薄膜。
7. 根據權利要求3所述的電容式MEMS壓力傳感器，其特徵在於，所述上電極板和下電 極板均為多晶矽製成。
8. 根據權利要求4所述的電容式MEMS壓力傳感器，其特徵在於，所述絕緣層為氮化矽 製成。
9. 根據權利要求8所述的電容式MEMS壓力傳感器，其特徵在於，所述上電極板的縱向 中軸剖面為n形，將所述下電極板罩設於其內腔中，其內部上底面為平面，並與所述下電極 板構成電容。
【文檔編號】G01L9/12GK104515640SQ201310463120
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年10月8日 優先權日:2013年10月8日
【發明者】夏長奉, 周國平, 錢棟彪 申請人:無錫華潤上華半導體有限公司