[发明专利]一种联动膜电容式压力敏感芯片及其制造方法

说明书

一种联动膜电容式压力敏感芯片及其制造方法，该芯片包括衬底硅片（1）、上极板（2）和下极板（3）；衬底硅片（1）的上部开有凹槽，下极板（3）设置在凹槽内，上极板（2）盖在凹槽开口处，使得凹槽形成密封腔体；本发明所述的这种联动膜电容式压力敏感芯片及其制造方法中设计了悬空可动的下极板，这样上、下极板均成为可动结构，从而提高线性度，且增大了线性区域的量程范围；采用SOI基片的硅薄膜制作单晶硅的上极板，使得上极板的厚度更加易于控制；采用硅硅直接键合技术，对SOI基片的单晶硅薄膜进行转移，上极板的制造工艺更加易于实现；通过控制所淀积牺牲层的厚度来合理控制下极板悬空高度，提高其悬空高度的精确度。

技术领域

本发明主要涉及一种联动膜电容式压力敏感芯片及其制造方法。属于微机电系统(MEMS)领域。

背景技术

随着微电子产业的高速发展,当前MEMS压力传感器正朝着智能化、微型化和集成化的方向迈进。相比压阻式压力传感器,电容式压力传感器具有灵敏度高、功耗小、温度漂移小等优点,已广泛应用在汽车电子，生物医学，工业环境检测和国防军工等领域。特别是在现代航空航天技术和现代国防装备等方面对压力测量精度和可靠性要求日益增加的背景下，MEMS电容式压力传感器已成为目前国内外集中研究的热点。

对于普通的电容式压力传感器，其结构通常是由可动极板和固定极板构成，当有压力作用于可动极板时，可动极板发生位移，使得两极板之间的电容值发生变化，通过检测电容值的变化实现对压力的测量。上世纪90年代，Wen.H.Ko提出了一种接触电容式压力敏感结构(专利号：5,528,452)，其是通过上、下极板相互接触实现压力测量，该结构的制作可采用牺牲层技术或者硅硅键合技术来实现，其中牺牲层技术一般采用多晶硅作为结构层，二氧化硅作为牺牲层，然后通过腐蚀工艺去除牺牲层，工艺成本低且可以较精确的控制感压膜片的厚度；硅硅直接键合技术是通过化学和物理的作用将硅片与硅片、氧化片等材料紧密连接在一起形成一个整体，与表面微加工技术具有很好的兼容性。这种结构虽然可以缓解线性度差的问题，但其工作在线性区域的量程范围较小且电容相对变化量较小，限制了传感器性能的进一步提高。

发明内容

发明目的：

本发明提供一种联动膜电容式压力敏感芯片及其制造方法，其目的是解决以往所存在的问题。本发明的一种联动膜电容式压力敏感芯片及其制造方法，是指本发明附图所示的压力敏感芯片或相类似敏感芯片的制造方法。其使所述芯片的制造工艺更加易于控制和实现，并提高传感器线性度、灵敏度和过载能力，增大线性区域的量程范围，减小芯片面积和降低成本。

技术方案：

一种联动膜电容式压力敏感芯片，其特征在于：该芯片包括衬底硅片(1)、上极板(2)和下极板(3)；衬底硅片(1)的上部开有凹槽，下极板(3)设置在凹槽内，上极板(2)盖在凹槽开口处，使得凹槽形成密封腔体；

上极板(2)和下极板(3)通过压焊点与外部电路连接成压力检测电路，将压力信号转换成电容信号输出。

在下极板(3)上淀积有介质层(4)。

下极板(3)在凹槽内以下极板侧壁(4-1)为支撑相对于衬底硅片(1)悬空且能动。即下极板(3)的底部边缘设置有向下的下极板侧壁(4-1),通过该下极板侧壁(4-1)为支撑,使得下极板(3)的除下极板侧壁(4-1)以外的部分相对于衬底硅片(1)悬空且能相对于衬底硅片(1)移动。

下极板(3)位于上极板(2)与凹槽底部之间，当外界压力作用于上极板(2)时，上极板(2)感压形变与下极板(3)接触，下极板(3)随着上极板(2)的形变而形变，两者形成联动的效果。

下极板(3)底部也设置有氮化硅介质层(4-2)，下极板(3)底部的氮化硅介质层(4-2)由下极板(3)底部两侧向凹槽顶部延伸并延伸至凹槽顶部两侧的衬底硅片(1)顶部。