CN102967394A - 对称电容式压力传感器及其制备方法 - Google Patents

对称电容式压力传感器及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102967394A
CN102967394A CN2012103406802A CN201210340680A CN102967394A CN 102967394 A CN102967394 A CN 102967394A CN 2012103406802 A CN2012103406802 A CN 2012103406802A CN 201210340680 A CN201210340680 A CN 201210340680A CN 102967394 A CN102967394 A CN 102967394A
Authority
CN
China
Prior art keywords
matrix
silicon
capacitance
pressure sensitive
sensitive film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012103406802A
Other languages
English (en)
Inventor
汪祖民
展明浩
吕东锋
郭群英
徐栋
黄斌
王鹏
何凯旋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
No 214 Institute of China North Industries Group Corp
Original Assignee
No 214 Institute of China North Industries Group Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by No 214 Institute of China North Industries Group Corp filed Critical No 214 Institute of China North Industries Group Corp
Priority to CN2012103406802A priority Critical patent/CN102967394A/zh
Publication of CN102967394A publication Critical patent/CN102967394A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

本发明涉及微电子机械领域中的一种对称电容式压力传感器，采用MEMS体硅工艺进行加工制作，其特征在于包括：硅片制作的基体（6），基体（6）两面分别设有完全对称的检测电容腔（3）和参考电容腔（4），基体（6）背面键合连接硅盖板（5），基体（6）正面键合连接由SOI硅片制成的压力敏感膜（1），压力敏感膜（1）一侧的基体上设有电极（7）。

Description

对称电容式压力传感器及其制备方法
技术领域
本发明属于微电子机械系统领域，具体涉及到一种对称电容式压力传感器及其制备方法，用来解决传统电容式压力传感器杂散电容影响大、性能一致性差的难题。
背景技术
MEMS压力传感器是测量压力的传感器件，是使用极为广泛的一种传感器，具有体积小、重量轻、灵敏度高、精度高，动态特性好，耐腐蚀、零位小等优点。按照检测信号的不同，常见的MEMS压力传感器有三种：压阻式、电容式和压电式MEMS压力传感器。与压阻式压力传感器相比较，电容式压力传感器具有高灵敏度、低温漂、低功耗和高稳定性等优点获得了大量的应用。
电容式压力传感器包含两类：绝对压力传感器和相对压力传感器，其结构一般包括两个部分：固定极板和压力敏感膜。如图1、2所示为绝对压力传感器结构示意图（图1所示，包括四个部分101压力敏感膜、102检测电极、103下盖板、104中间隔离层）。当外部有压力作用在压力敏感膜上时发生形变，从而使得固定极板与压力敏感膜之间的间距发生变化，根据平行板电容器的公式可以知道，极板之间的距离变化使得电容值产生变化，从而通过外部信号采集电路测出电容值的变化获得外部压力的大小完测量。该种结构的参考电容通常做在同一平面，寄生电容较大，难以满足压力传感器的应用要求；同时压敏薄膜的加工厚度难以控制，使得器件的性能一致性和可靠性得不到保障。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的检测电容与参考电容做在同一平面，寄生电容较大，同时压敏薄膜的加工厚度难以控制的缺陷，提供的一种对称电容式压力传感器及其制备方法。
本发明采用的技术方案如下：
1、一种对称电容式压力传感器，其特征在于包括：,硅片制作的基体，基体两面分别设有完全对称的检测电容腔和参考电容腔，基体背面键合连接硅盖板，基体正面键合连接由SOI硅片制成的压力敏感膜，压力敏感膜一侧的基体上设有电极。
上述技术方案中压力敏感膜与中间基体组成检测电容，中间基体与下盖板组成参考电容，利用现有的硅硅键合工艺实现结构的键合封装，实现器件的加工制作。
2、一种对称电容式压力传感器的制备方法，包括以下步骤：
（1）、基体采用的硅片清洗、表面氧化；
（2）、基体双面光刻并双面腐蚀，形成完全对称的检测电容腔和参考电容腔；
（3）、基体背面与硅盖板硅硅键合，形成封闭的参考电容；
（4）、基体正面与SOI硅片硅-硅键合，形成检测电容；
（5）、SOI硅片的底层硅去除，形成压力敏感膜；
（6）、压力敏感膜光刻并干法刻蚀，露出基体电极。
本发明基体部分利用双面光刻的精确对准，利用KOH同步双面腐蚀，实现双面检测电容浅腔及参考电容浅腔的均匀一致性加工，从而保证了器件参考电容与检测电容的杂散电容一致而相互抵消，提高了器件的性能；下盖板采用普通硅片，利用硅硅键合实现参考电容的高气密性加工；压力敏感膜采用SOI硅片，利用硅硅键合实现检测电容的高气密性加工，在通过减薄等工艺去除SOI硅片的低层硅，实现压力敏感膜的均匀性制作，保证了器件的长期稳定性和性能一致性。
本发明的技术技术效果：
对称电容式压力传感器利用体硅工艺的高精度实现中间电极的双面腐蚀，实现结构的完全对称，从而减小杂散寄生电容对信号的影响，极大的提高了器件的性能；利用SOI硅片的顶层硅确立压敏薄膜的厚度，实现了压力薄膜厚度的精确控制，保证了器件性能的一致性；利用硅硅键合工艺避免了新材料引入的应力，同时提高了压力腔室的密封性，易于获得高性能压力传感器。本发明解决了常规电容式压力传感器杂散电容等寄生电容对信号影响大、性能一致性差的难题，满足目前汽车、航天等领域的需求。
附图说明
图1 是传统常规电容式压力传感器剖面图；
图2 本发明的对称电容式压力传感器俯视图；
图3 是本发明的对称电容式压力传感器的剖面图；
图4 是中间基体采用的硅片清洗、氧化步骤示意图；
图5是中间基体双面光刻并KOH双面腐蚀形成对称电容浅腔的示意图；
图6是中间基体与下盖板硅硅键合，形成参考电容的示意图；
图7是中间基体与SOI硅片硅-硅键合，形成检测电容的示意图；
图8是SOI硅片减薄去除底层硅后，形成压力敏感膜的示意图；
图9 是压力敏感膜光刻并干法刻蚀，露出中间电极的示意图。
具体实施方案
一、如图2、图3所示，本发明提供的一种对称电容式压力传感器，包括：硅片制作的基体6，基体6两面分别设有完全对称的检测电容腔3和参考电容腔4，基体6背面键合连接硅盖板5，基体6正面键合连接由SOI硅片制成的压力敏感膜1，压力敏感膜1一侧的基体上设有电极7。
二、一种对称电容式压力传感器的制备方法，采用现有的MEMS体硅工艺进行加工制作，具体工艺步骤为：
（1）、基体6采用硅片，硅片清洗后、经氧化形成SO2隔离层6a，如图4；
（2）、基体6采用光刻工艺形成双面浅腔图形，并经KOH双面腐蚀，形成正面的检测电容腔3和背面参考电容腔4，如图5；
（3）、基体6背面与硅盖板5硅硅键合，形成参考电容4，如图6；
（4）、基体6正面与SOI硅片硅-硅键合，形成检测电容3，SOI硅片由顶层硅1、绝缘层1a和底层硅1b组成，如图7所示；
（5）、SOI硅片由底层硅去除，剩余的顶层硅1及绝缘层1a即压力敏感膜1，如图8所示；
（6）、压力敏感膜1光刻并干法刻蚀，露出基体6作为电极7，完成传感器的制作，如图9所示。

Claims (2)

1.一种对称电容式压力传感器，其特征在于包括：硅片制作的基体（6），基体（6）两面分别设有完全对称的检测电容腔（3）和参考电容腔（4），基体（6）背面键合连接硅盖板（5），基体（6）正面键合连接由SOI硅片制成的压力敏感膜（1），压力敏感膜（1）一侧的基体上设有电极（7）。
2.一种对称电容式压力传感器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）、基体采用的硅片，硅片清洗后、表面经氧化形成隔离层；
（2）、基体双面光刻并双面腐蚀，形成完全对称的检测电容腔和参考电容腔；
（3）、基体背面与硅盖板硅硅键合，形成封闭的参考电容；
（4）、基体正面与SOI硅片硅-硅键合，形成检测电容；
（5）、SOI硅片的底层硅去除，形成压力敏感膜；
（6）、压力敏感膜光刻并干法刻蚀，露出基体上的电极。
CN2012103406802A 2012-09-15 2012-09-15 对称电容式压力传感器及其制备方法 Pending CN102967394A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012103406802A CN102967394A (zh) 2012-09-15 2012-09-15 对称电容式压力传感器及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012103406802A CN102967394A (zh) 2012-09-15 2012-09-15 对称电容式压力传感器及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102967394A true CN102967394A (zh) 2013-03-13

Family

ID=47797689

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012103406802A Pending CN102967394A (zh) 2012-09-15 2012-09-15 对称电容式压力传感器及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102967394A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104792363A (zh) * 2015-04-13 2015-07-22 湛江市科海科技有限公司 一种基于碳化硅薄膜结构的多功能传感器及其制作方法
CN108254120A (zh) * 2017-11-13 2018-07-06 胡波 带自保护的电容式压力传感器
CN110296776A (zh) * 2019-07-22 2019-10-01 平顶山学院 一种灵敏度高的传感器及制作方法
CN114623955A (zh) * 2021-10-18 2022-06-14 胡耿 微小极间距电容式力敏传感器及其制造方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU7053087A (en) * 1986-03-26 1987-10-01 Philips Industries Holdings Ltd. Capacitive pressure sensor
GB2247953A (en) * 1990-09-07 1992-03-18 Bosch Gmbh Robert Pressure sensor
AU638302B2 (en) * 1989-12-20 1993-06-24 Vega Grieshaber Gmbh & Co. Pressure absorber for hydrostatic measuring of liquid level
CN1142167A (zh) * 1995-05-26 1997-02-05 欧姆龙株式会社 静电电容式传感器
DE20004245U1 (de) * 2000-03-10 2001-07-19 W.E.T. Automotive Systems AG, 85235 Odelzhausen Druckmeß-Vorrichtung
US20030005774A1 (en) * 2001-07-06 2003-01-09 Yasutoshi Suzuki Electrical capacitance presssure sensor having electrode with fixed area and manufacturing method thereof
US20070205776A1 (en) * 2006-03-01 2007-09-06 Loadstar Sensors, Inc. Cylindrical capacitive force sensing device and method
CN101114591A (zh) * 2006-07-25 2008-01-30 杭州科岛微电子有限公司 压容式传感器基片成腔方法
CN101199050A (zh) * 2004-09-29 2008-06-11 北极星传感器公司 通过电容技术感测间隙变化
CN101266176A (zh) * 2008-04-18 2008-09-17 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 硅硅键合的绝缘体上硅的高温压力传感器芯片及制作方法
CN101416021A (zh) * 2006-04-03 2009-04-22 北极星传感器公司 多区电容式力传感器件与方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU7053087A (en) * 1986-03-26 1987-10-01 Philips Industries Holdings Ltd. Capacitive pressure sensor
AU638302B2 (en) * 1989-12-20 1993-06-24 Vega Grieshaber Gmbh & Co. Pressure absorber for hydrostatic measuring of liquid level
GB2247953A (en) * 1990-09-07 1992-03-18 Bosch Gmbh Robert Pressure sensor
CN1142167A (zh) * 1995-05-26 1997-02-05 欧姆龙株式会社 静电电容式传感器
DE20004245U1 (de) * 2000-03-10 2001-07-19 W.E.T. Automotive Systems AG, 85235 Odelzhausen Druckmeß-Vorrichtung
US20030005774A1 (en) * 2001-07-06 2003-01-09 Yasutoshi Suzuki Electrical capacitance presssure sensor having electrode with fixed area and manufacturing method thereof
CN101199050A (zh) * 2004-09-29 2008-06-11 北极星传感器公司 通过电容技术感测间隙变化
US20070205776A1 (en) * 2006-03-01 2007-09-06 Loadstar Sensors, Inc. Cylindrical capacitive force sensing device and method
CN101416021A (zh) * 2006-04-03 2009-04-22 北极星传感器公司 多区电容式力传感器件与方法
CN101114591A (zh) * 2006-07-25 2008-01-30 杭州科岛微电子有限公司 压容式传感器基片成腔方法
CN101266176A (zh) * 2008-04-18 2008-09-17 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 硅硅键合的绝缘体上硅的高温压力传感器芯片及制作方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104792363A (zh) * 2015-04-13 2015-07-22 湛江市科海科技有限公司 一种基于碳化硅薄膜结构的多功能传感器及其制作方法
CN108254120A (zh) * 2017-11-13 2018-07-06 胡波 带自保护的电容式压力传感器
CN110296776A (zh) * 2019-07-22 2019-10-01 平顶山学院 一种灵敏度高的传感器及制作方法
CN114623955A (zh) * 2021-10-18 2022-06-14 胡耿 微小极间距电容式力敏传感器及其制造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105784189B (zh) 硅-玻璃-硅结构声表面波温度和压力集成传感器及制备
Wei et al. TPMS (tire-pressure monitoring system) sensors: Monolithic integration of surface-micromachined piezoresistive pressure sensor and self-testable accelerometer
CN107478862B (zh) 一种基于金金键合的石英振梁加速度计敏感芯片
CN102180435B (zh) 集成mems器件及其形成方法
CN103063876B (zh) 变面积型电容式横向加速度传感器及制备方法
CN109485011B (zh) 基于Si-Si-Si-玻璃晶圆键合技术的MEMS谐振压力传感器及制造工艺
CN106404237B (zh) 压力传感器芯片及制备方法、绝压传感器芯片
CN102853950B (zh) 采用倒装焊接的压阻式压力传感器芯片及其制备方法
CN103344377A (zh) 一种微电子机械系统的电容式气压传感器
CN102169038B (zh) 用于三明治结构mems硅电容压力传感器侧墙保护方法
CN102879608B (zh) 弯折形弹性梁的电容式加速度传感器及制备方法
CN102998037A (zh) 介质隔离压阻式压力传感器及其制备方法
IE20110548A1 (en) A method for fabricating a sensor
CN103983395B (zh) 一种微压力传感器及其制备与检测方法
CN103344374A (zh) 隐藏式mems压力传感器敏感芯片及其制作方法
JP2012242398A (ja) 環境的影響力を測定するためのデバイスおよび同デバイスを製作する方法
CN104793015A (zh) 加速度计内嵌压力传感器的单硅片复合传感器结构及方法
CN101825505A (zh) 一种mems压力敏感芯片及其制作方法
CN102967394A (zh) 对称电容式压力传感器及其制备方法
CN102879609B (zh) “h”形梁的电容式加速度传感器及制备方法
CN102183197A (zh) 一种测量积冰的传感器及测量方法
CN103837290B (zh) 高精度的电容式压力传感器
CN103434999A (zh) 基于soi片衬底硅阳极键合的电容式温度、湿度、气压和加速度传感器集成制造方法
CN114323395B (zh) 一种基于soi工艺的mems六轴力传感器芯片及其制备方法
CN113758613B (zh) 基于soi的电阻中心放置的压阻式压力传感器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20130313