CN113603054B - Mems传感器及其制备方法 - Google Patents
Mems传感器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113603054B CN113603054B CN202110842675.0A CN202110842675A CN113603054B CN 113603054 B CN113603054 B CN 113603054B CN 202110842675 A CN202110842675 A CN 202110842675A CN 113603054 B CN113603054 B CN 113603054B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- conductive
- electrode
- substrate
- electrode layers
- 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.)
- Active
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 199
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 46
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims description 48
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 11
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 11
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 480
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 20
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 5
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
- B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
- B81C1/00134—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems comprising flexible or deformable structures
- B81C1/00166—Electrodes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/02—Sensors
- B81B2201/0257—Microphones or microspeakers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
本发明提供了一种MEMS传感器及其制备方法，当第二衬底的背面受到压力时，第二电极层形变，两个第一电极层与对应的第二电极层之间的距离沿相反方向变化，通过检测第二电极层分别与两个第一电极层构成的检测电容的容值之差即可确定外部施加的压力大小，实现压力检测。
Description
技术领域
本发明涉及微麦克风技术领域，尤其涉及一种MEMS传感器及其制备方法。
背景技术
自1970年代微机电系统(Microelectromechanical System，MEMS)装置概念成形起，微机电系统装置已从实验室的探索对象进步至成为高阶系统整合的对象，并已在大众消费性装置中有广泛的应用，展现了惊人且稳定的成长。微机电系统装置包含一可动的微机电系统组件，借由感测或控制可动的微机电系统组件的运动物理量可实现微机电系统装置的各项功能。力量传感器即为一例，其可检测是否产生按压动作及/或按压的力度，如手机上的压力触控按键。
已知的力量传感器主要有压电电阻器式(piezoresistor)以及电容式。目前，电容式的力量传感器的制备工艺比较复杂，且温度漂移大导致可靠性并不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种MEMS传感器及其制备方法，以解决现有的MEMS传感器制备工艺复杂、温度漂移大及可靠性低等问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种MEMS传感器，包括第一衬底、第二衬底及位于所述第一衬底和所述第二衬底之间的支撑结构，所述第一衬底的正面与所述第二衬底的正面相对，所述支撑结构与所述第一衬底和所述第二衬底共同围合成一密闭的空腔；
所述空腔内具有若干电极组，每个电极组包括两个第一电极层及一个第二电极层，所述第一电极层固定于所述第一衬底的正面，所述第二电极层固定于所述第二衬底的正面且与所述第一电极层位于不同层，每个所述电极组中的两个所述第一电极层与对应的所述第二电极层在所述第一衬底的表面上的投影均具有重叠部分；
当所述第二衬底的背面受到压力时，所述第二电极层形变，两个所述第一电极层与对应的所述第二电极层之间的距离沿相反方向变化。
可选的，每个所述电极组中的两个所述第一电极层与所述第一衬底的中心之间的距离不同，以使所述第二电极层形变时，一个所述第一电极层与对应的所述第二电极层之间的距离增加，另一个所述第一电极与对应的所述第二电极层之间的距离减小。
可选的，若干所述电极组沿所述空腔的中心周向均匀分布。
可选的，所述空腔内具有4个所述电极组。
可选的，在每个所述电极组中，所述第二电极层较两个所述第一电极层更靠近所述第二衬底，所述第二电极层与两个所述第一电极层分别构成一个检测电容；以及，
当所述第二电极层形变时，两个所述检测电容的容值沿相反方向变化，以输出差分信号。
可选的，每个所述电极组中的两个所述第一电极层位于同层且与所述第二电极层在所述第一衬底的表面上的投影的重叠面积相等，以使两个所述检测电容的容值相等。
可选的，所有所述第一电极层的形状和面积均相等；和/或，所有所述第二电极层的形状和面积均相等。
可选的，每个所述第一电极层分别通过一个第一导电连接结构固定在所述第一衬底上，所述第一导电连接结构包括第一导电柱及第一导电条，所述第一导电条覆盖所述第一衬底的部分正面，所述第一导电柱的两端分别与所述第一导电条及所述第一电极层电性连接。
可选的，所述第一导电连接结构位于对应的所述第一电极层的下方。
可选的，所述第一衬底的正面具有一第一支撑层，所述第一支撑层覆盖所述第一导电条及所述第一衬底的正面，所述第一电极层位于所述第一支撑层上，所有所述第一导电柱均贯穿所述第一支撑层且两端分别与对应的所述第一导电条及对应的所述第一电极层电性连接。
可选的，所述第二电极层内具有若干释放孔。
可选的，每个所述电极组中的两个所述第一导电连接结构位于对应的两个所述第一电极层之间的区域，且两个所述第一导电连接结构靠近排布。
可选的，所述第一电极层及所述第二电极层内均具有若干释放孔。
可选的，所有的所述第二电极层通过一个第二导电连接结构固定在所述第二衬底上，所述第二电极层围绕所述第二导电连接结构设置，所述第二导电连接结构包括第二导电柱、第二导电条及固定层，所述第二导电条覆盖所述第二衬底的部分正面，所述固定层与所述第二电极层位于同层且彼此连接，所述第二导电柱的两端分别与所述第二导电条及所述固定层电性连接。
可选的，所述第二电极层与所述固定层之间通过第一柔性连接件连接，相邻的两个所述第二电极层之间通过第二柔性连接件连接，所述第二电极层沿对应的两个第二柔性连接件之间的虚拟连线扭摆以形变。
可选的，所述第二电极层、所述第一柔性连接件、所述第二柔性连接件以及所述固定层的材质相同，为一体结构，且同步制备而成。
可选的，所述第一柔性连接件包括第一固定部分、第二固定部分以及位于所述第一固定部分和所述第二固定部分之间的柔性部分，所述第一固定部分与所述第二电极层固定并电性连接，所述第二固定部分与所述固定层固定并电性连接，所述柔性部分能够形变。
可选的，所述第二柔性连接件为弹力梁，所述弹力梁的两端分别与相邻的两个所述第二电极层连接。
可选的，所述弹力梁包括一段或至少两段一字型的悬梁，相邻的两段悬梁之间不平行。
可选的，相邻的两个所述第二电极层之间还具有限位件，所述限位件与对应的两个所述第二电极层之间均具有间隙。
可选的，所述第二电极层与所述限位件的材质相同，且同步制备而成。
可选的，所述第一衬底的正面还具有若干压点，在所有所述第一电极层中，位置相对应的所述第一电极层彼此电性连接后与对应的所述压点电性连接，所有的所述第二电极层彼此电性连接后与对应的所述压点电性连接。
可选的，所述第一衬底的正面具有一外围区域，所述压点位于所述外围区域中，所述外围区域位于所述空腔外，所述第二衬底具有露出所述外围区域的开口。
可选的，所述空腔内还具有至少一个第三导电连接结构，所述第三导电连接结构包括第三导电条、第四导电条及第三导电柱，所述第三导电条覆盖所述第一衬底的部分正面并与对应的所述压点电性连接，所述第四导电条覆盖所述第二衬底的部分正面并至少与一个所述第二电极层电性连接，所述第三导电柱的两端分别与所述第三导电条及所述第四导电条电性连接。
可选的，所述第二柔性连接件与所述第三导电柱之间通过第三柔性连接件连接。
可选的，所述支撑结构包括第二支撑层、第三支撑层及导电键合层，所述第二支撑层形成于所述第一衬底的正面，所述第三支撑层形成于所述第二衬底的正面，所述导电键合层位于所述第二支撑层与所述第三支撑层之间以将所述第二支撑层及所述第三支撑层键合。
可选的，所述第二支撑层与所述第三支撑层之间还具有高度调整柱，所述高度调整柱呈环形并位于所述导电键合层的内环面内。
可选的，所述MEMS传感器为力量传感器。
本发明还提供了一种MEMS传感器的制备方法，包括：
提供第一衬底及第二衬底，在所述第一衬底的正面固定至少两个第一电极层，在所述第二衬底的正面固定至少一个第二电极层；以及，
利用所述第一衬底和所述第二衬底之间的支撑结构将所述第一衬底的正面与所述第二衬底的正面键合，所述支撑结构与所述第一衬底和所述第二衬底共同围合成一密闭的空腔，在所述空腔内，所述第一电极层与所述第二电极层位于不同层且相对应的两个第一电极层及一个第二电极层构成一个电极组，每个所述电极组中的两个所述第一电极层与一个所述第二电极层在所述第一衬底的表面上的投影均具有重叠部分，当所述第二衬底的背面受到压力时，所述第二电极层形变，两个所述第一电极层与对应的所述第二电极层之间的距离沿相反方向变化。
可选的，在所述第一衬底的正面固定至少两个所述第一电极层的步骤包括：
在所述第一衬底的正面形成第一导电层，并对第一导电层进行图形化以形成电性隔离的第一导电条及第三导电条；
在所述第一导电层上形成第一支撑层，并在所述第一支撑层中形成若干第一通孔，一部分所述第一通孔暴露出所述第一导电条，另一部分所述第一通孔暴露出所述第三导电条；
在所述第一支撑层上形成第一电极材料层，所述第一电极材料层填充所述第一通孔的部分构成第一导电柱和第一子导电柱，所述第一导电柱的一端与对应的所述第一导电条电性连接，所述第一子导电柱的一端与所述第三导电条电性连接；以及，
对所述第一电极材料层进行图形化以形成彼此电性隔离所述第一电极层，所述第一导电柱的另一端与所述第一电极层电性连接，所述第一导电柱与所述第一导电条共同构成第一导电连接结构。
可选的，每个所述电极组中的两个所述第一导电连接结构位于对应的两个所述第一电极层之间的区域，且两个所述第一导电连接结构靠近排布；在对所述第一电极材料层进行图形化以形成所述第一电极层时，还在所述第一电极层内形成了第二释放孔，通过所述第二释放孔以及相邻的所述第一电极层之间的间隙释放所述第一支撑层。
可选的，在所述第二衬底的正面固定至少一个所述第二电极层的步骤包括：
在所述第二衬底的正面形成第二导电层，并对所述第二导电层进行图形化以形成第二导电条及第四导电条；
在所述第二导电层上形成第四支撑层，并在所述第四支撑层中形成若干第二通孔，一部分所述第二通孔暴露出所述第二导电条，另一部分所述第二通孔暴露出所述第四导电条；
在所述第四支撑层上形成第二电极材料层，所述第二电极材料层填充所述第二通孔的部分构成第二导电柱和第二子导电柱，所述第二导电柱的一端与所述第二导电条电性连接，所述第二子导电柱的一端与所述第四导电条电性连接；
对所述第二电极材料层进行图形化以形成所述第二电极层、固定层、第一柔性连接件、第二柔性连接件及限位件，所述第二导电柱的另一端与所述固定层电性连接，所述第二导电柱、所述第二导电条及所述固定层共同构成第二导电连接结构，所述第一柔性连接件位于所述固定层与所述第二电极层之间，以连接所述固定层与所述第二电极层，所述第二柔性连接件位于相邻的两个所述第二电极层之间，以连接相邻的两个所述第二电极层，所述限位件位于相邻的两个所述第二电极层之间且与对应的两个所述第二电极层之间均具有间隙；以及，
释放所述第四支撑层。
可选的，对所述第二电极材料层进行图形化时，还在所述第二电极层内形成若干第一释放孔，通过所述第一释放孔以及相邻的所述第二电极层之间的间隙释放所述第四支撑层。
可选的，在所述第一电极材料层和所述第二电极材料层的边缘部分上以及所述第一子导电柱和所述第二子导电柱的顶部形成导电键合材料；在所述第一衬底的正面固定所述第一电极层以及在所述第二衬底的正面固定所述第二电极层之后，利用所述导电键合材料将所述第一衬底的正面与所述第二衬底的正面键合；以及，
所述第一子导电柱与对应的所述第二子导电柱通过其顶部的导电键合材料电性连接并构成第三导电柱，所述第三导电柱与对应的所述第三导电条和所述第四导电条构成第三导电连接结构，所述第一电极材料层和所述第一支撑层的边缘部分构成所述第二支撑层，所述第二电极材料层和所述第四支撑层的边缘部分构成所述第三支撑层，所述第一电极材料层和所述第二电极材料层的边缘部分上的导电材料键合材料构成所述导电键合层。
本发明提供的MEMS传感器及其制备方法具有如下有益效果：
1)当第二衬底的背面受到压力时，第二电极层形变，两个第一电极层与对应的第二电极层之间的距离沿相反方向变化，通过检测第二电极层分别与两个第一电极层构成的检测电容的容值之差即可确定外部施加的压力大小，实现压力检测。
2)第一导电连接结构位于对应的第一电极层的下方，第一衬底的正面的第一支撑层可以不用去除，简化了制备工艺。
3)每个电极组中的两个第一导电连接结构位于对应的两个第一电极层之间的区域，且两个第一导电连接结构在衬底上的位置非常接近，当第一衬底受温度影响而产生变形时，两个第一导电连接结构的位置变化也非常接近，每个电极组中的两个第一电极层的位置变化基本相同，即由温度引起的第一衬底变形对两个检测电容的下极板的影响是相当的，从而可以减小MEMS传感器的温度漂移，提高检测精度。
附图说明
图1a本发明实施例一提供的第一衬底的平面示意图；
图1b为本发明实施例一提供的第二衬底的平面示意图；
图2为本发明实施例一提供的MEMS传感器沿AA方向的剖面示意图；
图3为本发明实施例一提供的第二柔性连接件的放大图；
图4为本发明实施例二提供的第一衬底的平面示意图；
图5为本发明实施例二提供的MEMS传感器沿BB方向的剖面示意图；
图6a～图6c为本发明实施例二提供的第一衬底100受温度影响而产生的三种变形时的示意图；
其中，附图标记为：
100-第一衬底；101-第一氧化层；110-第二衬底；111-第二氧化层；201、201a、201b-第一电极层；211-第二释放孔；202a、202b-第一导电连接结构；203a-第一走线；203b-第二走线；212-第一导电条；222-第一导电柱；301-第二电极层；301a-第一释放孔；302-第二导电连接结构；312-第二导电条；322-第二导电柱；332-固定层；401-第一柔性连接件；402-第二柔性连接件；403-限位件；404-第三柔性连接件；501-第三导电条；502-第四导电条；601-第二支撑层；611-第三支撑层；621-导电键合层；631-第一支撑层；700-高度调整柱；
Q1-空腔；Q2-外围区域；O-开口；C1-第一检测电容；C2-第二检测电容；m1、m2、m3、GND-压点；aa、bb、cc、dd-虚拟连线。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
图1a为本实施例提供的第一衬底的平面示意图，图1b为本实施例提供的第二衬底的平面示意图，图2为本实施例提供MEMS传感器沿AA方向的剖面示意图。本实施例中，所述MEMS传感器为力量传感器。如图1a、图1b及图2所示，所述力量传感器包括第一衬底100、第二衬底110及位于所述第一衬底100和所述第二衬底110之间的支撑结构，所述第一衬底100的正面与所述第二衬底110的正面相对，所述支撑结构与所述第一衬底100和所述第二衬底110共同围合成一密闭的空腔Q1，其中，所述第一衬底100和所述第二衬底110分别作为所述空腔Q1的上下表面，所述支撑结构作为所述空腔的侧面。
具体而言，所述支撑结构包括第二支撑层601、第三支撑层611及导电键合层621，所述第二支撑层601形成于所述第一衬底100的正面，所述第三支撑层611形成于所述第二衬底110的正面，所述导电键合层621位于所述第二支撑层601及所述第三支撑层611之间从而实现所述第一衬底100与所述第二衬底110的键合。
可选的，所述第二支撑层601及所述第三支撑层611可以是单个膜层构成，也可以是至少两层膜层组合而成，本实施例不作限制。
请继续参阅图1a、图1b及图2，所述空腔Q1内具有4个电极组，4个电极组中每两个沿所述空腔Q1的中心对称设置，使得4个所述电极组沿所述空腔Q1的中心周向均匀分布，使得整个器件的结构对称、美观、可靠性好。
应理解，所述空腔Q1内不限于具有4个电极组，还可以具有1个、2个、3个或5个等，本发明不做限制；并且，所述电极组也不限于沿所述空腔Q1的中心周向均匀分布，也可以是非均匀分布。
进一步地，4个所述电极组的结构相同，均包括两个第一电极层201及一个第二电极层301，其中，两个所述第一电极层201固定于所述第一衬底100的正面，所述第二电极层301固定于所述第二衬底110的正面。
本实施例中，所有所述第二电极层301位于同层，所有所述第一电极层201位于同层，而所述第二电极层301与所述第一电极层201均属于不同层。进一步地，所述第二电极层301位于所述第一电极层201的上方，所述第二电极层301与所述第一电极层201在垂直于厚度方向上具有一定的距离，以使每个所述电极组中的两个所述第一电极层201与对应的所述第二电极层301之间均具有一空气夹层，本实施例中，两个所述第一电极层201与对应的所述第二电极层301之间在所述第一衬底100的表面上的投影均具有重叠部分。
接下来，为了便于描述，将每个所述电极组的两个第一电极层201称为第一电极层201a和第一电极层201b，所述第一电极层201a与所述第一衬底100的中心之间的虚拟连线和所述第一电极层201b与所述第一衬底100的中心之间的虚拟连线重合，且所述第一电极层201a与所述第一衬底100的中心之间的距离小于所述第一电极层201b与所述第一衬底100的中心之间的距离。
在每个所述电极组中，所述第一电极层201a与所述第二电极层301在所述第一衬底100的表面上的投影具有重叠部分，所述第一电极层201a、所述第二电极层301以及所述第一电极层201a与所述第二电极层301之间的空气夹层构成第一检测电容C1。所述第一电极层201a及所述第二电极层301分别作为所述第一检测电容C1的极板，所述第一电极层201a与所述第二电极层301之间的空气夹层作为所述第一检测电容C1的电介质。类似的，所述第一电极层201b与所述第二电极层301在所述第一衬底100的表面上的投影具有重叠部分，所述第一电极层201b、所述第二电极层301以及所述第一电极层201b与所述第二电极层301之间的空气夹层构成第二检测电容C2。所述第一电极层201b及所述第二电极层301分别作为所述第二检测电容C2的极板，所述第一电极层201b与所述第二电极层301之间的空气夹层作为所述第二检测电容C2的电介质。
应理解，所述第一检测电容C1的有效区域是所述第一电极层201a与所述第二电极层301在所述第一衬底100的表面上的投影的重叠部分(正对区域)，所述第二检测电容C2的有效区域是所述第一电极层201b与所述第二电极层301在所述第一衬底100的表面上的投影的重叠部分(正对区域)。本实施例中，所述第二电极层301完全能够遮盖所述第一电极层201a及所述第一电极层201b，且所述第一电极层201a与所述第一电极层201b的面积相等，使得所述第一电极层201a与所述第二电极层301的重叠部分的面积与所述第一电极层201b与所述第二电极层301的重叠部分的面积相等；并且所述第一电极层201a与所述第二电极层301之间在垂直于厚度方向上的距离与所述第一电极层201b与所述第二电极层301之间在垂直于厚度方向上的距离相等。如此一来，所述第一检测电容C1与所述第二检测电容C2的容值相等。
作为可选实施例，所述第一电极层201a与所述第二电极层301之间在垂直于厚度方向上的距离与所述第一电极层201b与所述第二电极层301之间在垂直于厚度方向上的距离也可以不相等，类似的，所述第一电极层201a与所述第二电极层301的重叠部分的面积与所述第一电极层201b与所述第二电极层301的重叠部分的面积也可以不相等，如此一来，所述第一检测电容C1与所述第二检测电容C2的容值也可以不相等，这并不影响本发明的实施。
进一步地，所述第二衬底110的背面作为压力接触感知面，当所述第二衬底110的背面接收到接触压力时，所述第二衬底110发生形变，所述第二电极层301也随之形变，并且对于每个所述电极组来说，所述第二电极层301与所述第一电极层201a之间在垂直于厚度方向上的距离以及所述第二电极层301与所述第一电极层201b之间在垂直于厚度方向上的距离沿相反方向变化，因此所述第一检测电容C1与所述第二检测电容C2的容值沿相反方向变化，以输出差分信号。
具体的，由于所述第一电极层201a与所述第一衬底100的中心之间的距离小于所述第一电极层201b与所述第一衬底100的中心之间的距离，当所述第二衬底110发生形变时，每个所述电极组中的所述第二电极层301与所述第一电极层201a之间在垂直于厚度方向上的距离变小，所述第一检测电容C1的容值变大；所述每个所述电极组中的所述第二电极层301与所述第一电极层201b之间在垂直于厚度方向上的距离变大，所述第二检测电容C2的容值变小。通过比较所述第一检测电容C1与所述第二检测电容C2的容值之差即可得到接触压力的大小，从而实现压力检测。
请继续参阅图2，本实施例中，所述第二支撑层601、第三支撑层611及导电键合层621均为环形，所述第二支撑层601与所述第三支撑层611之间还具有一高度调整柱700，所述高度调整柱700也呈环形且位于所述导电键合层621的内环面内，且上下表面分别与所述第二支撑层601及所述第三支撑层611接触。所述高度调整柱700可以防止所述第一衬底100和所述第二衬底110键合时形成的所述导电键合层621溢到所述空腔中从而导致器件短路的问题；并且，所述高度调整柱700还可以控制所述第二电极层301与所述第一电极层201之间在垂直于厚度方向上的距离。增加所述高度调整柱700的高度时即可增加所述第二电极层301与所述第一电极层201a和所述第一电极层201b之间在垂直于厚度方向上的距离，反之，减少所述高度调整柱700的高度时即可减少所述第二电极层301与所述第一电极层201a和所述第一电极层201b之间在垂直于厚度方向上的距离。
请参阅图1a及图2，每个所述第一电极层201分别通过一个第一导电连接结构固定在所述第一衬底100的正面。为了便于描述，将所述第一电极层201a和第一电极层201b对应的第一导电连接结构分别称为第一导电连接结构202a和第一导电连接结构202b。
具体而言，所述第一导电连接结构202a及所述第一导电连接结构202b的结构相同。所述第一导电连接结构202a及所述第一导电连接结构202b均包括第一导电条及第一导电柱。以所述第一导电连接结构202a为例，所述第一导电连接结构202a包括第一导电条212及第一导电柱222，所述第一导电条212直接形成于所述第一衬底100的正面并覆盖所述第一衬底100的部分正面，所述第一导电柱222的一端与所述第一电极层201a电性连接，另一端与所述第一导电条212电性连接。如此一来，所述第一电极层201a即可通过所述第一导电柱222和所述第一导电条212固定在所述第一衬底100的正面，并且，由于所述第一导电柱212和所述第一导电条222均是导电的，所述第一电极层201a还可通过所述第一导电柱222和所述第一导电条212走线。进一步地，所述第一导电柱222与所述第一电极层201a的材质相同，是一体结构，可以同步制备而成，从而简化制备的工艺，但并不以此为限。
本实施例中，所述第一导电连接结构202a位于所述第一电极层201a的下方，所述第一导电连接结构202b位于所述第一电极层201b的下方，也即是说，所述第一导电连接结构202a与所述第一电极层201a在垂直于厚度方向上的位置是对应的，所述第一导电连接结构202b与所述第一电极层201b在垂直于厚度方向上的位置是对应的。
请继续参阅图2，本实施例中，所述第一衬底100的正面还具有第一氧化层101及第一支撑层631，所述第一支撑层631覆盖所述第一氧化层101。所述第一氧化层101可用于隔离所述第一衬底100与所述第一衬底100上的膜层。本实施例中，所述第一氧化层101的材质为氧化硅，但不应以此为限。所述第一导电条位于所述第一氧化层101上，所述第一支撑层631覆盖所有的所述第一导电条及所述第一氧化层101的表面，所有的所述第一电极层201均位于所述第一支撑层631上，所有的所述第一导电柱贯穿所述第一支撑层631且两端分别与对应的所述第一导电条及对应的所述第一电极层201电性连接。以所述第一导电连接结构202a为例，所述第一导电柱222贯穿所述第一支撑层631且两端分别与所述第一导电条212及所述第一电极层201a电性连接。在制备所述MEMS传感器时，所述第一支撑层631可以不用去除，简化了制备工艺。
进一步地，所述第一支撑层631与所述第二支撑层601的一部分连接在一起，是一体结构；亦可以理解为：所述第一支撑层631延伸至所述第一衬底100的边缘，从而构成所述第二支撑层601的一部分。
请参阅图1b及图2，所有的所述第三电极层301通过一个所述第二导电连接结构302固定在所述第二衬底110的正面，所有的所述第二电极层301围绕所述第二导电连接结构302设置。
具体而言，所述第二衬底110的正面具有第二氧化层111，所述第二氧化层111可用于隔离所述第二衬底110与所述第二衬底110上的膜层。本实施例中，所述第二氧化层111的材质为氧化硅，但不应以此为限。所述第二导电连接结构302包括第二导电条312、第二导电柱322及固定层332，所述第二导电条312直接形成于所述第二衬底110的正面并覆盖所述第二氧化层111的部分正面，所述固定层332与所述第二电极层301位于同层且彼此连接，所述第二导电柱322的一端所述第二导电条312电性连接，另一端与所述固定层332电性连接。如此一来，所有的所述第二电极层301即可通过所述第二导电连接结构302固定在所述与第二衬底110的正面。并且，所述第二衬底110的背面感知到的接触压力可以经由所述第二导电条312、第二导电柱322及所述固定层332更好的传递至所述第二电极层301。
本实施例中，所述第二导电连接结构302位于所述第二衬底110的中心区域，从而实现更佳的固定以及传递力量的效果。
本实施例中，所述第二电极层301、所述第二导电柱322及所述固定层332的材质相同，是一体结构，可以同步制备而成，从而简化制备的工艺，但并不以此为限。
请继续参阅图1b及图2，所述第二电极层301与所述固定层332之间通过第一柔性连接件401连接，相邻的两个所述第二电极层301之间通过第二柔性连接件402连接。当所述第二电极层301形变时，是沿对应的两个第二柔性连接件402之间的虚拟连线(aa、bb、cc或dd)扭摆以形变的，而当所述第二电极层301沿所述虚拟连线扭摆时，所述第一柔性连接件401也会随之形变，从而减缓所述第二电极层301被拉扯。
进一步地，所述第一柔性连接件401包括第一固定部分、第二固定部分以及位于所述第一固定部分和所述第二固定部分之间的柔性部分，所述第一固定部分与所述第二电极层301固定并电性连接，所述第二固定部分与所述固定层332固定并电性连接，所述柔性部分能够形变。如此一来，当所述第二电极层301沿对应的两个第二柔性连接件402之间的虚拟连线(aa、bb、cc或dd)扭摆时，所述第一柔性连接件401的柔性部分随之形变。
图3为本实施例提供的第二柔性连接件402的放大图。结合图1b及图3所示，所述第二柔性连接件402为弹力梁，所述弹力梁的两端分别与相邻的两个所述第二电极层301连接。当所述第二电极层301沿所述虚拟连线扭摆时，所述弹力梁能够形变，从而减缓所述第二电极层301被拉扯。
进一步地，所述弹力梁可以由至少两段一字型的悬梁构成，相邻的两段一字型的悬梁之间不平行。当然，所述弹力梁也可以由一段一字型的悬梁构成，但不应以此为限，可以通过设计所述弹力梁的形状使得所述弹力梁的长度增加，从而提高所述第二电极层301的形变幅度，进而增加器件的灵敏度。应理解，图3中仅适应性地展示出了所述第二柔性连接件402一种形状，实际上所述第二柔性连接件402还可以是其他形状。
应理解，所述第一柔性连接件401的柔性部分及所述第二柔性连接件402是通过刻蚀形成的弹簧图案而构成的，所述弹簧图案不限于图1b中的一种，此处不再一一举例说明。
请继续参阅图1b及图2，相邻的两个所述第二电极层301之间还具有限位件403，本实施例中，所述限位件403位于所述第二电极层301远离所述第二衬底110的端部，所述限位件403与相邻的两个所述第二电极层301之间均具有间隙。所述限位件403是所述第二电极层301的止动结构，用于限制所述第二电极层301的水平运动范围，当所述第二电极层301横向运动至跨越所述间隙接触所述限位件403时，所述限位件403可以抵住所述第二电极层301，防止其继续运动，从而提高了器件的可靠性。
请继续参阅图1a及图1b，所述第一衬底100的正面具有一外围区域Q2，所述外围区域Q2位于所述空腔Q1外，所述第二衬底110具有露出所述外围区域的开口O，所述外围区域Q2中具有若干压点，在所有所述第一电极层201中，位置相对应的所述第一电极层201彼此电性连接后与对应的所述压点电性连接，所有的所述第二电极层301彼此电性连接后与对应的所述压点电性连接。
本实施例中，所述压点分别为压点m1、m2、m3、GND，位置相对应的所述第一电极层201通过第一走线与对应的压点电性连接。具体而言，与所述第一电极层201a位置相同的所有所述第一电极层201(位于内侧的4个所述第一电极层201a)通过第一走线203a电性连接后与所述压点m1电性连接，与所述第一电极层201b位置相同的所有所述第一电极层201(位于外侧的4个所述第一电极层201b)通过第二走线203b电性连接后与所述压点m2电性连接。
所述第一柔性连接件401或所述第二柔性连接件402为导电材料，所述第二电极层301可以通过所述第一柔性连接件401或所述第二柔性连接件402电性连接。
进一步地，本实施例中，所述空腔Q1内还具有4个第三导电连接结构，每个所述第三导电连接结构位于相邻的两个所述第二电极层301之间。具体而言，所述第三导电连接结构包括第三导电条501、第四导电条502及第三导电柱(未示出)，所述第三导电条501覆盖所述第一氧化层101的部分表面，所述第四导电条502覆盖所述第二氧化层111的部分表面并与对应的所述第二柔性连接件402电性连接，所述第三导电柱的两端分别与所述第三导电条501及所述第四导电条电性502连接。如此一来，4个所述第四导电条502也能够起到将4个所述第三电极层301电性连接的作用，使得4个所述第三电极层301的电位一致。
请继续参阅图1b，每个所述第二柔性连接件402通过若干第三柔性连接件404连接与所述第三导电柱连接，从而减小应力；同时，所述第三柔性连接件404还可以将所述第二电极层301与所述第三导电柱电性连接，从而通过所述第三导电柱连接至压点m3。
本实施例中，所述第三柔性连接件404具备柔性，能够发生形变以释放应力，从而防止所述第二柔性连接件402因应力过大而断裂。
本实施例中，所述第二电极层301、所述第一柔性连接件401、第二柔性连接件402、第三柔性连接件404及所述限位件403的材质相同，可以同步制备而成，从而简化制备的工艺，但并不以此为限。并且，所述第二电极层301、所述第一柔性连接件401、第二柔性连接件402及第三柔性连接件404是一体结构，而所述限位件403独立的。
作为可选实施例，4个所述第三导电条501可以通过第三走线(未示出)与所述压点m3电性连接，4个所述第三走线位于所述第一衬底100的正面，但不应以此为限。
可见，所述压点m1、m2、m3分别电性连接所述第一检测电容C1的下极板、所述第二检测电容C2的下极板以及所述第一检测电容C1和所述第二检测电容C2的上极板，压点GND为接地压点，通过所述压点m1、m2、m3即可获取所述第一检测电容C1及所述第二检测电容C2的容值。
应理解，所述第四导电条502不限于与对应的所述第二柔性连接件402电性连接，也可以直接与所述第三电极层301电性连接，本实施例不作限制。
作为可选实施例，所述第三导电连接结构的数量也不限于是4个，还可以是1个、2个、3个或5个等，只要能将所述第三电极层301引出至所述压点m3即可。
进一步地，所述第二电极层301及所述固定层332内均具有若干第一释放孔301a，以用于在制备的过程中释放牺牲层。
基于此，本实施例还提供了一种MEMS传感器的制备方法，包括：
步骤S100：提供第一衬底及第二衬底，在所述第一衬底的正面固定至少两个第一电极层，在所述第二衬底的正面固定至少一个第二电极层；以及，
步骤S200：利用所述第一衬底和所述第二衬底之间的支撑结构将所述第一衬底的正面与所述第二衬底的正面键合，所述支撑结构与所述第一衬底和所述第二衬底共同围合成一密闭的空腔，在所述空腔内，所述第一电极层与所述第二电极层位于不同层且相对应的两个第一电极层及一个第二电极层构成一个电极组，每个所述电极组中的两个所述第一电极层与一个所述第二电极层在所述第一衬底的表面上的投影均具有重叠部分，当所述第二衬底的背面受到压力时，所述第二电极层形变，两个所述第一电极层与对应的所述第二电极层之间的距离沿相反方向变化。
请参阅图1a及图2，执行步骤S100，首先在所述第一衬底100的正面固定至少两个所述第一电极层。
具体而言，在所述第一衬底100的正面形成第一导电层(未示出)并对第一导电层进行图形化。图形化之后，剩余的所述第一导电层形成第一导电条212及第三导电条501，并且，所述第一导电条及第三导电条501是断开的，从而实现了电性隔离。
接着在所述第一导电层上形成第一支撑层631，所述第一支撑层631覆盖所述第一衬底100的正面并覆盖所述第一导电条212和所述第三导电条501。然后刻蚀所述第一支撑层631并形成若干贯穿所述第一支撑层631的第一通孔，其中，一部分所述第一通孔暴露出所述第一导电条212，另一部分所述第一通孔暴露出所述第三导电条501，一个所述第一通孔对应一个所述第一导电条212或对应一个所述第三导电条501。
在所述第一支撑层631上形成第一电极材料层(未示出)，所述第一电极材料层完全覆盖所述第一支撑层631并填充所述第一通孔。其中，所述第一电极材料层填充所述第一通孔的部分构成第一导电柱222和第一子导电柱(未示出)，所述第一导电柱222的一端与对应的所述第一导电条212电性连接，所述第一子导电柱的一端与所述第三导电条501电性连接。
接下来，在所述第一电极材料层上形成导电键合材料，所述导电键合材料位于所述第一电极材料层的边缘部分以及所述第一子导电柱的顶部；以及在所述第一电极材料层上形成所述高度调整柱700。
对所述第一电极材料层进行图形化，以形成所述第一电极层201a和所述第一电极层201b，所述第一电极层201a和所述第一电极层201b彼此电性隔离。所述第一导电柱222是位于所述第一电极层201a或所述第一电极层201b下方的，且所述第一导电柱222的另一端与所述第一电极层201a或所述第一电极层201b电性连接，如此一来，所述第一导电柱222可以将所述第一电极层201a或所述第一电极层201b与对应的所述第一导电条212电性连接，所述第一导电柱222与所述第一导电条212共同构成第一导电连接结构202a或第一导电连接结构202b。
请参阅图1b及图2，在所述第二衬底110的正面固定至少一个所述第二电极层301。
具体而言，首先，在所述第二衬底110的正面形成第二导电层(未示出)并对所述第二导电层进行图形化，图形化之后，剩余的所述第二导电层形成第二导电条312及第四导电条502，并且，所述第二导电条312及第四导电条502是断开的，从而实现了电性隔离。
接下来，在所述第二导电层上形成第四支撑层(未示出)，所述第四支撑层覆盖所述第二衬底110的正面以及所述第二导电条312和所述第四导电条502。然后刻蚀所述第四支撑层以形成若干贯穿所述第四支撑层的第二通孔，其中，一部分所述第二通孔暴露出所述第二导电条312，另一部分所述第二通孔暴露出所述第四导电条502。
然后在所述第四支撑层上形成第二电极材料层(未示出)，所述第二电极材料层完全覆盖所述第四支撑层并填充所述第二通孔。所述第二电极材料层填充所述第二通孔的部分构成第二导电柱322和第二子导电柱(未示出)，所述第二导电柱322的一端与所述第二导电条312电性连接，所述第二子导电柱的一端与所述第四导电条502电性连接。
接下来，在所述第二电极材料层上形成导电键合材料，所述导电键合材料位于所述第二电极材料层的边缘部分以及所述第二子导电柱的顶部。
对所述第二电极材料层进行图形化，以形成所述第二电极层301、固定层332、第一柔性连接件401、第二柔性连接件402、第三柔性连接件404及限位件403。其中，所述第二导电柱322位于所述固定层332的下方，且所述第二导电柱322的另一端与所述固定层332电性连接，所述第二导电柱322、所述第二导电条312及所述固定层332共同构成第二导电连接结构302；所述第一柔性连接件401位于所述固定层332与所述第二电极层301之间，以连接所述固定层332与所述第二电极层301；所述第二柔性连接件402位于相邻的两个所述第二电极层301之间，以连接相邻的两个所述第二电极层301；所述第三柔性连接件404连接所述第二柔性连接件402与所述第二子导电柱；所述限位件403位于相邻的两个所述第二电极层301之间且与对应的两个所述第二电极层301之间均具有间隙。
进一步地，对所述第二电极材料层进行图形化时，还在所述第二电极层301及所述固定层332上形成了第一释放孔301a，然后通过所述第一释放孔301a以及相邻的所述第二电极层301之间的间隙释放所述第四支撑层。所述第四支撑层被释放之后，边缘部分会被保留下来，后续形成第三支撑层611的一部分。
接下来，执行步骤S200，利用所述导电键合材料将所述第一衬底100的正面与所述第二衬底110的正面键合，所述第一子导电柱与对应的所述第二子导电柱通过其顶部的导电键合材料电性连接并构成第三导电柱，所述第三导电柱与对应的所述第三导电条501和所述第四导电条502构成第三导电连接结构；所述第一电极材料层的边缘部分和所述第一支撑层631的边缘部分构成所述第二支撑层601，所述第二电极材料层的边缘部分和所述第四支撑层的边缘部分构成所述第三支撑层611，所述第一电极材料层和所述第二电极材料层的边缘部分上的导电材料层构成所述导电键合层621。
实施例二
图4为本实施例提供的第一衬底的结构示意图，图5为本实施例提供MEMS传感器沿BB方向的剖面示意图。如图4及图5所示，本实施例中，所述第二衬底110上的结构与实施例一相同，所述第一衬底100上的结构与实施例一不同，具体而言，本实施例中，每个所述电极组中的两个所述第一导电连接结构位于对应的两个所述第一电极层201之间的区域，且两个所述第一导电连接结构靠近排布。
请继续参阅图4及图5，以所述第一电极层201a及所述第一电极层201b为例，所述第一导电连接结构202a及所述第一导电连接结构202b均位于所述第一电极层201a及所述第一电极层201b之间的区域内。并且，所述第一导电连接结构202a及所述第一导电连接结构202b靠近排布，也即是说，所述第一导电连接结构202a及所述第一导电连接结构202b之间的距离在满足彼此电性绝缘的基础上非常接近，使得所述第一导电连接结构202a及所述第一导电连接结构202b在所述第一衬底100上的位置非常接近。
图6a～图6c为本实施例提供的第一衬底100受温度影响而产生的三种变形时的示意图。从图6a～图6c中可见，当所述第一衬底100受温度影响而产生变形时，由于所述第一导电连接结构202a及所述第一导电连接结构202b在所述第一衬底100上的位置非常接近，所述第一导电连接结构202a及所述第一导电连接结构202b的位置变化也非常接近，所述第一电极层201a和所述第一电极层201b的位置变化基本相同，即由温度引起的所述第一衬底100变形对所述第一检测电容C1和所述第二检测电容C2的下极板的影响是相当的，从而可以减小MEMS传感器的温度漂移，提高检测精度。
类似的，当所述第一衬底100受温度影响而产生变形时，在其他三个电极组中，每个电极组中的两个第一导电连接结构的位置变化也非常接近，每个电极组中的两个所述第一电极层201的位置变化也基本相同。
进一步地，相较于实施例一来说，本实施例中，在制备所述MEMS传感器时需要去除所述第一支撑层631，所述第一衬底100的正面没有所述第一支撑层631。
进一步地，与实施例一的区别在于，本实施例中，所述第一电极层201a和所述第一电极层201b内具有若干第二释放孔211，以用于在制备过程中释放牺牲层。
与实施例一的区别在于，本实施例中的MEMS传感器在制备过程中，在对所述第一电极材料层进行图形化以形成所述第一电极层201a和所述第一电极层201b时，还在所述第一电极层201a和所述第一电极层201b内形成了第二释放孔211，通过所述第二释放孔211以及相邻的所述第一电极层201a和所述第一电极层201b之间的间隙释放所述第一支撑层631。所述第一支撑层631被释放之后，边缘部分会被保留下来，形成支撑结构的一部分。
综上，在本发明实施例提供的MEMS传感器及其制备方法中，当第二衬底的背面受到压力时，第二电极层形变，两个第一电极层与对应的第二电极层之间的距离沿相反方向变化，通过检测第二电极层分别与两个第一电极层构成的检测电容的容值之差即可确定外部施加的压力大小，实现压力检测。进一步地，第一导电连接结构位于对应的第一电极层的下方，第一衬底的正面的第一支撑层可以不用去除，简化了制备工艺。进一步地，每个电极组中的两个第一导电连接结构位于对应的两个第一电极层之间的区域，且两个第一导电连接结构在第一衬底上的位置非常接近，当第一衬底受温度影响而产生变形时，两个第一导电连接结构的位置变化也非常接近，每个电极组中的两个第一电极层的位置变化基本相同，即由温度引起的衬底变形对两个检测电容的下极板的影响是相当的，从而可以减小MEMS传感器的温度漂移，提高检测精度。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (34)
1.一种MEMS传感器，其特征在于，包括第一衬底、第二衬底及位于所述第一衬底和所述第二衬底之间的支撑结构，所述第一衬底的正面与所述第二衬底的正面相对，所述支撑结构与所述第一衬底和所述第二衬底共同围合成一密闭的空腔；
所述空腔内具有若干电极组，每个电极组包括两个第一电极层及一个第二电极层，所述第一电极层固定于所述第一衬底的正面，所述第二电极层固定于所述第二衬底的正面且与所述第一电极层位于不同层，每个所述电极组中的两个所述第一电极层与对应的所述第二电极层在所述第一衬底的表面上的投影均具有重叠部分；
当所述第二衬底的背面受到压力时，所述第二电极层形变，两个所述第一电极层与对应的所述第二电极层之间的距离沿相反方向变化；
所有的所述第二电极层通过一个第二导电连接结构固定在所述第二衬底上，所述第二电极层分布于所述第二导电连接结构的四周，相邻的两个所述第二电极层之间通过第二柔性连接件连接。
2.如权利要求1所述的MEMS传感器，其特征在于，每个所述电极组中的两个所述第一电极层与所述第一衬底的中心之间的距离不同，以使所述第二电极层形变时，一个所述第一电极层与对应的所述第二电极层之间的距离增加，另一个所述第一电极层与对应的所述第二电极层之间的距离减小。
3.如权利要求1所述的MEMS传感器，其特征在于，若干所述电极组沿所述空腔的中心周向均匀分布。
4.如权利要求1所述的MEMS传感器，其特征在于，所述空腔内具有4个所述电极组。
5.如权利要求1~4中任一项所述的MEMS传感器，其特征在于，在每个所述电极组中，所述第二电极层较两个所述第一电极层更靠近所述第二衬底，所述第二电极层与两个所述第一电极层分别构成一个检测电容；以及，
当所述第二电极层形变时，两个所述检测电容的容值沿相反方向变化，以输出差分信号。
6.如权利要求5所述的MEMS传感器，其特征在于，每个所述电极组中的两个所述第一电极层位于同层且与所述第二电极层在所述第一衬底的表面上的投影的重叠面积相等，以使两个所述检测电容的容值相等。
7.如权利要求6所述的MEMS传感器，其特征在于，所有所述第一电极层的形状和面积均相等；和/或，所有所述第二电极层的形状和面积均相等。
8.如权利要求1所述的MEMS传感器，其特征在于，每个所述第一电极层分别通过一个第一导电连接结构固定在所述第一衬底上，所述第一导电连接结构包括第一导电柱及第一导电条，所述第一导电条覆盖所述第一衬底的部分正面，所述第一导电柱的两端分别与所述第一导电条及所述第一电极层电性连接。
9.如权利要求8所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第一导电连接结构位于对应的所述第一电极层的下方。
10.如权利要求9所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第一衬底的正面具有一第一支撑层，所述第一支撑层覆盖所述第一导电条及所述第一衬底的正面，所述第一电极层位于所述第一支撑层上，所有所述第一导电柱均贯穿所述第一支撑层且两端分别与对应的所述第一导电条及对应的所述第一电极层电性连接。
11.如权利要求9所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第二电极层内具有若干释放孔。
12.如权利要求8所述的MEMS传感器，其特征在于，每个所述电极组中的两个所述第一导电连接结构位于对应的两个所述第一电极层之间的区域，且两个所述第一导电连接结构靠近排布。
13.如权利要求12所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第一电极层及所述第二电极层内均具有若干释放孔。
14.如权利要求1所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第二导电连接结构包括第二导电柱、第二导电条及固定层，所述第二导电条覆盖所述第二衬底的部分正面，所述固定层与所述第二电极层位于同层且彼此连接，所述第二导电柱的两端分别与所述第二导电条及所述固定层电性连接。
15.如权利要求14所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第二电极层与所述固定层之间通过第一柔性连接件连接，所述第二电极层沿对应的两个所述第二柔性连接件之间的虚拟连线扭摆以形变。
16.如权利要求15所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第二电极层、所述第一柔性连接件、所述第二柔性连接件以及所述固定层的材质相同，为一体结构，且同步制备而成。
17.如权利要求16所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第一柔性连接件包括第一固定部分、第二固定部分以及位于所述第一固定部分和所述第二固定部分之间的柔性部分，所述第一固定部分与所述第二电极层固定并电性连接，所述第二固定部分与所述固定层固定并电性连接，所述柔性部分能够形变。
18.如权利要求16所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第二柔性连接件为弹力梁，所述弹力梁的两端分别与相邻的两个所述第二电极层连接。
19.如权利要求18所述的MEMS传感器，其特征在于，所述弹力梁包括一段或至少两段一字型的悬梁，相邻的两段悬梁之间不平行。
20.如权利要求14所述的MEMS传感器，其特征在于，相邻的两个所述第二电极层之间还具有限位件，所述限位件与对应的两个所述第二电极层之间均具有间隙。
21.如权利要求20所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第二电极层与所述限位件的材质相同，且同步制备而成。
22.如权利要求15所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第一衬底的正面还具有若干压点，在所有所述第一电极层中，位置相对应的所述第一电极层彼此电性连接后与对应的所述压点电性连接，所有的所述第二电极层彼此电性连接后与对应的所述压点电性连接。
23.如权利要求22所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第一衬底的正面具有一外围区域，所述压点位于所述外围区域中，所述外围区域位于所述空腔外，所述第二衬底具有露出所述外围区域的开口。
24.如权利要求22或23所述的MEMS传感器，其特征在于，所述空腔内还具有至少一个第三导电连接结构，所述第三导电连接结构包括第三导电条、第四导电条及第三导电柱，所述第三导电条覆盖所述第一衬底的部分正面并与对应的所述压点电性连接，所述第四导电条覆盖所述第二衬底的部分正面并至少与一个所述第二电极层电性连接，所述第三导电柱的两端分别与所述第三导电条及所述第四导电条电性连接。
25.如权利要求24所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第二柔性连接件与所述第三导电柱之间通过第三柔性连接件连接。
26.如权利要求1所述的MEMS传感器，其特征在于，所述支撑结构包括第二支撑层、第三支撑层及导电键合层，所述第二支撑层形成于所述第一衬底的正面，所述第三支撑层形成于所述第二衬底的正面，所述导电键合层位于所述第二支撑层与所述第三支撑层之间以将所述第二支撑层及所述第三支撑层键合。
27.如权利要求26所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第二支撑层与所述第三支撑层之间还具有高度调整柱，所述高度调整柱呈环形并位于所述导电键合层的内环面内。
28.如权利要求1所述的MEMS传感器，其特征在于，所述MEMS传感器为力量传感器。
29.一种MEMS传感器的制备方法，其特征在于，包括：
提供第一衬底及第二衬底，在所述第一衬底的正面固定至少两个第一电极层，在所述第二衬底的正面固定至少一个第二电极层；以及，
利用所述第一衬底和所述第二衬底之间的支撑结构将所述第一衬底的正面与所述第二衬底的正面键合，所述支撑结构与所述第一衬底和所述第二衬底共同围合成一密闭的空腔，在所述空腔内，所述第一电极层与所述第二电极层位于不同层且相对应的两个第一电极层及一个第二电极层构成一个电极组，每个所述电极组中的两个所述第一电极层与一个所述第二电极层在所述第一衬底的表面上的投影均具有重叠部分，当所述第二衬底的背面受到压力时，所述第二电极层形变，两个所述第一电极层与对应的所述第二电极层之间的距离沿相反方向变化；
所有的所述第二电极层通过一个第二导电连接结构固定在所述第二衬底上，所述第二电极层分布于所述第二导电连接结构的四周，相邻的两个所述第二电极层之间通过第二柔性连接件连接。
30.如权利要求29所述的MEMS传感器的制备方法，其特征在于，在所述第一衬底的正面固定至少两个所述第一电极层的步骤包括：
在所述第一衬底的正面形成第一导电层，并对第一导电层进行图形化以形成电性隔离的第一导电条及第三导电条；
在所述第一导电层上形成第一支撑层，并在所述第一支撑层中形成若干第一通孔，一部分所述第一通孔暴露出所述第一导电条，另一部分所述第一通孔暴露出所述第三导电条；
在所述第一支撑层上形成第一电极材料层，所述第一电极材料层填充所述第一通孔的部分构成第一导电柱和第一子导电柱，所述第一导电柱的一端与对应的所述第一导电条电性连接，所述第一子导电柱的一端与所述第三导电条电性连接；以及，
对所述第一电极材料层进行图形化以形成彼此电性隔离的所述第一电极层，所述第一导电柱的另一端与所述第一电极层电性连接，所述第一导电柱与所述第一导电条共同构成第一导电连接结构。
31.如权利要求30所述的MEMS传感器的制备方法，其特征在于，每个所述电极组中的两个所述第一导电连接结构位于对应的两个所述第一电极层之间的区域，且两个所述第一导电连接结构靠近排布；在对所述第一电极材料层进行图形化以形成所述第一电极层时，还在所述第一电极层内形成了第二释放孔，通过所述第二释放孔以及相邻的所述第一电极层之间的间隙释放所述第一支撑层。
32.如权利要求30或31所述的MEMS传感器的制备方法，其特征在于，在所述第二衬底的正面固定至少一个所述第二电极层的步骤包括：
在所述第二衬底的正面形成第二导电层，并对所述第二导电层进行图形化以形成第二导电条及第四导电条；
在所述第二导电层上形成第四支撑层，并在所述第四支撑层中形成若干第二通孔，一部分所述第二通孔暴露出所述第二导电条，另一部分所述第二通孔暴露出所述第四导电条；
在所述第四支撑层上形成第二电极材料层，所述第二电极材料层填充所述第二通孔的部分构成第二导电柱和第二子导电柱，所述第二导电柱的一端与所述第二导电条电性连接，所述第二子导电柱的一端与所述第四导电条电性连接；
对所述第二电极材料层进行图形化以形成所述第二电极层、固定层、第一柔性连接件、第二柔性连接件及限位件，所述第二导电柱的另一端与所述固定层电性连接，所述第二导电柱、所述第二导电条及所述固定层共同构成第二导电连接结构，所述第一柔性连接件位于所述固定层与所述第二电极层之间，以连接所述固定层与所述第二电极层，所述第二柔性连接件位于相邻的两个所述第二电极层之间，以连接相邻的两个所述第二电极层，所述限位件位于相邻的两个所述第二电极层之间且与对应的两个所述第二电极层之间均具有间隙；以及，
释放所述第四支撑层。
33.如权利要求32所述的MEMS传感器的制备方法，其特征在于，对所述第二电极材料层进行图形化时，还在所述第二电极层内形成若干第一释放孔，通过所述第一释放孔以及相邻的所述第二电极层之间的间隙释放所述第四支撑层。
34.如权利要求32所述的MEMS传感器的制备方法，其特征在于，在所述第一电极材料层和所述第二电极材料层的边缘部分上以及所述第一子导电柱和所述第二子导电柱的顶部形成导电键合材料；在所述第一衬底的正面固定所述第一电极层以及在所述第二衬底的正面固定所述第二电极层之后，利用所述导电键合材料将所述第一衬底的正面与所述第二衬底的正面键合；以及，
所述第一子导电柱与对应的所述第二子导电柱通过其顶部的导电键合材料电性连接并构成第三导电柱，所述第三导电柱与对应的所述第三导电条和所述第四导电条构成第三导电连接结构，所述第一电极材料层和所述第一支撑层的边缘部分构成第二支撑层，所述第二电极材料层和所述第四支撑层的边缘部分构成第三支撑层，所述第一电极材料层和所述第二电极材料层的边缘部分上的导电键合材料构成导电键合层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110842675.0A CN113603054B (zh) | 2021-07-26 | 2021-07-26 | Mems传感器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110842675.0A CN113603054B (zh) | 2021-07-26 | 2021-07-26 | Mems传感器及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113603054A CN113603054A (zh) | 2021-11-05 |
| CN113603054B true CN113603054B (zh) | 2024-01-26 |
Family
ID=78338316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110842675.0A Active CN113603054B (zh) | 2021-07-26 | 2021-07-26 | Mems传感器及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113603054B (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2390194Y (zh) * | 1999-06-22 | 2000-08-02 | 大连理工大学 | 自举差动电容传感器 |
| CN101644718A (zh) * | 2009-07-02 | 2010-02-10 | 中国科学院声学研究所 | 一种带声学腔的电容式加速度传感器 |
| CN102768093A (zh) * | 2011-05-04 | 2012-11-07 | Nxp股份有限公司 | Mems电容性压力传感器、操作方法和制造方法 |
| CA2844780A1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-09-14 | Pgs Geophysical As | Fully differential capacitive architecture for mems accelerometer |
| CN104655333A (zh) * | 2013-11-21 | 2015-05-27 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种压力传感器及其制备方法 |
| CN104891419A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-09-09 | 歌尔声学股份有限公司 | 一种mems惯性传感器及其制造方法 |
| CN104897334A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-09-09 | 歌尔声学股份有限公司 | 一种mems压力传感元件 |
| CN109387348A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-02-26 | 华中科技大学 | 一种柔性多量程电容式压力传感器及其制备方法和应用 |
| CN112357875A (zh) * | 2020-11-06 | 2021-02-12 | 杭州士兰微电子股份有限公司 | Mems传感器及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9829406B2 (en) * | 2015-09-15 | 2017-11-28 | Nxp Usa, Inc. | Differential capacitive output pressure sensor and method |
-
2021
- 2021-07-26 CN CN202110842675.0A patent/CN113603054B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2390194Y (zh) * | 1999-06-22 | 2000-08-02 | 大连理工大学 | 自举差动电容传感器 |
| CN101644718A (zh) * | 2009-07-02 | 2010-02-10 | 中国科学院声学研究所 | 一种带声学腔的电容式加速度传感器 |
| CN102768093A (zh) * | 2011-05-04 | 2012-11-07 | Nxp股份有限公司 | Mems电容性压力传感器、操作方法和制造方法 |
| CA2844780A1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-09-14 | Pgs Geophysical As | Fully differential capacitive architecture for mems accelerometer |
| CN104655333A (zh) * | 2013-11-21 | 2015-05-27 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种压力传感器及其制备方法 |
| CN104891419A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-09-09 | 歌尔声学股份有限公司 | 一种mems惯性传感器及其制造方法 |
| CN104897334A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-09-09 | 歌尔声学股份有限公司 | 一种mems压力传感元件 |
| CN109387348A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-02-26 | 华中科技大学 | 一种柔性多量程电容式压力传感器及其制备方法和应用 |
| CN112357875A (zh) * | 2020-11-06 | 2021-02-12 | 杭州士兰微电子股份有限公司 | Mems传感器及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113603054A (zh) | 2021-11-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10452187B2 (en) | Pressure sensing module and pressure sensing touch control system using the same | |
| CA2341182C (en) | Sealed capacitive pressure sensors | |
| EP3382400B1 (en) | Three-axis inertial sensor for detecting linear acceleration | |
| CN102030302B (zh) | 微机械结构和用于制造微机械结构的方法 | |
| US7886601B2 (en) | Microelectromechanical sensor having multiple full-scale and sensitivity values | |
| EP3165888B1 (en) | Pressure sensor with variable sense gap | |
| US20050268719A1 (en) | Dynamically balanced capacitive pick-off accelerometer | |
| TWI816711B (zh) | 微機械ｚ軸慣性感測器及其生產方法 | |
| US9128114B2 (en) | Capacitive sensor device and a method of sensing accelerations | |
| US9369804B2 (en) | MEMS membrane overtravel stop | |
| KR20090098845A (ko) | 다축 마이크로메카닉 가속도센서 | |
| CN113603054B (zh) | Mems传感器及其制备方法 | |
| US20160280534A1 (en) | Capacitive mems-sensor element having bond pads for the electrical contacting of the measuring capacitor electrodes | |
| CN111595381A (zh) | 一种背面引线的仿生纤毛电容式微传感器及其制备方法 | |
| CN112357875B (zh) | Mems传感器及其制备方法 | |
| JP5034043B2 (ja) | 加速度センサ、および加速度検出装置 | |
| KR101787878B1 (ko) | 압저항형 가속도계 | |
| CN115931185B (zh) | 一种电容式微机电传感器 | |
| US20240302404A1 (en) | Acceleration sensor | |
| WO2024004350A1 (ja) | Ｍｅｍｓ加速度センサ | |
| TWI681192B (zh) | 三軸加速度計 | |
| JP2009270944A (ja) | 静電容量型加速度センサ | |
| US20200371130A1 (en) | Inertial sensor | |
| JPH04127537U (ja) | 力検出装置 | |
| CN115574985A (zh) | 一种基于电场的接近与触觉感知柔性传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |