CN116429299A - 一种可晶圆系统集成的压力传感芯片制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可晶圆系统集成的压力传感芯片制造方法,包括深槽隔离步骤,深刻蚀间隙步骤,电极生长步骤,深刻蚀进气孔步骤,气密封装步骤。本发明在绝缘体上硅晶圆的垂直方向制造深槽平行板电容结构,与传统的在晶圆上下表面水平方向制造压力敏感膜片的方法相比,占用的芯片面积较小;深槽平行板电容结构的真空参考腔需要密封的面积小,并不一定依赖复杂的硅‑硅、硅‑玻璃键合工艺;且垂直方向的压力敏感膜片可以与梳齿式平行板电容结构相结合,形成类似差分式的结构,具有放大压力信号的功能,有利于与信号处理部分在晶圆上实现单片集成。
Description
技术领域
本发明属于电子技术领域,尤其涉及一种可晶圆系统集成的压力传感芯片制造方法。
背景技术
随着物联网和人工智能时代的到来,对高密度集成的传感控制系统的需求也越来越高。将传感芯片与信号处理芯片单片集成在一起通常有两种思路,一种是通过封装工艺将分别做好的传感芯片和信号处理芯片集成封装在同一张转接板上,这样方法的工艺难度较小,但是芯片尺寸通常较大;为了降低信号的延迟和工艺偏差,另一种方法是将传感部分和信号处理部分直接用微电子工艺做在同一张芯片上,但是需要综合考虑传感部分工艺和信号处理部分的前后道工艺的影响。以压力传感芯片为例,绝压式压力传感芯片通常由真空参考腔、压力敏感膜片、可变电学结构等几部分组成。其中压力敏感膜片的形成通常需要用深刻蚀或湿法腐蚀在硅片上或下表面形成C型膜片,然后再用硅片或者玻璃片与膜片键合形成真空参考腔,压力敏感膜片通常占用的芯片面积较大,且大面积深腔腐蚀也会对后续工艺产生影响。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题,本申请实施例的目的是提供一种可晶圆系统集成的压力传感芯片制造方法,不采用传统的水平方向的压力敏感膜片结构,而是采用深刻蚀方法,形成垂直方向的深槽平行板电容结构,降低了芯片占用面积,并可以与信号处理部分在晶圆上实现单片集成。
根据本申请实施例的第一方面,提供一种可晶圆系统集成的压力传感芯片制造方法,包括:
深槽隔离步骤:在绝缘体上硅晶圆器件层上光刻并深刻蚀硅至埋氧层二氧化硅,形成电容隔离槽,并填充隔离绝缘材料;
深刻蚀间隙步骤:在绝缘体上硅晶圆器件层上光刻并深刻蚀硅至埋氧层二氧化硅,形成垂直方向的平行板电容间隙;
电极生长步骤:把晶圆浸入化学镀溶液中,则在硅表面形成金属层沉积,构成平行板电容的极板,并填充牺牲层材料,再生长互连线和焊盘将极板信号引出;
深刻蚀进气孔步骤:在晶圆器件层上光刻并深刻蚀硅至埋氧层二氧化硅,形成进气孔和垂直方向的压力敏感膜片,填充牺牲层材料,在晶圆上沉积厚膜绝缘层并光刻刻蚀出牺牲层材料间隙释放孔和进气孔的释放孔;
气密封装步骤:用去胶液通过释放孔去除所述牺牲层材料,并在真空条件下将进气孔释放孔密封,形成具有垂直敏感膜的绝压式压力传感芯片。
进一步地,在深槽隔离步骤中,所述隔离绝缘材料为选自聚酰亚胺、SU8、BCB、二氧化硅的至少一种。
进一步地,所述电极生长步骤包括:
把晶圆依次浸入激活液和化学镀溶液中,则有选择地在垂直方向的硅表面形成金属层沉积,而在埋氧层二氧化硅表面不形成金属层沉积;
用牺牲层材料填充所述平行板电容间隙,形成临时的间隙填充层,用溅射或蒸发的方式生长平行板电容的互连线和焊盘。
进一步地,所述激活液的成分包括去离子水、氢氟酸和氯化钯,所述化学镀溶液的成分包括硫酸铜和甲醛。
进一步地,深刻蚀进气孔步骤包括:
光刻并深刻蚀硅至埋氧层二氧化硅,形成进气孔和垂直方向的压力敏感膜片;
用牺牲层材料填充进气孔,形成进气孔填充层;
在绝缘体上硅晶圆正面沉积密封层;
光刻刻蚀所述密封层得到间隙释放孔和进气孔释放孔,把绝缘体上硅晶圆浸入选择性去除溶液中除去所述进气孔填充层的牺牲层材料。
进一步地,在所述气密封装步骤中,通过沉积密封结构将进气孔释放孔密封,其中密封结构的材料选自金属浆料、玻璃浆料、聚酰亚胺、SU8、BCB、二氧化硅、环氧树脂、金属镀层、含钠离子玻璃圆片、硅晶圆;密封结构的沉积方法选自丝网印刷、倒装键合、化学气相淀积、牺牲层粘附效应法、阳极键合、热压键合、激光局部加热。
进一步地,基于丝网印刷和玻璃浆料的真空封装工艺具体为:
在载板上用丝网印刷的方法印刷玻璃浆料并进行预烧结;
将绝缘体上硅晶圆倒转并与带有玻璃浆料的载板对准;
将对准后的绝缘体上硅晶圆置于真空键合机中,抽真空、加热完成玻璃浆料烧结,烧结完成后取出绝缘体晶圆并去除载板。
根据本申请实施例的第二方面,提供一种可晶圆系统集成的压力传感芯片制造方法,包括:
深槽隔离步骤:在绝缘体上硅晶圆器件层上光刻并深刻蚀硅至埋氧层二氧化硅,形成电容隔离槽,并填充隔离绝缘材料;
台阶刻蚀步骤:在预设的梳齿电容位置,在绝缘体上硅晶圆器件层上刻蚀硅并形成台阶,使得所述梳齿电容的定极板一侧的硅低于所述梳齿电容的动极板一侧的硅;
深刻蚀间隙步骤:在绝缘体上硅晶圆器件层上光刻并深刻蚀硅至埋氧层二氧化硅,形成平行板电容间隙和梳齿结构;
电极生长步骤:把晶圆浸入化学镀溶液中,则在硅表面形成金属层沉积,构成平行板电容的极板和金属化的梳齿结构,向所述平行板电容间隙和梳齿结构间的间隙填充牺牲层材料,生长互连线和焊盘将极板信号引出;
深刻蚀进气孔步骤:在晶圆器件层上光刻并深刻蚀硅至埋氧层二氧化硅,形成进气孔和垂直方向的压力敏感膜片,填充牺牲层材料,在晶圆上沉积厚膜绝缘层并光刻刻蚀出牺牲层材料间隙释放孔和进气孔的释放孔;
气密封装步骤:用去胶液通过释放孔去除所述牺牲层材料,并在真空条件下将进气孔释放孔密封,形成带有梳齿电容的压力传感芯片。
进一步地,若预设的梳齿电容数量为1,则所述梳齿电容的位置为平行板电容一侧的极板与该侧的电容隔离层之间。
进一步地,若预设的梳齿电容数量为2,则一个梳齿电容的位置为平行板电容一侧的极板与该侧的电容隔离层之间,另一个梳齿电容与其轴对称设置。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果:
第一,本发明在晶圆的垂直方向制造深槽平行板电容结构,与传统的在晶圆上下表面水平方向制造压力敏感膜片的方法相比,占用的芯片面积较小;
第二,本发明的制造工艺在硅晶圆上进行,深槽平行板电容结构的真空参考腔需要密封的面积小,并不一定依赖复杂的硅-硅、硅-玻璃键合工艺,有利于与信号处理部分在晶圆上实现单片集成;
第三,本发明的垂直方向的压力敏感膜片可以与梳齿式平行板电容结构相结合,形成类似差分式的结构,具有放大压力信号的功能。
应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本申请的实施例,并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1为基于SOI晶圆的可晶圆系统集成的压力传感芯片制造方法流程图,其中图1中的(a)-图1中的(i)为各流程中的晶圆剖面图;
图2为基于SOI晶圆的可晶圆系统集成的压力传感芯片制造方法流程图,其中图2中的(a)-图2中的(g)为各流程中的晶圆俯视图;
图3为本发明基于丝网印刷和玻璃浆料的真空封装工艺实施例示意图,其中图3中的(a)-图3中的(c)为各流程形成的结构示意图;
图4为本发明带有梳齿电容的压力传感芯片的结构示意图,其中图4中的(a)为一侧带有梳齿电容的压力传感芯片的结构剖面图,图4中的(b)为一侧带有梳齿电容的压力传感芯片的俯视图,图4中的(c)为一侧带有梳齿电容的压力传感芯片受力时的俯视图,图4中的(d)为双侧带有梳齿电容的压力传感芯片的俯视图,图4中的(e)为双侧带有梳齿电容的压力传感芯片受力时的俯视图。
附图标记:SOI晶圆1,埋氧层二氧化硅2,电容隔离层3,平行板电容间隙4,平行板电容极板5,间隙填充层6,引线互联7,进气孔8,进气孔填充层9,上表面二氧化硅层10,间隙释放孔11,进气孔释放孔12,密封结构13,载板14,真空键合机15,压力敏感膜片16,第一梳齿17,第二梳齿18,固定锚点19,平行板20。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解,本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解,尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息,但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如,在不脱离本申请范围的情况下,第一信息也可以被称为第二信息,类似地,第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境,如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
如图1和图2所示,本申请实施例提供一种基于SOI晶圆的可晶圆系统集成的压力传感芯片制造方法,以具有较厚器件层的SOI晶圆1为材料制造所述芯片(图1中的(a))。该方法可以包括以下步骤:
(1)深槽隔离步骤:在绝缘体上硅晶圆器件层上光刻并深刻蚀硅至埋氧层二氧化硅2,形成电容隔离槽,并填充隔离绝缘材料;
具体地,在SOI晶圆1器件层上光刻并深刻蚀硅至埋氧层二氧化硅2,并填充隔离绝缘材料,形成电容隔离层3(图1中的(b),图2中的(a)),所述隔离绝缘材料包含但不局限于聚酰亚胺、SU8、BCB、二氧化硅等;
(2)深刻蚀间隙步骤:在SOI晶圆1器件层上光刻并深刻蚀硅至埋氧层二氧化硅2,形成平行板电容间隙4;
具体地,在SOI晶圆1器件层上光刻并深刻蚀硅至埋氧层二氧化硅2,形成平行板电容间隙4。
(3)电极生长步骤:把SOI晶圆1浸入化学镀溶液中,则在硅表面形成金属层沉积,构成平行板电容极板,填充所述平行板电容间隙4,生长互连线和焊盘将极板信号引出;具体地可以包括以下子步骤:
(3.1)将SOI晶圆1依次浸入激活液和化学镀溶液中,在硅表面形成铜沉积,构成平行板电容极板5,而在不活泼的埋氧层二氧化硅2表面无铜沉积(图1中的(c),图2中的(b))。优选化学镀溶液为化学镀铜溶液,其中所述激活液的成分包括去离子水、氢氟酸和氯化钯,所述化学镀溶液的成分包括硫酸铜和甲醛。
(3.2)用多次交替旋涂、烘干光刻胶的方式或喷涂光刻胶的方式填充所述平行板电容间隙4,形成临时的间隙填充层6,用溅射或蒸发的方式生长平行板电容的互连线和焊盘即引线互联7(图1中的(d),图2中的(c))。
(4)深刻蚀进气孔步骤:在SOI晶圆1器件层上光刻并深刻蚀硅至埋氧层二氧化硅2,形成进气孔8和垂直方向的压力敏感膜片16,填充起临时支撑作用的牺牲层材料,在晶圆上沉积厚膜绝缘层并光刻刻蚀出牺牲层材料间隙释放孔和进气孔释放孔;具体可以包括以下子步骤:
(4.1)光刻并深刻蚀硅至埋氧层二氧化硅2,形成进气孔8和垂直方向的压力敏感膜片16(图1中的(e),图2中的(d));
(4.2)用牺牲层材料填充进气孔8,形成进气孔填充层9(图1中的(f),图2中的(e)),优选用多次交替旋涂、烘干光刻胶或喷涂光刻胶的方式填充;
(4.3)在SOI晶圆1正面沉积密封层,密封层材料包括但不局限于聚酰亚胺、SU8、BCB、二氧化硅等,优选用等离子体增强化学气相淀积法(PECVD)沉积上表面二氧化硅层10(图1中的(g),图2中的(f));
(4.4)光刻刻蚀所述上表面二氧化硅层10,得到间隙释放孔11和进气孔释放孔12,将SOI晶圆浸入选择性去除溶液(如丙酮或去胶液)中除去所述间隙填充层6和进气孔填充层9(图1中的(h),图2中的(g))。
(5)气密封装步骤:用去胶液通过释放孔去除临时填充的牺牲层材料,并在真空条件下将进气孔释放孔密封,形成具有垂直敏感膜的绝压式压力传感芯片;
具体地,在真空条件下将平行板电容间隙4的间隙释放孔11密封(图1中的(i)),形成具有垂直敏感膜的绝压式压力传感芯片。密封结构13的材料包含但不局限于金属浆料、玻璃浆料、聚酰亚胺、SU8、BCB、二氧化硅、环氧树脂、金属镀层、含钠离子玻璃圆片、硅晶圆等。密封结构13的沉积方法包含但不局限于丝网印刷、倒装键合、化学气相淀积、牺牲层粘附效应法、阳极键合、热压键合、激光局部加热等。
如图3所示,在一实施例中,基于丝网印刷和玻璃浆料的真空封装工艺具体为:
步骤1:在载板14上用丝网印刷的方法印刷玻璃浆料作为密封结构13的材料(图3中的(a))并进行预烧结;
步骤2:将上述SOI晶圆倒转并与带有玻璃浆料的载板14对准(图3中的(b));
步骤3:将对准后的晶圆置于真空键合机15中,抽真空、加热完成玻璃浆料烧结,烧结完成后取出晶圆并去除载板14(图3中的(c))。
上述具有垂直敏感膜片的绝压式压力传感芯片的工作原理是,所述垂直方向的压力敏感膜片16、平行板20、埋氧层二氧化硅2、密封结构13、电容隔离层3构成了绝压式压力传感器的真空参考腔,而压力敏感膜片16和平行板20构成了电容值可变的平行板电容器且该电容器周围均与体硅绝缘隔离。当外界压力通过所述进气孔释放孔12作用于压力敏感膜片16外侧表面时,压力敏感膜片16发生向内侧的弯曲变形,压力敏感膜片16和平行板20构成的平行板电容器的电容值发生相应的变化,通过检测电容值就可以测量得到相应的压力值。由于该工艺步骤主要在硅晶圆上进行,垂直方向的深槽平行板电容结构占用的芯片面积较小,且并不一定依赖复杂的硅-硅、硅-玻璃键合工艺,有利于与信号处理部分在晶圆上实现单片集成。
本申请还提供一种可晶圆系统集成的压力传感芯片制造方法,该方法可以包括:
深槽隔离步骤:在绝缘体上硅晶圆器件层上光刻并深刻蚀硅至埋氧层二氧化硅,形成电容隔离槽,并填充隔离绝缘材料;
台阶刻蚀步骤:在预设的梳齿电容位置,在绝缘体上硅晶圆器件层上刻蚀硅并形成台阶,使得所述梳齿电容的定极板一侧的硅低于所述梳齿电容的动极板一侧的硅;
深刻蚀间隙步骤:在绝缘体上硅晶圆器件层上光刻并深刻蚀硅至埋氧层二氧化硅,形成平行板电容间隙和梳齿结构;
电极生长步骤:把晶圆浸入化学镀溶液中,则在硅表面形成金属层沉积,构成平行板电容的极板和金属化的梳齿结构,向所述平行板电容间隙和梳齿结构间的间隙填充牺牲层材料,生长互连线和焊盘将极板信号引出;
深刻蚀进气孔步骤:在晶圆器件层上光刻并深刻蚀硅至埋氧层二氧化硅,形成进气孔和垂直方向的压力敏感膜片,填充牺牲层材料,在晶圆上沉积厚膜绝缘层并光刻刻蚀出牺牲层材料间隙释放孔和进气孔的释放孔,并去除所述梳齿结构下方的埋氧层二氧化硅以形成悬空结构;
气密封装步骤:用去胶液通过释放孔去除所述牺牲层材料,并在真空条件下将进气孔释放孔密封,形成带有梳齿电容的压力传感芯片。
图4为带有梳齿电容的压力传感芯片的结构示意图。若预设的梳齿电容数量为1,则所述梳齿电容的位置为平行板电容一侧的极板与该侧的电容隔离层之间;若预设的梳齿电容数量为2,则一个梳齿电容的位置为平行板电容一侧的极板与该侧的电容隔离层之间,另一个梳齿电容与其轴对称设置。作为本发明的两个实施例,其中,图4中的(a)所示为一侧带有梳齿电容的压力传感芯片的结构剖面图,图4中的(b)是其俯视图,图4中的(c)是其受力时的俯视图。首先,用深刻蚀的方式在压力敏感膜片16的外侧深刻蚀硅形成交错排布的梳齿结构(第一梳齿17和第二梳齿18)并选择性金属化,然后用氢氟酸去除梳齿下方的SOI埋氧层二氧化硅2形成悬空结构。当压力敏感膜片16受到压力时发生形变,带动其上的第一梳齿17运动,而另一层的第二梳齿18与它的固定锚点19保持不动。这样,不仅平行板20与压力敏感膜片16组成的电容值会变大,梳齿结构(第一梳齿17和第二梳齿18)组成的电容值则会变小。具有垂直敏感膜的电容和梳齿电容构成了类似差分式的结构,具有放大压力信号的功能。
图4中的(d)所示为双侧带有梳齿电容的压力传感芯片的结构俯视图,图4中的(e)是其受力时的俯视图。双侧带有梳齿电容的结构在受到压力作用时,不仅双侧的垂直敏感膜的电容值会有更大的变化,而且双侧的梳齿电容值也会有更大的变化,具有进一步放大压力信号的功能。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后,将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。
应当理解的是,本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。
Claims (10)
1.一种可晶圆系统集成的压力传感芯片制造方法,其特征在于,包括:
深槽隔离步骤:在绝缘体上硅晶圆器件层上光刻并深刻蚀硅至埋氧层二氧化硅,形成电容隔离槽,并填充隔离绝缘材料;
深刻蚀间隙步骤:在绝缘体上硅晶圆器件层上光刻并深刻蚀硅至埋氧层二氧化硅,形成垂直方向的平行板电容间隙;
电极生长步骤:把晶圆浸入化学镀溶液中,则在硅表面形成金属层沉积,构成平行板电容的极板,并填充牺牲层材料,再生长互连线和焊盘将极板信号引出;
深刻蚀进气孔步骤:在晶圆器件层上光刻并深刻蚀硅至埋氧层二氧化硅,形成进气孔和垂直方向的压力敏感膜片,填充牺牲层材料,在晶圆上沉积厚膜绝缘层并光刻刻蚀出牺牲层材料间隙释放孔和进气孔的释放孔;
气密封装步骤:用去胶液通过释放孔去除所述牺牲层材料,并在真空条件下将进气孔释放孔密封,形成具有垂直敏感膜的绝压式压力传感芯片。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在深槽隔离步骤中,所述隔离绝缘材料为选自聚酰亚胺、SU8、BCB、二氧化硅的至少一种。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述电极生长步骤包括:
把晶圆依次浸入激活液和化学镀溶液中,则有选择地在垂直方向的硅表面形成金属层沉积,而在埋氧层二氧化硅表面不形成金属层沉积;
用牺牲层材料填充所述平行板电容间隙,形成临时的间隙填充层,用溅射或蒸发的方式生长平行板电容的互连线和焊盘。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述激活液的成分包括去离子水、氢氟酸和氯化钯,所述化学镀溶液的成分包括硫酸铜和甲醛。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,深刻蚀进气孔步骤包括:
光刻并深刻蚀硅至埋氧层二氧化硅,形成进气孔和垂直方向的压力敏感膜片;
用牺牲层材料填充进气孔,形成进气孔填充层;
在绝缘体上硅晶圆正面沉积密封层;
光刻刻蚀所述密封层得到间隙释放孔和进气孔释放孔,把绝缘体上硅晶圆浸入选择性去除溶液中除去所述进气孔填充层的牺牲层材料。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述气密封装步骤中,通过沉积密封结构将进气孔释放孔密封,其中密封结构的材料选自金属浆料、玻璃浆料、聚酰亚胺、SU8、BCB、二氧化硅、环氧树脂、金属镀层、含钠离子玻璃圆片、硅晶圆;密封结构的沉积方法选自丝网印刷、倒装键合、化学气相淀积、牺牲层粘附效应法、阳极键合、热压键合、激光局部加热。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,基于丝网印刷和玻璃浆料的真空封装工艺具体为:
在载板上用丝网印刷的方法印刷玻璃浆料并进行预烧结;
将绝缘体上硅晶圆倒转并与带有玻璃浆料的载板对准;
将对准后的绝缘体上硅晶圆置于真空键合机中,抽真空、加热完成玻璃浆料烧结,烧结完成后取出绝缘体晶圆并去除载板。
8.一种可晶圆系统集成的压力传感芯片制造方法,其特征在于,包括:
深槽隔离步骤:在绝缘体上硅晶圆器件层上光刻并深刻蚀硅至埋氧层二氧化硅,形成电容隔离槽,并填充隔离绝缘材料;
台阶刻蚀步骤:在预设的梳齿电容位置,在绝缘体上硅晶圆器件层上刻蚀硅并形成台阶,使得所述梳齿电容的定极板一侧的硅低于所述梳齿电容的动极板一侧的硅;
深刻蚀间隙步骤:在绝缘体上硅晶圆器件层上光刻并深刻蚀硅至埋氧层二氧化硅,形成平行板电容间隙和梳齿结构;
电极生长步骤:把晶圆浸入化学镀溶液中,则在硅表面形成金属层沉积,构成平行板电容的极板和金属化的梳齿结构,向所述平行板电容间隙和梳齿结构间的间隙填充牺牲层材料,生长互连线和焊盘将极板信号引出;
深刻蚀进气孔步骤:在晶圆器件层上光刻并深刻蚀硅至埋氧层二氧化硅,形成进气孔和垂直方向的压力敏感膜片,填充牺牲层材料,在晶圆上沉积厚膜绝缘层并光刻刻蚀出牺牲层材料间隙释放孔和进气孔的释放孔,并去除所述梳齿结构下方的埋氧层二氧化硅以形成悬空结构;
气密封装步骤:用去胶液通过释放孔去除所述牺牲层材料,并在真空条件下将进气孔释放孔密封,形成带有梳齿电容的压力传感芯片。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,若预设的梳齿电容数量为1,则所述梳齿电容的位置为平行板电容一侧的极板与该侧的电容隔离层之间。
10.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,若预设的梳齿电容数量为2,则一个梳齿电容的位置为平行板电容一侧的极板与该侧的电容隔离层之间,另一个梳齿电容与其轴对称设置。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117003197A (zh) * | 2023-09-26 | 2023-11-07 | 之江实验室 | 具有垂直法珀腔的可晶上集成的高温惯性芯片制备方法 |
Citations (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07280684A (ja) * | 1994-04-01 | 1995-10-27 | Omron Corp | 静電容量型センサ及びその製造方法 |
JP2001267588A (ja) * | 2000-01-11 | 2001-09-28 | Fuji Electric Co Ltd | 静電容量型半導体センサおよびその製造方法 |
US20010055831A1 (en) * | 2000-04-10 | 2001-12-27 | Daneman Michael J. | Mechanical landing pad formed on the underside of a MEMS device |
KR20020079040A (ko) * | 2001-04-12 | 2002-10-19 | 조동일 | 선택적 에스오아이 구조를 이용한 단결정 실리콘마이크로일렉트로미케니컬 시스템을 위한 절연 방법 |
CN1905136A (zh) * | 2005-07-27 | 2007-01-31 | 株式会社半导体能源研究所 | 半导体装置制造方法 |
CN101127514A (zh) * | 2007-09-10 | 2008-02-20 | 北京大学 | 一种平面电容谐振器及其制备方法 |
CN103257005A (zh) * | 2012-02-21 | 2013-08-21 | 苏州敏芯微电子技术有限公司 | 电容式压力传感器及其制造方法 |
CN104697702A (zh) * | 2013-12-04 | 2015-06-10 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | Mems器件及其形成方法 |
CN105181186A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-12-23 | 歌尔声学股份有限公司 | 一种压力传感元件及其制造方法 |
US20180356255A1 (en) * | 2015-12-04 | 2018-12-13 | Goertek Inc. | Environmental sensor and manufacturing method thereof |
US20190120781A1 (en) * | 2016-03-31 | 2019-04-25 | Kyocera Corporation | Stress sensor |
CN111103073A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-05-05 | 合肥工业大学 | 一种多参量协同敏感的谐振式压力传感器及其制备方法 |
CN113735055A (zh) * | 2021-07-21 | 2021-12-03 | 绍兴中芯集成电路制造股份有限公司 | 一种mems器件制造方法及mems器件 |
CN216899367U (zh) * | 2022-03-11 | 2022-07-05 | 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 | 可变电容结构及压力传感器 |
CN115165158A (zh) * | 2022-05-20 | 2022-10-11 | 安徽京芯传感科技有限公司 | 一种mems电容式压力传感器及其制备方法 |
CN115655534A (zh) * | 2022-10-31 | 2023-01-31 | 歌尔微电子股份有限公司 | 压力传感器及压力传感器的制作方法 |
CN115709970A (zh) * | 2022-10-24 | 2023-02-24 | 天津智模科技有限公司 | 一种晶圆级真空封装的mems器件及其制作方法 |
CN115799076A (zh) * | 2023-02-03 | 2023-03-14 | 之江实验室 | 一种可测流速压力温度的晶圆系统微流道制造方法 |
-
2023
- 2023-06-12 CN CN202310686488.7A patent/CN116429299B/zh active Active
Patent Citations (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07280684A (ja) * | 1994-04-01 | 1995-10-27 | Omron Corp | 静電容量型センサ及びその製造方法 |
JP2001267588A (ja) * | 2000-01-11 | 2001-09-28 | Fuji Electric Co Ltd | 静電容量型半導体センサおよびその製造方法 |
US20010055831A1 (en) * | 2000-04-10 | 2001-12-27 | Daneman Michael J. | Mechanical landing pad formed on the underside of a MEMS device |
KR20020079040A (ko) * | 2001-04-12 | 2002-10-19 | 조동일 | 선택적 에스오아이 구조를 이용한 단결정 실리콘마이크로일렉트로미케니컬 시스템을 위한 절연 방법 |
CN1905136A (zh) * | 2005-07-27 | 2007-01-31 | 株式会社半导体能源研究所 | 半导体装置制造方法 |
CN101127514A (zh) * | 2007-09-10 | 2008-02-20 | 北京大学 | 一种平面电容谐振器及其制备方法 |
CN103257005A (zh) * | 2012-02-21 | 2013-08-21 | 苏州敏芯微电子技术有限公司 | 电容式压力传感器及其制造方法 |
CN104697702A (zh) * | 2013-12-04 | 2015-06-10 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | Mems器件及其形成方法 |
CN105181186A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-12-23 | 歌尔声学股份有限公司 | 一种压力传感元件及其制造方法 |
US20180356255A1 (en) * | 2015-12-04 | 2018-12-13 | Goertek Inc. | Environmental sensor and manufacturing method thereof |
US20190120781A1 (en) * | 2016-03-31 | 2019-04-25 | Kyocera Corporation | Stress sensor |
CN111103073A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-05-05 | 合肥工业大学 | 一种多参量协同敏感的谐振式压力传感器及其制备方法 |
CN113735055A (zh) * | 2021-07-21 | 2021-12-03 | 绍兴中芯集成电路制造股份有限公司 | 一种mems器件制造方法及mems器件 |
CN216899367U (zh) * | 2022-03-11 | 2022-07-05 | 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 | 可变电容结构及压力传感器 |
CN115165158A (zh) * | 2022-05-20 | 2022-10-11 | 安徽京芯传感科技有限公司 | 一种mems电容式压力传感器及其制备方法 |
CN115709970A (zh) * | 2022-10-24 | 2023-02-24 | 天津智模科技有限公司 | 一种晶圆级真空封装的mems器件及其制作方法 |
CN115655534A (zh) * | 2022-10-31 | 2023-01-31 | 歌尔微电子股份有限公司 | 压力传感器及压力传感器的制作方法 |
CN115799076A (zh) * | 2023-02-03 | 2023-03-14 | 之江实验室 | 一种可测流速压力温度的晶圆系统微流道制造方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
KIM, JK AND BAEK, CW: "Capacitive pressure sensor with wafer-through silicon vias using SOI-Si direct wafer bonding and glass reflow technique", IEICE ELECTRONICS EXPRESS * |
YANGXI ZHANG ET.AL: "A monolithic integration multifunctional MEMS sensor based on cavity SOI wafer", SENSORS * |
任子明;白冰;王任鑫;张国军;: "基于梳齿式电容加速度计的深硅刻蚀", 微纳电子技术, no. 09 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117003197A (zh) * | 2023-09-26 | 2023-11-07 | 之江实验室 | 具有垂直法珀腔的可晶上集成的高温惯性芯片制备方法 |
CN117003197B (zh) * | 2023-09-26 | 2024-03-26 | 之江实验室 | 具有垂直法珀腔的可晶上集成的高温惯性芯片制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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