CN213364087U - 一种应用于电子终端产品的电容式mems压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种应用于电子终端产品的电容式MEMS压力传感器，由若干电容单元阵列形成，所述电容单元包括由下至上依次设置的基底、在基底上重掺杂形成的下极板、氧化硅层、以及采用CMOS薄膜形成的上极板；所述氧化硅层作为牺牲层，形成上极板与下极板之间的电容间隙；所述CMOS薄膜包括下多晶硅层及上多晶硅层，所述下多晶硅层上设置有若干牺牲层释放孔，所述上多晶硅层使电容间隙形成真空密封；本实用新型采用若干电容单元阵列形成，使得每个电容单元的尺寸可以减少，CMOS薄膜的厚度以及电容间隙相对于传统的结构尺寸可以减小，从而使得本实用新型的电容式MEMS压力传感器灵敏度高、温度影响小、抗压性能好、以及噪音低等优点，非常适合于高性能的应用。

Description

一种应用于电子终端产品的电容式MEMS压力传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，特别涉及一种应用于电子终端产品的电容式MEMS压力传感器。

背景技术

随着消费电子产业的发展，越来越多的微机电系统(MEMS)传感器被集成到智能手机、智能家居、智能可穿戴产品、无人飞行器等智能终端产品中，被用于改善提升应用体验、增强设备性能。物联网(IOT)时代的到来，更使体积小、性能优越、功耗低的MEMS传感器找到了更广阔的应用场景。

目前市场上主流的MEMS压力传感器主要采用压阻式、电容式、谐振式技术，其主要原理如下：

(1)压阻式：技利用晶体硅刻蚀技术、晶圆键合技术、离子掺杂及薄膜金属化等技术，形成一个用硅薄膜密封的真空腔体作为绝对压力的参考腔，并在硅薄膜上用离子注入的方法形成由四组位于薄膜边缘的扩散电阻组成的信号检测惠斯通电桥。当气压发生变化时，硅薄膜发生形变，其边缘的的扩散电阻由于压阻效应感受到应力的变化，从而通过惠斯通电桥检测出电压的变化，该变化与气压的变化成正比，从而检测气压变化。

(2)电容式：淀积在膜片下表面上的金属层形成电容器的活动电极，另一电极淀积在硅衬底表面上，二者构成平行板式电容器，当膜片感受压力作用发生弯曲时，电容器的极板间距发生变化，从而引起电容量的变化，该变化量与被测压力相对应。

(3)谐振式：基于膜片或梁的谐振频率随被测压力变化而改变的原理来实现压力测量，硅膜片或梁由静电或其它方法激励而产生谐振动，谐振频率为f，当膜片或梁受被测压力直接(间接)作用时，刚度发生改变，从而导致谐振频率的变化Δf，该变化量与被测压力相对应。

基于电容式压力传感器相较于传统的压阻式压力传感器以及谐振式压力传感器的灵敏度高、功耗低、稳定性强的特性，其更能满足应用需求，但是针对目前市场上对压力传感器的灵敏度、环境适应性、抗压性能、噪音要求的不断提高，现有技术中的电容式压力传感器仍具有巨大的上升空间，因此本实用新型研制了一种应用于电子终端产品的电容式MEMS压力传感器，以解决现有技术中存在的问题，经检索，未发现与本实用新型相同或相似的技术方案。

实用新型内容

本实用新型目的是：提供一种应用于电子终端产品的电容式MEMS压力传感器，以解决现有技术中压力传感器的灵敏度、环境适应性、抗压性能、噪音要求相对较差的问题。

本实用新型的技术方案是：一种应用于电子终端产品的电容式MEMS压力传感器，由若干电容单元阵列形成，所述电容单元包括由下至上依次设置的基底、在基底上重掺杂形成的下极板、氧化硅层、以及采用CMOS薄膜形成的上极板；所述氧化硅层作为牺牲层，形成上极板与下极板之间的电容间隙；所述CMOS薄膜包括下多晶硅层、以及在下多晶硅层上淀积形成的上多晶硅层，所述下多晶硅层上设置有若干牺牲层释放孔，所述上多晶硅层使电容间隙形成真空密封；所述下极板及上极板上还通过引线连接有焊盘。

优选的，所述上极板端部上端及氧化硅层上端还淀积形成有保护层，所述保护层采用多晶硅、氧化硅、氮化硅或其组合制成。

优选的，所述下极板由P型重掺杂区域构成，其掺杂浓度为2*10¹⁸/cm³～10¹⁹/cm³。

优选的，所述上多晶硅层与下多晶硅层的厚度相同。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

(1)本实用新型采用若干电容单元阵列形成，则使得每个电容单元的尺寸可以减少，CMOS薄膜的厚度以及电容间隙相对于传统的电容式压力传感器可以减小，从而使得本实用新型的电容式MEMS压力传感器灵敏度高、温度影响小、抗压性能好、以及噪音低等优点，非常适合于高性能的应用。

(2)电容式MEMS压力传感器灵敏度受CMOS薄膜厚度影响，当CMOS薄膜厚度越小，灵敏度越高；受温度的影响、抗压性能以及噪音大小均与电容间隙有关，当电容间隙越小，其受温度的影响也越小，抗压性能也越好，噪音越低。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型所述的一种应用于电子终端产品的电容式MEMS压力传感器的芯片布局图。

图2为本实用新型所述的一种应用于电子终端产品的电容式MEMS压力传感器的剖视图。

其中：1、电容单元，2、基底，3、下极板，4、氧化硅层(牺牲层)，5、电容间隙，6、上极板(CMOS薄膜)，7、下多晶硅层，8、上多晶硅层，9、牺牲层释放孔，10、保护层，11、引线，12、焊盘。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本实用新型的内容做进一步的详细说明：

如图1、图2所示，一种应用于电子终端产品的电容式MEMS压力传感器，由若干电容单元1阵列形成，电容单元1包括由下至上依次设置的基底2、在基底2上重掺杂形成的下极板3、氧化硅层4、采用CMOS薄膜形成的上极板6、以及淀积在上极板6端部上端及氧化硅层4上端的保护层10。

下极板3由P型重掺杂区域构成，其掺杂浓度为2*10¹⁸/cm³～10¹⁹/cm³；氧化硅层4作为牺牲层，形成上极板6与下极板3之间的电容间隙5；CMOS薄膜包括下多晶硅层7、以及在下多晶硅层7上淀积形成的上多晶硅层8，下多晶硅层7上设置有若干牺牲层释放孔9，上多晶硅层8使电容间隙5形成真空密封，且上多晶硅层8与下多晶硅层7的厚度相同；保护层10采用多晶硅、氧化硅、氮化硅或其组合制成；下极板3及上极板6上还通过引线11连接有焊盘12，引线11的设置必须具备引线孔，因此，与上极板连接的焊盘12一端，所处位置处的保护层10上设置有引线孔；与下极板连接的焊盘12一端，所处位置处的保护层10及氧化硅层上均设置有引线孔。

本实用新型中，电容单元1的制备步骤如下：

(1)在基底2上采用离子注入进行重掺杂，其掺杂浓度控制为2*10¹⁸/cm³～10¹⁹/cm³，从而形成下极板3；

(2)在下极板3上淀积氧化硅层4形成牺牲层，在牺牲层上淀积下多晶硅层7，并通过光刻在下多晶硅层7上形成多个牺牲层释放孔9，将牺牲层从牺牲层释放孔9处进行掏空，以形成电容间隙5；同时在牺牲层上形成供引线与下极板连接的引线孔；

(3)在下多晶硅层7上淀积形成上多晶硅层8，用以密封牺牲层释放孔9，并使电容间隙5内形成真空密封；

(4)在上极板端部上端及氧化硅层上端淀积形成保护层10，并通过光刻形成引线孔，各引线孔内分别设置有与上极板6及下极板3连接的引线11，引线11上端连接有焊盘12。

本实用新型经试验检测得到相关参数如下，其相对于现有技术具有显著的进步：

参数	本实用新型	现有技术1	现有技术2
				封装尺寸(mm<sup>3</sup>)	2.5*2.0*0.95	2.5*2.0*0.95	2.5*2.5*1.0
温度系数	＜0.5Pa/K	1.5Pa/K	-----
				接口	I<sup>2</sup>C/SPI	I<sup>2</sup>C/SPI	I<sup>2</sup>C/SPI
量程(hPa)	300-1100	300-1100	260-1260
				绝对精度	±1hPa	±1hPa	±1hPa
相对精度	±6hPa	±12hPa	±20hPa
				分辨率(噪音)	±0.6Pa(±5cm)	1.3Pa	3Pa
ADC位数	24	24	24
				电流消耗	3μA	3μA	4μA

根据上述对于本实用新型与传统的压力传感器的比较，其温度系数、相对精度、分辨率均具有显著的优势，因此本实用新型采用若干电容单元1阵列形成具有绝对优势，其则使得每个电容单元1的尺寸可以减少，CMOS薄膜的厚度以及电容间隙5相对于传统的电容式压力传感器可以减小，从而使得本实用新型的电容式MEMS压力传感器灵敏度高、温度影响小、抗压性能好、以及噪音低等优点，非常适合于高性能的应用。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型，因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。

Claims (4)

1.一种应用于电子终端产品的电容式MEMS压力传感器，其特征在于：由若干电容单元阵列形成，所述电容单元包括由下至上依次设置的基底、在基底上重掺杂形成的下极板、氧化硅层、以及采用CMOS薄膜形成的上极板；所述氧化硅层作为牺牲层，形成上极板与下极板之间的电容间隙；所述CMOS薄膜包括下多晶硅层、以及在下多晶硅层上淀积形成的上多晶硅层，所述下多晶硅层上设置有若干牺牲层释放孔，所述上多晶硅层使电容间隙形成真空密封；所述下极板及上极板上还通过引线连接有焊盘。

2.根据权利要求1所述的一种应用于电子终端产品的电容式MEMS压力传感器，其特征在于：所述上极板端部上端及氧化硅层上端还淀积形成有保护层，所述保护层采用多晶硅、氧化硅、氮化硅或其组合制成。

3.根据权利要求1所述的一种应用于电子终端产品的电容式MEMS压力传感器，其特征在于：所述下极板由P型重掺杂区域构成，其掺杂浓度为2*10¹⁸/cm³～10¹⁹/cm³。

4.根据权利要求1所述的一种应用于电子终端产品的电容式MEMS压力传感器，其特征在于：所述上多晶硅层与下多晶硅层的厚度相同。

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