準差分電容式mems壓力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及傳感器領(lǐng)域，更具體地，涉及一種準差分電容式MEMS壓力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]電容式MEMS壓力傳感器是利用作為上電極的壓力敏感層與下電極間的電容量表征作用于該壓力敏感層上的壓力值的傳感器。現(xiàn)有電容式MEMS壓力傳感器通常采用單個電容器進行壓力檢測，如圖1所示，其包括襯底P，形成于襯底P上的絕緣層2'，形成于絕緣層2'上的下電極3'，及通過支撐部7'支撐在下電極3'上方的壓力敏感膜，該下電極:V與下電極焊盤Y電性連接，而壓力敏感膜作為上電極V則與上電極焊盤V電性連接，利用該種電容式MEMS壓力傳感器進行壓力檢測的原理為:上電極4'在受到外界氣壓作用時將發(fā)生相應(yīng)的變形，進而使得由上電極4'與下電極3'構(gòu)成的平行板電容器的電容量發(fā)生相應(yīng)的變化，這樣便可通過接口電路采集壓力傳感器的輸出信號獲得對應(yīng)的氣壓值，進而實現(xiàn)外界氣壓檢測。該種電容式MEMS壓力傳感器由于采用單個電容器進行外界氣壓檢測，所以很容易受到電磁干擾等共模干擾，這將導(dǎo)致壓力傳感器的輸出信號不穩(wěn)定及分辨率降低，進而導(dǎo)致芯片的性能降低。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的是提供一種準差分電容式MEMS壓力傳感器的新技術(shù)方案，以至少部分濾除輸出信號中的例如由電磁干擾產(chǎn)生的共模干擾信號，提高輸出信號的穩(wěn)定性及分辨率。
[0004]根據(jù)本實用新型的第一方面，提供了一種準差分電容式MEMS壓力傳感器，其包括襯底，形成于所述襯底上的絕緣層，均形成于所述絕緣層上的第一下電極和第二下電極，支撐在所述第一下電極上方的第一上電極，及支撐在所述第二下電極上方的第二上電極；所述第一上電極為壓力敏感膜，且所述第一上電極與所述第一下電極之間的腔體為密閉腔體，以使所述第一上電極與所述第一下電極構(gòu)成氣壓敏感型電容器；所述第二上電極與所述第二下電極構(gòu)成電容量不隨外界氣壓變化的基準電容器。
[0005]優(yōu)選的是，所述密閉腔體為真空腔體。
[0006]優(yōu)選的是，所述氣壓敏感型電容器還包括形成于所述第一下電極上的防撞凸起及/或形成于所述絕緣層上、且穿過所述第一下電極向上突出的防撞凸起，所述防撞凸起與所述第一上電極之間具有間隙。
[0007]優(yōu)選的是，所述第二上電極也為壓力敏感膜，所述基準電容器還包括用于限制所述第二上電極在外界氣壓作用下發(fā)生變形的限位結(jié)構(gòu)。
[0008]優(yōu)選的是，所述第一上電極與所述第二上電極為一體結(jié)構(gòu)。
[0009]優(yōu)選的是，所述基準電容器設(shè)置有用于支撐所述第二上電極的支撐柱，以形成所述限位結(jié)構(gòu)。
[0010]優(yōu)選的是，所述基準電容器設(shè)置有壓力平衡孔，所述基準電容器的位于所述第二上電極與所述第二下電極之間的腔體通過所述壓力平衡孔與外界相通，以形成所述限位結(jié)構(gòu)。
[0011]優(yōu)選的是，所述氣壓敏感型電容器與所述基準電容器除所述限位結(jié)構(gòu)外具有相同的結(jié)構(gòu)。
[0012]本實用新型的準差分電容式MEMS壓力傳感器具有一個氣壓敏感型電容器和一個基準電容器，由于二者所處的應(yīng)用環(huán)境相同，因此能夠?qū)ν饨绻材８蓴_產(chǎn)生基本一致的響應(yīng)，這樣，利用基準電容器的輸出信號便可以至少部分地濾除氣壓敏感型電容器的輸出信號中的共模干擾信號，進而實現(xiàn)提高氣壓敏感型電容器的輸出信號的穩(wěn)定性及分辨率的目的。
[0013]本實用新型的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有技術(shù)中，電容式MEMS壓力傳感器因采用單個電容器進行壓力檢測而存在輸出信號抗共模干擾能力差的問題。因此，本實用新型所要實現(xiàn)的技術(shù)任務(wù)或者所要解決的技術(shù)問題是本領(lǐng)域技術(shù)人員從未想到的或者沒有預(yù)期到的，故本實用新型是一種新的技術(shù)方案。
[0014]通過以下參照附圖對本實用新型的示例性實施例的詳細描述，本實用新型的其它特征及其優(yōu)點將會變得清楚。
【附圖說明】
[0015]被結(jié)合在說明書中并構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出了本實用新型的實施例，并且連同其說明一起用于解釋本實用新型的原理。
[0016]圖1是現(xiàn)有電容式壓力傳感器的剖視示意圖；
[0017]圖2是根據(jù)本實用新型的準差分電容式MEMS壓力傳感器的一種實施結(jié)構(gòu)的剖視示意圖；
[0018]圖3是根據(jù)本實用新型的準差分電容式MEMS壓力傳感器的另一種實施結(jié)構(gòu)的剖視不意圖；
[0019]圖4至圖11是制造圖2所示準差分電容式MEMS壓力傳感器的一種制造方法的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0020]現(xiàn)在將參照附圖來詳細描述本實用新型的各種示例性實施例。應(yīng)注意到:除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數(shù)字表達式和數(shù)值不限制本實用新型的范圍。
[0021]以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本實用新型及其應(yīng)用或使用的任何限制。
[0022]對于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細討論，但在適當情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當被視為說明書的一部分。
[0023]在這里示出和討論的所有例子中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實施例的其它例子可以具有不同的值。
[0024]應(yīng)注意到:相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步討論。
[0025]本實用新型為了解決現(xiàn)有電容式MEMS壓力傳感器存在的抗共模干擾能力較差的問題，提供了一種準差分電容式MEMS壓力傳感器，如圖2和圖3所示，本實用新型的壓力傳感器包括襯底1，形成于襯底I上的絕緣層2，均形成于絕緣層2上的第一下電極3a和第二下電極3b，及支撐在第一下電極3a上方的第一上電極4a和支撐在第二下電極3b上方的第二上電極4b ;該第一上電極4a為壓力敏感膜，且第一上電極4a與第一下電極3a之間的腔體為密閉腔體9a，以使第一上電極4a與第一下電極3a構(gòu)成氣壓敏感型電容器，在此，為了消除密閉腔體9a的溫度變化等對氣壓敏感型電容器的檢測精度的影響，及為了便于獲得絕對氣壓，該密閉腔體9a特別是真空腔體；而第二上電極4b則與第二下電極3b構(gòu)成電容量不隨外界氣壓變化的基準電容器。由于氣壓敏感型電容器與基準電容器所處的應(yīng)用環(huán)境相同，因此能夠?qū)ν饨绻材８蓴_產(chǎn)生基本一致的響應(yīng)，這樣，利用基準電容器的輸出信號便可以至少部分地濾除氣壓敏感型電容器的輸出信號中的共模干擾信號，進而實現(xiàn)提高氣壓敏感型電容器的輸出信號的穩(wěn)定性及分辨率的目的。
[0026]由于在實際應(yīng)用中，外界氣壓變化可能會超出壓力傳感器的檢測范圍，而第一上電極4a在外界氣壓超出壓力傳感器的檢測上限時，很可能因發(fā)生較大的下凹變形而與第一下電極3a觸碰在一起，進而發(fā)生粘連或短路放電，所以壓力傳感器很可能在該種情況下失效或被燒毀，為了解決該問題，可在第一下電極3a上形成用于防止第一上電極4a與第一下電極3a觸碰在一起的防撞凸起8a，且在防撞凸起8a與第一上電極4a之間留出間隙，以在防撞凸起8a與第一上電極4a之間形成供第一上電極4a向下發(fā)生變形的空間。另外，由于防撞凸起8a應(yīng)該為絕緣體，因此，其可以采用與絕緣層2相同的材料形成，因此，為了提高防撞凸起8a的連接強度，如圖2和圖3所示，也可以在絕緣層2上形成該防撞凸起8a，這需要在第一下電極3a上設(shè)置供防撞凸起8a穿過的通孔，以使防撞凸起8a穿過對應(yīng)通孔向上突出。
[0027]為了能夠通過基本相同的工藝步驟并行制造形成上述氣壓敏感型電容器和基準電容器，及為了提高氣壓敏感型電容器和基準電容器對外界共模干擾的響應(yīng)一致性，該第二上電極4b也可以采用壓力敏感膜，在此，第一上電極4a與第二上電極4b可以相互獨立，也可以為一體結(jié)構(gòu)(即第一上電極4a和第二上電極4b為一張壓力敏感膜)，這樣，為了避免第二上電極4b跟隨外界氣壓變化而發(fā)生相應(yīng)的變形，該基準電容器還應(yīng)該包括用于限制第二上電極4b在外界氣壓作用下發(fā)生變形的限位結(jié)構(gòu)。另外，該第二上電極4b也可以采用在本實用新型壓力傳感器的檢測范圍內(nèi)不會發(fā)生變形的材料制成，該材料優(yōu)選是使得第二上電極4b與第一上電極4a對于溫度等非氣壓因素的變化的響應(yīng)差異在壓力傳感器的允許誤差范圍內(nèi)。
[0028]如圖2所示，上述限位結(jié)構(gòu)可以通過設(shè)置支撐柱13，以為第二上電極4b提供支撐的形式實現(xiàn)，該支撐柱13可以設(shè)置在第二下電極3b上，但由于該支撐柱13應(yīng)該為絕緣體，因此為了提高支撐柱13的連接強度，該支撐柱13也可以設(shè)置在絕緣層2上，這需要在第二下電極3b上設(shè)置供支撐柱13穿過的通孔，以使支撐柱13穿過對應(yīng)通孔向上延伸至第二上電極4b的位置。
[0029]如圖3所示，上述限位結(jié)構(gòu)也可以通過為基準電容器設(shè)置壓力平衡孔12，使基準電容器的位于第二上電極4b與第二下電極3b之間的腔體9b'通過壓力平衡孔12與外界相通的形式實現(xiàn)，這樣，腔體9b'內(nèi)的氣壓將根據(jù)外界氣壓發(fā)生相同的變化，實現(xiàn)通過壓力平衡孔12限制第二上電極4b在外界氣壓作用下發(fā)生變形的目的，獲得保持第二上電極4b各點的位置不變的效果。在此，該壓力平衡孔12可以設(shè)置在第二上電極4b上，以簡化壓力傳感器的制造工藝。
[0030]為了使氣壓敏感型電容器和基準電容器對外界共模干擾的響應(yīng)基本一致，以最大程度地濾除氣壓敏感型電容器的輸出信號中的共模干擾信號，并消除基準電容器的輸出信號對氣壓敏感型電容器的輸出信號中的有效信號的影響，該氣壓敏感型電容器特別是與基準電容器除限位結(jié)構(gòu)外具有相同的結(jié)構(gòu)，這可以使氣壓敏感型電容器與基準電容器具有基本相同的初始電容量，該相同的結(jié)構(gòu)包括二者對應(yīng)部分的材料、形狀、尺寸、與其他部分間的相對位置關(guān)系等相同。為此，結(jié)合通過壓力平衡孔12實現(xiàn)限位結(jié)構(gòu)的實施例，如圖3所示，該基準電容器還應(yīng)該設(shè)置對應(yīng)防撞凸起8a的凸起Sb ;而結(jié)合通過支撐柱13實現(xiàn)限位結(jié)構(gòu)的實施例，應(yīng)該在圖3所