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【仪表最新专利】电容式压力传感器及其形成方法

仪表专利中国仪表网2017年03月06日 15:02:35人气:16111

  【中国仪表网 仪表专利】创意无极限,仪表大发明。今天为大家介绍一项国家发明授权专利——电容式压力传感器及其形成方法。该专利由中芯国际集成电路制造(上海)有限公司申请,并于2017年3月1日获得授权公告。
  
  内容说明
  
  本发明涉及微机电领域(MEMS),特别涉及一种电容式压力传感器及其形成方法。
  
  发明背景
  
  目前,压力传感器的种类主要包括压阻式、压电式、电容式、电位计式、电感电桥式、应变计式等。其中,电容式的压力传感器具有高灵敏度,且不易受外界环境影响的优势,在市场上逐渐受到瞩目。
  
  由于传统的压力传感器存在尺寸较大、制作工艺较繁和操作不方便等因素的限制。MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)技术被广泛的应用在压力传感器的制作。MEMS技术制作的压力传感器具有微小化、可批量制作、成本低、精度高等优点,且可将压力传感器和控制电路集成在同一基底上,使得传感器的微弱的输出信号可以就近进行放大处理,避免了外界的电磁干扰,提高传输信号的可靠性。
  
  发明内容
  
  本发明解决的问题是减小电容式压力传感器占据的基底的表面面积。
  
  为解决上述问题,本发明提供一种电容式压力传感器的形成方法,包括:提供基底,在所述基底中形成刻蚀孔;在所述基底上形成第一牺牲层,所述第一牺牲层包括填充满刻蚀孔的第一部分和覆盖部分基底表面的第二部分,第一部分位于第二部分正下方;在所述第一牺牲层和基底上形成隔膜;在部分隔膜上形成第二牺牲层,且所述第二牺牲层位于第一牺牲层的第二部分上方;在所述第二牺牲层的两侧侧壁表面上形成相对的第一电极和第二电极,且所述第一电极和第二电极部分位于隔膜表面;去除所述第二牺牲层,在第一电极和第二电极之间形成第一空腔;平坦化或刻蚀所述基底的背面,直至暴露出刻蚀孔底部的第一牺牲层;去除所述第一牺牲层,在隔膜的底部形成第二空腔;在基底的背面上形成密封所述第二空腔的底部开口的密封层。
  


图为本发明实施例电容式压力传感器形成过程的剖面结构示意图
 
  可选的,所述第二牺牲层宽度小于第一牺牲层的第二部分的宽度,第二牺牲层的长度等于或小于第一牺牲层第二部分的长度。所述第一牺牲层的第二部分的厚度为0 .1~10微米,第一牺牲层的第二部分的宽度为0 .1~10000微米。所述第一电极和第二电极的形成过程为:在所述第二牺牲层的侧壁和表面以及隔膜的表面形成电极材料层;在所述电极材料层上形成掩膜层,所述掩膜层覆盖第二牺牲层两侧侧壁上和部分隔膜上的电极材料层;去除未被掩膜层覆盖的电极材料层,在所述第二牺牲层的两侧侧壁表面上形成相对的第一电极和第二电极。
  
  所述第一电极或第二电极包括第一部分和第二部分,第一部分位于第二牺牲层的两侧侧壁表面,第二部分位于第一牺牲层的第二部分的顶部和侧壁上的隔膜的表面以及第二牺牲层两侧的基底上的隔膜表面。第一电极和第二电极之间的间距为0 .1~10000微米。所述刻蚀孔的宽度小于第一牺牲层第二部分的宽度,所述刻蚀孔的深度为大于50微米,宽度为0 .1~10000微米。所述第一牺牲层或第二牺牲层材料相对于基底、隔膜、第一电极和第二电极材料具有高刻蚀选择比。所述第一牺牲层或第二牺牲层的材料为底部抗反射涂层、多晶硅、无定形硅、无定形碳、SiN、SiON、SiCN、SiC、BN、SiCOH、BN或SiGe。还包括:在所述基底的其他区域或其他基底上形成控制电路和互连结构,第一电极和第二电极通过互连结构与控制电路相连。所述隔膜的厚度为0 .1~10微米。
  
  本发明还提供了一种电容式压力传感器,包括:基底,位于基底中且贯穿其厚度的刻蚀孔;覆盖所述基底和刻蚀孔的隔膜,并且刻蚀孔上方的部分隔膜向上凸起,向上凸起的隔膜与基底之间具有第三空腔,第三空腔和刻蚀孔构成第二空腔;位于凸起的隔膜两端上相对的第一电极和第二电极,第一电极和第二电极之间具有第一空腔;位于基底的背面上的密封层,密封层密封第二空腔下端的开口。
  
  与现有技术相比,本发明的技术方案具有以下优点:本发明的电容式压力传感器包括凸起的隔膜,位于凸起的隔膜两端上相对的第一电极和第二电极,第一电极和第二电极之间具有第一空腔。相比于现有技术的电容式压力传感器的两个平行于半导体基底的上电极和下电极,本发明中第一电极和第二电极垂直与基底的表面,使得第一电极和第二电极占据的基底的表面面积减小,节省了电容式压力传感器占据的面积,从而有利于提高器件的集成度。
  
  进一步,所述第一电极或第二电极包括第一部分和第二部分,第一部分位于第二牺牲层的两侧侧壁表面,第二部分位于第一牺牲层的第二部分顶部和侧壁上的隔膜的表面。第一电极或第二电极的第二部分与第一牺牲层的第二部分顶部和侧壁上的隔膜表面相接触,接触面积较大,提高了第一电极或第二电极与隔膜的接触黏附性和机械强度,有效的防止第一电极或第二电极的脱落或变形。
  
  本发明的电容式压力传感器的形成方法,其形成工艺简单,形成的电容式压力传感器的集成度较高,另外,通过对基底进行减薄后,从隔膜底部的方向去除第一牺牲层,使得隔膜的凸起部分保持完整性,使得隔膜保持较强的机械强度和能承受更大的压力,提高了电容式压力传感器的性能。
  
  如需进一步了解,请下载该专利完整说明书。
  
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