[发明专利]微机电系统压力传感器及其制作方法、微机电系统

说明书

技术领域

本发明涉及微机电系统（MEMS）领域，特别是涉及一种微机电系统压力传感器及其制作方法，另外，本发明还涉及一种包含该压力传感器的微机电系统。

背景技术

微机电系统（Micro-Electro Mechanical System，简称MEMS）主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。

微机电系统可以利用微机电系统中的传感器接收外部信息，将转换出来的信号经处理电路放大，再由执行器去执行信息命令。换言之，微机电系统是一种获取信息、处理信息和执行机械操作的集成器件。微机电系统传感器可接收压力、位置、速度、加速度、磁场、温度和湿度等外部信息。其中，接收压力信息的传感器称之为压力传感器，压力传感器通过敏感薄膜接收外部的气体压力，然后再将其转换成电信号，从而测量出具体的压力信息。

根据压力传感器工作原理的不同，压力传感器可分为电容式、压电式、压阻式三种。其中，电容式压力传感器的工作原理是：敏感薄膜与一个与之平行的电极组成平板电容，当外界压力与压力传感器空腔压力之间存在压差时，敏感薄膜就会感应并发生变形，从而使得平板电容的电容大小发生变化，通过测量平板电容的电容变化即可计算出外界压力的大小。

下面结合图1至图6对现有一种微机电系统压力传感器的结构及其制作方法进行介绍。

如图1所示，提供半导体衬底1，半导体衬底1上形成有下电极2，在半导体衬底1上形成第一介电层3，对第一介电层3进行刻蚀以在第一介电层3内形成空腔3a。

如图2所示，在第一介电层3及空腔3a上形成牺牲层，对所述牺牲层进行平坦化处理直至露出第一介电层3，空腔3a被牺牲层4填满。在第一介电层3及牺牲层4上形成适于用作上电极的敏感薄膜5。对敏感薄膜5进行图形化处理，以在敏感薄膜5内形成多个释放开口5a。

结合图2及图3所示，通过释放开口5a去除牺牲层4，然后在第一介电层3、敏感薄膜5及释放开口5a上形成覆盖层6，覆盖层6覆盖在释放开口5a上方，使空腔3a得以密封。

如图4所示，在覆盖层6上形成第二介电层7。

结合图5及图6所示，其中，图5是沿图6中A-A截面的剖视图，图6中虚线部分表示具有释放开口5a的图形化的敏感薄膜5，对部分第二介电层7及覆盖层6进行干法刻蚀直至露出敏感薄膜5，形成设置在空腔3a上方的沟槽T，暴露在沟槽T中的敏感薄膜5构成支撑架5b，沟槽T将第二介电层7及覆盖层6分割为两个部分，其中一个部分的位置与空腔3a对应，位置与空腔3a对应的第二介电层7及覆盖层6构成微机电系统压力传感器的质量块8。

上述微机电系统压力传感器中，当外界压力与空腔3a内压力之间存在压差时，支撑架5b会发生变形，并带动位于质量块8下方的敏感薄膜5发生变形，使得敏感薄膜5与下电极2之间的距离发生变化，从而使得平板电容的电容大小发生变化，通过测量平板电容的电容变化即可计算出外界压力的大小。

其中，覆盖层6通常采用常压化学气相沉积（APCVD）方法形成，该方法的沉积温度设置在400℃左右，因此，沉积完成后温度会回落到常温，在常温条件下空腔3a内的气压变得很低，一般为400KPa（1KPa=1000Pa）左右，该气压只有1个标准大气压的一半左右。当外界压力与空腔3a内压力之间存在较大压差时，支撑架5b会发生较大变形，而随着支撑架5b变形量的增加，压力传感器的线性度和灵敏度会变差且测量范围会变小，因此，由上述方法形成的压力传感器用于测量大气压强时线性度和测量范围都较差，为了使微机电系统压力传感器具有较好的线性度及较大的测量范围，在常温条件下压力传感器的空腔3a内需要较高气压，当为1个标准大气压时压力传感器的线性度和测量范围同时达到最大。

更多的关于微机电系统压力传感器及其制作方法可参照于2009年6月10日公开、公开号为CN101450786A的中国专利。

发明内容

本发明要解决的问题是在常温条件下微机电系统压力传感器内的空腔气压不足，致使压力传感器的线性度不佳及测量范围较小。

为解决上述问题，本发明提供了一种微机电系统压力传感器的制作方法，其包括：