[发明专利]一种电容式压力传感器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子机械加工领域，尤其涉及一种基于硅各向异性腐蚀的高精度电容式压力传感器的加工方法。

背景技术

在工业生产中，气体和液体的压力的测量时是相当重要的一部分，压力测量的原理和方法有很多，针对所应用的各个领域或特别需求，有不同的设计方法与考虑，目前压力传感器的设计方法主要包括：压阻式、压电式、电容式等类型。由于电容式压力传感器具有高的灵敏度，静态功耗低，受温度影响小等特点而被广泛的应用。特别是微电子机械系统(MEMS)技术的发展，使得压力传感器具有微小型化，可批量制造、成本低的特点，且可以将弱信号测量电路利用集成电路工艺和传感器件做在一个芯片上形成单个元件，这样对于压力传感器尤为重要，这样弱信号就可以在芯片上做就近做放大处理，可以避免电磁干扰，杂散电容的干扰等，且可以利用信号处理电路，通过模/数转换电路后，再输入到中央处理单元，可以提高信号的可靠性，减少连线数与中央控制系统的负担。近年来，微机械电容式压力传感器发展很快，在工业领域得到了广泛的应用。

电容压力传感器的在国外的发展始于80年带初期，有代表的是1980年的Sander等人开发出的单片集成压力传感器用于生物医疗中的疾病的的检测，采用体硅加工和阳极键合工艺，是早期微电容压力传感器的代表。该传感器采用了平膜片结构，非线性较大，增加了后续电路处理的负担。

1988年密歇根大学的Wise K.D等提出用选择性硼重掺杂自停止腐蚀的方法来制作敏感电容，主要用于心血管的血压的测量，这种溶硅技术后来被广泛的应用于压力传感器的设计，此压力传感器也是用平膜片制造。

1990年Hanneborg和Ohlckers采用带凸起的膜和用于阳极键合的硼硅酸盐玻璃溅射薄膜来加工压力传感器，输出采用频率调制，获得了相当低的温度系数和零点漂移。

为了实现与集成电路的兼容，90年代表面微机械的牺牲层技术被引入压力传感器的制造。早期的表面微机械电容式压力传感器基于PN结隔离，利用多晶硅充当敏感膜。对于应用在汽车、航天工业中的压力传感器，PN结在高温下具有明显的漏电流。为了解决这一问题，Kasten等人尝试采用注氧隔离技术以实现较低的温度漂移。在制作压力敏感单元的同时，还在厚氧 层上加工出压力参考单元，这样压力信号将转化为敏感电容同参考基准电容的比值，大大提高了测量的灵敏度，有效的抑制了电容信号的寄生效应。但是传感器结构是平米结构。为了提高电容式压力传感器的线性度，采用岛膜结构或波纹膜片结构，但是岛膜结构有较大的应力集中，波纹膜片结构工艺实现较复杂且误差较大，难于控制精度。

文中所说的电容式压力传感器，特征在于敏感膜片结构和工艺制造方法及电极引出方法上。

发明内容

本发明在于用采用简单的工艺方法，制造出结构简单但是可靠性好，重复性好的器件。具体加工方法包括，敏感膜片的加工，电容间隙的加工，电极的加工及电极引出，硅玻璃的键合等。

敏感膜片的加工过程包括：电容间隙的腐蚀，硅岛的腐蚀可采用四甲基氢氧化铵溶液或氢氧化钾溶液，硅岛的腐蚀采用氢氧化钾溶液。本专利的发明在于硅岛的腐蚀，有文献记载的是E型膜片和波纹型膜片及平膜片。本发明在于提出了一种变面截(八角形)膜片。工艺简单，在用ansys仿真可以看出，在相同的膜厚及面积下，变E型膜片有更好的灵敏度，线性度，且有较低的应力集中。电容间隙在用TMAH溶液易于控制腐蚀精度。腐蚀好电容间隙之后，淀积金属电极，并图形化电极，与玻璃电极键合在一起，玻璃面用胶保护好后，光刻正面并腐蚀出硅岛，在键合时，考虑静电键合和防进水，做了相应的设计。很好的避免了上述问题。

相对于现有技术，本发明有以下特点：

第一，敏感膜片的结构，采用变截面(八角形)膜片，工艺简单，易于实现且优于其他膜片。

第二，采用先腐蚀出电容间隙后先与玻璃键合，再腐蚀硅岛。

第三，该压力传感器结构为玻璃-硅-玻璃三层结构。

附图说明

图1是整体装配图。11是打孔玻璃，12是敏感膜片，13是玻璃电极。

图2是敏感膜片。21是岛结构。

图3是玻璃极板。31是玻璃上Cr/Au电极。

图4是硅片基底。

图5是图4的剖切图。52是氧化硅。51是硅。

图6是附图步骤说明

图7是电容间隙的制备过程。71是电容间隙。