[发明专利]一种电容式压力传感器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种电容式压力传感器及其制作方法，主要解决现有压力传感器线性范围小的问题，其自下而上包括单晶硅衬底(1)、绝缘层(2)、隔离层(3)和多晶硅薄膜(4)，该绝缘层(2)是由从上至下半径逐渐减小的N个层叠圆形台阶组成，N≥2，每层圆形台阶的厚度相同，半径不同，该多晶硅薄膜(4)上刻蚀有用于腐蚀隔离层(3)的通孔(5)，隔离层(3)通过腐蚀形成空腔(6)，多晶硅薄膜(4)和单晶硅衬底(1)上淀积有金属电极(8)，所述隔离层、通孔和多晶硅薄膜上除金属电极(8)区域外的其他表面覆盖有钝化层(7)。本发明线性范围大、工艺简单、成品率高，可用于汽车系统和工业领域中对大范围压力的测量。

技术领域

本发明属于电子器件技术领域，特别涉及一种电容式压力传感器，可用于汽车系统和工业领域中对大范围压力的测量。

技术背景

微机电系统MEMS压力传感器是压力监测系统的核心元件，其功能是将外界的压力转化成电容信号来被系统识别和处理。微机电系统MEMS压力传感器具有高灵敏度、低功耗、小体积和易集成的特点，在智能电子、生物医疗、航天航空和汽车系统等领域有着重要而广泛的应用。因此，很多科研机构和高校院所都投入大量资金人力来研究微机电系统MEMS压力传感器。

MEMS压力传感器的工作模式主要有压阻式、电容式和谐振式三种，而电容式压力传感器凭借良好的线性度和温度特性应用最为广泛，其中接触式电容式压力传感器TMCPS是目前研究最多的一种电容式压力传感器，这种传感器中电容器的上下极板间有一层绝缘层，传感器在工作时电容器的上下极板是可以接触的，因此具有过载保护的优点。近年来，电容式压力传感器已经呈现出尺寸越来越小、应用领域越来越多、新材料和新结构不断涌现的发展趋势。随着电容式压力传感器的市场需求越来越大，对电容式压力传感器的性能要求也越来越高，通过改善材料质量来提高压力传感器性能并不能满足当前的应用需求，因此采用器件结构优化设计来提高压力传感器性能已成为国内外研究热点。

当前，已有众多研究者投入到了高性能接触式压力传感器的研发中。2001年，焦玉忠等人提出了一种双薄膜结构的电容式压力传感器，扩大了传感器的线性范围，但灵敏度有所降低，参见接触式电容式压力传感器的分析与设计，焦玉忠，厦门大学硕士论文，2001。2016年，王文靖等人提出了一种具有梳齿电极结构的电容式压力传感器，有效地扩大了线性范围，灵敏度也有所提高，参见专利CN106153241A。然而，该发明是通过引入梳齿电极结构来提高传感器的性能，工艺制备难度大。2017年，Myong-Chol Kang等人提出了在电容式压力传感器中改进底部电极的形状，扩大了传感器的线性范围，但会导致灵敏度降低。参见A simple analysis to improve linearity of touch mode capacitive pressuresensor by modifying shape of fixed electrode[J].Sensors and Actuators A:Physical,263:300-304,2017。因此，当前已报道接触式电容式压力传感器中压力线性范围与灵敏度很难同时改善，且压力线性范围通常较小，无法满足汽车系统、航空航天等众多领域中对大范围压力的监测需求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种制造工艺简单、线性范围大的电容式压力传感器及其制作方法，以在不损失灵敏度的情况下显著增加压力线性范围，提高电容式压力传感器的整体性能。

为了实现上述目的，本发明的电容式压力传感器，该结构自下而上包括单晶硅衬底(1)、绝缘层(2)、隔离层(3)和多晶硅薄膜(4)，该多晶硅薄膜(4)上刻蚀有用于腐蚀隔离层(3)的通孔(5)，隔离层(3)通过腐蚀形成空腔(6)，且多晶硅薄膜(4)和单晶硅衬底(1)上淀积有金属电极(8)，所述隔离层(3)、通孔(5)和多晶硅薄膜(4)上除金属电极(8)区域的表面覆盖有钝化层(7)，其特征在于：