微机电系统压力传感器的制作方法

本申请涉及传感器领域，具体涉及一种微机电系统压力传感器。

背景技术：

目前业界常用的微机电系统(micro-electro-mechanicalsystem，mems)压力传感器主要有压阻式和电容式两种，其中电容式压力传感器因具有精度高、尺寸小、成本低、温度特性好、功耗低等诸多优点而备受青睐。

但是现有的电容式压力传感器在检测、封装等过程中极易引入颗粒，颗粒掉落在感测区域(也可称为压力敏感膜)上，会影响产品的灵敏度、精度，从而导致其可靠性降低。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请实施例提供了一种微机电系统压力传感器，能够提高微机电系统压力传感器的可靠性。

第一方面，本申请提供了一种微机电系统压力传感器，该微机电系统压力传感器包括第一电容，第一电容包括：相对设置的第一电极和第二电极，第一电极具有感测区域；过滤部，设置在感测区域的与空气连通的一侧。

在某些实施例中，微机电系统压力传感器还包括第二电容，第二电容包括：衬底；隔离层；以及相对设置的第三电极和第四电极，第三电极和第四电极位于衬底和隔离层之间，以与空气隔离。

在某些实施例中，第一电容还包括：衬底；支撑层，第一电极和第二电极位于衬底和支撑层之间，并形成密封的第一空腔，过滤部设置在第一电极和衬底之间。

在某些实施例中，衬底上设置有感测通道，过滤部设置在感测通道中。

在某些实施例中，过滤部与第一电极形成与空气连通的第二空腔。

在某些实施例中，第二空腔与位于第一电极和第二电极之间的第一空腔轴对称。

在某些实施例中，过滤部为设置在第一电极和衬底之间的滤孔层。

在某些实施例中，滤孔层和衬底之间还设置有绝缘层。

在某些实施例中，滤孔层的材质为氮化硅。

在某些实施例中，第一电极和第二电极之间设置有绝缘层。

第二方面，本申请提供了一种微机电系统压力传感器的制造方法，包括：提供衬底；在衬底上沉积滤孔层；在滤孔层上沉积下电极层；在下电极层上沉积上电极层；在衬底上开设感测通道，使得下电极层具有与空气连通的感测区域。

在某些实施例中，该制造方法还包括：将上电极层分割成第一上电极和第二上电极，其中第一上电极与感测区域相对设置。

在某些实施例中，下电极层和上电极层之间具有第一腔体，第一腔体中填充有第一牺牲层材料，该制造方法还包括：通过上电极层上的释放孔释放第一牺牲层材料，并在上电极层上沉积支撑层，使第一腔体构成密闭的空腔。

在某些实施例中，下电极层和衬底之间具有第二腔体，第二腔体中填充有第二牺牲层材料，在衬底上开设感测通道之后，该制造方法还包括：通过滤孔层释放第二牺牲层材料，以形成悬空的过滤结构。

在某些实施例中，下电极层和上电极层之间形成的第一腔体与第二腔体轴对称。

在某些实施例中，该制造方法还包括：在衬底和滤孔层之间沉积第一绝缘层。

在某些实施例中，该制造方法还包括：在下电极层和上电极层之间沉积第二绝缘层。

通过在第一电容的感测区域的外侧设置过滤部，可以避免脏污颗粒掉落在感测区域上，从而能够提高微机电系统压力传感器的可靠性。

附图说明

图1所示为本申请一实施例提供的微机电系统压力传感器的结构示意图。

图2所示为本申请另一实施例提供的微机电系统压力传感器的结构示意图。

图3所示为本申请一实施例提供的微机电系统压力传感器的制造方法的流程示意图。

图4所示为本申请另一实施例提供的微机电系统压力传感器的制造方法的流程示意图。

图5a至图5l是本申请一实施例提供的微机电系统压力传感器的制造方法中各步骤对应的器件结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

图1所示为本申请一实施例提供的微机电系统压力传感器的结构示意图。如图1所示，该微机电系统压力传感器包括第一电容1，第一电容1包括：相对设置的第一电极11和第二电极12，以及过滤部13。第一电极11具有感测区域，过滤部13设置在感测区域的与空气连通的一侧。

第一电容可以是对外界压力敏感的电容，外界待感测介质可以通过感测区域改变第一电极和第二电极之间的距离，进而改变第一电容的电容值。这里，待感测的介质可以是流体，如气体或液体，也可以是其他可使得第一电容的电容值发生变化的介质。为了描述方便，以待感测的介质是气体为例，对本申请的技术方案进行详细的描述。待感测的介质为液体或其他介质的情况与之类似，此处不再赘述。

在感测区域的外侧设置过滤部13，外界气体可以正常通过过滤部13以到达感测区域的外表面。此外，过滤部13可以阻挡外界的脏污颗粒，避免脏污颗粒掉落在感测区域上，从而能够避免第一电容的灵敏度、精度受到影响，从而提高了微机电系统压力传感器在长期使用时的可靠性。

第一电极11和第二电极12的形状和位置的设计方式可以有多种。作为一个示例，如图1所示，第一电极11和第二电极12之间具有一定的间距，两者之间可形成有密闭的腔体。密闭腔体可以是真空腔体，也可以填充具有一定压强值的气体，如惰性气体等。第一电极11与该密闭腔体对应的部分为感测区域，感测区域与外界接触。第二电极12可固定不动，第一电极11的感测区域可上下波动，以缩小或增大两个电极之间的距离，进而改变第一电容的电容值。

在实际使用时，当外界气压大于第一电极11和第二电极12之间的压强时，第一电极11的感测区域会向第二电极12靠近，缩小两个电极之间的距离，增大第一电容的电容值。当外界气压越大，两个电极之间的距离就越小，第一电容的电容值就越大。因此，根据第一电容的电容值大小可以确定外界气压的大小。

根据本申请一实施例，如图1所示，第一电容1还包括：衬底14和支撑层15。第一电极11和第二电极12位于衬底14和支撑层15之间，并形成密封的第一空腔16，过滤部13设置在第一电极11和衬底14之间。

具体地，衬底14可以是硅衬底，第一电极11和第二电极12可以是金属、多晶硅或其他合适的导电薄膜。衬底14可作为基底，以便在其上制作第一电极11和第二电极12。此外，衬底14可以用于固定过滤部13。

进一步地，衬底14上设置有感测通道141，过滤部13设置在感测通道141中。外界气体可以通过感测通道141与第一电极11的感测区域接触。

过滤部13的材质可以是氮化硅、氧化硅或氮氧化硅等绝缘材料。过滤部13可以设置在感测区域的表面。

根据本申请一实施例，过滤部13与第一电极11形成与空气连通的第二空腔17。

在本实施例中，过滤部13可以设置在感测通道141的内壁上，且与第一电极11之间有一定的间距。即，过滤部13与第一电极11之间形成有第二空腔17。第二空腔17的存在，可以避免过滤部13与感测区域直接接触而影响感测区域上下波动的灵敏度，从而能够提高微机电系统压力传感器的灵敏度。

根据本申请一实施例，第二空腔17与位于第一电极11和第二电极12之间的第一空腔16轴对称。

具体地，第二空腔17平行于第一电极11所在平面的截面等于第一空腔16平行于第一电极11所在平面的截面。即，第一空腔16和第二空腔17在第一电极11上的投影均与感测区域重合，使得感测区域上下可波动的程度相等，提高微机电系统压力传感器的精度。

第一空腔16和第二空腔17在垂直于第一电极11所在平面的方向上的高度可以相同或不同。当第一空腔16和第二空腔17在垂直于第一电极11所在平面的方向上的高度相同时，以第一空腔16与第二空腔17之间的结构层为对称轴，第一空腔16与第二空腔17成轴对称图形，这样可以提高微机电系统压力传感器的结构稳定性。

根据本申请一实施例，过滤部13为设置在第一电极11和衬底14之间的滤孔层13’。

在一实施例中，滤孔层13’可以只设置在感测通道141中。

在另一实施例中，滤孔层13’可以设置在衬底14靠近第一电极11的整个表面上，且滤孔层13’与感测区域对应的部分凹陷在感测通道141中形成过滤部13。在本实施例中，通过形成覆盖衬底14整个表面的滤孔层13’，可以简化微机电系统压力传感器的制备工艺。

感测通道141中的滤孔层13’上可设置有若干个小孔131，小孔131贯穿滤孔层13’的厚度。小孔131的形状或大小可以根据实际使用需求进行设计，本申请实施例对此不做限制。例如，小孔131的形状为圆形，且孔径小于或等于10微米。

根据本申请一实施例，第二电极12与第一空腔16对应的部分上设置有若干个释放孔121，该释放孔121用于在制备微机电系统压力传感器的过程中，释放第一空腔16中的牺牲层，以形成第一空腔16。

根据本申请一实施例，滤孔层13’和衬底14之间还设置有绝缘层18。进一步地，第一电极11和第二电极12之间设置有绝缘层19。绝缘层的材质可以是氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。绝缘层18可以保障第一电极11与衬底之间的绝缘，绝缘层19可以保障第一电极11和第二电极12之间的绝缘。

在一实施例中，滤孔层13’的材质为氮化硅，绝缘层18的材质为氧化硅。

图2所示为本申请另一实施例提供的微机电系统压力传感器的结构示意图。图2实施例是图1实施例的例子，相同之处不再赘述，此处着重描述不同之处。如图2所示，在图1实施例的基础上，图2中微机电系统压力传感器还包括第二电容2。第二电容2包括：衬底24；隔离层25；以及相对设置的第三电极21和第四电极22，第三电极21和第四电极22位于衬底24和隔离层25之间，以与空气隔离。

由前文描述可知，第一电极11和第二电极12属于第一电容(位于图2中的虚线左侧)。第三电极21和第四电极22均与空气隔离，其构成的第二电容2相当于第一电容的参考电容(位于图2中的虚线右侧)。通过设置参考电容，可以消除外界磁场或电位差等共模信号对第一电容的电容值的影响，能够提高微机电系统压力传感器的准确度。

在一实施例中，支撑层15与隔离层25位于同一层，两者的材质相同，可以一体化制成，以简化制备工艺。此外，第三电极21与第一电极11位于同一层，两者的材质相同，可以一体化制成，以进一步简化制备工艺。

第三电极21和第四电极22之间形成密封的第三空腔26，第四电极22与第三空腔26对应的部分上设置有若干个释放孔221，该释放孔221用于在制备微机电系统压力传感器的过程中，释放第三空腔26中的牺牲层，以形成第三空腔26。

第二电容2可以包括：位于第三电极21和衬底24之间的绝缘层28；以及位于第三电极21和第四电极22之间的绝缘层29。绝缘层28可以与绝缘层18位于同一层，两者的材质相同，可以一体化制成。类似地，绝缘层29可以与绝缘层19位于同一层，且一体化制成。

第二电容2可以进一步包括滤孔层23’，滤孔层23’与滤孔层13’位于同一层，且一体化制成。

图3所示为本申请一实施例提供的微机电系统压力传感器的制造方法的流程示意图。如图3所示，该制造方法包括以下内容。

s310：提供衬底。

s320：在衬底上沉积滤孔层。

s330：在滤孔层上沉积下电极层。

s340：在下电极层上沉积上电极层。

s350：在衬底上开设感测通道，使得下电极层具有与空气连通的感测区域。

上下电极层构成第一电容，如前文描述，第一电容可以是对外界压力敏感的电容，待感测的介质可以是气体。

在衬底上开设感测通道，使得外界气体可以经过感测通道中的滤孔层的过滤到达下电极层的感测区域，避免脏污颗粒掉落在感测区域上。

本实施例中的衬底、滤孔层以及电极层的材质可以参见上述图1和图2实施例中的描述，为避免重复，此处不再赘述。

本申请实施例提供了一种微机电系统压力传感器及其制造方法，通过在第一电容的感测区域的外侧设置过滤部，可以避免脏污颗粒掉落在感测区域上，从而能够提高微机电系统压力传感器的灵敏度、精度和长期可靠性。

根据本申请一实施例，该制造方法还包括：将上电极层分割成第一上电极和第二上电极，其中第一上电极与感测区域相对设置。

第一上电极与下电极层的感测区域对应，且两者构成第一电容。第二上电极与下电极层的被衬底遮挡的部分对应，且两者构成参考电容。参考电容可以用于消除外界磁场或电位差等共模信号对第一电容的电容值的影响，能够提高微机电系统压力传感器的准确度。

根据本申请一实施例，下电极层和上电极层之间具有第一腔体，第一腔体中填充有第一牺牲层材料，该制造方法还包括：通过上电极层上的释放孔释放第一牺牲层材料，并在上电极层上沉积支撑层，使第一腔体构成密闭的空腔。

在一实施例中，可以先在下电极层远离衬底一侧沉积第二绝缘层，然后在第二绝缘层远离下电极层一侧设置牺牲层材料，进而在牺牲层材料上设置上电极层，上电极层包围牺牲层材料。上电极层上设置有的释放孔，通过化学试剂腐蚀或刻蚀等方法可以从释放孔中释放牺牲层材料，从而在上下电极层之间形成第一空腔。具体地，第一空腔形成于上电极层和第二绝缘层之间。支撑层可以用于固定上电极层，并封闭第一空腔。

根据本申请一实施例，下电极层和衬底之间具有第二腔体，第二腔体中填充有第二牺牲层材料，在衬底上开设感测通道之后，该制造方法还包括：通过滤孔层释放第二牺牲层材料，以形成悬空的过滤结构。

衬底上可设置有凹槽，滤孔层设置在衬底设有凹槽的一侧，且覆盖凹槽的内壁和底面。凹槽底面的滤孔层上设有若干个小孔，在凹槽中设有若干个小孔的滤孔层上设置牺牲层材料。

衬底上的感测通道可以开设在凹槽对应的位置，使得感测通道贯穿凹槽。感测通道形成之后，可以通过化学试剂腐蚀或刻蚀等方法从滤孔层的小孔中释放牺牲层材料，从而在下电极层和滤孔层之间形成第二空腔。感测通道中的滤孔层可作为悬空的过滤结构过滤外界的脏污颗粒。

根据本申请一实施例，下电极层和上电极层之间形成的第一腔体与第二腔体轴对称。

通过将下电极层和上电极层之间的牺牲层与下电极层和衬底之间牺牲层设置成轴对称的结构，可以形成轴对称的第一腔体和第二腔体。这里，对称轴可以是上下牺牲层之间的结构层，上下牺牲层在该结构层上的投影重合，上下结构层的高度可以相同或不同。

根据本申请一实施例，该制造方法还包括：在衬底和滤孔层之间沉积第一绝缘层。

第一绝缘层可以保障下电极层与衬底之间的绝缘，其材料可以是氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。

以下结合图4和图5a至5l来描述根据本申请的一个实施例的微机电系统压力传感器的制造方法。

图4所示为本申请另一实施例提供的微机电系统压力传感器的制造方法的流程示意图。图4实施例是图3实施例的例子，相同之处不再赘述，此处着重描述不同之处。如图4所示，该制造方法包括如下内容。

s410：在衬底上设置凹槽，并在衬底设有凹槽的一侧层叠设置第一绝缘层和滤孔层。

参见图5a和图5b，可以通过光刻、刻蚀的方式在衬底14上形成凹槽141，并通过物理气相沉积、化学气相沉积等方式在衬底14上设置绝缘层18和滤孔层13’。绝缘层18可以是氧化硅，滤孔层13’可以是氮化硅。绝缘层18和滤孔层13’位于凹槽141中的部分并未填充满凹槽4。

s420：在滤孔层位于凹槽中的部分上设置若干小孔，并在凹槽中填充满牺牲层。

参见图5c，可以通过光刻、刻蚀的方式在滤孔层13’上形成若干小孔131，小孔131贯穿滤孔层13’的厚度。参见图5d，可以通过物理气相沉积、化学气相沉积等方式在凹槽141中滤孔层13’的上方设置牺牲层3。牺牲层3的表面与滤孔层13’的表面平齐。

s430：在滤孔层和牺牲层的表面上设置第一电极。

参见图5e，可以通过物理气相沉积、化学气相沉积等方式在滤孔层13’和牺牲层3的表面设置第一电极11。第一电极11的材质可以为金属、多晶硅或其他导电薄膜。

s440：在第一电极上设置第二绝缘层。

参见图5f，第一电极11上设置有绝缘层19，绝缘层19可以用于隔离上下电极。绝缘层19的制备方法和材质与绝缘层18类似，此处不再赘述。

s450：在第二绝缘层上设置第二电极和第四电极。

具体地，参见图5g，在第一电极11上设置牺牲层41和牺牲层42，牺牲层41与牺牲层3对应，牺牲层42避开凹槽141且位于第一电极11上的其他位置。以第一电极11和绝缘层19组成的整体为对称轴，牺牲层41与牺牲层3呈轴对称图形。

参见图5h，在牺牲层41上设置第二电极12，并在牺牲层42上设置第四电极22。第二电极12覆盖牺牲层41并延伸至绝缘层19的表面，第四电极22覆盖牺牲层42并延伸至绝缘层19的表面。第二电极12和第四电极22可以一体化制成，且两者之间可以连续或间隔开。第二电极12位于牺牲层41上方的部分设置有若干个释放孔121，第四电极22位于牺牲层42上方的部分设置有若干个释放孔221。

参见图5i，通过化学试剂腐蚀或刻蚀等方法从释放孔中释放牺牲层41和牺牲层42，从而在绝缘层19和第二电极12之间形成第一空腔16，在绝缘层19和第四电极22之间形成第三空腔26。

s460：在第二电极和第四电极上设置支撑层。

参见图5j，支撑层15封住了释放孔，使得第一空腔16和第三空腔26成为密闭的腔体。支撑层15可以用于固定第二电极12和第四电极22，避免其发生变形。

s470：在衬底远离滤孔层的一侧设置感测通道。

参见图5k，感测通道141贯穿衬底14和绝缘层18，且与凹槽141连通。

s480：通过滤孔层上的若干小孔释放牺牲层，形成悬空的滤网结构。

参见图5l，释放牺牲层3后，滤孔层13’与第一电极11之间形成第二空腔17，感测通道141中的滤孔层13’构成悬空的滤网结构。

上述所有可选技术方案，可采用任意结合形成本申请的可选实施例，在此不再一一赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请的保护范围之内。