專利名稱：壓力傳感器、振蕩器及超聲波傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種壓力傳感器，尤其涉及一種集成高敏感壓力傳感器、振蕩器及超聲波傳感器。
背景技術：
微機電系統(Microelectro Mechanical Systems,簡稱MEMS)是在微電子技術基礎上發展起來的多學科交叉的前沿研究領域，是一種采用半導體工藝制造微型機電器件的技術。與傳統機電器件相比，MEMS器件在耐高溫、小體積、低功耗方面具有十分明顯的優勢。經過幾十年的發展，已成為世界矚目的重大科技領域之一，它涉及電子、機械、材料、物理學、化學、生物學、醫學等多種學科與技術，具有廣闊的應用前景。壓力傳感器是一種將壓力信號轉換為電信號的換能器。根據工作原理的不同分為壓阻式壓力傳感器和電容式壓力傳感器。電容式壓力傳感器的原理為通過壓力改變頂部極板和底部極板之間的電容，以此來測量壓力。圖I所示為一種電容式壓力傳感器，其包括襯底10，位于襯底中的固定極板20，位于襯底上方的可動極板30，可動極板30、襯底10以及位于可動電極30和襯底10之間的密封環35圍城一個空腔40,固定極板20和可動極板30相對設置構成一對電容,在壓力的作用下可動極板30能夠向固定極板20靠近，從而使得電容的電容值發生變化，通過對電容值的測量，可以得到壓力值。但是這種壓力傳感器最關鍵的部分在于可動極板和固定極板之間的間距，間距太小對于壓力的測量范圍較小，間距太大使得壓力傳感器的精確度降低。傳統的振蕩器通常也包括圖I所示的結構，利用給可動極板和固定極板施加變換的同向或者反向電壓，使得可動極板在靠近固定極板和遠離固定極板兩個方向振蕩。但是，對于這種振蕩器如果可動極板和固定極板之間的間距太大就需要相對較高的電壓才能使得振蕩器發生振蕩，但是間距太小又會使得振蕩的范圍很小。
實用新型內容考慮到現有技術的缺點，為了提高壓力傳感器的精確度，在本實用新型中對現有的電容式壓力傳感器結構進行了改進，將現有的電容式壓力傳感器的一個電容增加為多個，并且發明人在多個電容中設置了正向變化的電容和反向變化的電容，這樣使得在壓力變化時，多個電容的變化值進行疊加，從而提高了精確度，因為其中存在正向變化和反向變化的電容，從而使得電容值的變化更加敏感，且可測量的范圍更大。本實用新型的目的是提供一種精確度更高的壓力傳感器、振蕩器及超聲波傳感器。為實現上述目的，本實用新型提供了一種壓力傳感器，其特征在于，包括在控制、讀出電路襯底上依次層疊排列的第一極板、第二極板、第三極板、第四極板和第五極板，其中第一極板、第三極板和第四極板相對襯底固定，第一極板和第二極板相對且之間具有間隙，第二極板懸置在第一極板上方構成一對電容，第二極板和第三極板相對且具有間隙構成一對電容，第四極板和第五極板相對且具有間隙，第五極板懸置在第四極板上方構成一對電容，能夠沿垂直于襯底表面方向移動。優選地，在不受外力的自然狀態下，第二極板和第三極板之間的間隙小于第一極板和第二極板之間的間隙，且第二極板和第三極板之間的間隙小于第四極板和第五極板之間的間隙。優選地，第三極板和第四極板之間具有第一絕緣介質層。優選地，第二極板和第五極板的材料為鍺硅，所述第一絕緣介質層的材料為含硅介電質材料，包括氧化硅、氮化硅、氫氧化硅和碳氫氧化硅。優選地，第二極板和第五極板通過與襯底垂直的連接柱或者連接帶相連。優選地，第二極板、第五極板及連接柱或連接帶的結合體的一個剖面為工字型。優選地，所述第一極板為復合層結構，包括鋁層和位于鋁層上的鈦層。優選地，還包括第一密封環、第二密封環、第三密封環，第一密封環位于襯底上，第二密封環位于第二極板外圍，第三電極的邊緣搭接在第二密封環上，第三密封環位于第四極板和第五極板之間，且位于第四極板的邊緣上，第一極板、第三極板、第四極板、第五極板、第一密封環和第二密封環、第三密封環共同構成一個空腔。優選地，所述第二密封環與第二電極在同一工藝步驟中形成，其材質相同，且之間具有間隔使其不相連。優選地，在第五極板上具有第二絕緣介質層，在所述第二絕緣介質層上具有第六極板。優選地，在第一極板下方的襯底中包括MOS器件或電路。根據本實用新型的另一方面，提供一種壓力傳感器，其特征在于，其包括在襯底上依次層疊排列的第二極板、第三極板、第四極板和第五極板，其中第二極板和第三極板相對且具有間隙構成一對電容，第四極板和第五極板相對且具有間隙構成一對電容，第三極板和第四極板相對襯底固定，第二極板和第五極板固定相連并且能夠同時沿垂直于襯底表面方向移動。根據本實用新型的另一方面，提供一種壓力傳感器，其特征在于，包括在襯底上依次層疊排列的第一極板、第二極板、第三極板、第四極板和按壓層，其中第一極板和第二極板相對且之間具有間隙構成一對電容，第二極板和第三極板相對且具有間隙構成一對電容，第三極板和第四極板相對襯底固定，第二極板和按壓層固定相連并且能夠同時沿垂直于襯底表面方向移動。根據本實用新型的另一方面，提供一種振蕩器，其特征在于，包括在襯底上依次層疊排列的第一極板、第二極板、第三極板、第四極板和第五極板，其中第一極板和第二極板相對且之間具有間隙，第二極板懸置在第一極板上方構成一對電容，第二極板和第三極板相對且具有間隙構成一對電容，第四極板和第五極板相對且具有間隙，第五極板懸置在第四極板上方構成一對電容，第一極板、第三極板和第四極板相對襯底固定，第二極板和第五極板固定相連并且能夠同時沿垂直于襯底表面方向移動，當給第二極板和第三極板施加交變電壓，則第二極板振蕩。優選地，第二極板和第三極板之間的間隙小于第一極板和第二極板之間的間隙，且第二極板和第三極板之間的間隙小于第四極板和第五極板之間的間隙。[0023]根據本實用新型的另一方面，提供一種超聲波傳感器，其特征在于，包括結構在襯底上依次層疊排列的第一極板、第二極板、第三極板、第四極板和按壓層，其中第三極板和第四極板相對襯底固定，第一極板和第二極板相對且之間具有間隙，第二極板懸置在第一極板上方構成一對電容，第二極板和第三極板相對且具有間隙構成一對電容，第四極板和按壓層相對且具有間隙，第二極板和按壓層固定相連并且能夠同時沿垂直于襯底表面方向移動。優選地，按壓層為第五極板，第五極板懸置在第四極板上方構成一對電容。與現有技術相比，本實用新型具有以下優點本實用新型的壓力傳感器由多個電容組成，因此在測壓力時取幾個電容的變化之和，這樣使得壓力傳感器的精確度更高，進一步的在本實用新型的壓力傳感器中包括了正向變化和反向變化的電容，這樣使得壓力傳感器的精確度進一步提高。
通過參照附圖更詳細地描述示范性實施例，以上和其它的特征以及優點對于本領域技術人員將變得更加明顯，附圖中圖I為現有的壓力傳感器的結構示意圖；圖2至圖9為按照本實用新型一個實施例的壓力傳感器的形成方法的結構示意圖；圖10為本實用新型的壓力傳感器一實施例的結構示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
做詳細的說明。在以下描述中闡述了具體細節以便于充分理解本實用新型。但是本實用新型能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本實用新型內涵的情況下做類似推廣。因此本實用新型不受下面公開的具體實施方式
的限制。圖2至圖9為按照本實用新型一個實施例的壓力傳感器的形成方法的結構示意圖。下面結合圖2至圖9對本實用新型的壓力傳感器的結構進行詳細說明。如圖2所示，在本實施例中，壓力傳感器包括襯底100，襯底100中具有MOS電路，例如可以為壓力傳感器的測量電路或者驅動電路，本實施例中為讀出、控制電路。首先在襯底100上面涂上一層光刻膠，經過甩膠、烘焙，之后對經過涂膠處理的襯底100進行光刻處理，以圖形化的光刻膠為掩膜，刻蝕去除未被圖形化的光刻膠覆蓋的襯底100，并在襯底100上面定義出位于中間的第一極板110的溝槽部分和位于兩側的互連金屬層115的溝槽部分，互連金屬層115的溝槽部分形狀可以為不連貫的環形或者其他形狀。之后可以利用化學氣相淀積或者物理氣相淀積的方法在中間的第一極板110的溝槽部分的底部和側壁形成一薄層金屬鈦層，金屬鈦層的厚度約為10-50nm，金屬鈦充當襯底的黏合劑，可以起到與氧化硅和硅鍺合金層都能保持很好的粘附作用，之后通過物理氣相淀積在薄層金屬鈦層的表面填充金屬鋁層，其中鋁層的厚度為50-1000nm。金屬鈦和金屬鋁層共同構成了第一極板110。可以在制備第一極板110的同時利用化學氣相沉積或物理氣相沉積制備互連金屬層115。互連金屬層115的材質可以與第一極板110相同，也可以不同，比如為金、銀、銅、鋁、鎢，鉭、鈦中的一種或它們的合金，還可以是氮化鈦、氮化鉭其中的一種。在本實施例中，第一極板110是復合層結構，即具有兩層金屬的結構，在其他的實施例中，還可以是三層結構，從下到上依次為底層鈦、中間層氮化鈦和最上層的鋁構成的復合層結構。化學機械拋光第一極板110和互連金屬層115的表面，使得襯底100具有一個全局平坦化的表面。在第 一極板110的表面通過化學氣相沉積生長厚度10-500nm的絕緣層112，化學機械拋光絕緣層112表面，絕緣層112可以是氧化硅或氮化硅，用作極板之間的絕緣。如圖3所示，在絕緣層112表面化學氣相沉積第一犧牲層SI，第一犧牲層SI的厚度為10-2000nm,第一犧牲層SI的材料優選非晶碳。在第一犧牲層SI的上表面涂上一層光刻膠，經過甩膠、烘焙，之后對經過涂膠處理的第一犧牲層SI進行光刻處理，以圖形化的光刻膠為掩膜，刻蝕去除未被圖形化的光刻膠覆蓋的第一犧牲層SI，其中去除的第一犧牲層SI位于互連金屬層115的上表面，即未被去除的第一犧牲層S I沒有完全覆蓋位于外圍的互連金屬層115。在第一犧牲層SI的上表面通過化學氣相沉積氧化硅層，其也可以是氮化硅層，對沉積的氧化硅層進行化學機械拋光處理，當拋光到非晶碳的第一犧牲層SI時停止拋光，使得氧化硅層和第一犧牲層SI具有相同的平面，這時在互連金屬層115上形成了第一密封環120。之后在第一密封環120和第一犧牲層SI的上表面涂上一層光刻膠，之后對經過涂膠處理的第一密封環120進行光刻處理，以圖形化的光刻膠為掩膜，刻蝕去除未被圖形化的光刻膠覆蓋的第一密封環。其中在互連金屬層115的上面光刻、刻蝕出通孔，通孔的底部與互連金屬層115的上表面相接觸。最后在第一密封環120和第一犧牲層SI的上表面化學氣相沉積或者物理汽相淀積厚度為20nm-10um的第二極板130并化學機械拋光得到一個全局平坦化的表面。優選在第二極板130上面形成一薄層絕緣層，絕緣層的材料是本領域技術人員已知的那些，所形成的薄層絕緣層用于防止第二極板130和上面的結構接觸短路。其中第二極板130的材料可以是鍺硅，還可以是金屬，在本實施例中優選鍺硅。第一極板110和第二極板130之間的間隔距離即為第一密封環120的厚度，從而第一極板110和第二極板130構成一對電容,第二極板130可沿垂直于襯底100表面方向移動。在其他的實施例中，當化學機械拋光第一極板110和互連金屬層115的表面，使得襯底100具有一個全局平坦化的表面后，還可以是在第一極板110的表面化學氣相沉積一層較厚的氧化硅層同時形成絕緣層112和第一密封環120，所形成氧化硅層的厚度20-2500nm，化學機械拋光氧化硅層。之后在氧化硅層上面涂上一層光刻膠，之后對經過涂膠處理的氧化硅層進行光刻處理，以圖形化的光刻膠為掩膜，刻蝕去除未被圖形化的光刻膠覆蓋的氧化硅層，同時形成絕緣層120和第一密封層120，所刻蝕去除的氧化硅層的厚度小于沉積的氧化硅層的厚度，并且刻蝕后的氧化硅層中間具有凹槽，刻蝕后的氧化硅層的凹槽位于第一極板110的上方,且刻蝕后的氧化娃層的凹槽并未覆蓋互連金屬層115。之后在刻蝕后的氧化硅層的凹槽中化學氣相沉積非晶碳的第一犧牲層SI，化學機械拋光第一犧牲層SI，直到拋到第一密封環120所在的平面。之后在第一犧牲層SI和第一密封環120的表面涂上一層光刻膠，對經過涂膠處理的第一密封環120進行光刻處理，以圖形化的光刻膠為掩膜，刻蝕去除互連金屬層115上面的氧化硅層形成通孔，所形成的通孔位于互連金屬層115的上方且與互連金屬層115的上表面相接觸。最后在第一犧牲層SI上表面化學氣相沉積或物理氣相沉積鍺硅并填充通孔與互連金屬層115相接觸，化學機械拋光處理形成第二極板130，其中第一極板110和第二極板130之間的間隔距離即為第一密封環120
的厚度。如圖4所示，在第二極板130的上表面涂上一層光刻膠，之后對經過涂膠處理的第二極板130進行光刻處理，以圖形化的光刻膠為掩膜，刻蝕去除未被圖形化的光刻膠覆蓋的第二極板130，并形成貫穿第二極板130的開孔130v，使得第一犧牲層SI暴露出來。在本實施例中，開孔130v的數量是十二個，在其他的實施例中，也可以其他數目。同時形成第二密封環122，所形成的第二密封環122位于第一密封環120之上，第二密封環122包圍第二極板130，并且和第二極板130不相連。在開孔130v上面化學氣相沉積厚度為5-1500nm的第二犧牲層S2，第二犧牲層S2的材料優選非晶碳。在第二犧牲層S2上面涂上一層光刻膠，之后對經過涂膠處理的第二犧牲層S2進行光刻處理，以圖形化的光刻膠為掩膜，刻蝕去除未被圖形化的光刻膠覆蓋的第二犧牲層S2，其中未被刻蝕的部分為中間部分，在刻蝕過程中，同時將第二犧牲層S2的左右兩邊的外側邊緣部分刻蝕形成具有一定角度的斜面。其與第一極板110上下對置排列。第二極板130位于第一犧牲層SI和第二犧牲層S2的中間。如圖5所示，在第二犧牲層S2上表面通過化學氣相沉積或物理氣相沉積厚度為20nm-1000nm的金屬或鍺硅材料的第三極板140，在第三極板140上表面化學氣相沉積厚度為IO-IOOOnm的氧化硅層的第一絕緣介質層150。例如氧化硅層，其覆蓋第三極板140，形成方法可以為本領域所熟知的形成方法，在此不再贅述。在第一絕緣介質層150上涂上一層光刻膠，之后對經過涂膠處理的第一絕緣介質層150進行光刻處理，以圖形化的光刻膠為掩膜，刻蝕去除未被圖形化的光刻膠覆蓋的第一絕緣介質層150，刻蝕形成的通孔貫穿第一絕緣介質層150并且通孔的下端位于第三極板140內部，從而使得第三極板140的鍺硅材料暴露于空氣中。第三極板140和第二極板130之間具有間隙，從而第二極板130和第三極板140構成一對電容。第三極板140的邊緣搭接在第二密封環122上,使第三極板140被支撐在第二極板130上方，第三極板140的中央區域懸置在第二極板130上，與其相對置。之后在第一絕緣介質層150上利用化學氣相沉積或物理氣相沉積厚度為20-1000nm的第四極板160，第四極板160的材料優選鍺硅。在本實施例中，在第四極板160上還可以具有絕緣層，例如薄層氧化硅層，該絕緣層的厚度可以為10納米到500納米。第四極板160可以覆蓋在第一絕緣介質層150上或者位于第一絕緣介質層150上的部分區域，第四極板160邊緣搭接在第一密封環120上方對應的第一絕緣層介質層150上，從而起到對第四極板160固定的作用。在第四極板160上涂上一層光刻膠，之后對經過涂膠處理的第四極板160進行光刻處理，以圖形化的光刻膠為掩膜，刻蝕去除未被圖形化的光刻膠覆蓋的第三極板140、第一絕緣介質層150和第四極板160,并形成貫穿第三極板140、第一絕緣介質層150和第四極板160的開孔140v，同時形成位于中間并與第二犧牲層S2相連接的接觸孔。開孔140v與第二犧牲層S2相連接并與開孔130v上下對置排列，在其他的實施例中，開孔140v也可以不與開孔130v上下對置排列。在本實施例中，開孔140v是通過兩步刻蝕第四極板160、第一絕緣介質層150和第三極板140形成的。應該理解的是，也可以通過一步刻蝕第四極板160、第一絕緣介質層150和第三極板140形成貫穿第三極板140、第一絕緣介質層150和第四極板160的開孔140v。具體工藝過程如下在第二犧牲層S2上表面通過化學氣相沉積或物理氣相沉積厚度為20-1000nm的金屬或鍺硅材料的第三極板140，在第三極板140上表面化學氣相沉積厚度為IO-IOOOnm的氧化硅層的第一絕緣介質層150，在第一絕緣介質層150上利用化學氣相沉積或物理氣相沉積厚度為20-1000nm的第四極板160，第四極板160的材料優選鍺硅。在第四極板160上還可以具有絕緣層，例如薄層氧化硅層，該絕緣層的厚度可以為10納米到500納米。之后在第四極板160上涂上一層光刻膠，對經過涂膠處理的第四極板160進行光刻處理，以圖形化的光刻膠為掩膜，依次刻蝕去除未被圖形化的光刻膠覆蓋的第四極板160、第一絕緣介質層150和第三極板140，并以第二犧牲層S2的上表面作為刻蝕的終止層。形成貫穿第三極板140、第一絕緣介質層150和第四極板160的開孔140v，同時形成位于中間并與第二犧牲層S2相連接的接觸孔。如圖6所示，在第四極板160上沉積第三犧牲層S3。第三犧牲層S3的材料優選非晶碳。同時在開孔140v和接觸孔中填充非晶碳。填充的非晶碳與第二犧牲層S2相接觸。化學機械拋光所形成的第三犧牲層S3。之后在第三犧牲層S3上面化學氣相沉積氧化娃層或氮化娃層，化學機械拋光所形成的氧化娃層或氮化娃層，并以第三犧牲層S3作為拋光停止層形成第三犧牲層S3邊緣處的氧化硅層或氮化硅層。所沉積的氧化硅層或氮化硅層位于第三犧牲層S3的外圓環上并將第三犧牲層S3包圍，形成第三密封環165，第三密封環165的厚度可以為20納米到1000納米。如圖7所示，在第三犧牲層S3上涂上一層光刻膠，之后對經過涂膠處理的第三犧牲層S3進行光刻處理，以圖形化的光刻膠為掩膜，刻蝕去除未被圖形化的光刻膠覆蓋的第二犧牲層S2和第三犧牲層S3之間的非晶碳。在第三犧牲層S3的上表面通過化學氣相沉積或物理氣相沉積厚度為20nm-10um的第五極板170，第五極板170的材料可以是金屬或鍺硅，優選鍺硅。在接觸孔的中間形成連接柱175，其中連接柱175的下表面和第二極板130相連接，上表面和第五極板170相連接，從而使得第二極板130通過連接柱175的支撐懸置，并且可以和第五極板170 —起移動。在其他實施例中，第二極板130和第五極板170也可以通過其他方式相連或者一起移動。最后化學機械拋光第五極板170。第五極板170和第四極板160之間具有間隙，從而第四極板160和第五極板170構成一對電容，第五極板170可沿垂直于襯底表面方向移動，第五極板170的邊緣搭接在第三密封環165上，第五極板170的中央區域因為和第四極板160之間具有間隙，使其懸置在第四極板160上方，因此第三密封環165的厚度就是第四極板160和第五極板170之間的間隙的距離，即第三密封環165的厚度為20-2000nm。如圖8所示，在第五極板170上面涂上一層光刻膠，之后對經過涂膠處理的第五極板170進行光刻處理，以圖形化的光刻膠為掩膜，刻蝕去除未被圖形化的光刻膠覆蓋的第五極板170，形成開孔170v，其中開孔170v與第三犧牲層S3相接觸。通過開孔170v、開孔140v和開孔130v干法去除非晶碳的犧牲層，同時釋放MEMS結構。如圖9所示，在開孔170v和第五極板170上面化學氣相沉積第二絕緣介質層180，封閉開孔170v，通過半導體工藝完成電容式壓力傳感器的制作。之后在第二絕緣介質層180上面制備厚度為20-1000nm的第六極板190，材料為硅鍺合金半導體、鋁或單一材料薄膜或鋁與鈦疊層薄膜。化學機械拋光第六極板190，在第六極板190上面涂上一層光刻膠，對經過涂膠處理的第六極板190進行光刻處理，以圖形化的光刻膠為掩膜，刻蝕去除未被圖形化的光刻膠覆蓋的第六極板190，最后完成電阻式壓力傳感器。CN如圖10所示，在本實施例中，壓力傳感器包括襯底100，襯底中具有MOS電路，例如可以為壓力傳感器的測量電路或者驅動電路。襯底100表面具有第一極板110，第一極板110上可以具有絕緣層112，例如薄層氧化硅或氮化硅，防止第二極板130接觸第一極板110形成短路，絕緣層112的厚度可以為10納米到500納米。第一極板110的材料可以為金屬材料，在本實施例中優選的采用了復合層結構，即兩層金屬，鋁層和位于鋁層上的鈦層，其中鈦層可以起到與氧化硅和硅鍺合金層都能保持很好的粘附作用，保證第一極板110和其上的絕緣層112的粘結穩定，其中鋁層的厚度為50納米到1000納米，鈦層的厚度為10納米到50納米。第一極板110可以利用化學氣相淀積或者物理氣相淀積的方法形成。在形成第一極板110的同一工藝步驟中可以在第一極板110的外圍形成互連金屬層115，互連金屬層115與第一極板110可以通過刻蝕的方法隔離絕緣，互連金屬層115的形狀可以為不連貫的環形或者其他形狀。在互連金屬層115上具有第一密封環120，第一密封環120可以為絕緣介質，例如氧化硅、氮化硅等，在本實施例中第一密封環的厚度為10納米到2000納米。第一密封環120可以利用化學氣相淀積的方法在第一極板110和互連金屬層115上形成一層氧化硅層，然后利用刻蝕的方法去除第一極板110上的氧化硅層，保留第一極板110外圍的氧化硅層，例如互連金屬層115如果為包圍第一極板110的環形，可以保留互連金屬層115上的氧化硅層作為第一密封環120，第一密封環120包圍第一極板110。第一密封環120在后續還具有包圍形成密閉空腔的作用，第一密封環120的厚度即可以為第一極板和第二極板之間的間隔距離。第二密封環122可以和第二電極130在同一步工藝中形成，材料相同，在刻蝕步驟中和第二電極隔離，除此之外，第二密封環122也可以在單獨的步驟中形成，其材料可以為絕緣材料，例如氧化硅、氮化硅等，在本實施例中第二密封環122的厚度為10納米到2000納米。第二極板130懸置在第一極板110的上方,和第一極板110之間具有間隙,從而第一極板110和第二極板130構成一對電容,第二極板130可沿垂直于襯底100表面方向移動。在第一密封環120上具有第二密封環122，第二密封環122包圍第二極板130，并且和第二極板130不相連。第二極板130的形成方法可以為先在第一極板110上形成犧牲層，在犧牲層上利用化學氣相淀積或者物理汽相淀積的方法淀積金屬層或者鍺硅層，之后利用刻蝕的方法形成第二極板130，在本實施例中第二極板130的厚度為20納米到10微米。在第二極板130中具有開孔130v，用于后續去除犧牲層，形成空腔。優選的在第二極板130上具有薄層絕緣層，用于防止第二極板130和其上方的第三極板140接觸短路。在第二極板130上懸置有第三極板140,第三極板140和第二極板130之間具有間隙，從而第二極板130和第三極板140構成一對電容。第三極板140的邊緣搭接在第二密封環122上，使第三極板140被支撐在第二極板130上方，第三極板140的中央區域懸置在第二極板130上，與其相對。第三極板140的材料可以為金屬或者鍺硅,在本實施例中第三極板140的厚度為20納米到1000納米。形成方法可以為在第二極板130上形成犧牲層，然后刻蝕去除第二密封環122上對應的犧牲層，然后在犧牲層和第二密封環122上利用化學氣相淀積或者物理汽相淀積的方法淀積金屬層或者鍺硅層，之后利用刻蝕的方法形成第三極板140。在第三極板140中具有開孔140v，用于后續去除犧牲層，形成空腔。第三極板140上形成有第一絕緣介質層150，例如氧化硅層，其覆蓋第三極板140，形成方法可以為本領域所熟知的形成方法，在此不再贅述。第三極板140中的開孔140v貫穿第一絕緣介質層150，用于后續去除犧牲層，形成空腔，在本實施例中，第一絕緣介質層150的厚度為10納米到1000納米，第二極板130和第三極板140之間的間隔距離為5納米到1500納米。在第一絕緣介質層150上具有第四極板160，第四極板160可以覆蓋第一絕緣介質層150或者位于第一絕緣介質層150上的部分區域，邊緣搭接在第一密封環120對應的第一絕緣層介質層150上，從而起到對第四極板160固定的作用。第四極板160可以利用化學氣相淀積或者物理汽相淀積的方法淀積金屬層或者鍺硅層，之后利用刻蝕的方法形成第四極板160，第三極板140中的開孔140v貫穿第四極板160，該開孔140v用于后續去除犧牲層，形成空腔，在本實施例中第四極板160的厚度可以為20納米到1000納米。在第四極板160上還可以具有絕緣層，例如薄層氧化硅層，用于防止第四極板160和其上的第五極板170靠近時接觸短路。該絕緣層的厚度可以為10納米到500納米。在第四極板160對應第一密封環120的區域上方具有第三密封環165，第三密封環165可以為絕緣介質，例如氧化硅，氮化硅等，第三密封環165的厚度可以為20納米到1000納米。第三密封環165可以利用化學氣相淀積的方法在第四極板160上形成一層氧化硅層，然后利用刻蝕的方法去除中央區域的第四極板160上的氧化硅層，可以保留第四極板160邊緣處的氧化硅層作為第三密封環165，第三密封環165在后續還具有包圍形成密閉空腔的作用。在第四極板160上方懸置有第五極板170，第五極板170和第四極板160之間具有間隙，從而第四極板160和第五極板170構成一對電容，第五極板170可沿垂直于襯底表面方向移動，第五極板170的邊緣搭接在第三密封環165上，第五極板170的中央區域因為和第四極板160之間具有間隙，使其懸置在第四極板160上方，因此第三密封環165的厚度就是第四極板160和第五極板170之間的間隙的距離，即距離為20納米到2000納米。第五極板170的形成方法可以為先在第四極板160上形成犧牲層，在犧牲層上利用化學氣相淀積或者物理汽相淀積的方法淀積金屬層或者鍺硅層，之后利用刻蝕的方法形成第五極板170，在本實施例中，第五極板170的厚度為20納米到10微米。在第五極板170中具有開孔170v，用于后續去除犧牲層，形成空腔。在本實施例中，犧牲層的材料為非晶碳，其形成方法為化學氣相淀積工藝。具體的工藝條件為利用等離子體增強化學氣相淀積形成非晶碳層，所述等離子體增強化學氣相淀積的溫度為350°C 450°C，氣壓為Itorr 20torr，RF功率為800W 1500W，反應氣體包括C3H6和He，反應氣體流量為1000sccnT3000sccm，其中C3H6:He為2:1 5: I。去除犧牲層可以在第五極板170形成之后，利用各極板中的開孔，通過氧化的方法去除。在一實施例中，第二極板130和第五極板170通過位于中心的連接柱或者連接帶相連，例如在本實施例中具體的為連接柱175，第二極板130、第五極板170及連接柱或連接帶的一個剖面為工字型。例如在本實施例中第二極板130和第五極板170之間連接有連接柱175，連接柱175的周圍與第三極板140、第四極板160以及第一絕緣介質層150隔離，從而使得第二極板130通過連接柱175的支撐懸置，并且可以和第五極板170 —起移動。其制作方法可以為，在形成第五極板170之前，對第三極板140、第一絕緣介質層150和第四極板160的疊層結構進行刻蝕，在其中形成暴露第二極板130的孔洞，在形成第五極板170的時候同時填充該孔洞，形成連接第二極板的連接柱175。在其他實施例中，第二極板和第五極板也可以通過其他方式相連或者一起移動。上述實施例中的壓力傳感器包括三個電容，第一極板110和第二極板130構成的第一電容Cl,第二極板130和第三極板140構成的第二電容C2,第四極板160和第五極板170構成的第三電容C3，其中第一極板110、第三極板140和第四極板160固定，第二極板130和第五極板170相連。第二極板130和第五極板170在受到壓力作用時，可以同時向靠近襯底表面方向移動，從而使得第一電容Cl和第三電容C3之間的間距變小，第二電容C2之間的間距變大，這樣利用三個電容值的變化的疊加來計算壓力使得測量結果更精確。優選的，第二極板130和第三極板140之間的間隙小于第一極板110和第二極板130之間的間隙，且第二極板130和第三極板140之間的間隙小于第四極板160和第五極板170之間的間隙。這樣第一電容Cl和第三電容C3間距設置的可以稍大，增加大壓力時的測量范圍，而第二電容C2是兩極板之間的間距逐漸增大，因此第二電容C2設置兩極板之間的間距較小，這樣對于第一電容Cl，第三電容C3無法測得的小壓力，可以通過第二電容C2測量，因此增大了傳統的采用I個電容的壓力測量范圍。優選的，在第五極板170上具有第二絕緣介質層180，在所述第二絕緣介質層180上具有第六極板190，當壓力施加在壓力傳感器上，由于第五極板170下方是空腔，因此第六極板190會發生彎曲，從而使得第六極板190的電阻發生變話，從而根據第六極板190電阻的變化可以測得壓力值，將第六極板190測得的壓力值和第一極板110、第二極板130、第三極板140、第四極板160和第五極板170測得的壓力值結合起來測壓力值，使得壓力值的測量更準確，在本實施例中第六極板190的厚度為20納米到1000納米，材料為硅鍺合金半導體，鋁或單一材料薄膜或鋁與鈦疊層薄膜。上述結構的壓力傳感器還可以作為振蕩器，由于第二極板130和第三極板160之間的間距很小，因此在給各極板加電壓之后，只需要很小的電壓就可以使得第二極板130振蕩，從而振蕩器可以工作在很低的電壓下，這樣在高壓范圍第一極板110和第二極板130構成的第一電容Cl,第四極板160和第五極板170構成的第三電容C3工作,使得振蕩器振蕩，而在低壓范圍第二極板130和第三極板140構成的第二電容C2工作，使得振蕩器振蕩，從而使得該振蕩器既可以滿足低壓工作又可以滿足高壓工作的需求。本實用新型還提供了一種包括上述結構的超聲波傳感器，其包括結構在襯底上依次層疊排列的第一極板、第二極板、第三極板、第四極板和按壓層，其中第三極板和第四極板相對襯底固定，第一極板和第二極板相對且之間具有間隙，第二極板懸置在第一極板上方構成一對電容，第二極板和第三極板相對且具有間隙構成一對電容，第四極板和按壓層相對且具有間隙，第二極板和按壓層固定相連并且能夠同時沿垂直于襯底表面方向移動。其中，按壓層為第五極板,第五極板懸置在第四極板上方構成一對電容。上述超聲波傳感器的測量方法，包括步驟將按壓層接觸超聲波傳感實測體；在第一時段先給第二極板和第三極板輸入交變電壓，以驅動第二極板和按壓層同時振蕩；通過按壓層向外傳遞超聲壓力波；在第二時段通過測量按壓層接受實測體對按壓層的振蕩壓力信號，包括振蕩幅度、頻率和相位。其中，感測的實測體對按壓層的振蕩壓力信號，通過第一極板和第二極之間、第二極板和第三極板之間至少一個可變電容來感測。其中，感測的實測體對按壓層的振蕩壓力信號，也可以通過第五極板和第四極板間的可變電容來測量。由于第二電容C2的兩個極板之間的間距從小到大的變化，因此其間距可以設置的很小，這樣向其兩個極板施加很小的電壓就可以使得其振蕩發出超聲波，超聲波發射出去后被人體反射回該器件，其作為壓力傳感器可以接收人體反射回的超聲信號，從而利用壓電效應的原理將電能和超聲波相互轉化，即在發射超聲波的時候，將電能轉換，發射超聲波；而在收到回波的時候，則將超聲振動轉換成電信號，實現發送和接收聲波的雙重作用。雖然本實用新型已以較佳實施例披露如上，但本實用新型并非限定于此。任何本領域技術人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本實用新型的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。
1權利要求1.一種壓力傳感器，其特征在于，包括在控制、讀出電路襯底上依次層疊排列的第一極板、第二極板、第三極板、第四極板和第五極板，其中第一極板、第三極板和第四極板相對襯底固定，第一極板和第二極板相對且之間具有間隙，第二極板懸置在第一極板上方構成一對電容，第二極板和第三極板相對且具有間隙構成一對電容，第四極板和第五極板相對且具有間隙，第五極板懸置在第四極板上方構成一對電容，能夠沿垂直于襯底表面方向移動。
2.如權利要求I所述的壓力傳感器，其特征在于，在不受外力的自然狀態下，第二極板和第三極板之間的間隙小于第一極板和第二極板之間的間隙，且第二極板和第三極板之間的間隙小于第四極板和第五極板之間的間隙。
3.如權利要求I所述的壓力傳感器，其特征在于，第三極板和第四極板之間具有第一絕緣介質層。
4.如權利要求3所述的壓力傳感器，其特征在于，第二極板和第五極板的材料為鍺硅，所述第一絕緣介質層的材料為含硅介電質材料，包括氧化硅、氮化硅、氫氧化硅和碳氫氧化硅。
5.如權利要求I所述的壓力傳感器，其特征在于，第二極板和第五極板通過與襯底垂直的連接柱或者連接帶相連。
6.如權利要求5所述的壓力傳感器，第二極板、第五極板及連接柱或連接帶的結合體的一個剖面為工字型。
7.如權利要求I所述的壓力傳感器，其特征在于，所述第一極板為復合層結構，包括鋁層和位于鋁層上的鈦層。
8.如權利要求I所述的壓力傳感器，其特征在于，還包括第一密封環、第二密封環、第三密封環，第一密封環位于襯底上，第二密封環位于第二極板外圍，第三電極的邊緣搭接在第二密封環上，第三密封環位于第四極板和第五極板之間，且位于第四極板的邊緣上，第一極板、第三極板、第四極板、第五極板、第一密封環和第二密封環、第三密封環共同構成一個空腔。
9.如權利要求I所述的壓力傳感器，其特征在于，所述第二密封環與第二電極在同一工藝步驟中形成，其材質相同，且之間具有間隔使其不相連。
10.如權利要求I所述的壓力傳感器，其特征在于，在第五極板上具有第二絕緣介質層，在所述第二絕緣介質層上具有第六極板。
11.如權利要求I所述的壓力傳感器，其特征在于，在第一極板下方的襯底中包括MOS器件或電路。
12.—種壓力傳感器，其特征在于，其包括在襯底上依次層疊排列的第二極板、第三極板、第四極板和第五極板，其中第二極板和第三極板相對且具有間隙構成一對電容，第四極板和第五極板相對且具有間隙構成一對電容，第三極板和第四極板相對襯底固定，第二極板和第五極板固定相連并且能夠同時沿垂直于襯底表面方向移動。
13.一種壓力傳感器，其特征在于，包括在襯底上依次層疊排列的第一極板、第二極板、第三極板、第四極板和按壓層，其中第一極板和第二極板相對且之間具有間隙構成一對電容，第二極板和第三極板相對且具有間隙構成一對電容，第三極板和第四極板相對襯底固定，第二極板和按壓層固定相連并且能夠同時沿垂直于襯底表面方向移動。
14.一種振蕩器,其特征在于,包括在襯底上依次層疊排列的第一極板、第二極板、第三極板、第四極板和第五極板，其中第一極板和第二極板相對且之間具有間隙，第二極板懸置在第一極板上方構成一對電容，第二極板和第三極板相對且具有間隙構成一對電容，第四極板和第五極板相對且具有間隙，第五極板懸置在第四極板上方構成一對電容，第一極板、第三極板和第四極板相對襯底固定，第二極板和第五極板固定相連并且能夠同時沿垂直于襯底表面方向移動，當給第二極板和第三極板施加交變電壓，則第二極板振蕩。
15.如權利要求14所述的振蕩器，其特征在于，第二極板和第三極板之間的間隙小于第一極板和第二極板之間的間隙，且第二極板和第三極板之間的間隙小于第四極板和第五極板之間的間隙。
16.—種超聲波傳感器,其特征在于,包括結構在襯底上依次層疊排列的第一極板、第二極板、第三極板、第四極板和按壓層，其中第三極板和第四極板相對襯底固定，第一極板和第二極板相對且之間具有間隙，第二極板懸置在第一極板上方構成一對電容，第二極板和第三極板相對且具有間隙構成一對電容，第四極板和按壓層相對且具有間隙，第二極板和按壓層固定相連并且能夠同時沿垂直于襯底表面方向移動。
17.如權利要求16所述的超聲波傳感器，其特征在于，按壓層為第五極板，第五極板懸置在第四極板上方構成一對電容。
專利摘要本實用新型涉及一種壓力傳感器、振蕩器及超聲波傳感器。壓力傳感器，包括在控制、讀出電路襯底上依次層疊排列的第一極板、第二極板、第三極板、第四極板和第五極板，其中第一極板、第三極板和第四極板相對襯底固定，第一極板和第二極板相對且之間具有間隙，第二極板懸置在第一極板上方構成一對電容，第二極板和第三極板相對且具有間隙構成一對電容，第四極板和第五極板相對且具有間隙，第五極板懸置在第四極板上方構成一對電容，能夠沿垂直于襯底表面方向移動。本實用新型通過在電容式壓力傳感器中設置多個電容，并且在多個電容中設置了正向變化的電容和反向變化的電容，從而提高了精確度，并使得電容值的變化更加敏感，可測量的范圍更大。
文檔編號G01L9/12GK202735005SQ20122025582
公開日2013年2月13日 申請日期2012年5月31日 優先權日2012年5月31日
發明者王志瑋, 毛劍宏, 張鐳, 唐德明 申請人:上海麗恒光微電子科技有限公司