準差分電容式mems壓力傳感器及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及傳感器領域，更具體地，涉及一種準差分電容式MEMS壓力傳感器及其制造方法。
【背景技術】
[0002]電容式MEMS壓力傳感器是利用作為上電極的壓力敏感層與下電極間的電容量表征作用于該壓力敏感層上的壓力值的傳感器。現有電容式MEMS壓力傳感器通常采用單個電容器進行壓力檢測，如圖1所示，其包括襯底P，形成于襯底P上的絕緣層2'，形成于絕緣層2'上的下電極3'，及通過支撐部7'支撐在下電極3'上方的壓力敏感膜，該下電極:V與下電極焊盤Y電性連接，而壓力敏感膜作為上電極V則與上電極焊盤V電性連接，利用該種電容式MEMS壓力傳感器進行壓力檢測的原理為:上電極4'在受到外界氣壓作用時將發生相應的變形，進而使得由上電極4'與下電極3'構成的平行板電容器的電容量發生相應的變化，這樣便可通過接口電路采集壓力傳感器的輸出信號獲得對應的氣壓值，進而實現外界氣壓檢測。該種電容式MEMS壓力傳感器由于采用單個電容器進行外界氣壓檢測，所以很容易受到電磁干擾等共模干擾，這將導致壓力傳感器的輸出信號不穩定及分辨率降低，進而導致芯片的性能降低。
【發明內容】
[0003]本發明的一個目的是提供一種準差分電容式MEMS壓力傳感器的新技術方案，以至少部分濾除輸出信號中的例如由電磁干擾產生的共模干擾信號，提高輸出信號的穩定性及分辨率。
[0004]根據本發明的第一方面，提供了一種準差分電容式MEMS壓力傳感器，其包括襯底，形成于所述襯底上的絕緣層，均形成于所述絕緣層上的第一下電極和第二下電極，支撐在所述第一下電極上方的第一上電極，及支撐在所述第二下電極上方的第二上電極；所述第一上電極為壓力敏感膜，且所述第一上電極與所述第一下電極之間的腔體為密閉腔體，以使所述第一上電極與所述第一下電極構成氣壓敏感型電容器；所述第二上電極與所述第二下電極構成電容量不隨外界氣壓變化的基準電容器。
[0005]優選的是，所述密閉腔體為真空腔體。
[0006]優選的是，所述氣壓敏感型電容器還包括形成于所述第一下電極上的防撞凸起及/或形成于所述絕緣層上、且穿過所述第一下電極向上突出的防撞凸起，所述防撞凸起與所述第一上電極之間具有間隙。
[0007]優選的是，所述第二上電極也為壓力敏感膜，所述基準電容器還包括用于限制所述第二上電極在外界氣壓作用下發生變形的限位結構。
[0008]優選的是，所述第一上電極與所述第二上電極為一體結構。
[0009]優選的是，所述基準電容器設置有用于支撐所述第二上電極的支撐柱，以形成所述限位結構。
[0010]優選的是，所述基準電容器設置有壓力平衡孔，所述基準電容器的位于所述第二上電極與所述第二下電極之間的腔體通過所述壓力平衡孔與外界相通，以形成所述限位結構。
[0011 ] 優選的是，所述氣壓敏感型電容器與所述基準電容器除所述限位結構外具有相同的結構。
[0012]本發明的另一個目的是提供兩種準差分電容式MEMS壓力傳感器的制造方法，以使該種準差分電容式MEMS壓力傳感器能夠至少部分濾除輸出信號中的例如由電磁干擾產生的共模干擾信號，提高輸出信號的穩定性及分辨率。
[0013]根據本發明的第二方面，提供了一種準差分電容式MEMS壓力傳感器的制造方法，其包括如下步驟:
[0014]a)在襯底上沉積作為絕緣層的第一氧化層；
[0015]b)在所述絕緣層上沉積并刻蝕所述第一金屬層，形成相互獨立的第一下電極和第二下電極；
[0016]c)在所述第一下電極和所述第二下電極上沉積并刻蝕第二氧化層，形成支撐部及對應所述第二下電極的支撐柱；
[0017]d)在所述支撐部和所述支撐柱上鍵合壓力敏感膜，形成位于所述壓力敏感膜與所述第一下電極之間的密閉腔體，以使所述壓力敏感膜作為第一上電極與所述第一下電極構成氣壓敏感型電容器，及形成由所述支撐柱支撐的第二上電極，以使所述第二上電極與所述第二下電極構成電容量不隨外界氣壓變化的基準電容器。
[0018]根據本發明的第二方面，提供了另一種準差分電容式MEMS壓力傳感器的制造方法，其包括如下步驟:
[0019]a)在襯底上沉積作為絕緣層的第一氧化層；
[0020]b)在所述絕緣層上沉積并刻蝕第一金屬層，形成相互獨立的第一下電極和第二下電極；
[0021]c)在所述第一下電極和所述第二下電極上沉積并刻蝕第二氧化層，形成支撐部；
[0022]d)在所述支撐部上鍵合壓力敏感膜，形成位于所述壓力敏感膜與所述第一下電極之間的密閉腔體，以使所述壓力敏感膜作為第一上電極與所述第二下電極構成氣壓敏感型電容器，及形成位于所述壓力敏感膜與所述第二下電極之間的另一密閉腔體；
[0023]e)刻蝕所述壓力敏感膜，使所述另一密閉腔體成為與外界相通的腔體，以使所述壓力敏感膜作為第二上電極與所述第二下電極構成電容量不隨外界氣壓變化的基準電容器。
[0024]優選地，所述步驟c)中刻蝕所述第二氧化層，還進一步形成對應所述第一下電極的防撞凸起，其中，所述防撞凸起的頂面低于所述支撐部的頂面。
[0025]本發明的準差分電容式MEMS壓力傳感器具有一個氣壓敏感型電容器和一個基準電容器，由于二者所處的應用環境相同，因此能夠對外界共模干擾產生基本一致的響應，這樣，利用基準電容器的輸出信號便可以至少部分地濾除氣壓敏感型電容器的輸出信號中的共模干擾信號，進而實現提高氣壓敏感型電容器的輸出信號的穩定性及分辨率的目的。另夕卜，本發明還提供了兩種能夠以與加工現有電容式MEMS壓力傳感器基本相同的工藝步驟獲得滿足本發明準差分電容式MEMS壓力傳感器的結構要求的芯片的制造方法，因此，本發明的制造方法能夠以相差很少的生產成本獲得本發明的性能明顯優于現有電容式MEMS壓力傳感器的準差分電容式MEMS壓力傳感器。
[0026]本發明的發明人發現，在現有技術中，電容式MEMS壓力傳感器因采用單個電容器進行壓力檢測而存在輸出信號抗共模干擾能力差的問題。因此，本發明所要實現的技術任務或者所要解決的技術問題是本領域技術人員從未想到的或者沒有預期到的，故本發明是一種新的技術方案。
[0027]通過以下參照附圖對本發明的示例性實施例的詳細描述，本發明的其它特征及其優點將會變得清楚。
【附圖說明】
[0028]被結合在說明書中并構成說明書的一部分的附圖示出了本發明的實施例，并且連同其說明一起用于解釋本發明的原理。
[0029]圖1是現有電容式壓力傳感器的剖視示意圖；
[0030]圖2是根據本發明的準差分電容式MEMS壓力傳感器的一種實施結構的剖視示意圖；
[0031]圖3是根據本發明的準差分電容式MEMS壓力傳感器的另一種實施結構的剖視示意圖；
[0032]圖4至圖11是根據本發明的準差分電容式MEMS壓力傳感器的制造方法的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0033]現在將參照附圖來詳細描述本發明的各種示例性實施例。應注意到:除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數字表達式和數值不限制本發明的范圍。
[0034]以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本發明及其應用或使用的任何限制。
[0035]對于相關領域普通技術人員已知的技術、方法和設備可能不作詳細討論，但在適當情況下，所述技術、方法和設備應當被視為說明書的一部分。
[0036]在這里示出和討論的所有例子中，任何具體值應被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實施例的其它例子可以具有不同的值。
[0037]應注意到:相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步討論。
[0038]本發明為了解決現有電容式MEMS壓力傳感器存在的抗共模干擾能力較差的問題，提