一種電容式壓力傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種壓力傳感器，特別是一種基于介電應變效應帶溫度補償的電容式壓力傳感器。
【背景技術】
[0002]現有的壓力傳感器的感應原理主要包括兩種:壓阻感應和電容感應。壓阻感應的原理是:壓力作用下，由于膜變形產生的應力導致膜上電阻發生變化。電容感應的原理一般是:將傳感器設計成一個電容結構，將電容的其中一個極板設計為可動結構。壓力作用下，該可動電極發生形變或位移，使電容間距發生變化，傳感器的電容值也隨之改變。但這兩種壓力傳感器都存在一些缺陷:(1)壓阻式壓力傳感器:這類壓力傳感器一般對設計的要求很高，對壓敏電阻材料的電阻率、電阻形狀以及擺放位置都有嚴格要求，而且加工工藝的要求也很高，加工時必須保證構成惠斯通電橋的四個壓敏電阻阻值完全相等，否則就會導致傳感器的零點漂移等問題。此外，壓阻式壓力傳感器的功耗一般比較高。隨著物聯網技術的發展，無線傳感器節點的供電問題對功耗提出了嚴格的限制，這個要求限制了壓阻式壓力傳感器在物聯網中的應用。(2)電容式壓力傳感器:現有的基于變間距原理的電容式壓力傳感器雖然具有功耗低，溫漂小等特點，但也存在一些的問題。第一個主要問題是結構一般比較復雜，尤其是電極引出問題，并且由于存在一個可動電極，導致封裝困難，可靠性較差。第二個主要問題是非線性問題，由于電容值與間距之間的關系是非線性的，導致了電容值與待測壓力之間的非線性。由于上述問題的存在，東南大學MEMS教育部重點實驗室周閔新等人提出了基于介電應變效應的"三明治"結構電容式壓力傳感器，可以解決電容式壓力傳感器電極引出困難和非線性問題，但是該"三明治"電容結構存在著溫漂的問題。本實用新型就是針對該結構進行的改進，用于解決傳感器的溫漂問題。

【發明內容】

[0003]本實用新型提供一種結構簡單，加工方便，測量原理新穎的電容式壓力傳感器，并且該結構解決了由于感壓機制的局限性帶來的溫漂問題。
[0004]本實用新型的技術方案如下:
[0005]—種電容式壓力傳感器，包括形成有壓力腔的襯底娃片5，在所述襯底娃片5上方疊置有多個電容器，其中中間電容器的上電極為上面電容器的下電極，中間電容器的下電極為下面電容器的上電極，所述多個電容器的電容介質互不相同。
[0006]進一步地，包括對所述襯底硅片5的背面進行各向異性腐蝕而在其正面所形成的硅膜1。
[0007]進一步地，所述多個電容器包括第一電容器及第二電容器，其中第一電容器的下電極6系對襯底娃片5或者娃膜1的上表面重摻雜而形成。
[0008]進一步地，所述第一電容器的電容介質是；所述第二電容器的電容介質是。
[0009]進一步地，還包括所述襯底硅片5背面鍵合的玻璃3，以形成密封腔。
[0010]進一步地，所述第一電容器及第二電容器包括共用電極。
[0011]進一步地，多個電容器為并聯或串聯結構。
[0012]本實用新型提出的壓力傳感器，具有以下有益效果:
[0013](1)基于介電應變效應(在應力或應變的作用下，電容的介質材料的介電常數會發生變化)的感壓機制決定了加工出的傳感器存在溫度效應。本實用新型提出的結構可以進行溫度補償從而解決溫漂問題。
[0014](2)本實用新型的加工工藝簡單，加工過程不需要用到十分復雜的工藝步驟。
[0015](3)與傳統的溫度補償的方法(設計一個形狀尺寸相同輸出不隨壓力變化的參考結構)相比，該方案大大減小了芯片面積。此外該結構有兩個感壓電容，可以將它們并聯提高結構的靈敏度。
【附圖說明】
[0016]附圖1是本實用新型的主視圖。
[0017]附圖2是本實用新型的俯視圖。
[0018]圖中硅膜1，第一絕緣介質2，玻璃3，第一電容的上電極/第二電容的下電極及壓焊塊4，襯底硅片5，第一電容的下電結6，第二絕緣介質7，第二電容的上電極8，第一電容下電極引出壓焊塊9，10為第二電容的上電極引出壓焊塊。
【具體實施方式】
[0019]本實用新型利用介電應變效應。硅膜受壓力作用發生形變使得位于其上的兩個電容的電介質中產生應力/應變，電介質的介電常數發生變化，傳感器的輸出電容發生變化，由于這兩個電容的值隨溫度和壓力的變化都會發生變化。因此，傳感器的兩個輸出電容采用不同介質，利用它們的溫度效應不同，解決溫漂問題。測量出的兩個電容可以表示成兩個與溫度和壓力相關的量:C1?f\(P，T)，C2?f2(P，T)。對兩個方程求解，可以反推出測試條件下的氣壓和溫度。
[0020]實施例1
[0021]本實用新型提出一種電容式壓力傳感器，包括:形成有壓力腔的襯底硅片，在襯底硅片上方疊置有多個電容器，其中中間電容器的上電極為上面電容器的下電極，中間電容器的下電極為下面電容器的上電極，并且多個電容器的電容介質互不相同。例如，參見圖1，雙面拋光的襯底娃片5的上表面重摻雜形成第一個電容的下電極6，在下電極6的正上方的表面生長一層絕緣層2作為第一個電容的介質層，在該介質層上方生長一層金屬層形成第一個電容的上電極及壓焊塊4，該電極同時還作為第二個電容的下電極，同時還利用該層金屬形成壓焊塊9，第一個電容的下電極就通過壓焊塊9引出。在該電極的正上方生長一層絕緣層7作為第二個電容的介質層，這里需要注意的是絕緣層2和絕緣層7是兩種不同的材料。然后在該絕緣介質層7上方生長一層金屬材料形成第二個電容的上電極8和壓焊塊
10。最后，襯底娃片5背面各向異性腐蝕在其正面表面形成一塊娃膜1，襯底娃片5背面與玻璃3進行陽極鍵合，在硅膜1下方形成一個密封腔。
[0022]利用介電應變的原理，將壓力變化轉化成膜上兩個電容的電容值變化。利用該傳感器可以在測量壓力的同