一種mems壓力傳感元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，更具體地，涉及一種MEMS壓力傳感元件。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的MEMS壓力傳感器，無論是壓阻式還是電容式的，都需要把壓力敏感薄膜暴露在空氣中，否則壓力敏感膜無法對(duì)外界的氣壓做出敏感的反應(yīng)。該壓力敏感膜通常作為電學(xué)電容極板或電阻應(yīng)用，由于其必須暴露在空氣中而不能設(shè)置于在封閉的電學(xué)腔體中，外界的電磁干擾會(huì)對(duì)MEMS壓力傳感器的輸出造成影響。
[0003]現(xiàn)有電容式MEMS壓力傳感器多采用單電容檢測(cè)的方式:由壓力敏感膜與襯底形成密封真空腔，當(dāng)外界的氣壓變化時(shí)，處在真空腔上方的壓力敏感膜會(huì)發(fā)生彎曲，從而導(dǎo)致壓力敏感膜與襯底形成的電容會(huì)發(fā)生變化，檢測(cè)該電容變化即可取得外界壓力。
[0004]上述電容式MEMS壓力傳感器是通過單個(gè)電容來檢測(cè)外界壓力變化，一般來說，夕卜界氣壓變化所引起的電容變化量都是很小的，采用單個(gè)電容進(jìn)行檢測(cè)的誤差很大。另外，除了外界的壓力變化會(huì)引起電容變化外，其它干擾信號(hào)也會(huì)引起電容的變化，如應(yīng)力、溫度及其它共模信號(hào)，都會(huì)影響電容的變化值。單電容檢測(cè)對(duì)外界的干擾信號(hào)無法濾除，會(huì)影響輸出信號(hào)的噪聲水平，降低信噪比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)⑼饨珉姶鸥蓴_屏蔽在電容外部的MEMS壓力傳感元件。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種MEMS壓力傳感元件，包括:設(shè)有凹槽的基底；設(shè)置于所述基底上方的壓力敏感膜，所述壓力敏感膜密封所述凹槽的開口以形成密封腔體；位于所述密封腔體內(nèi)的構(gòu)成電容結(jié)構(gòu)的可動(dòng)極板和固定極板；其中，所述固定極板固定于基底凹槽的底壁，所述可動(dòng)極板懸置于所述固定極板的上方并且與所述固定極板相對(duì)；所述壓力敏感膜與所述可動(dòng)極板連接，以在外界壓力作用下帶動(dòng)所述可動(dòng)極板運(yùn)動(dòng)。
[0007]優(yōu)選的，所述可動(dòng)極板包括依次并列設(shè)置的第一扭轉(zhuǎn)質(zhì)量塊、壓力傳導(dǎo)部以及第二扭轉(zhuǎn)質(zhì)量塊，所述第一扭轉(zhuǎn)質(zhì)量塊和所述第二扭轉(zhuǎn)質(zhì)量塊關(guān)于所述壓力傳導(dǎo)部對(duì)稱；所述壓力傳導(dǎo)部通過第一彈性連接部與所述第一扭轉(zhuǎn)質(zhì)量塊連接，通過第二彈性連接部與所述第二扭轉(zhuǎn)質(zhì)量塊連接；所述壓力傳導(dǎo)部的中心部分通過第一錨點(diǎn)與所述壓力敏感膜的中心部分固定連接；所述第一扭轉(zhuǎn)質(zhì)量塊的中心部分通過第二錨點(diǎn)與基底凹槽的底壁固定連接；所述第二扭轉(zhuǎn)質(zhì)量塊的中心部分處通過第三錨點(diǎn)與基底凹槽的底壁固定連接。
[0008]優(yōu)選的，所述第一彈性連接部包括第一彈性梁、第一連接臂、以及第二連接臂；所述第二彈性連接部包括第二彈性梁、第三連接臂、以及第四連接臂；所述第一彈性梁和第二彈性梁平行于所述壓力傳導(dǎo)部；所述第一彈性梁的兩端分別通過一條第一連接臂與所述壓力傳導(dǎo)部連接，所述第一彈性梁的中間通過第二連接臂與所述第一扭轉(zhuǎn)質(zhì)量塊連接；所述第二彈性梁的兩端分別通過一條第三連接臂與所述壓力傳導(dǎo)部連接，所述第二彈性梁的中間通過第四連接臂與所述第二扭轉(zhuǎn)質(zhì)量塊連接。
[0009]優(yōu)選的，所述第一扭轉(zhuǎn)質(zhì)量塊包括第一矩形框架結(jié)構(gòu)和第三彈性梁；所述第一矩形框架結(jié)構(gòu)包括平行于壓力傳導(dǎo)部的第一可動(dòng)極板和第二可動(dòng)極板，以及兩條垂直于壓力傳導(dǎo)部的第五連接臂；所述第三彈性梁連接兩條所述第五連接臂的中點(diǎn)，其中心通過所述第二錨點(diǎn)與基底凹槽的底壁固定連接；所述第二扭轉(zhuǎn)質(zhì)量塊包括第二矩形框架結(jié)構(gòu)和第四彈性梁；所述第二矩形框架結(jié)構(gòu)包括平行于壓力傳導(dǎo)部的第三可動(dòng)極板和第四可動(dòng)極板，以及兩條垂直于壓力傳導(dǎo)部的第六連接臂；所述第四彈性梁連接兩條所述第六連接臂的中點(diǎn)，其中心通過所述第三錨點(diǎn)與基底凹槽的底壁固定連接；所述固定極板包括第一、第二、第三、第四固定極板，所述第一、第二、第三、第四固定極板與所述第一、第二、第三、第四可動(dòng)極板對(duì)應(yīng)形成第一、第二、第三、第四電容結(jié)構(gòu)。
[0010]優(yōu)選的，所述第一電容結(jié)構(gòu)和第四電容結(jié)構(gòu)通過金屬引線并聯(lián)，構(gòu)成第一組電容；所述第二電容結(jié)構(gòu)和第三電容結(jié)構(gòu)通過金屬引線并聯(lián)，構(gòu)成第二組電容；所述第一組電容和所述第二組電容構(gòu)成一對(duì)差分電容。
[0011]優(yōu)選的，所述第一扭轉(zhuǎn)質(zhì)量塊包括第一矩形框架結(jié)構(gòu)、第三彈性梁、以及第七連接臂；所述第一矩形框架結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離壓力傳導(dǎo)部的一邊的中間位置設(shè)有第一開口 ；所述第三彈性梁位于第一矩形框架內(nèi)部，兩端分別連接第一矩形框架結(jié)構(gòu)垂直于壓力傳導(dǎo)部的對(duì)邊；所述第七連接臂的一端連接第三彈性梁的中點(diǎn)，另一端從第一開口處伸出第一矩形框架外連接至第二錨點(diǎn)；所述第二錨點(diǎn)的上端連接壓力敏感膜，下端連接基底凹槽的底壁；所述第二扭轉(zhuǎn)質(zhì)量塊包括第二矩形框架結(jié)構(gòu)、第四彈性梁、以及第八連接臂；所述第二矩形框架結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離壓力傳導(dǎo)部的一邊的中間位置設(shè)有第二開口 ；所述第四彈性梁位于第二矩形框架內(nèi)部，兩端分別連接第二矩形框架結(jié)構(gòu)垂直于壓力傳導(dǎo)部的對(duì)邊；所述第八連接臂的一端連接第四彈性梁的中點(diǎn)，另一端從第二開口處伸出第二矩形框架外連接至第三錨點(diǎn)；所述第三錨點(diǎn)的上端連接壓力敏感膜，下端連接基底凹槽的底壁。
[0012]優(yōu)選的，所述固定極板包括分別位于第一矩形框架的四個(gè)角的下方的第一、第二、第三、第四固定極板，所述第一、第二固定極板相對(duì)遠(yuǎn)離壓力傳導(dǎo)部，所述第三、第四固定極板相對(duì)接近壓力傳導(dǎo)部；所述固定極板還包括分別位于第二矩形框架的四個(gè)角的下方的第五、第六、第七、第八固定極板，所述第五、第六固定極板相對(duì)接近壓力傳導(dǎo)部，所述第七、第八固定極板相對(duì)遠(yuǎn)離壓力傳導(dǎo)部；第一至第八固定極板與其上方對(duì)應(yīng)部分的扭轉(zhuǎn)質(zhì)量塊形成第一至第八電容結(jié)構(gòu)，其中第一、第二、第七、和第八電容結(jié)構(gòu)通過引線并聯(lián)，構(gòu)成第一組電容，第三、第四、第五、和第六電容結(jié)構(gòu)通過引線并聯(lián)，構(gòu)成第二組電容；所述第一組電容和所述第二組電容構(gòu)成一對(duì)差分電容。
[0013]優(yōu)選的，所述密封腔體內(nèi)還設(shè)置有限位凸起部，所述限位凸起部設(shè)置于基底凹槽的底壁并且位于所述壓力傳導(dǎo)部的下方。
[0014]優(yōu)選的，所述壓力敏感膜為單晶硅材質(zhì)。
[0015]優(yōu)選的，所述壓力敏感膜的厚度為um-um。
[0016]本發(fā)明的MEMS壓力傳感元件，將壓力敏感和電學(xué)檢測(cè)分開，將壓力敏感膜暴露在空氣中，將電容結(jié)構(gòu)設(shè)置在由壓力敏感膜和基底圍成的密封腔中，電容結(jié)構(gòu)的可動(dòng)極板由壓力敏感膜帶動(dòng)，這樣既完成壓力敏感的功能，又屏蔽了外界對(duì)電容結(jié)構(gòu)的電磁干擾。
[0017]本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有技術(shù)中，還沒有一種能夠?qū)⑼饨珉姶鸥蓴_屏蔽在電容外部的MEMS壓力傳感元件。因此，本發(fā)明所要實(shí)現(xiàn)的技術(shù)任務(wù)或者所要解決的技術(shù)問題是本領(lǐng)域技術(shù)人員從未想到的或者沒有預(yù)期到的，故本發(fā)明是一種新的技術(shù)方案。
[0018]通過以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征及其優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得清楚。
【附圖說明】
[0019]被結(jié)合在說明書中并構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并且連同其說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。
[0020]圖1是本發(fā)明MEMS壓力傳感元件第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明MEMS壓力傳感元件第一實(shí)施例的電容結(jié)構(gòu)的平面示意圖。
[0022]圖3-4是本發(fā)明第一實(shí)施例的MEMS壓力傳感元件受外界壓力變化下的狀態(tài)圖。
[0023]圖5-18是本發(fā)明第一實(shí)施例的MEMS壓力傳感元件的制造過程示意圖。
[0024]圖19是本發(fā)明MEMS壓力傳感元件第二實(shí)施例的電容結(jié)構(gòu)的平面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]現(xiàn)在將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例。應(yīng)注意到:除非另外具體說明，否則在這些實(shí)施例中闡述的部件和步驟的相對(duì)布置、數(shù)字表達(dá)式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。
[0026]以下對(duì)至少一個(gè)示例性實(shí)施例的描述實(shí)際上僅僅是說明性的，決不作為對(duì)本發(fā)明及其應(yīng)用或使用的任何限制。
[0027]對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為說明書的一部分。
[0028]在這里示出和討論的所有例子中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實(shí)施例的其它例子可以具有不同的值。
[0029]應(yīng)注意到:相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步討論。
[0030]參考圖1-4介紹本發(fā)明MEMS壓力傳感元件的第一實(shí)施例，包括:
[0031]設(shè)有凹槽的基底I，設(shè)置于基底I上方的壓力敏感膜5，壓力敏感膜5密封凹槽的開口以形成密封腔體500。
[0032]位于密封腔體500內(nèi)的構(gòu)成電容結(jié)構(gòu)的可動(dòng)極板和固定極板；其中，固定極板固定于基底I凹槽的底壁，可動(dòng)極板懸置于固定極板的上方并且與固定極板相對(duì)；壓力敏感膜5與可動(dòng)極板連接，以在外界壓力作用下帶動(dòng)可動(dòng)極板運(yùn)動(dòng)。
[0033]參考圖1和2介紹本發(fā)明MEMS壓力傳感元件的電容結(jié)構(gòu):
[0034]固定