准差分电容式mems压力传感器及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及传感器领域，更具体地，涉及一种准差分电容式MEMS压力传感器及其制造方法。
【背景技术】
[0002]电容式MEMS压力传感器是利用作为上电极的压力敏感层与下电极间的电容量表征作用于该压力敏感层上的压力值的传感器。现有电容式MEMS压力传感器通常采用单个电容器进行压力检测，如图1所示，其包括衬底P，形成于衬底P上的绝缘层2'，形成于绝缘层2'上的下电极3'，及通过支撑部7'支撑在下电极3'上方的压力敏感膜，该下电极:V与下电极焊盘Y电性连接，而压力敏感膜作为上电极V则与上电极焊盘V电性连接，利用该种电容式MEMS压力传感器进行压力检测的原理为:上电极4'在受到外界气压作用时将发生相应的变形，进而使得由上电极4'与下电极3'构成的平行板电容器的电容量发生相应的变化，这样便可通过接口电路采集压力传感器的输出信号获得对应的气压值，进而实现外界气压检测。该种电容式MEMS压力传感器由于采用单个电容器进行外界气压检测，所以很容易受到电磁干扰等共模干扰，这将导致压力传感器的输出信号不稳定及分辨率降低，进而导致芯片的性能降低。
【发明内容】
[0003]本发明的一个目的是提供一种准差分电容式MEMS压力传感器的新技术方案，以至少部分滤除输出信号中的例如由电磁干扰产生的共模干扰信号，提高输出信号的稳定性及分辨率。
[0004]根据本发明的第一方面，提供了一种准差分电容式MEMS压力传感器，其包括衬底，形成于所述衬底上的绝缘层，均形成于所述绝缘层上的第一下电极和第二下电极，支撑在所述第一下电极上方的第一上电极，及支撑在所述第二下电极上方的第二上电极；所述第一上电极为压力敏感膜，且所述第一上电极与所述第一下电极之间的腔体为密闭腔体，以使所述第一上电极与所述第一下电极构成气压敏感型电容器；所述第二上电极与所述第二下电极构成电容量不随外界气压变化的基准电容器。
[0005]优选的是，所述密闭腔体为真空腔体。
[0006]优选的是，所述气压敏感型电容器还包括形成于所述第一下电极上的防撞凸起及/或形成于所述绝缘层上、且穿过所述第一下电极向上突出的防撞凸起，所述防撞凸起与所述第一上电极之间具有间隙。
[0007]优选的是，所述第二上电极也为压力敏感膜，所述基准电容器还包括用于限制所述第二上电极在外界气压作用下发生变形的限位结构。
[0008]优选的是，所述第一上电极与所述第二上电极为一体结构。
[0009]优选的是，所述基准电容器设置有用于支撑所述第二上电极的支撑柱，以形成所述限位结构。
[0010]优选的是，所述基准电容器设置有压力平衡孔，所述基准电容器的位于所述第二上电极与所述第二下电极之间的腔体通过所述压力平衡孔与外界相通，以形成所述限位结构。
[0011 ] 优选的是，所述气压敏感型电容器与所述基准电容器除所述限位结构外具有相同的结构。
[0012]本发明的另一个目的是提供两种准差分电容式MEMS压力传感器的制造方法，以使该种准差分电容式MEMS压力传感器能够至少部分滤除输出信号中的例如由电磁干扰产生的共模干扰信号，提高输出信号的稳定性及分辨率。
[0013]根据本发明的第二方面，提供了一种准差分电容式MEMS压力传感器的制造方法，其包括如下步骤:
[0014]a)在衬底上沉积作为绝缘层的第一氧化层；
[0015]b)在所述绝缘层上沉积并刻蚀所述第一金属层，形成相互独立的第一下电极和第二下电极；
[0016]c)在所述第一下电极和所述第二下电极上沉积并刻蚀第二氧化层，形成支撑部及对应所述第二下电极的支撑柱；
[0017]d)在所述支撑部和所述支撑柱上键合压力敏感膜，形成位于所述压力敏感膜与所述第一下电极之间的密闭腔体，以使所述压力敏感膜作为第一上电极与所述第一下电极构成气压敏感型电容器，及形成由所述支撑柱支撑的第二上电极，以使所述第二上电极与所述第二下电极构成电容量不随外界气压变化的基准电容器。
[0018]根据本发明的第二方面，提供了另一种准差分电容式MEMS压力传感器的制造方法，其包括如下步骤:
[0019]a)在衬底上沉积作为绝缘层的第一氧化层；
[0020]b)在所述绝缘层上沉积并刻蚀第一金属层，形成相互独立的第一下电极和第二下电极；
[0021]c)在所述第一下电极和所述第二下电极上沉积并刻蚀第二氧化层，形成支撑部；
[0022]d)在所述支撑部上键合压力敏感膜，形成位于所述压力敏感膜与所述第一下电极之间的密闭腔体，以使所述压力敏感膜作为第一上电极与所述第二下电极构成气压敏感型电容器，及形成位于所述压力敏感膜与所述第二下电极之间的另一密闭腔体；
[0023]e)刻蚀所述压力敏感膜，使所述另一密闭腔体成为与外界相通的腔体，以使所述压力敏感膜作为第二上电极与所述第二下电极构成电容量不随外界气压变化的基准电容器。
[0024]优选地，所述步骤c)中刻蚀所述第二氧化层，还进一步形成对应所述第一下电极的防撞凸起，其中，所述防撞凸起的顶面低于所述支撑部的顶面。
[0025]本发明的准差分电容式MEMS压力传感器具有一个气压敏感型电容器和一个基准电容器，由于二者所处的应用环境相同，因此能够对外界共模干扰产生基本一致的响应，这样，利用基准电容器的输出信号便可以至少部分地滤除气压敏感型电容器的输出信号中的共模干扰信号，进而实现提高气压敏感型电容器的输出信号的稳定性及分辨率的目的。另夕卜，本发明还提供了两种能够以与加工现有电容式MEMS压力传感器基本相同的工艺步骤获得满足本发明准差分电容式MEMS压力传感器的结构要求的芯片的制造方法，因此，本发明的制造方法能够以相差很少的生产成本获得本发明的性能明显优于现有电容式MEMS压力传感器的准差分电容式MEMS压力传感器。
[0026]本发明的发明人发现，在现有技术中，电容式MEMS压力传感器因采用单个电容器进行压力检测而存在输出信号抗共模干扰能力差的问题。因此，本发明所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的，故本发明是一种新的技术方案。
[0027]通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
【附图说明】
[0028]被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
[0029]图1是现有电容式压力传感器的剖视示意图；
[0030]图2是根据本发明的准差分电容式MEMS压力传感器的一种实施结构的剖视示意图；
[0031]图3是根据本发明的准差分电容式MEMS压力传感器的另一种实施结构的剖视示意图；
[0032]图4至图11是根据本发明的准差分电容式MEMS压力传感器的制造方法的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0033]现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
[0034]以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
[0035]对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0036]在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
[0037]应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0038]本发明为了解决现有电容式MEMS压力传感器存在的抗共模干扰能力较差的问题，提