电容式压力传感器及其制作方法与流程

1.本发明涉及一种传感器技术领域，更为具体的说涉及电容式压力传感器及其制作方法。

背景技术：

2.mems（micro-electro-mechanical systems，微机电系统）技术的电容式压力传感器，通过检测两个极板之间的电容变化输出信号，其温度漂移远低于压阻式压力传感器，因此在一些对温度稳定性要求苛刻的应用下（如高度计、无人机等），通常会采用电容式压力传感器。
3.压力传感器芯片需要与信号处理电路（也可以说专用集成电路（application specificintegrated circuit，asic））电连接，以形成电信号传输，从而实现对压力传感器芯片的信号处理，进而实现模拟信号输出及数字信号输出等。实际使用时，对于电容式压力传感器而言，需要将一颗电容式mems压力芯片和一颗asic芯片进行封装。通常有两种封装方式：1）mems压力芯片和asic芯片并列放置，两者用固晶胶粘接至基板上，通过引线键合互连，这样的封装尺寸偏大，且基板、固晶胶及mems压力芯片之间的材料热膨胀系数失配，会对性能产生影响；2）mems压力芯片和asic芯片堆叠放置，mems压力芯片置于asic芯片之上，且mems压力芯片采用固晶胶粘接至asic芯片上，而后将mems压力芯片通过引线键合至asic芯片上，为了保证整体厚度的要求，通常还需要对mems压力芯片进行减薄。虽然，此种封装的尺寸可以变小，但是制造工序比第一种要多，同样的，当堆叠封装的各层材料之间的热膨胀系数不一致时，也很容易导致应力产生，并传递至mems上，从而影响性能输出。
4.有鉴于此，亟需提供一种新的电容式压力传感器及其制作方法，以解决现有的电容式压力传感器的封装尺寸过大以及由于多层材料之间的热膨胀系数的差异所产生的应力，从而导致电容式压力传感器的性能退化的问题。

技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种电容式压力传感器及其制作方法。
6.本发明的目的采用以下技术方案实现：根据本发明的一方面，提供一种电容式压力传感器的制作方法，所述制作方法包括：提供衬底，所述衬底上设置有信号处理电路结构；在所述衬底的一侧表面上制作分别与所述信号处理电路结构电连接的至少一个感应电容胚体和至少一个参考电容，其中，每个所述感应电容胚体和每个所述参考电容均包括下极板、上极板以及所述下极板和所述上极板之间的腔体，并且所述腔体内填充有介质体；仅将每个所述感应电容胚体的所述腔体内的介质体释放以形成对应的感应电容。
7.进一步地，所述在所述衬底的一侧表面上制作分别与所述信号处理电路结构电连接的至少一个感应电容胚体和至少一个参考电容包括：
在所述衬底的所述一侧表面上制作第一导电层，并对所述第一导电层进行图案化蚀刻，以分别形成每个所述感应电容胚体的下极板、用于与每个所述感应电容胚体对应的上极板互连的第一连接体，同时形成每个所述参考电容的下极板用于与每个所述参考电容对应的上极板互连的第二连接体，以及多个导电焊盘，其中，所述多个导电焊盘与所述信号处理电路结构的对应端口电连接；在所述第一导电层上制作牺牲层，并对所述牺牲层进行图案化处理，以分别形成覆盖每个所述感应电容胚体的下极板和每个所述参考电容的下极板的介质体；在所述牺牲层上制作第二导电层，以使所述第二导电层分别与每个所述感应电容胚体对应的第一连接体和与每个所述参考电容对应的第二连接体电连接，并将所述牺牲层密封于所述第二导电层与所述衬底之间；对所述第二导电层进行图案化处理以分别形成每个所述感应电容胚体和每个所述参考电容的所述上极板，并将每个所述感应电容胚体的所述上极板的部分区域进行刻蚀，以在对应的所述牺牲层之上形成间隔排布的释放孔。
8.进一步地，所述仅将每个所述感应电容胚体的所述腔体内的介质体释放以形成对应的感应电容包括：利用溶液释放法去除每个所述感应电容胚体的所述腔体内的介质体以形成对应的感应电容；在所述第二导电层上制作密封层，以在所述第二导电层与所述第一导电层之间形成压力感测腔。
9.进一步地，所述制作方法还包括：在所述第一导电层上制作牺牲层之前，在所述第一导电层上制作覆盖所述第一导电层的介质层。
10.进一步地，所述在所述牺牲层上制作第二导电层，以使所述第二导电层分别与每个所述感应电容胚体对应的第一连接体和每个所述参考电容对应的第二连接体电连接，并将所述牺牲层密封于所述第二导电层与所述衬底之间，包括：在所述牺牲层上设置多个第一通孔，每个所述第一通孔在厚度方向上贯穿所述牺牲层和所述介质层，以分别露出对应每个所述感应电容胚体的所述第一连接体以及对应每个所述参考电容的第二连接体；将所述第二导电层完全填充至每个所述第一通孔中，以使所述第二导电层分别与对应的所述第一连接体以及对应的所述第二连接体电连接。
11.进一步地，所述在所述牺牲层上制作第二导电层，以使所述第二导电层分别与每个所述感应电容胚体对应的第一连接体和每个所述参考电容对应的第二连接体电连接，并将所述牺牲层密封于所述第二导电层与所述衬底之间，包括：在所述牺牲层上制作多个第三通孔，每个所述第三通孔在厚度方向上贯穿所述牺牲层和所述介质层，每个所述第三通孔呈环形并且围绕一介质层柱，所述介质层柱在厚度方向上包括部分所述牺牲层和部分所述介质层，通过生长导电介质，以将所述第三通孔完全填充并包裹住所述介质层柱，以形成包裹所述介质层柱的导电柱，并且每个所述导电柱的上下底面分别从所述介质层靠近所述衬底的一侧表面露出以及从所述牺牲层远离所述衬底的一侧表面露出，以使所述第二导电层通过每个所述导电柱分别与对应的所述感应电容的所述第一连接体电连接以及与对应的所述参考电容的所述第二连接体电连接。
12.可选地，所述导电介质包括钨或者钛钨。
13.进一步地，所述在所述牺牲层上制作第二导电层，以使所述第二导电层分别与每个所述感应电容胚体对应的第一连接体和每个所述参考电容对应的第二连接体电连接，并将所述牺牲层密封于所述第二导电层与所述衬底之间，包括：对所述介质层进行开口处理，以露出对应每个所述感应电容的所述第一连接体以及对应每个所述参考电容的所述第二
连接体；在所述牺牲层上制作所述第二导电层，以使所述第二导电层与对应每个所述感应电容的所述第一连接体直接接触以及使所述第二导电层与对应每个所述参考电容的所述第二连接体直接接触。
14.进一步地，所述制作方法还包括：在所述第二导电层上制作密封层之后，在所述介质层及所述介质层之上的密封层上设置多个第二通孔，所述多个第二通孔在厚度方向上贯穿所述介质层和所述密封层，以露出所述多个导电焊盘。
15.根据本发明的另一方面，提供一种电容式压力传感器，包括：衬底，所述衬底上设置有信号处理电路；至少一个感应电容和至少一个参考电容，所述至少一个感应电容和所述至少一个参考电容位于所述衬底的一侧表面上并且分别与所述信号处理电路电连接，并且每个所述感应电容和每个所述参考电容均包括下极板、上极板以及所述下极板和所述上极板之间的腔体，其中，每个所述感应电容的所述腔体是无填充物的空腔，每个所述参考电容的所述腔体内填充有介质体。
16.采用本发明实施例提供的电容式压力传感器及其制作方法，旨在通过在设置有信号处理电路结构的所述衬底上制作电容式压力传感器，以解决现有的电容式压力传感器的封装尺寸过大以及由于多层材料之间的热膨胀系数的差异所产生的应力，从而导致电容式压力传感器的性能退化的问题。并且所述电容式压力传感器的参考电容的制作方法简单，在施加压力时，能够维持参考电容输出的电容值不变。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施方式。
18.图1是根据本发明实施例的电容式压力传感器的制作方法的流程图。
19.图2a-图2g是根据本发明一实施例提供的电容式压力传感器的制作方法的制作工序示意图。
20.图3a-图3f是根据本发明又一实施例提供的电容式压力传感器的制作方法的制作工序示意图。
21.图4a-图4e是根据本发明又一实施例提供的电容式压力传感器的制作方法的制作工序示意图。
22.图5是本发明一实施例提供的电路结构框图。
23.图6是本发明又一实施例提供的电路结构框图。
具体实施方式
24.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
25.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。在涉及方法步骤时，本文图示的先后顺序代表了一种示例性的方案，但不表示对先后顺序的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
26.为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
27.图1是根据本发明实施例的电容式压力传感器的制作方法的流程图。所述电容式压力传感器的制作方法包括：s10，提供衬底，所述衬底上设置有信号处理电路结构；s20，在所述衬底的一侧表面上制作分别与所述信号处理电路结构电连接的至少一个感应电容胚体和至少一个参考电容，其中，每个所述感应电容胚体和每个所述参考电容均包括下极板、上极板以及所述下极板和所述上极板之间的腔体，并且所述腔体内填充有介质体；s30，仅将每个所述感应电容胚体的所述腔体内的介质体释放以形成对应的感应电容。
28.以下将具体描述步骤s10至s30。
29.在步骤s10中，提供一衬底，所述衬底材料可以是硅，也可以是其他材料，例如，砷化镓、碳化硅等。所述衬底上设置有信号处理电路结构，即专用集成电路asic，是指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路。例如，电容式压力传感器中的asic用于将由外部施加传感器上压力的变化所产生的电信号进一步处理和传输到下一级电路。示例性地，在本发明实施例中，所述信号处理电路结构可内嵌于所述衬底中，在其他实施例中，所述信号处理电路结构也可以位于所述衬底的一侧表面之上。
30.在步骤s20中，在所述衬底的一侧表面上制作分别与所述信号处理电路结构电连接的至少一个感应电容胚体和至少一个参考电容，其中，每个所述感应电容胚体和每个所述参考电容均包括下极板、上极板以及所述下极板和所述上极板之间的腔体，并且所述腔体内填充有介质体。需要说明的是，所述感应电容胚体是指最终形成感应电容结构的中间过程体。示例性地，为了节省制造工艺流程，在制作所述感应电容胚体的同时，可以同步制作所述参考电容。
31.应理解，在本发明实施例中，所述感应电容是指电容大小随外界的气压作用变化会发生变化的电容，所述参考电容是指电容大小随外界的气压作用变化不会发生变化的电容。
32.在步骤s30中，仅将每个所述感应电容胚体的所述腔体内的介质体释放以形成对应的感应电容。也即，仅将每个所述感应电容胚体的所述腔体内的介质体通过释放工艺去除以形成对应的具有空腔结构的感应电容。而每个所述参考电容的所述腔体内的介质体无需进行释放，则每个所述参考电容的所述腔体内仍由介质体填充，是一个实体结构，当外界的气压作用时，由于所述参考电容的所述腔体内的介质体的支撑作用，使得每个所述参考电容的上极板不会发生形变，故每个所述参考电容的上极板和下极板之间的距离（间隙）不会发生改变，因此，每个所述参考电容的大小基本固定不变。
33.实施例一
图2a-图2g是根据本发明一实施例提供的电容式压力传感器的制作方法的制作工序示意图。
34.以下将结合图2a-图2g对本发明实施例进行详细说明。
35.参见图2a所示，首先，提供一衬底100，所述衬底100设置有专用的信号处理电路结构（图未示出），示例性地，该信号处理电路结构内嵌在所述衬底100中，在所述衬底100的一侧表面上制作第一导电层110，该第一导电层110为金属导电材料，例如，铝、钨或钨化硅等。对所述第一导电层110进行蚀刻，以分别形成每个所述感应电容胚体161的第一下极板112、用于与每个所述感应电容胚体161对应的第一上极板互连的第一连接体113，同时形成每个所述参考电容170的第二下极板115、用于与每个所述参考电容170对应的第二上极板互连的第二连接体114，以及多个导电焊盘117，其中，所述多个导电焊盘117与所述信号处理电路结构（图未示出）的对应端口电连接，以用于将电信号传输至与外部电子设备。
36.在本发明实施例中，通过制作第一导电层110，并利用所述第一导电层110既形成充当信号处理电路结构的输出端子，又形成充当每个所述感应电容胚体161的第一下极板112及用于与每个所述感应电容胚体161对应的第一上极板互连的第一连接体113，同时又形成充当每个参考电容170的第二下极板115及用于与每个所述参考电容对应的第二上极板互连的第二连接体114，从而有利于电容式压力传感器封装结构整体的薄形化。
37.可选地，继续参见图2b所示，在所述第一导电层110上制作覆盖所述第一导电层110的介质层120。该介质层120通常是氮化硅或者富硅氮化硅等材料，一方面可作为保护层保护所述第一导电层110被环境中的水汽腐蚀，另一方面可作为后续刻蚀停止层，以保护所述第一导电层110不被刻蚀。
38.继续参见图2c所示，采用低温工艺在所述介质层120上制作牺牲层130，并对所述牺牲层130进行图案化处理，以分别形成覆盖每个所述感应电容胚体161的第一下极板112的第一介质体131和覆盖每个所述参考电容170的第二下极板115的第二介质体132。可选地，所述牺牲层130的材料可以是锗或者锗硅，采用制程温度在400℃的低温化学气相淀积生长而成。可选地，所述牺牲层130的材料也可以是铝，采用磁控溅射设备溅射而成。可选地，所述牺牲层130的材料也可以是氧化硅，采用等离子体增强化学的气相淀积生长而成。
39.示例性地，在制作形成所述覆盖每个所述感应电容胚体161的第一下极板112的第一介质体131和覆盖每个所述参考电容170的第二下极板115的第二介质体132的同时，对所述牺牲层130进行刻蚀，以刻蚀出多个第一通孔26，每个所述第一通孔26在厚度方向上贯穿所述牺牲层130和所述介质层120，以分别露出对应每个所述感应电容胚体161的所述第一连接体113以及对应每个所述参考电容170的第二连接体114。
40.继续参见图2d所示，在所述牺牲层130上制作第二导电层140，所述第二导电层140可以是单层导电层，也可以是复合导电层，例如，钨化硅、氮化钛、钨、钛或者含有上述材料的复合层。优选地，所述第二导电层140为复合导电层，这有助于所述第二导电层140与所述牺牲层130之间的应力匹配。
41.示例性地，可以采用薄膜沉积的工艺在所述牺牲层130上生长所述第二导电层140，以将所述第二导电层140完全填充至每个所述第一通孔26中，以使所述第二导电层140分别与每个所述感应电容胚体161对应的第一连接体113和每个所述参考电容170对应的第二连接体114电连接，并通过将所述第二导电层140完全填充至每个所述第一通孔26中，以
将所述牺牲层130密封于所述第二导电层140与所述衬底100之间，也即，将对应每个所述感应电容胚体161的第一介质体131密封于所述第二导电层140与所述衬底100之间，以及将对应每个所述参考电容的第二介质体132密封于所述第二导电层140与所述衬底100之间，以分别形成对应每个所述感应电容胚体161的第一腔体35以及对应每个所述参考电容170的第二腔体36。
42.继续参见图2e所示，接着对所述第二导电层140进行图案化处理以分别形成每个所述感应电容胚体161的第一上极板141和每个所述参考电容170的第二上极板142，并将每个所述感应电容胚体161的所述第一上极板141的部分区域进行刻蚀，以在对应的所述牺牲层130之上形成间隔排布的释放孔44。
43.具体地，在对应的所述第一介质体131之上的所述第二导电层140上形成间隔排布的释放孔44。在所述衬底100的厚度方向上，每个所述释放孔44的投影图案可以是圆形、方形、长条形等，并且多个释放孔44可以呈阵列排布。
44.示例性地，在对所述第二导电层140进行图案化处理的同时，将位于第一区域31、第二区域32、第三区域33之上的所述第二导电层140进行刻蚀，以露出每个所述感应电容胚体161对应的所述第一上极板141与每个所述参考电容170对应的所述第二上极板142之间的牺牲层的第二子部分134、露出每个所述感应电容胚体的周边的牺牲层的第一子部分133、以及露出每个所述参考电容周边的牺牲层的第三子部分135。
45.继续参见图2e-图2f所示，在本发明实施例中，由于仅将每个所述感应电容胚体161的所述第一上极板141的部分区域进行刻蚀，以在其对应的所述牺牲层130之上形成间隔排布的释放孔44，并利用溶液释放法去除每个所述感应电容胚体161的所述第一腔体35内的第一介质体131以形成对应的感应电容160的压力感测空腔。而在对应每个所述参考电容170的所述第二上极板142未进行刻蚀形成释放孔，于是在随后的所述牺牲层130的释放过程中，每个所述参考电容170的所述第二腔体36内的第二介质体132得以保留。也即，每个所述参考电容170的所述第二腔体36仍由第二介质体132填充，是一个实体结构，当外界的气压作用时，由于所述参考电容170的所述第二腔体36内的第二介质体132的支撑作用，使得每个所述参考电容170的第二上极板142不会发生形变，故每个所述参考电容170的第二上极板142和第二下极板115之间的距离（间隙）不会发生改变，因此，每个所述参考电容170的大小基本固定不变。
46.在利用溶液释放法去除每个所述感应电容胚体的所述第一腔体35内的第一介质体131以形成对应的感应电容160的同时，也可以腐蚀掉位于第一区域31之上的牺牲层的第一子部分133、第二区域32之上的牺牲层的第二子部分134、第三区域33之上的牺牲层的第三子部分135，以露出位于第一区域31、第二区域32、第三区域33之上的部分所述介质层120。
47.可选地，如果牺牲层130的材质是锗或者锗硅，可以采用含有双氧水和盐酸的混合溶液或磷酸硝酸的混合溶液进入释放孔44中进行释放。可选地如果牺牲层130的材质是是铝，可以采用含有磷酸的溶液进入释放孔44中进行释放。可选地如果牺牲层130的材质是氧化硅，可以采用vhf的溶液进入释放孔44中进行释放。
48.继续参见图2g所示，在所述第二导电层140上制作整面密封层150，所述密封层150的材质可以是氮化硅或者富硅氮化硅等。具体地，在所述第二导电层140背离所述衬底100
的一侧表面整面沉积密封层150，以将感应电容160的压力感测空腔以及参考电容170全部封上，从而在所述第二导电层140与所述第一导电层110之间形成密闭的压力感测空腔。理想情况下，该感应电容160的空气压强保持不变，该感应电容160的大小由其上、下极板之间的距离以及上下极板之间的介质的介电常数决定。但是，由于该感应电容的第一腔体35内的第一介质体131已利用溶液释放法全部进行去除，故所形成的空腔内等效为介电常数为1的空气，因此，该感应电容的电容值由其上、下极板之间的距离决定。该感应电容通过第一上极板141的形变来感应外界环境所引起的气压等变化。当外界环境中的气压产生一定的变化时，该感应电容的第一上极板141将产生微小的位移形变，该微小的位移形变将引起感应电容的电容值产生一定的变化，从而产生了检测外界环境压力的检测信号。
49.进一步地，在所述第二导电层140上制作密封层150之后，在所述介质层120及所述介质层120之上的密封层150上设置多个第二通孔56，所述多个第二通孔56在厚度方向上贯穿所述介质层120和所述密封层150，以露出所述多个导电焊盘117。
50.实施例二图3a-图3f是根据本发明又一实施例提供的电容式压力传感器的制作方法的制作工序示意图。
51.参见图3a所示，在所述衬底100上制作完成所述第一导电层110和所述介质120之后，采用低温工艺在所述介质层120上制作牺牲层130，示例性地，所述牺牲层130的材料可以是锗或者锗硅，采用制程温度在400℃的低温化学气相淀积生长而成。可选地，所述牺牲层130的材料也可以是铝，采用磁控溅射设备溅射而成。可选地，所述牺牲层130的材料也可以是氧化硅，采用等离子体增强化学的气相淀积生长而成。
52.对所述牺牲层130进行图案化处理，以分别形成覆盖每个所述感应电容胚体161的第一下极板112的第一介质体131和覆盖每个所述参考电容170的第二下极板115的第二介质体132。以及针对覆盖每个所述感应电容胚体161的第一下极板112和每个所述参考电容170的第二下极板115以外的区域，对所述牺牲层130进行刻蚀，以刻蚀出多个第三通孔49a，其中，在本实施例中，每个第三通孔49a呈环形并围绕一介质层柱49b，所述介质层柱49b包括所述介质层120和所述牺牲层130。每个所述第三通孔49a在厚度方向上贯穿所述牺牲层130和所述介质层120，以分别露出对应每个所述感应电容胚体161的所述第一连接体113的部分表面以及对应每个所述参考电容170的第二连接体114的部分表面。
53.继续参见图3b所示，通过生长导电介质50a，以将多个第三通孔49a完全填充并包裹住所述介质层柱49b，从而形成包裹所述介质层柱49b的导电柱。其中，所述导电介质50a是钨或者钛钨，此材料与集成电路工艺兼容，并且能够降低不同材料之间的热膨胀系数之间的差异。每个所述导电柱的上下底面分别从所述介质层120靠近所述衬底100的一侧表面露出以及从所述牺牲层130远离所述衬底100的一侧表面露出，以使所述第二导电层140通过每个所述导电柱分别与对应的所述感应电容160的所述第一连接体113电连接以及与对应的所述参考电容170的所述第二连接体114电连接。
54.继续参见图3c所示，在所述牺牲层130上制作第二导电层140，所述第二导电层140可以是单层导电层，也可以是复合导电层，例如，钨化硅、氮化钛、钨、钛或者含有上述材料的复合层。优选地，所述第二导电层140为复合导电层，这有助于所述第二导电层140与所述牺牲层130之间的应力匹配。
55.示例性地，可以采用薄膜沉积的工艺在所述牺牲层130上生长所述第二导电层140，所述第二导电层140与导电介质50a及介质层柱49b直接接触，所述第二导电层140通过位于所述第三通孔49a内的导电介质50a，以使所述第二导电层140分别与每个所述感应电容胚体161对应的第一连接体113和每个所述参考电容170对应的第二连接体114电连接，并通过将所述第二导电层140完全填充至每个所述第三通孔49a中，以将所述牺牲层130密封于所述第二导电层140与所述衬底100之间，也即，将对应每个所述感应电容胚体161的第一介质体131密封于所述第二导电层140与所述衬底100之间，以及将对应每个所述参考电容的第二介质体132密封于所述第二导电层140与所述衬底100之间，并分别形成对应每个所述感应电容胚体161的第三腔体53a以及对应每个所述参考电容170的第四腔体53b。
56.在本实施例中，通过在所述牺牲层130制作多个环形的第三通孔49a，该第三通孔49a环绕介质层柱49b，并在多个第三通孔49a内填充导电介质50a，使得导电介质50a包裹住介质层柱49b，从而形成包裹所述介质层柱49b的导电柱。接下来在所述牺牲层130之上制作能够平整的覆盖在填充导电介质50a的第三通孔49a上方的第二导电层140。相比于实施例一的技术方案，由于无需将第二导电层140填埋至第三通孔49a中，以形成电连接结构，故不仅能够节省第二导电层140的膜厚，而且还能够提高第二导电层140与每个所述感应电容胚体161对应的第一连接体113以及每个所述参考电容170对应的第二连接体114之间的电连接可靠性。
57.继续参见图3d所示，接着对所述第二导电层140进行图案化处理以分别形成每个所述感应电容胚体161的第一上极板141和每个所述参考电容170的第二上极板142，并将每个所述感应电容胚体161的所述第一上极板141的部分区域进行刻蚀，以在对应的所述牺牲层130之上形成间隔排布的释放孔44。
58.具体地，在对应的所述第一介质体131之上形成间隔排布的释放孔44。在所述衬底100的厚度方向上，每个所述释放孔44的投影图案可以是圆形、方形、长条形等，并且多个释放孔44可以呈阵列排布。在此不再赘述。
59.示例性地，在对所述第二导电层140进行图案化处理的同时，将位于第一区域31、第二区域32、第三区域33之上的所述第二导电层140进行刻蚀，以露出每个所述感应电容胚体161对应的所述第一上极板141与每个所述参考电容170对应的所述第二上极板142之间的牺牲层的第二子部分134、露出每个所述感应电容胚体161的周边的牺牲层的第一子部分133、以及露出每个所述参考电容周边的牺牲层的第三子部分135。
60.继续参见图3e-图3f所示，在本发明实施例中，由于仅将每个所述感应电容胚体161的所述第一上极板141的部分区域进行刻蚀，以在对应的所述牺牲层130之上形成间隔排布的释放孔44，并利用溶液释放法去除每个所述感应电容胚体161的所述第三腔体53a内的第一介质体131以形成对应的感应电容160的压力感测空腔。而在对应每个所述参考电容170的所述第二上极板142未进行刻蚀形成释放孔，于是在随后的所述牺牲层130的释放过程中，每个所述参考电容170的所述第四腔体53b内的第二介质体132得以保留。也即，每个所述参考电容170的所述第四腔体53b仍由第二介质体132填充，是一个实体结构，当外界的气压作用时，由于所述参考电容170的所述第四腔体53b内的第二介质体132的支撑作用，使得每个所述参考电容170的第二上极板142不会发生形变，故每个所述参考电容170的第二上极板142和第二下极板115之间的距离（间隙）不会发生改变，因此，每个所述参考电容170
的大小基本固定不变。
61.在利用溶液释放法去除每个所述感应电容胚体的所述第三腔体53a内的第一介质体131以形成对应的感应电容的同时，也可以腐蚀掉位于第一区域31、第二区域32、第三区域33之上的部分牺牲层，以露出位于第一区域31、第二区域32、第三区域33之上的部分所述介质层120。
62.继续参见图3f所示，在所述第二导电层140上整面制作密封层150，所述密封层150的材质可以是氮化硅或者富硅氮化硅等。具体地，在所述第二导电层140背离所述衬底100的一侧表面整面沉积密封层150，以将感应电容160的压力感测空腔以及参考电容170全部封上，从而在所述第二导电层140与所述第一导电层110之间形成密闭的压力感测空腔。
63.进一步地，在所述第二导电层140上制作密封层150之后，在所述介质层120及所述介质层120之上的密封层150上设置多个第二通孔56，所述多个第二通孔56在厚度方向上贯穿所述介质层120和所述密封层150，以露出所述多个导电焊盘117。
64.实施例三图4a-图4e是根据本发明又一实施例提供的电容式压力传感器的制作方法的制作工序示意图。
65.参见图4a所示，在所述衬底100上制作完成所述第一导电层110和所述介质120之后，采用低温工艺在所述介质层120上制作牺牲层130，并对所述牺牲层130进行图案化处理，以分别形成仅覆盖每个所述感应电容胚体161的第一下极板112的第一介质体131和覆盖每个所述参考电容170的第二下极板115的第二介质体132。
66.继续参见图4b所示，在本实施例中，对所述介质层120进行开口处理，以露出对应每个所述感应电容160的所述第一连接体以及对应每个所述参考电容170的所述第二连接体；在所述牺牲层130上制作第二导电层140，以使所述第二导电层140与对应每个所述感应电容160的所述第一连接体直接接触以及使所述第二导电层140与对应每个所述参考电容170的所述第二连接体直接接触。以使所述第二导电层140分别与每个所述感应电容胚体161对应的第一连接体和每个所述参考电容170对应的第二连接体电连接，并将所述牺牲层130密封于所述第二导电层140与所述衬底100之间，以分别形成对应每个所述感应电容胚体161的第五腔体55a以及对应每个所述参考电容170的第六腔体55b。
67.继续参见图4c所示，对所述第二导电层140进行图案化处理以分别形成每个所述感应电容胚体161的所述第一上极板141和每个所述参考电容170的所述第二上极板142，并将每个所述感应电容胚体161的所述第一上极板141的部分区域进行刻蚀，以在对应的部分所述牺牲层130之上形成间隔排布的释放孔44。
68.示例性地，在对所述第二导电层140进行图案化处理的同时，将位于第一区域31、第二区域32、第三区域33之上的所述第二导电层140进行刻蚀，以露出每个所述感应电容胚体161对应的所述第一上极板141与每个所述参考电容170对应的所述第二上极板142之间的牺牲层的第二子部分134、露出每个所述感应电容胚体的周边的牺牲层的第一子部分133、以及露出每个所述参考电容周边的牺牲层的第三子部分135。
69.继续参见图4d所示，在本发明实施例中，由于仅将每个所述感应电容胚体161的所述第一上极板141的部分区域进行刻蚀，以在对应的部分所述牺牲层130之上形成间隔排布的释放孔44，并利用溶液释放法去除每个所述感应电容胚体161的第五腔体55a内的第一介
质体131以形成对应的感应电容160的压力感测空腔。而在对应每个所述参考电容170的所述第二上极板142未进行刻蚀形成释放孔，于是在随后的所述牺牲层130的释放过程中，每个所述参考电容170的第六腔体55b内的第二介质体132得以保留。也即，每个所述参考电容170的所述第六腔体55b仍由第二介质体132填充，是一个实体结构，当外界的气压作用时，由于所述参考电容170的所述第六腔体55b内的第二介质体132的支撑作用，使得每个所述参考电容170的第二上极板142不会发生形变，故每个所述参考电容170的第二上极板142和第二下极板115之间的距离（间隙）不会发生改变，因此，每个所述参考电容170的大小基本固定不变。
70.在利用溶液释放法去除每个所述感应电容胚体的所述第五腔体55a内的第一介质体131以形成对应的感应电容160的同时，也可以腐蚀掉位于第一区域31、第二区域32、第三区域33之上的部分牺牲层，以露出位于第一区域31、第二区域32、第三区域33之上的部分所述介质层120。
71.可选地，如果牺牲层130的材质是锗或者锗硅，可以采用含有双氧水和盐酸的混合溶液或磷酸硝酸的混合溶液进入释放孔44中进行释放。可选地如果牺牲层130的材质是是铝，可以采用含有磷酸的溶液进入释放孔44中进行释放。可选地如果牺牲层130的材质是氧化硅，可以采用vhf的溶液进入释放孔44中进行释放。
72.继续参见图4e所示，在所述第二导电层140上制作整面密封层150，所述密封层150的材质可以是氮化硅或者富硅氮化硅等。具体地，在所述第二导电层140背离所述衬底100的一侧表面整面沉积密封层150，以将感应电容160的压力感测空腔以及参考电容170全部封上，从而在所述第二导电层140与所述第一导电层110之间形成密闭的压力感测空腔。
73.进一步地，在所述第二导电层140上制作密封层150之后，在所述介质层120及所述介质层120之上的密封层150上设置多个第二通孔56，所述多个第二通孔56在厚度方向上贯穿所述介质层120和所述密封层150，以露出所述多个导电焊盘117。
74.相比于实施例一和实施例二的方案，在本实施例中，通过事先将所述牺牲层130及所述介质层120制作成具有台阶的结构，并且对所述介质层120进行开孔处理以暴露出每个所述感应电容胚体161对应的第一连接体113和每个所述参考电容170对应的第二连接体114，以使后续制作的第二导电层140分别与每个所述感应电容胚体161对应的第一连接体113和每个所述参考电容170对应的第二连接体114电连接，并将所述牺牲层130密封在所述第二导电层140和所述衬底100之间。无需在所述牺牲层以及所述绝缘层上通过开孔的方式进行电连接，故制作方法的工序较为简单，相应地节省了制作工艺的成本。
75.根据本发明的又一方面，提供一种电容式压力传感器。
76.示例性地，如图2g所示，提供一种电容式压力传感器，包括：衬底100，所述衬底100上设置有信号处理电路（图未示出）；至少一个感应电容160和至少一个参考电容170，所述至少一个感应电容160和所述至少一个参考电容170位于所述衬底100的一侧表面上并且分别与所述信号处理电路电连接，并且每个所述感应电容160和每个所述参考电容均170包括下极板、上极板以及所述下极板和所述上极板之间的腔体，其中，每个所述感应电容160的所述腔体是无填充物的空腔，每个所述参考电容170的所述腔体内填充有介质体。
77.为了便于理解和描述，图示中将对应每个所述感应电容160的下极板称之为第一下极板112，将对应每个所述感应电容160的上极板称之为第一上极板141，将对应每个所述
参考电容170的下极板称之为第二下极板115，将对应每个所述感应电容160的上极板称之为第二上极板142。
78.其中，所述衬底材料100可以是硅，也可以是其他材料，例如，砷化镓、碳化硅等。所述衬底100上设置有信号处理电路，即专用集成电路asic，是指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路。例如，电容式压力传感器中的asic用于将由外部施加压力的变化所产生的电信号进一步处理和传输到下一级电路。示例性地，在本发明实施例中，所述信号处理电路可内嵌于所述衬底100中，在其他实施例中，所述信号处理电路也可以位于所述衬底100的一侧表面之上。
79.示例性地，如图2a-图2g所示，通过第二导电层140填充至贯通所述牺牲层130以及所述介质层120的第一通孔26中，以使所述第二导电层140分别与每个所述感应电容胚体161对应的第一连接体113和每个所述参考电容170对应的第二连接体114电连接，并将所述牺牲层130密封在所述第二导电层140与所述衬底100之间，从而分别形成了对应每个所述感应电容160的第一腔体35以及填充至所述第一腔体35内的第一介质体131和对应每个所述参考电容170的第二腔体36以及填充至所述第二腔体36内的第二介质体132。
80.进一步地，每个所述参考电容170的所述第二腔体36内填充第二介质体132是一个实体结构，当外界的气压作用时，由于所述参考电容170的所述第二腔体36内的第二介质体132的支撑作用，使得每个所述参考电容170的第二上极板142不会发生形变，故每个所述参考电容170的第二上极板142和第二下极板115之间的距离（间隙）不会发生改变，因此，每个所述参考电容170的大小基本固定不变。
81.示例性地，在一些实施例中，如图3a-图3f所示，第三通孔49a内设置有介质层柱49b，通过导电介质50a先填充至贯通所述牺牲层130以及所述介质层120的第三通孔49a中，形成包裹所述介质层柱49b的电连接结构，然后将第二导电层140与该电连接结构接触，以使所述第二导电层140分别与每个所述感应电容胚体161对应的第一连接体113和每个所述参考电容170对应的第二连接体114电连接，并将所述牺牲层130密封在所述第二导电层140与所述衬底100之间，从而分别形成了对应每个所述感应电容160的第三腔体53a以及填充至所述第三腔体53a内的第一介质体131和对应每个所述参考电容170的第四腔体53b以及填充至所述第四腔体53b内的第二介质体132。
82.进一步地，每个所述参考电容170的所述第四腔体53b内填充第二介质体132是一个实体结构，当外界的气压作用时，由于所述参考电容170的所述第四腔体53b内的第二介质体132的支撑作用，使得每个所述参考电容170的第二上极板142不会发生形变，故每个所述参考电容170的第二上极板142和第二下极板115之间的距离（间隙）不会发生改变，因此，每个所述参考电容170的大小基本固定不变。
83.示例性地，如图4a-图4e所示，所述牺牲层130位于所述介质层120之上，并且所述牺牲层130和所述介质层120形成具有台阶结构，并且对所述介质层120进行开孔处理以暴露出每个所述感应电容胚体161对应的第一连接体113和每个所述参考电容170对应的第二连接体114，以使所述第二导电层140分别与每个所述感应电容胚体161对应的第一连接体113和每个所述参考电容170对应的第二连接体114电连接，并将所述牺牲层130密封在所述第二导电层140和所述衬底100之间。
84.进一步地，每个所述参考电容170的所述第六腔体55b内填充第二介质体132是一
个实体结构，当外界的气压作用时，由于所述参考电容170的所述第六腔体55b内的第二介质体132的支撑作用，使得每个所述参考电容170的上极板142不会发生形变，故每个所述参考电容170的上极板142和下极板115之间的距离（间隙）不会发生改变，因此，每个所述参考电容170的大小基本固定不变。
85.图5是本发明一实施例提供的电路结构框图，图6是本发明又一实施例提供的电路结构框图。
86.如图5所示，第一压力传感器102包括一第一压力传感芯片101b、专用集成电路芯片（asic）10和输出接口40。第一压力传感芯片101b为mems电容式压力传感器。所述第一压力传感芯片101b是由1个可变电容（感应电容）160和一个参考电容170电连接形成一个半桥而成，标记为cs和cr。当外界气压发生变化，可变电容（感应电容）160敏感膜（上极板）发生形变，可变电容cs发生变化，而参考电容170的电容不发生变化，输出的电容信号，经过asic读出电路，从而输出当前环境下的压力值。
87.如图6所示，第二压力传感器104包括一第二压力传感芯片101c、专用集成电路芯片（asic）10和输出接口40。第二压力传感芯片101c为mems电容传感器。所述第二压力传感芯片101c是由一对可变电容（感应电容）160和一对参考电容170连接形成一个惠斯通电桥，分别标记为cs和cr。当外界气压发生变化，可变电容（感应电容）160敏感膜（上极板）发生形变，可变电容（感应电容）cs发生变化，而参考电容170不发生变化，差分输出的电容信号，经过asic读出电路，从而输出当前环境下的压力值。
88.因此，采用本发明实施例提供的电容式压力传感器及其制作方法，旨在通过在设置有信号处理电路结构的所述衬底上制作电容式压力传感器，以解决现有的电容式压力传感器的封装尺寸过大以及由于多层材料之间的热膨胀系数的差异所产生的应力，从而导致电容式压力传感器的性能退化的问题。并且所述电容式压力传感器的参考电容的制作方法简单，在施加压力时，能够维持参考电容输出的电容值不变。
89.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：

1.一种电容式压力传感器的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：提供衬底，所述衬底上设置有信号处理电路结构；在所述衬底的一侧表面上制作分别与所述信号处理电路结构电连接的至少一个感应电容胚体和至少一个参考电容，其中，每个所述感应电容胚体和每个所述参考电容均包括下极板、上极板以及所述下极板和所述上极板之间的腔体，并且所述腔体内填充有介质体；仅将每个所述感应电容胚体的所述腔体内的介质体释放以形成对应的感应电容。2.如权利要求1所述的电容式压力传感器的制作方法，其特征在于，所述在所述衬底的一侧表面上制作分别与所述信号处理电路结构电连接的至少一个感应电容胚体和至少一个参考电容包括：在所述衬底的所述一侧表面上制作第一导电层，并对所述第一导电层进行图案化蚀刻，以分别形成每个所述感应电容胚体的下极板、用于与每个所述感应电容胚体对应的所述上极板互连的第一连接体，同时形成每个所述参考电容的下极板、用于与每个所述参考电容对应的所述上极板互连的第二连接体，以及多个导电焊盘，其中，所述多个导电焊盘与所述信号处理电路结构的对应端口电连接；在所述第一导电层上制作牺牲层，并对所述牺牲层进行图案化处理，以分别形成覆盖每个所述感应电容胚体的下极板和每个所述参考电容的下极板的介质体；在所述牺牲层上制作第二导电层，以使所述第二导电层分别与每个所述感应电容胚体对应的第一连接体和与每个所述参考电容对应的第二连接体电连接，并将所述牺牲层密封于所述第二导电层与所述衬底之间；对所述第二导电层进行图案化处理以分别形成每个所述感应电容胚体和每个所述参考电容的所述上极板，并将每个所述感应电容胚体的所述上极板的部分区域进行刻蚀，以在对应的所述牺牲层之上形成间隔排布的释放孔。3.如权利要求2所述的电容式压力传感器的制作方法，其特征在于，所述仅将每个所述感应电容胚体的所述腔体内的介质体释放以形成对应的感应电容包括：利用溶液释放法去除每个所述感应电容胚体的所述腔体内的介质体以形成对应的感应电容；在所述第二导电层上制作密封层，以在所述第二导电层与所述第一导电层之间形成压力感测腔。4.如权利要求2所述的电容式压力传感器的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括：在所述第一导电层上制作牺牲层之前，在所述第一导电层上制作覆盖所述第一导电层的介质层。5.如权利要求4所述的电容式压力传感器的制作方法，其特征在于，所述在所述牺牲层上制作第二导电层，以使所述第二导电层分别与每个所述感应电容胚体对应的第一连接体和每个所述参考电容对应的第二连接体电连接，并将所述牺牲层密封于所述第二导电层与所述衬底之间，包括：在所述牺牲层上制作多个第一通孔，每个所述第一通孔在厚度方向上贯穿所述牺牲层和所述介质层，以分别露出对应每个所述感应电容胚体的所述第一连接体以及对应每个所述参考电容的第二连接体；
将所述第二导电层完全填充至每个所述第一通孔中，以使所述第二导电层分别与对应的所述第一连接体以及对应的所述第二连接体电连接。6.如权利要求4所述的电容式压力传感器的制作方法，其特征在于，所述在所述牺牲层上制作第二导电层，以使所述第二导电层分别与每个所述感应电容胚体对应的第一连接体和每个所述参考电容对应的第二连接体电连接，并将所述牺牲层密封于所述第二导电层与所述衬底之间，包括：在所述牺牲层上制作多个第三通孔，每个所述第三通孔在厚度方向上贯穿所述牺牲层和所述介质层，每个所述第三通孔呈环形并且围绕一介质层柱，所述介质层柱在厚度方向上包括部分所述牺牲层和部分所述介质层，通过生长导电介质，以将所述第三通孔完全填充并包裹住所述介质层柱，以形成包裹所述介质层柱的导电柱，并且每个所述导电柱的上底面和下底面分别从所述介质层靠近所述衬底的一侧表面露出以及从所述牺牲层远离所述衬底的一侧表面露出，以使所述第二导电层通过每个所述导电柱分别与对应的所述感应电容的所述第一连接体电连接以及与对应的所述参考电容的所述第二连接体电连接。7.如权利要求6所述的电容式压力传感器的制作方法，其特征在于，所述导电介质包括钨或者钛钨。8.如权利要求4所述的电容式压力传感器的制作方法，其特征在于，所述在所述牺牲层上制作第二导电层，以使所述第二导电层分别与每个所述感应电容胚体对应的第一连接体和每个所述参考电容对应的第二连接体电连接，并将所述牺牲层密封于所述第二导电层与所述衬底之间，包括：对所述介质层进行开口处理，以露出对应每个所述感应电容的所述第一连接体以及对应每个所述参考电容的所述第二连接体；在所述牺牲层上制作所述第二导电层，以使所述第二导电层与对应每个所述感应电容的所述第一连接体直接接触以及使所述第二导电层与对应每个所述参考电容的所述第二连接体直接接触。9.如权利要求4所述的电容式压力传感器的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：在所述第二导电层上制作密封层之后，在所述介质层及所述介质层之上的密封层上设置多个第二通孔，所述多个第二通孔在厚度方向上贯穿所述介质层和所述密封层，以露出所述多个导电焊盘。10.一种电容式压力传感器，其特征在于，包括：衬底，所述衬底设置有信号处理电路；至少一个感应电容和至少一个参考电容，所述至少一个感应电容和所述至少一个参考电容位于所述衬底的一侧表面上并且分别与所述信号处理电路电连接，并且每个所述感应电容和每个所述参考电容均包括下极板、上极板以及所述下极板和所述上极板之间的腔体，其中，每个所述感应电容的所述腔体是无填充物的空腔，每个所述参考电容的所述腔体内填充有介质体。

技术总结

本发明提供了一种电容式压力传感器及其制作方法，旨在通过在设置有信号处理电路结构的所述衬底上制作电容式压力传感器，以解决现有的电容式压力传感器的封装尺寸过大以及由于多层材料之间的热膨胀系数的差异所产生的应力，从而导致电容式压力传感器的性能退化的问题。并且所述电容式压力传感器的参考电容的制作方法简单，在施加压力时，能够维持参考电容输出的电容值不变。容输出的电容值不变。容输出的电容值不变。