具有復(fù)合腔體的壓力傳感器及其制造方法技術(shù)

一種壓力傳感器包括：一基底結(jié)構(gòu)，具有一感測電路；一第一電極板，形成于基底結(jié)構(gòu)上或之中；以及一蓋體結(jié)構(gòu)，設(shè)置于第一電極板的上方。一腔體形成于蓋體結(jié)構(gòu)與第一電極板之間，蓋體結(jié)構(gòu)具有一第二電極板，蓋體結(jié)構(gòu)受到一流體的壓力而變形，進而改變第二電極板與第一電極板之間的距離，感測電路通過感測第一電極板與第二電極板之間的電容值變化來感測壓力變化。腔體包括：一中間腔，位于第一電極板與第二電極板之間；及至少一外圍腔，位于中間腔周圍，外圍腔的高度大于中間腔的高度。上述壓力傳感器的制造方法也一并提供。

Pressure sensor with composite cavity and method for manufacturing the same

A pressure sensor comprises a base structure and a sensing circuit; a first electrode plate is formed on or in the base structure; and a cap body structure is arranged above the first electrode plate. A cavity is formed between the cover structure and the first electrode plate, a cover body structure having a second electrode plate, a cover body structure by a fluid pressure and deformation, and then change between the second electrode and the first electrode plate distance sensing circuit by sensing capacitance between the first plate electrode and the second electrode plate value change to sense the pressure change. The cavity comprises an intermediate cavity positioned between the first electrode plate and the second electrode plate, and at least one peripheral cavity positioned around the middle cavity, and the height of the outer cavity is greater than the height of the intermediate cavity. The manufacturing method of the pressure sensor is also provided.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種壓力傳感器及其制造方法，且特別涉及一種具有復(fù)合腔體的壓力傳感器及其制造方法。
技術(shù)介紹
壓力傳感器可以用來檢測流體壓力的大小，也可以用來檢測氣壓的大小，氣體壓力感測是工業(yè)應(yīng)用最廣且十分重要的技術(shù)，目前已有許多不同類型的產(chǎn)品，其中如布爾登(Bourdon)管型氣壓計、簧片變形計(diaphragm-typestraingauge)等。這些傳統(tǒng)的壓力傳感器皆是以氣壓差來產(chǎn)生元件上的相對物理變形或位移量，進而計算轉(zhuǎn)換成流體壓力的大小，也可以用來檢測氣壓的大小，傳統(tǒng)的氣壓傳感器體積龐大而且精確度不高，大部分應(yīng)用于工業(yè)界例如氣體管路壓力的監(jiān)控。為此，一種利用微機電技術(shù)(MEMS)制作的壓阻(piezo-resistive)式壓力傳感器因應(yīng)而生，其可以達到微小化及更高的精度，例如達到100Pa～10Pa的精度。但是，利用壓阻效應(yīng)感測技術(shù)，對于溫度是敏感的，量測精度因此受限，可應(yīng)用于胎壓感測(約100Pa的靈敏度)，或血壓檢測(約10Pa的靈敏度)，但卻不適合應(yīng)用在譬如手機的移動裝置上來量測高度(小于1Pa的靈敏度)，這應(yīng)用可以讓使用者將2DGPS定位擴展至3D定位，通過應(yīng)用程序完成各種應(yīng)用，例如室內(nèi)導(dǎo)航(in-doornavigation)。另外，也有電容式壓力傳感器，但是這種傳感器通常會受到寄生電容的影響。為解決此問題，通常需要將電容式壓力傳感器設(shè)計成單石體(monolithic)的結(jié)構(gòu)，才能提供優(yōu)于壓阻式傳感器的精度。再者，將壓力傳感器電連接到電路板時，其封裝基板與焊接電路板之間利用表面安裝技術(shù)制造工藝(SurfaceMountTechnology(SMT)process)所導(dǎo)致的熱應(yīng)力也會干擾量測的精度，以上問題都是本專利技術(shù)欲解決的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
因此，本專利技術(shù)的一個目的是提供一種具有復(fù)合腔體的壓力傳感器及其制造方法，通過增大壓力傳感器內(nèi)的腔體的容積，并使腔體維持在接近真空的壓力，來提高感測結(jié)果，降低溫度變化對于感測結(jié)果的影響。本專利技術(shù)的另一目的是提供一種具有復(fù)合腔體的壓力傳感器及其制造方法，可以有效阻絕電路板焊接的應(yīng)力傳達至壓力感測單元。本專利技術(shù)的又另一目的是提供一種具有復(fù)合腔體的壓力傳感器及其制造方法，可以利用晶圓級封裝技術(shù)來制作，以便提高產(chǎn)能，降低制造成本。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采取以下技術(shù)方案：本專利技術(shù)提供一種壓力傳感器，包括：一基底結(jié)構(gòu)，具有一感測電路；一第一電極板，形成于該基底結(jié)構(gòu)上或之中；以及一蓋體結(jié)構(gòu)，設(shè)置于該第一電極板的上方，其中一腔體形成于該蓋體結(jié)構(gòu)與該第一電極板之間，該蓋體結(jié)構(gòu)具有一第二電極板，該蓋體結(jié)構(gòu)受到一流體的壓力而變形，進而改變該第二電極板與該第一電極板之間的距離，該感測電路通過感測該第一電極板與該第二電極板之間的電容值變化來感測壓力變化，其中該腔體包括：一中間腔，位于該第一電極板與該第二電極板之間；及至少一外圍腔，位于該中間腔周圍，該外圍腔的高度大于該中間腔的高度。在上述壓力傳感器中，該基底結(jié)構(gòu)包括：一基板，該感測電路形成于該基板中；以及一連線層，位于該基板與該第一電極板之間，并將該感測電路電連接至該第一電極板。該基底結(jié)構(gòu)還包括一絕緣層，形成于該連線層及該第一電極板上，其中該第二電極板通過該中間腔以及該絕緣層來與該第一電極板相對。在上述壓力傳感器中，該蓋體結(jié)構(gòu)的一截面包括：兩個支撐結(jié)構(gòu)，設(shè)置于該基底結(jié)構(gòu)上；以及至少兩個彎折結(jié)構(gòu)，具有兩個分別連接至兩個支撐結(jié)構(gòu)的第一端，以及兩個共同連接至該第一電極板的第二端。各支撐結(jié)構(gòu)包括：一第一接合層，位于該基底結(jié)構(gòu)上；及一第二接合層，接合至該第一接合層上。各支撐結(jié)構(gòu)還包括一多晶硅層，位于該第二接合層上，其中該第二電極板與該多晶硅層具有相同材料，并位于同一平面上。在上述壓力傳感器中，該第二電極板具有暴露至流體的一上表面及暴露至該腔體的一下表面。在上述壓力傳感器中，該蓋體結(jié)構(gòu)的一截面包括：兩個垂直支撐結(jié)構(gòu)，設(shè)置于該基底結(jié)構(gòu)上；以及一個水平支撐結(jié)構(gòu)，設(shè)置于兩個垂直支撐結(jié)構(gòu)上，該第二電極板設(shè)置于該水平支撐結(jié)構(gòu)的一下表面上。各垂直支撐結(jié)構(gòu)包括：一第一接合層，位于該基底結(jié)構(gòu)上；一第二接合層，接合至該第一接合層上；及一第一多晶硅層，位于該第二接合層上。各水平支撐結(jié)構(gòu)包括：一第二多晶硅層，位于該第一多晶硅層上。在上述壓力傳感器中，還包括：一輸入輸出結(jié)構(gòu)，設(shè)置于該基底結(jié)構(gòu)上，并位于該蓋體結(jié)構(gòu)的周圍。該輸入輸出結(jié)構(gòu)具有一應(yīng)力緩沖結(jié)構(gòu)，垂直連接至該基底結(jié)構(gòu)，并可在水平方向變形，以吸收外來的應(yīng)力。該輸入輸出結(jié)構(gòu)包括：一第一接合層，位于該基底結(jié)構(gòu)上；一第二接合層，接合至該第一接合層上；一個半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層位于該第二接合層上方；以及多個焊墊，位于該半導(dǎo)體層上。此外，該外圍腔的高度與該中間腔的高度的比值介于10與30之間，該第二電極板的最小厚度介于2至5微米之間。本專利技術(shù)提供一種壓力傳感器的制造方法，包括以下步驟：提供一第一電極結(jié)構(gòu)，具有多個第一接合層、一第一電極板及一感測電路，該感測電路電連接至該第一電極板；提供一第二電極結(jié)構(gòu)，具有多個第二接合層以及一第二電極板；將此些第一接合層與此些第二接合層接合在一起；移除該第二電極結(jié)構(gòu)的一部分，以便形成一蓋體結(jié)構(gòu)于該第一電極板的上方，其中一腔體形成于該蓋體結(jié)構(gòu)與該第一電極板之間，該蓋體結(jié)構(gòu)具有第二電極板，該蓋體結(jié)構(gòu)受到一流體的壓力而變形，進而改變該第二電極板與該第一電極板之間的距離，該感測電路通過感測該第一電極板與該第二電極板之間的電容值變化來感測壓力變化。該腔體包括：一中間腔，位于該第一電極板與該第二電極板之間；及一外圍腔，位于該中間腔周圍，并且不位于該第一電極板與該第二電極板之間，該外圍腔的高度大于該中間腔的高度。在上述制造方法中，移除該第二電極結(jié)構(gòu)的一部分的步驟包括：在該第二電極結(jié)構(gòu)的一第一表面上形成多個焊墊；在該第二電極結(jié)構(gòu)的第一表面以及此些焊墊上形成一上絕緣層；移除部分的上絕緣層，以露出此些焊墊；以該上絕緣層作為遮罩來刻蝕該第二電極結(jié)構(gòu)的一個半導(dǎo)體層，刻蝕停止于該第二電極結(jié)構(gòu)的一下絕緣層上；以及移除露出的該下絕緣層，以形成該蓋體結(jié)構(gòu)與位于該蓋體結(jié)構(gòu)周圍的一輸入輸出結(jié)構(gòu)。在上述制造方法中，移除該第二電極結(jié)構(gòu)的一部分的步驟還包括：移除該半導(dǎo)體層的另一部分以及該第二電極板上的下絕緣層，以露出該第二電極板。在上述制造方法中，提供該第二電極結(jié)構(gòu)的步驟包括：在一個半導(dǎo)體基板上形成一圖案化的絕緣層；在圖案化的該絕緣層上形成一第二多晶硅層；在該第二多晶硅層上形成一圖案化的犧牲絕緣層；在圖案化的該犧牲絕緣層上形成一第一多晶硅層；在該第一多晶硅層上形成此些第二接合層；以及移除部分的半導(dǎo)體基板，以形成一溝槽來露出該犧牲絕緣層，該溝槽作為腔體的一部分。本專利技術(shù)的有益效果是：通過本專利技術(shù)的上述實施例，可以通過增大壓力傳感器內(nèi)的腔體的容積，并使腔體維持在接近真空的壓力，來提高感測結(jié)果，降低溫度變化對于感測結(jié)果的影響。另外，通過應(yīng)力阻絕結(jié)構(gòu)，可以有效阻絕電路板焊接的應(yīng)力傳達至壓力感測單元。再者，這種壓力傳感器可以利用晶圓級封裝技術(shù)來制作，以便提高產(chǎn)能，降低制造成本。為讓本專利技術(shù)的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。附圖說明圖1A顯示依據(jù)本專利技術(shù)第一實施例的壓力傳感器的示意圖。圖1B顯示依據(jù)本專利技術(shù)第一本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種壓力傳感器，其特征在于，它包括：一基底結(jié)構(gòu)，具有一感測電路；一第一電極板，形成于該基底結(jié)構(gòu)上或之中；以及一蓋體結(jié)構(gòu)，設(shè)置于該第一電極板的上方，其中一腔體形成于該蓋體結(jié)構(gòu)與該第一電極板之間，該蓋體結(jié)構(gòu)具有一第二電極板，該蓋體結(jié)構(gòu)受到一流體的壓力而變形，進而改變該第二電極板與該第一電極板之間的距離，該感測電路通過感測該第一電極板與該第二電極板之間的電容值變化來感測壓力變化，其中該腔體包括：一中間腔，位于該第一電極板與該第二電極板之間；及至少一外圍腔，位于該中間腔周圍，該外圍腔的高度大于該中間腔的高度。

【技術(shù)特征摘要】
2015.11.02 TW 1041359771.一種壓力傳感器，其特征在于，它包括：一基底結(jié)構(gòu)，具有一感測電路；一第一電極板，形成于該基底結(jié)構(gòu)上或之中；以及一蓋體結(jié)構(gòu)，設(shè)置于該第一電極板的上方，其中一腔體形成于該蓋體結(jié)構(gòu)與該第一電極板之間，該蓋體結(jié)構(gòu)具有一第二電極板，該蓋體結(jié)構(gòu)受到一流體的壓力而變形，進而改變該第二電極板與該第一電極板之間的距離，該感測電路通過感測該第一電極板與該第二電極板之間的電容值變化來感測壓力變化，其中該腔體包括：一中間腔，位于該第一電極板與該第二電極板之間；及至少一外圍腔，位于該中間腔周圍，該外圍腔的高度大于該中間腔的高度。2.如權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于，所述基底結(jié)構(gòu)包括：一基板，所述感測電路形成于所述基板中；以及一連線層，位于該基板與所述第一電極板之間，并將該感測電路電連接至該第一電極板。3.如權(quán)利要求2所述的壓力傳感器，其特征在于，所述基底結(jié)構(gòu)還包括一絕緣層，形成于所述連線層及所述第一電極板上，其中所述第二電極板通過所述中間腔以及所述絕緣層來與該第一電極板相對。4.如權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于，所述蓋體結(jié)構(gòu)的一截面包括：兩個支撐結(jié)構(gòu)，設(shè)置于所述基底結(jié)構(gòu)上；以及至少兩個彎折結(jié)構(gòu)，具有兩個分別連接至所述兩個支撐結(jié)構(gòu)的第一端，以及兩個共同連接至所述第一電極板的第二端。5.如權(quán)利要求4所述的壓力傳感器，其特征在于，各所述支撐結(jié)構(gòu)包括：一第一接合層，位于所述基底結(jié)構(gòu)上；及一第二接合層，接合至所述第一接合層上。6.如權(quán)利要求5所述的壓力傳感器，其特征在于，各所述支撐結(jié)構(gòu)還包括一多晶硅層，位于所述第二接合層上，其中所述第二電極板與所述多晶硅層具有相同材料，并位于同一平面上。7.如權(quán)利要求4所述的壓力傳感器，其特征在于，所述第二電極板具有暴露至所述流體的一上表面及暴露至所述腔體的一下表面。8.如權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于，所述蓋體結(jié)構(gòu)的一截面包括：兩個垂直支撐結(jié)構(gòu)，設(shè)置于所述基底結(jié)構(gòu)上；以及一個水平支撐結(jié)構(gòu)，設(shè)置于所述兩個垂直支撐結(jié)構(gòu)上，所述第二電極板設(shè)置于該水平支撐結(jié)構(gòu)的一下表面上。9.如權(quán)利要求8所述的壓力傳感器，其特征在于：各所述垂直支撐結(jié)構(gòu)包括：一第一接合層，位于所述基底結(jié)構(gòu)上；一第二接合層，接合至所述第一接合層上；及一第一多晶硅層，位于所述第二接合層上；以及所述水平支撐結(jié)構(gòu)包括：一第二多晶硅層，位于所述第一多晶硅層上。10.如權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于，還包括：一輸入輸出結(jié)構(gòu)，設(shè)置于所述基底結(jié)構(gòu)上，并位于所述蓋體結(jié)構(gòu)的周圍。11.如權(quán)利要求10所述的壓力傳感器，其特征在于，所述輸入輸出結(jié)構(gòu)具有一應(yīng)力...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：范成至，
申請(專利權(quán))人：李美燕，
類型：發(fā)明
國別省市：中國臺灣;71