專利名稱：復(fù)合式壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及微機電領(lǐng)域，尤其涉及復(fù)合式壓力傳感器。
背景技術(shù)：
微機電系統(tǒng)(Microelectro Mechanical Systems,簡稱MEMS)是在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域，是一種采用半 導(dǎo)體工藝制造微型機電器件的技術(shù)。與傳統(tǒng)機電器件相比，MEMS器件在耐高溫、小體積、低功耗方面具有十分明顯的優(yōu)勢。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已成為世界矚目的重大科技領(lǐng)域之一，它涉及電子、機械、材料、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多種學(xué)科與技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。壓力傳感器是一種將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號的換能器。根據(jù)工作原理的不同分為電阻式壓力傳感器和電容式壓力傳感器。電容式壓力傳感器的原理為通過壓力改變頂部電極和底部電極之間的電容，以此來測量壓力。電阻式壓力傳感器的工作原理為把壓力轉(zhuǎn)換為電阻值變化，以此來測量壓力?，F(xiàn)有技術(shù)中，電容式壓力傳感器和電阻式壓力傳感器均單獨使用，即使用單一模式的壓力傳感器，而單一模式的壓力傳感器存在壓力測試范圍及測試精度的限制。另外，現(xiàn)有技術(shù)的壓力傳感器的制造方法有些與CMOS工藝不能兼容，有些與CMOS工藝的兼容度低。例如2003年11月5日授權(quán)公告的公告號為CN1126948C的中國專利公開的“壓力傳感器”，其制造方法不能與CMOS工藝兼容。

實用新型內(nèi)容本實用新型解決的問題是現(xiàn)有技術(shù)的單一模式的壓力傳感器存在壓力測試范圍及測試精度的限制，以及現(xiàn)有技術(shù)的壓力傳感器制造方法不能與CMOS工藝兼容。為解決上述問題，本實用新型提供一種復(fù)合式壓力傳感器，包括基底，所述基底具有CMOS控制電路，位于所述CMOS控制電路上的第一互連結(jié)構(gòu)和第二互連結(jié)構(gòu)，所述第一互連結(jié)構(gòu)、第二互連結(jié)構(gòu)與所述CMOS控制電路電連接；位于所述基底上的電容式壓力傳感器，與所述第一互連結(jié)構(gòu)電連接；位于所述電容式壓力傳感器上的電阻式壓力傳感器，所述電阻式壓力傳感器與所述第二互連結(jié)構(gòu)電連接，所述電容式壓力傳感器和電阻式壓力傳感器之間為第一介質(zhì)層；位于所述電阻式壓力傳感器上的具有開口的第二介質(zhì)層，所述開口定義出壓力感應(yīng)區(qū)的位置?？蛇x的，所述電阻式壓力傳感器包括電阻線。可選的，所述第一介質(zhì)層也覆蓋所述基底，所述第一介質(zhì)層具有開口，所述第一介質(zhì)層的開口暴露出所述第二互連結(jié)構(gòu)與電阻線電連接的位置；所述電阻線的一部分位于所述第一介質(zhì)層的開口的側(cè)壁和底部，與所述第二互連結(jié)構(gòu)電連接?？蛇x的，所述電阻線呈多折線型。[0015]可選的，所述電容式壓力傳感器包括位于所述基底上的第一電極，位于所述第一電極上方的第二電極，所述第一電極和第二電極之間為空腔；所述第二電極與所述第一互連結(jié)構(gòu)電連接?？蛇x的，所述第二電極包括與所述第一電極相對設(shè)置的頂板，位于所述頂板四周的側(cè)壁，位于所述基底上與所述第一互連結(jié)構(gòu)電連接的底板，所述頂板、側(cè)壁、底板為一體結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點
本技術(shù)方案的壓力傳感器將電容式壓力傳感器和電阻式壓力傳感器集成在具有CMOS控制電路的基底上，具體為電阻式壓力傳感器位于電容式壓力傳感器上，所述電容式壓力傳感器和電阻式壓力傳感器之間為第一介質(zhì)層；電阻式壓力傳感器上具有第二介質(zhì)層，第二介質(zhì)層具有定義壓力感應(yīng)區(qū)位置的開口 ；電容式壓力傳感器、電阻式壓力傳感器分別與基底中的第一互連結(jié)構(gòu)、第二互連結(jié)構(gòu)電連接。其中，電容式壓力傳感器的測試范圍比電阻式壓力傳感器的測試范圍大；電阻式壓力傳感器的靈敏度比較高，對較小的壓力具有很好的感測能力。在壓力比較大的情況下，壓力會使電容式傳感器的電容以及電阻式壓力傳感器的電阻均發(fā)生變化，該情況下，CMOS控制電路能夠根據(jù)需要采用電容式傳感器或電阻式傳感器測量壓力，還可以用兩種傳感器的測試結(jié)果相互驗證；在壓力比較小的情況下，電容式傳感器感測不到壓力，壓力僅可以使電阻式壓力傳感器的電阻發(fā)生變化，也就是說，在壓力較小的情況下只有電阻式壓力傳感器可以感測到壓力，僅能使用電阻式壓力傳感器測量壓力。基于以上機理，本技術(shù)方案的壓力傳感器相對于現(xiàn)有技術(shù)單一模式的壓力傳感器可以提高壓力感測的精度，擴大壓力感測的范圍。在具體實施例中，電阻式壓力傳感器包括電阻線，電阻線呈多折線型，相對于直線型的電阻線，增加了電阻線的長度，當(dāng)電阻線在壓力的作用下發(fā)生形變時，形變的變化也相應(yīng)較大，電阻值變化增大，因此可以提高電阻線感測壓力的靈敏度。

圖I是本實用新型具體實施例的復(fù)合式壓力傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為第一實施例的復(fù)合式壓力傳感器中壓力感應(yīng)區(qū)、頂板、電阻線三者的布局示意圖；圖3為第二實施例的復(fù)合式壓力傳感器中壓力感應(yīng)區(qū)、頂板、電阻線三者的布局示意圖；圖4為本實用新型具體實施例的復(fù)合式壓力傳感器的形成方法的流程示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
做詳細的說明。在以下描述中闡述了具體細節(jié)以便于充分理解本實用新型。但是本實用新型能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本實用新型不受下面公開的具體實施方式
的限制。需要說明的是，本實用新型中的圖示僅起示意作用，起到說明本實用新型的目的，并不對本實用新型的結(jié)構(gòu)作限定。圖I是本實用新型具體實施例的復(fù)合式壓力傳感器的沿圖2中a-a方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為第一實施例的復(fù)合式壓力傳感器的頂面示意圖，結(jié)合參考圖I和圖2，本實用新型的復(fù)合式壓力傳感器，包括基底10，所述基底具有CMOS控制電路(圖中未示出)，位于所述CMOS控制電路上的第一互連結(jié)構(gòu)11和第二互連結(jié)構(gòu)12，所述第一互連結(jié)構(gòu)11、第二互連結(jié)構(gòu)12與所述CMOS控制電路電連接；位于所述基底10上的電容式壓力傳感器20，電容式壓力傳感器20與所述第一互連結(jié)構(gòu)11電連接；位于所述電容式壓力傳感器20上的電阻式壓力傳感器40，所述電阻式壓力傳感器40與所述第二互連結(jié)構(gòu)12電連接，所述電容式壓力傳感器20和電阻式壓力傳感器40之間為第一介質(zhì)層 31 ;位于所述電阻式壓力傳感器上的具有開口 321的第二介質(zhì)層32，所述開口 321定義出壓力感應(yīng)區(qū)，且開口 321為環(huán)形開口。本實用新型中，基底10中的CMOS控制電路與第一互連結(jié)構(gòu)11、第二互連結(jié)構(gòu)12電連接，其作用為將電容信號以及電阻信號轉(zhuǎn)換為壓力信號。而且，CMOS控制電路還可以控制測量壓力時，是使用電阻式壓力傳感器還是使用電容式壓力傳感器測量壓力。繼續(xù)參考圖1，本實用新型具體實施例中，電容式壓力傳感器20包括位于所述基底10上的第一電極21,位于所述第一電極21上方的第二電極22,所述第一電極21和第二電極22之間為空腔23 ;并且，電容式壓力傳感器20的第二電極22與所述第一互連結(jié)構(gòu)電連接。具體的，第二電極22包括與所述第一電極21相對設(shè)置的頂板221，位于所述頂板221四周的側(cè)壁222，位于所述基底10上與所述第一互連結(jié)構(gòu)11電連接的底板223，所述頂板221、側(cè)壁222、底板223為一體結(jié)構(gòu)。頂板221具有開口 24，第一介質(zhì)層31將開口24密封。其中，底板223和第一互連結(jié)構(gòu)11之間具有導(dǎo)電塊25,通過導(dǎo)電塊25兩者互相電連接。在圖不的實施例中，導(dǎo)電塊25與第一電極21位于同一層,且材料相同,在同一工藝中形成，可以選擇第一電極21和導(dǎo)電塊25的材料為鋁，但不限于鋁，也可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他導(dǎo)電材料，例如，銀、鋁、銅、鈦、鉬金、金、鎳、鈷或者其中的組合。另外，第一電極21與導(dǎo)電塊25不限于同一層,材料也可以不同，也不限于在同一工藝中形成。本實用新型中，第二電極22的材料為鍺硅、多晶硅或單晶硅。需要說明的是，本實用新型中，電容式壓力傳感器不限于具體實施例中描述的結(jié)構(gòu)，也可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他結(jié)構(gòu)的電容式壓力傳感器。參考圖2，第一實施例中，電阻式壓力傳感器包括電阻線40，該電阻線40呈多圈線圈狀。繼續(xù)參考圖1，另外，第一介質(zhì)層31具有開口 311，開口 311暴露出第二互連結(jié)構(gòu)12與電阻線電連接的位置。第一介質(zhì)層31也覆蓋所述基底；電阻線位于第一介質(zhì)層上，且電阻線的一部分位于所述第一介質(zhì)層的開口的側(cè)壁和底部，與所述第二互連結(jié)構(gòu)電連接。在該具體實施例中，電阻線40通過導(dǎo)電塊26與第二互連結(jié)構(gòu)12電連接。在圖示的實施例中，導(dǎo)電塊26與第一電極21位于同一層,且材料相同,在同一工藝中形成,可以選擇第一電極21和導(dǎo)電塊26的材料為鋁，但不限于鋁，也可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他導(dǎo)電材料，例如，銀、鋁、銅、鈦、鉬金、金、鎳、鈷或者其中的組合。另外，第一電極21與導(dǎo)電塊26不限于同一層，材料也可以不同，也不限于在同一工藝中形成。本實用新型中，第一介質(zhì)層31的材料為氧化硅、氮化硅或者本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他介質(zhì)材料，第一介質(zhì)層31的厚度范圍為O. Γ1微米。第一介質(zhì)層31的厚度不適宜過厚，如果過厚會導(dǎo)致電容式壓力傳感器對壓力的感應(yīng)非常遲鈍；如果過薄，會導(dǎo)致第一介質(zhì)層31過于脆弱，影響器件的可靠性和長期工作的穩(wěn)定性。在圖2所示的第一實施例中，電阻線呈多圈線圈狀，且每一圈線圈為方形，但每一圈線圈不限于方形，也可以為其他形狀的線圈，例如圓形。第一實施例中，將電阻線制成多圈線圈狀的目的為可以增加電阻線的長度，使電阻線對壓力的感應(yīng)更加敏感。本實用新型中，電阻線的形狀不限于多圈線圈狀，也可以為其他形狀的電阻線。圖3為第二實施列的復(fù)合式壓力傳感器中壓力感應(yīng)區(qū) 321、頂板22、電阻線40a三者的布局示意圖，結(jié)合參考圖3和圖1，在第二實施例中，電阻式壓力傳感器包括電阻線40a，該電阻線40a為一圈線圈，且呈折線狀；電阻線的線圈橫跨開口 321，即開口 321暴露出電阻線的周邊。由于第二實施例的電阻線的整個線圈均由開口 321暴露，這樣可以使電阻線對壓力感測更加敏感，提高測量壓力的靈敏度。以上第一實施例和第二實施例列舉了電阻式壓力傳感器的電阻線的不同形狀，但其僅為示例性說明，可以使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的理解本實用新型。本實用新型中，電阻式壓力傳感器的電阻線的形狀可以為各種各樣的形狀，可以選擇電阻線呈多折線型例如第一實施例和第二實施例中的多折線型，這樣可以增大電阻線的長度，當(dāng)壓力使電阻線發(fā)生形變時，由于電阻線長度大，相應(yīng)的形變的長度也會增加，這樣可以提高電阻線對壓力的感應(yīng)靈敏度，提高電阻式壓力傳感器的精度。本實用新型中，電阻線的材料為鈦，鈦材質(zhì)較軟，可以在壓力的作用下產(chǎn)生形變，對壓力比較敏感。本實用新型中，電阻線的材料不限于鈦，也可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的可以用于電阻式壓力傳感器的材質(zhì)，例如鍺硅、銀、鋁、銅、鉬金、金、鎳、鈷或者它們的任意組合。在具體工作時，電阻式壓力傳感器和電容式壓力傳感器共同用來測試壓力，其中電容式壓力傳感器的測試范圍比電阻式壓力傳感器的測試范圍大；而且，電阻式壓力傳感器的靈敏度比較高，對較小的壓力具有很好的感測能力。在壓力比較大的情況下，壓力會使電容式傳感器的電容以及電阻式壓力傳感器的電阻均發(fā)生變化該情況下，CMOS控制電路能夠根據(jù)需要采用電容式傳感器或電阻式傳感器測量壓力，還可以用兩種傳感器的測試結(jié)果相互驗證；在壓力比較小的情況下，電容式傳感器感測不到壓力，壓力僅可以使電阻式壓力傳感器的電阻發(fā)生變化，也就是說，在壓力較小的情況下只有電阻式壓力傳感器可以感測到壓力。基于以上機理，因此本技術(shù)方案的壓力傳感器相對于現(xiàn)有技術(shù)單一模式的壓力傳感器可以提高壓力感測的精度，擴大壓力感測的范圍。圖4為本實用新型具體實施例的復(fù)合式壓力傳感器的形成方法的流程示意圖，參考圖4，本實用新型具體實施例的復(fù)合式壓力傳感器的形成方法包括步驟S41，提供基底，所述基底具有CMOS控制電路，位于所述CMOS控制電路上的第一互連結(jié)構(gòu)和第二互連結(jié)構(gòu)，所述第一互連結(jié)構(gòu)、第二互連結(jié)構(gòu)與所述CMOS控制電路電連接;步驟S42，在所述基底上形成第一導(dǎo)電層，圖形化所述第一導(dǎo)電層形成第一電極；步驟S43，形成犧牲層，覆蓋所述第一電極和基底，圖形化所述犧牲層定義出第二電極的位置，且暴露出第一互連結(jié)構(gòu)與第二電極電連接的位置；[0045]步驟S44，形成第二導(dǎo)電層，覆蓋所述圖形化后的犧牲層和基底，圖形化所述第二導(dǎo)電層形成第二電極，第一電極和第二電極為電容式壓力傳感器的兩個極板；步驟S45，形成第一介質(zhì)層，覆蓋所述第一電極、第二電極和基底，圖形化所述第一介質(zhì)層，在第一介質(zhì)層中形成開口，所述開口暴露出第二互連結(jié)構(gòu)與電阻式壓力傳感器電連接的位置；步驟S46，形成電阻層，覆蓋所述第一介質(zhì)層以及其開口的側(cè)壁和底部，圖形化所述電阻層形成電阻式壓力傳感器的電阻線；
步驟S47，在所述第二電極上形成開口，通過第二電極上的開口去除圖形化后的犧牲層，在第一電極和第二電極之間形成空腔；步驟S48，形成第二介質(zhì)層，覆蓋所述電阻線，圖形化所述第二介質(zhì)層，在第二介質(zhì)層中形成開口，定義出壓力感應(yīng)區(qū)的位置。本實用新型具體實施例中，電容式壓力傳感器的第一電極的材料為鋁，第二電極的材料為鍺硅，電阻式壓力傳感器的電阻線為金屬鈦，因此第一電極、第二電極以及電阻線均可以使用半導(dǎo)體工藝中的沉積以及刻蝕的步驟形成，與CMOS工藝兼容，因此，可以利用標(biāo)準的CMOS制造工藝實現(xiàn)CMOS控制電路與傳感器的一體化。本實用新型雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本實用新型，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本實用新型技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本實用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本實用新型技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種復(fù)合式壓力傳感器，其特征在于，包括 基底，所述基底具有CMOS控制電路，位于所述CMOS控制電路上的第一互連結(jié)構(gòu)和第二互連結(jié)構(gòu)，所述第一互連結(jié)構(gòu)、第二互連結(jié)構(gòu)與所述CMOS控制電路電連接； 位于所述基底上的電容式壓力傳感器，與所述第一互連結(jié)構(gòu)電連接； 位于所述電容式壓力傳感器上的電阻式壓力傳感器，所述電阻式壓力傳感器與所述第二互連結(jié)構(gòu)電連接，所述電容式壓力傳感器和電阻式壓力傳感器之間為第一介質(zhì)層； 位于所述電阻式壓力傳感器上的具有開口的第二介質(zhì)層，所述開口定義出壓力感應(yīng)區(qū)的位置。
2.如權(quán)利要求I所述的復(fù)合式壓力傳感器，其特征在于，所述電阻式壓力傳感器包括電阻線。
3.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合式壓力傳感器，其特征在于，所述第一介質(zhì)層也覆蓋所述基底，所述第一介質(zhì)層具有開口，所述第一介質(zhì)層的開口暴露出所述第二互連結(jié)構(gòu)與電阻線電連接的位置； 所述電阻線的一部分位于所述第一介質(zhì)層的開口的側(cè)壁和底部，與所述第二互連結(jié)構(gòu)電連接。
4.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合式壓力傳感器，其特征在于，所述電阻線呈多折線型。
5.如權(quán)利要求I所述的復(fù)合式壓力傳感器，其特征在于，所述電容式壓力傳感器包括位于所述基底上的第一電極，位于所述第一電極上方的第二電極，所述第一電極和第二電極之間為空腔； 所述第二電極與所述第一互連結(jié)構(gòu)電連接。
6.如權(quán)利要求5所述的復(fù)合式壓力傳感器，其特征在于，所述第二電極包括與所述第一電極相對設(shè)置的頂板，位于所述頂板四周的側(cè)壁，位于所述基底上與所述第一互連結(jié)構(gòu)電連接的底板，所述頂板、側(cè)壁、底板為一體結(jié)構(gòu)。
專利摘要一種復(fù)合式壓力傳感器包括基底，所述基底具有CMOS控制電路，位于所述CMOS控制電路上的第一互連結(jié)構(gòu)和第二互連結(jié)構(gòu)，所述第一互連結(jié)構(gòu)、第二互連結(jié)構(gòu)與所述CMOS控制電路電連接；位于所述基底上的電容式壓力傳感器，與所述第一互連結(jié)構(gòu)電連接；位于所述電容式壓力傳感器上的電阻式壓力傳感器，所述電阻式壓力傳感器與所述第二互連結(jié)構(gòu)電連接，所述電容式壓力傳感器和電阻式壓力傳感器之間為第一介質(zhì)層；位于所述電阻式壓力傳感器上的具有開口的第二介質(zhì)層，所述開口定義出壓力感應(yīng)區(qū)的位置。本技術(shù)方案的壓力傳感器相對于現(xiàn)有技術(shù)單一模式的壓力傳感器可以提高壓力感測的精度，擴大壓力感測的范圍。
文檔編號G01L9/00GK202614451SQ20122024517
公開日2012年12月19日 申請日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月29日
發(fā)明者王志瑋, 唐德明 申請人:上海麗恒光微電子科技有限公司