气压传感器芯片及其制备方法与流程

专利2022-05-09  6



1.本公开涉及电子产品技术领域,更具体地,涉及一种气压传感器芯片及其制备方法。


背景技术:

2.随着科技的发展,各类电子产品走进千家万户成为人们的生活必需品。其中有许多电子产品都具有气压传感器芯片,气压传感器芯片是一种用于测量环境气压的器件,气压是与人们的日常生活息息相关的一个物理量,气压数据可以用来探测垂直方向的高度变化进而进行运动监测、室内导航及辅助气象预报等,因此气压传感器芯片被广泛应用在智能穿戴及智能家居等领域以测量产品所处位置的气压信息。
3.为了保证测量结果的准确性,气压传感器芯片的灵敏度尤为重要。目前,现有技术中的气压传感器芯片多由单个电容,或者两个电容组成,其输出灵敏度较低,容易引起较大的测量误差。
4.有鉴于此,需要提供一种新的技术方案,以解决上述技术问题。


技术实现要素:

5.本公开的一个目的是提供一种气压传感器芯片及其制备方法的新技术方案。
6.根据本公开的第一方面,提供了一种气压传感器芯片,所述气压传感器芯片包括:
7.两个第一电容及两个第二电容;
8.两个所述第一电容中的一者与两个所述第二电容中的一者串联组成第一支路,两个所述第一电容中的另一者与两个所述第二电容中的另一者串联组成第二支路,所述第一支路与所述第二支路并联;
9.所述第一电容被配置为容值可在外界气压的作用下增大;
10.所述第二电容被配置为容值可在外界气压的作用下减小。
11.可选地,所述第一电容包括相对设置的第一电极和第二电极,所述第二电极朝向外界气压设置,所述第一电极位于所述第二电极的远离外界气压的一侧,所述第一电极与所述第二电极之间形成有第一真空腔,所述第二电极可在外界气压的作用下靠近所述第一电极以使所述第一电极与所述第二电极之间的间距减小。
12.可选地,所述第二电容包括相对设置的第三电极和第四电极,所述第四电极朝向外界气压设置,所述第三电极位于所述第四电极的远离外界气压的一侧,所述第三电极在背离所述第四电极的侧部形成有第二真空腔,所述第四电极开设有透气通孔,外界气压可经由所述透气通孔作用于所述第三电极,且所述第三电极可在外界气压的作用下远离所述第四电极以使所述第三电极与所述第四电极之间的间距增大。
13.根据本公开的第二方面,提供了一种如第一方面所述气压传感器芯片的制备方法,所述方法包括:
14.制备第一电容,所述第一电容被配置为容值可在外界气压的作用下增大;所述第
一电容制备两个;
15.制备第二电容,所述第二电容被配置为容值可在外界气压的作用下减小;所述第二电容制备两个;
16.将两个所述第一电容中的一者与两个所述第二电容中的一者串联组成第一支路;
17.将两个所述第一电容中的另一者与两个所述第二电容中的另一者串联组成第二支路;
18.将所述第一支路与所述第二支路并联。
19.可选地,所述制备第一电容包括:
20.提供第一基底,对所述第一基底进行离子注入掺杂以形成第一电极;
21.在所述第一基底上沉积第一支撑层;
22.在所述第一支撑层上沉积半导体层以形成第二电极;以及,
23.局部刻蚀所述第一支撑层,以使所述第一电极相对于所述第二电极暴露,同时在所述第一电极与所述第二电极之间形成第一真空腔。
24.可选地,所述局部刻蚀所述第一支撑层包括:
25.在所述半导体层上刻蚀形成第一刻蚀孔,所述第一刻蚀孔连通至所述第一支撑层;
26.经由所述第一刻蚀孔将所述第一支撑层的一部分刻蚀去除,以使所述第一电极相对于所述第二电极暴露;
27.在所述半导体层上沉积第一封闭层,所述第一封闭层封闭所述第一刻蚀孔。
28.可选地,所述在所述半导体层上沉积第一封闭层之后,所述方法还包括:
29.在所述第一封闭层上沉积第一保护层。
30.可选地,所述制备第二电容包括:
31.提供第二基底,在所述第二基底上沉积第二支撑层;
32.在所述第二支撑层上沉积半导体层以形成第三电极;
33.局部刻蚀所述第二支撑层,以使所述第三电极的一部分相对于所述第二基底暴露,同时在所述第三电极与所述第二基底之间形成第二真空腔;
34.在所述第三电极上沉积第三支撑层;
35.在所述第三支撑层上沉积半导体层以形成第四电极;
36.在所述第四电极上刻蚀形成透气通孔;
37.经由所述透气通孔将所述第三支撑层的一部分刻蚀去除,以使所述透气通孔相对于所述第三电极暴露。
38.可选地,所述局部刻蚀所述第二支撑层包括:
39.在所述第三电极上刻蚀形成第二刻蚀孔,所述第二刻蚀孔连通至所述第二支撑层;
40.经由所述第二刻蚀孔将所述第二支撑层的一部分刻蚀去除,以使所述第三电极的一部分相对于所述第二基底暴露;
41.在所述第三电极上沉积第二封闭层,所述第二封闭层封闭所述第二刻蚀孔。
42.可选地,所述在所述第三电极上沉积第二封闭层之后,所述方法还包括:
43.在所述第二封闭层上沉积第二保护层。
44.本公开的一个实施例提供的气压传感器芯片的输出灵敏度较高,其可有效抑制干扰,测量更加精确。
45.通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述,本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
46.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公开的实施例,并且连同其说明一起用于解释本公开的原理。
47.图1是根据本公开的一个实施例的气压传感器芯片的结构示意图;
48.图2是根据本公开的一个实施例的气压传感器芯片中第一电容的结构示意图;
49.图3是根据本公开的一个实施例的气压传感器芯片中第二电容的结构示意图;
50.图4

图11是根据本公开的一个实施例的气压传感器芯片中第一电容的制备过程示意图;
51.图12

图21是根据本公开的一个实施例的气压传感器芯片中第二电容的制备过程示意图。
具体实施方式
52.现在将参照附图来详细描述本公开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公开的范围。
53.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,决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
54.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。
55.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。
56.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。
57.参照图1所示,根据本公开的一个实施例,提供了一种气压传感器芯片。所述气压传感器芯片包括两个第一电容101及两个第二电容102;两个所述第一电容101中的一者与两个所述第二电容102中的一者串联组成第一支路,两个所述第一电容101中的另一者与两个所述第二电容102中的另一者串联组成第二支路,所述第一支路与所述第二支路并联;所述第一电容101被配置为容值可在外界气压的作用下增大;所述第二电容102被配置为容值可在外界气压的作用下减小。进一步地,所述第一支路连接有第一输出端(out_p),所述第二支路连接有第二输出端(out_n)。
58.在本申请实施例提供的气压传感器芯片中,一共采用了四个电容,即两个第一电容101和两个第二电容102。其中,第一电容101的容值会在外界气压的作用下增大,而第二电容102的容值会在外界气压的作用下减小。这样第一输出端(out_p)的输出结果综合了第一电容101的容值变化以及第二电容102的容值变化,同样第二输出端(out_n)的输出结果
也综合了第一电容101的容值变化以及第二电容102的容值变化。因此该气压传感器芯片的输出灵敏度更高。进一步具体地,在该气压传感器芯片中,四个电容形成了一个惠斯通电容全桥结构,在交变激励的作用下,外界气压可转换为电容全桥的差分输出,可有效抑制干扰,测量更加精确。
59.参照图2所示,在一个实施例中,所述第一电容101包括相对设置的第一电极1011和第二电极1012,所述第二电极1012朝向外界气压设置,所述第一电极1011位于所述第二电极1012的远离外界气压的一侧,所述第一电极1011与所述第二电极1012之间形成有第一真空腔1013,所述第二电极1012可在外界气压的作用下靠近所述第一电极1011以使所述第一电极1011与所述第二电极1012之间的间距减小。
60.在该具体的例子中,相对设置的第一电极1011与第二电极1012组成了一个平行板电容器,也就是说,当没有外界气压作用时,第一电极1011和第二电极1012是相互平行设置的。由于第一电极1011和第二电极1012之间形成有第一真空腔1013,当外界气压作用于第二电极1012时,外界气压与第一真空腔1013内存在气压差,第二电极1012在外界气压的压力作用下发生形变并靠近第一电极1011,使得第一电极1011与第二电极1012之间的间距d1变小,从而引起第一电容101的容值增大。可以理解的是,当外界气压增大时,第一电极1011与第二电极1012之间的间距d1变小的幅度增大,从而引起第一电容101的容值增大的幅度变大;而当外界气压减小时,第一电极1011与第二电极1012之间的间距d1变小的幅度减小,从而引起第一电容101的容值增大的幅度变小。
61.参照图3所示,在一个实施例中,所述第二电容102包括相对设置的第三电极1021和第四电极1022,所述第四电极1022朝向外界气压设置,所述第三电极1021位于所述第四电极1022的远离外界气压的一侧,所述第三电极1021在背离所述第四电极1022的侧部形成有第二真空腔1023,所述第四电极1022开设有透气通孔10221,外界气压可经由所述透气通孔10221作用于所述第三电极1021,且所述第三电极1021可在外界气压的作用下远离所述第四电极1022以使所述第三电极1021与所述第四电极1022之间的间距增大。
62.在该具体的例子中,相对设置的第三电极1021与第四电极1022组成了一个平行板电容器,也就是说,当没有外界气压作用时,第三电极1021和第四电极1022是相互平行设置的。由于第三电极1021在背离第四电极1022的侧部形成有第二真空腔1023,且第四电极1022开设有透气通孔10221,外界气压可经由透气通孔10221作用于第三电极1021,当外界气压作用于第三电极1021时,外界气压与第二真空腔1023存在气压差,第三电极1021在外界气压的压力作用下发生形变并远离第四电极1022,使得第三电极1021与第四电极1022之间的间距d2变大,从而引起第二电容102的容值减小。可以理解的是,当外界气压增大时,第三电极1021与第四电极1022之间的间距d2变大的幅度增大,从而引起第二电容102的容值减小的幅度变大;而当外界气压减小时,第三电极1021与第四电极1022之间的间距d2变大的幅度减小,从而引起第二电容102的容值减小的幅度变小。
63.根据本公开的另一个实施例,还提供了一种如上所述气压传感器芯片的制备方法,所述方法包括:
64.制备第一电容101,所述第一电容101被配置为容值可在外界气压的作用下增大;所述第一电容101制备两个;
65.制备第二电容102,所述第二电容102被配置为容值可在外界气压的作用下减小;
所述第二电容102制备两个;
66.将两个所述第一电容101中的一者与两个所述第二电容102中的一者串联组成第一支路;
67.将两个所述第一电容101中的另一者与两个所述第二电容102中的另一者串联组成第二支路;
68.将所述第一支路与所述第二支路并联。
69.根据本申请实施例提供的制备方法,将一个容值可增大的第一电容101与一个容值可减小的第二电容102串联组成第一支路,再将另一个容值可增大的第一电容101与另一个容值可减小的第二电容102串联组成第二支路,然后第一支路与第二支路并联构成一个惠斯通电容全桥结构,在交变激励的作用下,外界气压可转换为电容全桥的差分输出,可有效抑制干扰,测量更加精确。
70.参照图4

图11所示,在一个实施例中,进一步地,所述制备第一电容101包括:
71.s1、提供第一基底1014,对所述第一基底1014进行离子注入掺杂以形成第一电极1011;
72.具体地,将n型硅晶圆作为所述第一基底1014;具体地,所述离子注入掺杂为p型离子注入掺杂。
73.s2、在所述第一电极1011上沉积绝缘层1019;
74.具体地,在所述第一电极1011上沉积氮化硅层作为绝缘层1019。进一步具体地,所述氮化硅层的厚度为0.1um~0.2um。
75.s3、在所述第一基底1014上沉积第一支撑层1015;
76.具体地,在所述第一基底1014上沉积二氧化硅层作为支撑第二电极1012的第一支撑层1015,此外第一支撑层1015还将作为牺牲层在后续步骤中被局部刻蚀去除;进一步具体地,所述二氧化硅层的厚度为1um~5um。
77.s4、在所述第一支撑层1015上沉积半导体层以形成第二电极1012;
78.具体地,所述半导体层是多晶硅层;进一步具体地,所述多晶硅层的厚度为1~2um。
79.s5、在所述半导体层上刻蚀形成第一刻蚀孔1016,所述第一刻蚀孔1016连通至所述第一支撑层1015;
80.s6、经由所述第一刻蚀孔1016将所述第一支撑层1015的一部分刻蚀去除,以使所述第一电极1011相对于所述第二电极1012暴露;同时在所述第一电极1011与所述第二电极1012之间形成第一真空腔1013;
81.s7、在所述半导体层上沉积第一封闭层1017,所述第一封闭层1017封闭所述第一刻蚀孔1016。
82.具体地,在所述半导体层上沉积二氧化硅层作为第一封闭层1017;进一步具体地,所述二氧化硅层的厚度为1~5um。二氧化硅层填充到第一刻蚀孔1016内以封闭堵住第一刻蚀孔1016。
83.s8、在所述第一封闭层1017上沉积第一保护层1018。
84.具体地,在所述第一封闭层1017上沉积钝化层氮化硅作为第一保护层1018;进一步具体地,所述钝化层氮化硅的厚度为1~2um。
85.参照图12

图21所示,在一个实施例中,进一步地,所述制备第二电容102包括:
86.p1、提供第二基底1024,在所述第二基底1024上沉积第二支撑层1025;
87.具体地,将n型硅晶圆作为所述第二基底1024;具体地,在所述第二基底1024上沉积二氧化硅层作为支撑第三电极1021的第二支撑层1025,此外第二支撑层1025还将作为牺牲层在后续步骤中被局部刻蚀去除;进一步具体地,所述二氧化硅层的厚度为1um~5um。
88.p2、在所述第二支撑层1025上沉积半导体层以形成第三电极1021;
89.具体地,所述半导体层是多晶硅层;进一步具体地,所述多晶硅层的厚度为1~2um。
90.p3、在所述第三电极1021上刻蚀形成第二刻蚀孔1027,所述第二刻蚀孔1027连通至所述第二支撑层1025;
91.p4、经由所述第二刻蚀孔1027将所述第二支撑层1025的一部分刻蚀去除,以使所述第三电极1021的一部分相对于所述第二基底1024暴露,同时在所述第三电极1021与所述第二基底1024之间形成第二真空腔1023;
92.p5、在所述第三电极1021上沉积第二封闭层1028,所述第二封闭层1028封闭所述第二刻蚀孔1027;
93.具体地,在所述第三电极1021上沉积二氧化硅层作为第二封闭层1028;进一步具体地,所述二氧化硅层的厚度为1~5um。二氧化硅层填充到第二刻蚀孔1027内以封闭堵住第二刻蚀孔1027。
94.p6、在所述第二封闭层1028上沉积第二保护层1029;
95.具体地,在所述第二封闭层1028上沉积钝化层氮化硅作为第二保护层1029;进一步具体地,所述钝化层氮化硅的厚度为1~2um。
96.p7、在所述第三电极1021上的第二保护层1029上沉积第三支撑层1026;
97.具体地,在所述第三电极1021上的第二保护层1029上沉积二氧化硅层作为支撑第四电极1022的第三支撑层1026,此外第三支撑层1026还将作为牺牲层在后续步骤中被局部刻蚀去除;进一步具体地,所述二氧化硅层的厚度为1um~5um。
98.p8、在所述第三支撑层1026上沉积半导体层以形成第四电极1022;
99.具体地,所述半导体层是多晶硅层;进一步具体地,所述多晶硅层的厚度为1~2um。
100.p9、在所述第四电极1022上刻蚀形成透气通孔10221;
101.p10、经由所述透气通孔10221将所述第三支撑层1026的一部分刻蚀去除,以使所述透气通孔10221相对于所述第三电极1021上的第二保护层1029暴露。
102.上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同,各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾,均可以组合形成更优的实施例,考虑到行文简洁,在此则不再赘述。
103.虽然已经通过例子对本公开的一些特定实施例进行了详细说明,但是本领域的技术人员应该理解,以上例子仅是为了进行说明,而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解,可在不脱离本公开的范围和精神的情况下,对以上实施例进行修改。本公开的范围由所附权利要求来限定。

技术特征:
1.一种气压传感器芯片,其特征在于,所述气压传感器芯片包括:两个第一电容(101)及两个第二电容(102);两个所述第一电容(101)中的一者与两个所述第二电容(102)中的一者串联组成第一支路,两个所述第一电容(101)中的另一者与两个所述第二电容(102)中的另一者串联组成第二支路,所述第一支路与所述第二支路并联;所述第一电容(101)被配置为容值可在外界气压的作用下增大;所述第二电容(102)被配置为容值可在外界气压的作用下减小。2.根据权利要求1所述的气压传感器芯片,其特征在于,所述第一电容(101)包括相对设置的第一电极(1011)和第二电极(1012),所述第二电极(1012)朝向外界气压设置,所述第一电极(1011)位于所述第二电极(1012)的远离外界气压的一侧,所述第一电极(1011)与所述第二电极(1012)之间形成有第一真空腔(1013),所述第二电极(1012)可在外界气压的作用下靠近所述第一电极(1011)以使所述第一电极(1011)与所述第二电极(1012)之间的间距减小。3.根据权利要求1所述的气压传感器芯片,其特征在于,所述第二电容(102)包括相对设置的第三电极(1021)和第四电极(1022),所述第四电极(1022)朝向外界气压设置,所述第三电极(1021)位于所述第四电极(1022)的远离外界气压的一侧,所述第三电极(1021)在背离所述第四电极(1022)的侧部形成有第二真空腔(1023),所述第四电极(1022)开设有透气通孔(10221),外界气压可经由所述透气通孔(10221)作用于所述第三电极(1021),且所述第三电极(1021)可在外界气压的作用下远离所述第四电极(1022)以使所述第三电极(1021)与所述第四电极(1022)之间的间距增大。4.一种如权利要求1

3中任一项所述气压传感器芯片的制备方法,其特征在于,所述方法包括:制备第一电容(101),所述第一电容(101)被配置为容值可在外界气压的作用下增大;所述第一电容(101)制备两个;制备第二电容(102),所述第二电容(102)被配置为容值可在外界气压的作用下减小;所述第二电容(102)制备两个;将两个所述第一电容(101)中的一者与两个所述第二电容(102)中的一者串联组成第一支路;将两个所述第一电容(101)中的另一者与两个所述第二电容(102)中的另一者串联组成第二支路;将所述第一支路与所述第二支路并联。5.根据权利要求4所述的气压传感器芯片的制备方法,其特征在于,所述制备第一电容(101)包括:提供第一基底(1014),对所述第一基底(1014)进行离子注入掺杂以形成第一电极(1011);在所述第一基底(1014)上沉积第一支撑层(1015);在所述第一支撑层(1015)上沉积半导体层以形成第二电极(1012);以及,局部刻蚀所述第一支撑层(1015),以使所述第一电极(1011)相对于所述第二电极(1012)暴露,同时在所述第一电极(1011)与所述第二电极(1012)之间形成第一真空腔
(1013)。6.根据权利要求5所述的气压传感器芯片的制备方法,其特征在于,所述局部刻蚀所述第一支撑层(1015)包括:在所述半导体层上刻蚀形成第一刻蚀孔(1016),所述第一刻蚀孔(1016)连通至所述第一支撑层(1015);经由所述第一刻蚀孔(1016)将所述第一支撑层(1015)的一部分刻蚀去除,以使所述第一电极(1011)相对于所述第二电极(1012)暴露;在所述半导体层上沉积第一封闭层(1017),所述第一封闭层(1017)封闭所述第一刻蚀孔(1016)。7.根据权利要求6所述的气压传感器芯片的制备方法,其特征在于,所述在所述半导体层上沉积第一封闭层(1017)之后,所述方法还包括:在所述第一封闭层(1017)上沉积第一保护层(1018)。8.根据权利要求4所述的气压传感器芯片的制备方法,其特征在于,所述制备第二电容(102)包括:提供第二基底(1024),在所述第二基底(1024)上沉积第二支撑层(1025);在所述第二支撑层(1025)上沉积半导体层以形成第三电极(1021);局部刻蚀所述第二支撑层(1025),以使所述第三电极(1021)的一部分相对于所述第二基底(1024)暴露,同时在所述第三电极(1021)与所述第二基底(1024)之间形成第二真空腔(1023);在所述第三电极(1021)上沉积第三支撑层(1026);在所述第三支撑层(1026)上沉积半导体层以形成第四电极(1022);在所述第四电极(1022)上刻蚀形成透气通孔(10221);经由所述透气通孔(10221)将所述第三支撑层(1026)的一部分刻蚀去除,以使所述透气通孔(10221)相对于所述第三电极(1021)暴露。9.根据权利要求8所述的气压传感器芯片的制备方法,其特征在于,所述局部刻蚀所述第二支撑层(1025)包括:在所述第三电极(1021)上刻蚀形成第二刻蚀孔(1027),所述第二刻蚀孔(1027)连通至所述第二支撑层(1025);经由所述第二刻蚀孔(1027)将所述第二支撑层(1025)的一部分刻蚀去除,以使所述第三电极(1021)的一部分相对于所述第二基底(1024)暴露;在所述第三电极(1021)上沉积第二封闭层(1028),所述第二封闭层(1028)封闭所述第二刻蚀孔(1027)。10.根据权利要求9所述的气压传感器芯片的制备方法,其特征在于,所述在所述第三电极(1021)上沉积第二封闭层(1028)之后,所述方法还包括:在所述第二封闭层(1028)上沉积第二保护层(1029)。
技术总结
本公开公开了一种气压传感器芯片及其制备方法。该气压传感器芯片包括两个第一电容及两个第二电容;两个所述第一电容中的一者与两个所述第二电容中的一者串联组成第一支路,两个所述第一电容中的另一者与两个所述第二电容中的另一者串联组成第二支路,所述第一支路与所述第二支路并联;所述第一电容被配置为容值可在外界气压的作用下增大;所述第二电容被配置为容值可在外界气压的作用下减小。配置为容值可在外界气压的作用下减小。配置为容值可在外界气压的作用下减小。


技术研发人员:李向光 田峻瑜 方华斌
受保护的技术使用者:潍坊歌尔微电子有限公司
技术研发日:2021.03.10
技术公布日:2021/7/15

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