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专利名称：复合式压力传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及微机电领域，尤其涉及复合式压力传感器。
背景技术：
微机电系统(Microelectro Mechanical Systems,简称MEMS)是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域，是一种采用半 导体工艺制造微型机电器件的技术。与传统机电器件相比，MEMS器件在耐高温、小体积、低功耗方面具有十分明显的优势。经过几十年的发展，已成为世界瞩目的重大科技领域之一，它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术，具有广阔的应用前景。压力传感器是一种将压力信号转换为电信号的换能器。根据工作原理的不同分为电阻式压力传感器和电容式压力传感器。电容式压力传感器的原理为通过压力改变顶部电极和底部电极之间的电容，以此来测量压力。电阻式压力传感器的工作原理为把压力转换为电阻值变化，以此来测量压力。现有技术中，电容式压力传感器和电阻式压力传感器均单独使用，即使用单一模式的压力传感器，而单一模式的压力传感器存在压力测试范围及测试精度的限制。另外，现有技术的压力传感器的制造方法有些与CMOS工艺不能兼容，有些与CMOS工艺的兼容度低。例如2003年11月5日授权公告的公告号为CN1126948C的中国专利公开的“压力传感器”，其制造方法不能与CMOS工艺兼容。

实用新型内容本实用新型解决的问题是现有技术的单一模式的压力传感器存在压力测试范围及测试精度的限制，以及现有技术的压力传感器制造方法不能与CMOS工艺兼容。为解决上述问题，本实用新型提供一种复合式压力传感器，包括基底，所述基底具有CMOS控制电路，位于所述CMOS控制电路上的第一互连结构和第二互连结构，所述第一互连结构、第二互连结构与所述CMOS控制电路电连接；位于所述基底上的电容式压力传感器，与所述第一互连结构电连接；位于所述电容式压力传感器上的电阻式压力传感器，所述电阻式压力传感器与所述第二互连结构电连接，所述电容式压力传感器和电阻式压力传感器之间为第一介质层；位于所述电阻式压力传感器上的具有开口的第二介质层，所述开口定义出压力感应区的位置。可选的，所述电阻式压力传感器包括电阻线。可选的，所述第一介质层也覆盖所述基底，所述第一介质层具有开口，所述第一介质层的开口暴露出所述第二互连结构与电阻线电连接的位置；所述电阻线的一部分位于所述第一介质层的开口的侧壁和底部，与所述第二互连结构电连接。可选的，所述电阻线呈多折线型。[0015]可选的，所述电容式压力传感器包括位于所述基底上的第一电极，位于所述第一电极上方的第二电极，所述第一电极和第二电极之间为空腔；所述第二电极与所述第一互连结构电连接。可选的，所述第二电极包括与所述第一电极相对设置的顶板，位于所述顶板四周的侧壁，位于所述基底上与所述第一互连结构电连接的底板，所述顶板、侧壁、底板为一体结构。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点
本技术方案的压力传感器将电容式压力传感器和电阻式压力传感器集成在具有CMOS控制电路的基底上，具体为电阻式压力传感器位于电容式压力传感器上，所述电容式压力传感器和电阻式压力传感器之间为第一介质层；电阻式压力传感器上具有第二介质层，第二介质层具有定义压力感应区位置的开口 ；电容式压力传感器、电阻式压力传感器分别与基底中的第一互连结构、第二互连结构电连接。其中，电容式压力传感器的测试范围比电阻式压力传感器的测试范围大；电阻式压力传感器的灵敏度比较高，对较小的压力具有很好的感测能力。在压力比较大的情况下，压力会使电容式传感器的电容以及电阻式压力传感器的电阻均发生变化，该情况下，CMOS控制电路能够根据需要采用电容式传感器或电阻式传感器测量压力，还可以用两种传感器的测试结果相互验证；在压力比较小的情况下，电容式传感器感测不到压力，压力仅可以使电阻式压力传感器的电阻发生变化，也就是说，在压力较小的情况下只有电阻式压力传感器可以感测到压力，仅能使用电阻式压力传感器测量压力。基于以上机理，本技术方案的压力传感器相对于现有技术单一模式的压力传感器可以提高压力感测的精度，扩大压力感测的范围。在具体实施例中，电阻式压力传感器包括电阻线，电阻线呈多折线型，相对于直线型的电阻线，增加了电阻线的长度，当电阻线在压力的作用下发生形变时，形变的变化也相应较大，电阻值变化增大，因此可以提高电阻线感测压力的灵敏度。

图I是本实用新型具体实施例的复合式压力传感器的剖面结构示意图；图2为第一实施例的复合式压力传感器中压力感应区、顶板、电阻线三者的布局示意图；图3为第二实施例的复合式压力传感器中压力感应区、顶板、电阻线三者的布局示意图；图4为本实用新型具体实施例的复合式压力传感器的形成方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广。因此本实用新型不受下面公开的具体实施方式
的限制。需要说明的是，本实用新型中的图示仅起示意作用，起到说明本实用新型的目的，并不对本实用新型的结构作限定。图I是本实用新型具体实施例的复合式压力传感器的沿图2中a-a方向的剖面结构示意图，图2为第一实施例的复合式压力传感器的顶面示意图，结合参考图I和图2，本实用新型的复合式压力传感器，包括基底10，所述基底具有CMOS控制电路(图中未示出)，位于所述CMOS控制电路上的第一互连结构11和第二互连结构12，所述第一互连结构11、第二互连结构12与所述CMOS控制电路电连接；位于所述基底10上的电容式压力传感器20，电容式压力传感器20与所述第一互连结构11电连接；位于所述电容式压力传感器20上的电阻式压力传感器40，所述电阻式压力传感器40与所述第二互连结构12电连接，所述电容式压力传感器20和电阻式压力传感器40之间为第一介质层 31 ;位于所述电阻式压力传感器上的具有开口 321的第二介质层32，所述开口 321定义出压力感应区，且开口 321为环形开口。本实用新型中，基底10中的CMOS控制电路与第一互连结构11、第二互连结构12电连接，其作用为将电容信号以及电阻信号转换为压力信号。而且，CMOS控制电路还可以控制测量压力时，是使用电阻式压力传感器还是使用电容式压力传感器测量压力。继续参考图1，本实用新型具体实施例中，电容式压力传感器20包括位于所述基底10上的第一电极21,位于所述第一电极21上方的第二电极22,所述第一电极21和第二电极22之间为空腔23 ;并且，电容式压力传感器20的第二电极22与所述第一互连结构电连接。具体的，第二电极22包括与所述第一电极21相对设置的顶板221，位于所述顶板221四周的侧壁222，位于所述基底10上与所述第一互连结构11电连接的底板223，所述顶板221、侧壁222、底板223为一体结构。顶板221具有开口 24，第一介质层31将开口24密封。其中，底板223和第一互连结构11之间具有导电块25,通过导电块25两者互相电连接。在图不的实施例中，导电块25与第一电极21位于同一层,且材料相同,在同一工艺中形成，可以选择第一电极21和导电块25的材料为铝，但不限于铝，也可以为本领域技术人员公知的其他导电材料，例如，银、铝、铜、钛、钼金、金、镍、钴或者其中的组合。另外，第一电极21与导电块25不限于同一层,材料也可以不同，也不限于在同一工艺中形成。本实用新型中，第二电极22的材料为锗硅、多晶硅或单晶硅。需要说明的是，本实用新型中，电容式压力传感器不限于具体实施例中描述的结构，也可以为本领域技术人员公知的其他结构的电容式压力传感器。参考图2，第一实施例中，电阻式压力传感器包括电阻线40，该电阻线40呈多圈线圈状。继续参考图1，另外，第一介质层31具有开口 311，开口 311暴露出第二互连结构12与电阻线电连接的位置。第一介质层31也覆盖所述基底；电阻线位于第一介质层上，且电阻线的一部分位于所述第一介质层的开口的侧壁和底部，与所述第二互连结构电连接。在该具体实施例中，电阻线40通过导电块26与第二互连结构12电连接。在图示的实施例中，导电块26与第一电极21位于同一层,且材料相同,在同一工艺中形成,可以选择第一电极21和导电块26的材料为铝，但不限于铝，也可以为本领域技术人员公知的其他导电材料，例如，银、铝、铜、钛、钼金、金、镍、钴或者其中的组合。另外，第一电极21与导电块26不限于同一层，材料也可以不同，也不限于在同一工艺中形成。本实用新型中，第一介质层31的材料为氧化硅、氮化硅或者本领域技术人员公知的其他介质材料，第一介质层31的厚度范围为O. Γ1微米。第一介质层31的厚度不适宜过厚，如果过厚会导致电容式压力传感器对压力的感应非常迟钝；如果过薄，会导致第一介质层31过于脆弱，影响器件的可靠性和长期工作的稳定性。在图2所示的第一实施例中，电阻线呈多圈线圈状，且每一圈线圈为方形，但每一圈线圈不限于方形，也可以为其他形状的线圈，例如圆形。第一实施例中，将电阻线制成多圈线圈状的目的为可以增加电阻线的长度，使电阻线对压力的感应更加敏感。本实用新型中，电阻线的形状不限于多圈线圈状，也可以为其他形状的电阻线。图3为第二实施列的复合式压力传感器中压力感应区 321、顶板22、电阻线40a三者的布局示意图，结合参考图3和图1，在第二实施例中，电阻式压力传感器包括电阻线40a，该电阻线40a为一圈线圈，且呈折线状；电阻线的线圈横跨开口 321，即开口 321暴露出电阻线的周边。由于第二实施例的电阻线的整个线圈均由开口 321暴露，这样可以使电阻线对压力感测更加敏感，提高测量压力的灵敏度。以上第一实施例和第二实施例列举了电阻式压力传感器的电阻线的不同形状，但其仅为示例性说明，可以使本领域技术人员更好的理解本实用新型。本实用新型中，电阻式压力传感器的电阻线的形状可以为各种各样的形状，可以选择电阻线呈多折线型例如第一实施例和第二实施例中的多折线型，这样可以增大电阻线的长度，当压力使电阻线发生形变时，由于电阻线长度大，相应的形变的长度也会增加，这样可以提高电阻线对压力的感应灵敏度，提高电阻式压力传感器的精度。本实用新型中，电阻线的材料为钛，钛材质较软，可以在压力的作用下产生形变，对压力比较敏感。本实用新型中，电阻线的材料不限于钛，也可以为本领域技术人员公知的可以用于电阻式压力传感器的材质，例如锗硅、银、铝、铜、钼金、金、镍、钴或者它们的任意组合。在具体工作时，电阻式压力传感器和电容式压力传感器共同用来测试压力，其中电容式压力传感器的测试范围比电阻式压力传感器的测试范围大；而且，电阻式压力传感器的灵敏度比较高，对较小的压力具有很好的感测能力。在压力比较大的情况下，压力会使电容式传感器的电容以及电阻式压力传感器的电阻均发生变化该情况下，CMOS控制电路能够根据需要采用电容式传感器或电阻式传感器测量压力，还可以用两种传感器的测试结果相互验证；在压力比较小的情况下，电容式传感器感测不到压力，压力仅可以使电阻式压力传感器的电阻发生变化，也就是说，在压力较小的情况下只有电阻式压力传感器可以感测到压力。基于以上机理，因此本技术方案的压力传感器相对于现有技术单一模式的压力传感器可以提高压力感测的精度，扩大压力感测的范围。图4为本实用新型具体实施例的复合式压力传感器的形成方法的流程示意图，参考图4，本实用新型具体实施例的复合式压力传感器的形成方法包括步骤S41，提供基底，所述基底具有CMOS控制电路，位于所述CMOS控制电路上的第一互连结构和第二互连结构，所述第一互连结构、第二互连结构与所述CMOS控制电路电连接;步骤S42，在所述基底上形成第一导电层，图形化所述第一导电层形成第一电极；步骤S43，形成牺牲层，覆盖所述第一电极和基底，图形化所述牺牲层定义出第二电极的位置，且暴露出第一互连结构与第二电极电连接的位置；[0045]步骤S44，形成第二导电层，覆盖所述图形化后的牺牲层和基底，图形化所述第二导电层形成第二电极，第一电极和第二电极为电容式压力传感器的两个极板；步骤S45，形成第一介质层，覆盖所述第一电极、第二电极和基底，图形化所述第一介质层，在第一介质层中形成开口，所述开口暴露出第二互连结构与电阻式压力传感器电连接的位置；步骤S46，形成电阻层，覆盖所述第一介质层以及其开口的侧壁和底部，图形化所述电阻层形成电阻式压力传感器的电阻线；
步骤S47，在所述第二电极上形成开口，通过第二电极上的开口去除图形化后的牺牲层，在第一电极和第二电极之间形成空腔；步骤S48，形成第二介质层，覆盖所述电阻线，图形化所述第二介质层，在第二介质层中形成开口，定义出压力感应区的位置。本实用新型具体实施例中，电容式压力传感器的第一电极的材料为铝，第二电极的材料为锗硅，电阻式压力传感器的电阻线为金属钛，因此第一电极、第二电极以及电阻线均可以使用半导体工艺中的沉积以及刻蚀的步骤形成，与CMOS工艺兼容，因此，可以利用标准的CMOS制造工艺实现CMOS控制电路与传感器的一体化。本实用新型虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。
权利要求1.一种复合式压力传感器，其特征在于，包括 基底，所述基底具有CMOS控制电路，位于所述CMOS控制电路上的第一互连结构和第二互连结构，所述第一互连结构、第二互连结构与所述CMOS控制电路电连接； 位于所述基底上的电容式压力传感器，与所述第一互连结构电连接； 位于所述电容式压力传感器上的电阻式压力传感器，所述电阻式压力传感器与所述第二互连结构电连接，所述电容式压力传感器和电阻式压力传感器之间为第一介质层； 位于所述电阻式压力传感器上的具有开口的第二介质层，所述开口定义出压力感应区的位置。
2.如权利要求I所述的复合式压力传感器，其特征在于，所述电阻式压力传感器包括电阻线。
3.如权利要求2所述的复合式压力传感器，其特征在于，所述第一介质层也覆盖所述基底，所述第一介质层具有开口，所述第一介质层的开口暴露出所述第二互连结构与电阻线电连接的位置； 所述电阻线的一部分位于所述第一介质层的开口的侧壁和底部，与所述第二互连结构电连接。
4.如权利要求2所述的复合式压力传感器，其特征在于，所述电阻线呈多折线型。
5.如权利要求I所述的复合式压力传感器，其特征在于，所述电容式压力传感器包括位于所述基底上的第一电极，位于所述第一电极上方的第二电极，所述第一电极和第二电极之间为空腔； 所述第二电极与所述第一互连结构电连接。
6.如权利要求5所述的复合式压力传感器，其特征在于，所述第二电极包括与所述第一电极相对设置的顶板，位于所述顶板四周的侧壁，位于所述基底上与所述第一互连结构电连接的底板，所述顶板、侧壁、底板为一体结构。
专利摘要一种复合式压力传感器包括基底，所述基底具有CMOS控制电路，位于所述CMOS控制电路上的第一互连结构和第二互连结构，所述第一互连结构、第二互连结构与所述CMOS控制电路电连接；位于所述基底上的电容式压力传感器，与所述第一互连结构电连接；位于所述电容式压力传感器上的电阻式压力传感器，所述电阻式压力传感器与所述第二互连结构电连接，所述电容式压力传感器和电阻式压力传感器之间为第一介质层；位于所述电阻式压力传感器上的具有开口的第二介质层，所述开口定义出压力感应区的位置。本技术方案的压力传感器相对于现有技术单一模式的压力传感器可以提高压力感测的精度，扩大压力感测的范围。
文档编号G01L9/00GK202614451SQ20122024517
公开日2012年12月19日 申请日期2012年5月29日 优先权日2012年5月29日
发明者王志玮, 唐德明 申请人:上海丽恒光微电子科技有限公司