专利名称：基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器及其制作方法
技术领域：
本发明属于传感器技术领域，特别是一种基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器及其 制作方法。
二背景技术：
硅谐振式压力传感器是目前精度最高的压力传感器之一，它通过检测物体的固有频率间 接测量压力，为准数字信号输出。由于其精度主要受结构机械特性的影响，因此其抗干扰能 力强，性能稳定。除此之外，硅谐振式压力传感器还具有频带宽、结构紧凑、功耗低、体积 小、重量轻、可批量生产等众多优点， 一直是各国研究和开发的重点。 .
在硅谐振式压力传感器研发方面，英国、日本、美国、法国等国家均取得了一系列成果， 但目前已成功商品化并大量应用的硅谐振式压力传感器主要有两种，分别属于英国的Druck 公司和日本的横河电机株式会社。文献"JC Greenwood, DW Satchell . Miniature silicon resonant pressure sensor. Control Theory and Applications, IEE Proceedings D, 1988， Vol.135, No. 5， pp369- 372"中，英国Druck公司的硅谐振式压力传感器采用静电激励/电容 拾振的工作方式，其谐振器为采用浓硼自停止体硅刻蚀技术得到的蝶型结构或者相连的两个 矩形结构，并通过两个矩形硅岛与矩形压力敏感膜片构成一个整体，最后该硅片层被键合到 带有电极和导压孔的底座上；文献"K Ikeda, H Kuwayama， T Kobayashi, T Watanabe, T Nishikawa，T Yoshida, K Harada. Silicon pressure sensor integrates resonant strain gauge on diaphragm. SENSORS ACTUATORS, 1990， Vol. 21A， no. 1-3, pp. 146-150"中，闩 本横河电机株式会社的硅谐振式压力传感器则采用电磁激励/电磁拾振的工作方式，其谐振器 利用选择性外延生长和牺牲层技术得到，为内置于真空腔中的H型谐振梁，并嵌入在压力敏感 膜片上表面。然而上述硅谐振式压力传感器的制作工艺和版图均比较复杂，且必须保证稳定 的高真空封装环境。
三
发明内容
为了克服现有技术的不足，简化制作工艺和版图设计，避免高真空封装，本发明提出了 一种基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器及其制作方法。
本发明提出的基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器主要包括谐振器2、支撑柱1、压 力敏感膜片3及边框4四部分，其中边框4上部与压力敏感膜片3四边相连，下部与压力敏 感膜片3对应位置形成有空腔，使被测气体通过该空腔与压力敏感膜片3相接触。支撑柱1 位于压力敏感膜片3上表面，而谐振器2则通过支撑柱1和边框4悬置于压力敏感膜片3上表面。
该压力敏感膜片3可以为正方形、矩形、多边形或圆形结构，同时其下表面可以制作一 个或多个硅岛，而该硅岛可以为正方形、矩形、多边形或圆形结构。
该支撑柱1位于压力敏感膜片3对角线或中心对称轴上，可以为正方形、矩形、多边形 或圆形结构。
该谐振器2包含有一个或多个谐振子20，而该谐振子20为一个水平振动的基于滑膜阻 尼的梳齿弹性梁结构，其运动方向与所述的压力敏感膜片3的其中一组对边平行或成45度角。 所述的谐振子20由电极一5、电极二6、电极三ll、梳齿一12、梳齿二13、梳齿三14、弹 性梁15、连接端一16 、连接端二 17、连接端三18、质量块19共十一部分组成。其中质量 块19两端各连接有一组或多组梳齿三14，并通过弹性梁15与支撑柱1相连。连接端18末 端固定于边框4上表面，并通过其前端的折叠梁结构与支撑柱1相连，同时该连接端18末端 上表面布置有电极三ll。连接端一16末端固定于边框4上表面，前端与梳齿一12相连，同 时该连接端16上表面布置有电极一 5。连接端二 17末端固定于边框4上表面，前端与梳齿 二13相连，同时该连接端17上表面布置有电极二6。
其中所述的梳齿一 12与梳齿三14构成一组或多组梳齿电容，所述的梳齿二 13与梳齿三 14也构成另一组或多组梳齿电容。
所述的质量块19及连接端一 16 、连接端二 17、连接端三18与压力敏感膜片3表面相 应的区域开有孔的阵列，孔可以为矩形、三角形、圆形、多边形或者其任意组合形状。
所述的弹性梁15可以为直梁、弯梁或折叠梁。
本发明提出的基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器的第一种制作方法包括以下步
骤
a. 取S0I硅片，下表面光刻并刻蚀形成压力敏感膜片3，上表面全部或选择性浓硼或浓
磷掺杂得到电极一5、电极二6、电极三ll，同时上表面可以选择沉积金属并图形化 进一步完善电极；
b. SOI硅片上表面光刻并深反应离子刻蚀至SOI内部氧化层，得到谐振器2结构；
c. 氢氟酸或氢氟酸混合溶液释放，将谐振器2悬置，并得到支撑柱l，完成该硅谐振式 压力传感器制作。
本发明提出的基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器的第二种制作方法包括以下步
骤a. 取双面抛光硅片一7，上表面光刻并刻蚀形成槽21，下表面光刻并刻蚀形成压力敏感 膜片3;
b. 取双面抛光或下表面单面抛光硅片二 8，对硅片一7或硅片二8进行氧化，两硅片进 行硅硅键合，并对硅片二8上表面进行减薄；
c. 上表面全部或选择性浓硼或浓磷掺杂得到电极一5、电极二6、电极三ll，同时上表 面可以选择沉积金属并图形化进一步完善电极，最后上表面光刻并深反应离子刻蚀得 到谐振器2结构，完成该硅谐振式压力传感器制作。
本发明提出的基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器的第三种制作方法包括以下步
a. SOI硅片上表面全部或选择性浓硼或浓磷掺杂得到电极一 5、电极二 6、电极三11;
b. SOI硅片氧化，下表面光刻并刻蚀形成压力敏感膜片3，上表面光刻并刻蚀至刻透SOI 内部氧化层，得到谐振器2形状；
c. 氧化并沉积氮化硅，上表面深反应离子刻蚀至去掉凹坑底部的氧化硅和氮化硅复合层 9;
d. 各向异性湿法刻蚀，得到悬空的谐振器2及支撑柱1，漂掉氧化硅和氮化硅，完成该 硅谐振式压力传感器制作。
本发明的有益效果是-
1) 该硅谐振式压力传感器中的谐振子20采用了成熟的梳齿弹性梁结构，因此结 构和版图设计更加方便。而制作工艺由于采用了 SOI或硅硅键合技术，大大降低了整 个工艺流程的复杂程度，提高了成品率，縮短了加工周期；
2) 由于谐振器2所包含的谐振子20采用了水平振动的基于滑膜阻尼的梳齿弹性 梁结构，可以大幅度的减小其振动过程中的阻尼系数，提高其振动的品质因数，减小 封装压力变化对谐振器2的性能影响，因此该硅谐振式压力传感器无须高真空封装， 同时降低了封装漏气对传感器性能的影响；
3) 该硅谐振式压力传感器所采用的差动结构可以抑制共模噪声，增加灵敏度， 从而提高了传感器输出信号的信噪比，降低了外部电路的检测难度。
四.
图1是本发明的基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器结构示意图；图2是本发明提出的基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器的第一种制作方法示意
图3是本发明提出的基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器的第二种制作方法示意
图4是本发明提出的基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器的第三种制作方法示意
图5是实施例一中基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器的俯视图； 图6是实施例二中基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器的俯视图； 图7是实施例三中基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器的俯视图； 图8是实施例四中基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器的俯视图； 图中
l.支撑柱 2.谐振器 3.压力敏感膜片 4.边框 5.电极一 6.电极二 7.硅片一8.硅片二9.氧化层 10.氧化硅和氮化硅复合层 ll.电极三 12.梳齿一13.梳齿二 14.梳齿三 15.弹性梁16.连接端一 17.连接端二 18.连接端三19.质量块20.谐振子21、槽
五.
具体实施例方式
实施例一
参阅图1、图5,该实施例中的基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器主要包括谐振器 2、支撑柱l、压力敏感膜片3及边框4四部分，其中边框4上部与压力敏感膜片3四边相连， 下部与压力敏感膜片3对应位置形成有空腔，使被测气体通过该空腔与压力敏感膜片3相接 触。支撑柱1位于压力敏感膜片3上表面，而谐振器2则通过支撑柱1和边框4悬置于压力 敏感膜片3上表面。
该压力敏感膜片3为正方形结构，且下表面无硅岛。
该支撑柱1对称布置在压力敏感膜片3的对角线上，为四个正方形结构，且四边均与所 述的压力敏感膜片3的四边平行。
该谐振器2包含有一个谐振子20，而该谐振子20为一个水平振动的基于滑膜阻尼的梳 齿弹性梁差动结构，其运动方向与所述的压力敏感膜片3的其中一组对边平行。所述的谐振 子20由电极一5、电极二6、电极三ll、梳齿一12、梳齿二13、梳齿三14、弹性梁15、连 接端一16 、连接端二17、连接端三q8、质量块19共十一部分组成。其中质量块19两端各 连接有一组梳齿三14，并通过两对对称分布的单直弹性梁15与支撑柱1相连。连接端三18末端固定于边框4上表面，并通过其前端的折叠梁结构与支撑柱1相连，同时该连接端18末 端上表面布置有电极三ll。连接端一16末端固定于边框4上表面，前端与梳齿一12相连， 同时该连接端16上表面布置有电极一 5。连接端二 17末端固定于边框4上表面，前端与梳 齿二13相连，同时该连接端17上表面布置有电极二6。
其中所述的梳齿一 12与梳齿三14构成一组梳齿电容，梳齿二 13与另一组梳齿三14构 成另一组梳齿电容。
其中所述的质量块19及连接端一 16 、连接端二 17、连接端三18与压力敏感膜片3表 面相应的区域开有矩形孔阵列。
该实施例中的基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器的工作过程为当外界压力通过 边框4下部的空腔作用于压力敏感膜片3的时候，压力敏感膜片3发生变形，带动支撑柱1 发生偏转，从而改变弹性梁15的内应力，进而改变弹性梁15的刚度，即谐振子20的固有频 率发生变化。将电极一5、电极二6、电极三11分别与外部电路连接引入三路电信号，其中 第一路电信号通过电极一5、连接端一16作用于梳齿一12，第二路电信号通过电极二6、连 接端二17作用于梳齿二13，第三路电信号通过电极三ll、连接端三18、支撑柱l、弹性梁 15、质量块19作用于梳齿三14。通过梳齿电容间的静电激励、电容检测即可得到谐振子20 与外界压力相关的的固有频率信号。
参阅图2，制作本实施例中所述基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器的具体工艺步 骤如下
a. 取S0I硅片，下表面光刻并刻蚀形成压力敏感膜片3，上表面选择性浓硼惨杂得到电 极5、电极二6、电极三ll;
b. SOI硅片上表面光刻并深反应离子刻蚀至SOI内部氧化层，得到谐振器2结构；
c. 氢氟酸释放，将谐振器2悬置，并得到支撑柱l，完成该硅谐振式压力传感器制作。
实施例二
参阅图1、图6，本实施例中基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器主要包括谐振器2、 支撑柱l、压力敏感膜片3及边框4四部分，其中边框4上部与压力敏感膜片3四边相连， 下部与压力敏感膜片3对应位置形成有空腔，使被测气体通过该空腔与压力敏感膜片3相接 触。支撑柱1位于压力敏感膜片3上表面，而谐振器2则通过支撑柱1和边框4悬置于压力 敏感膜片3上表面。该压力敏感膜片3为正方形结构，且下表面无硅岛。
该支撑柱1对称布置在压力敏感膜片3的中心对称轴上，为四个正方形结构，且四边均 与所述的压力敏感膜片3的四边成45度角。
该谐振器2包含有一个谐振子20，而该谐振子20为一个水平振动的基于滑膜阻尼的梳 齿弹性梁差动结构，其运动方向与所述的压力敏感膜片3的四边成45度角。所述的谐振子 20由电极一 5、电极二 6、电极三11、梳齿一 12、梳齿二 13、梳齿三14、弹性梁15、连接 端一16 、连接端二17、连接端三18、质量块19共十一部分组成。其中质量块19两端各连 接有三组梳齿三14，并通过两对对称分布的双直弹性梁15与支撑柱1相连。连接端18末端 固定于边框4上表面，并通过其前端的折叠梁结构与支撑柱1相连，同时该连接端18末端上 表面布置有电极三n。连接端一16末端固定于边框4上表面，前端与三组梳齿一12相连， 同时该连接端16上表面布置有电极一 5。连接端二 17末端固定于边框4上表面，前端与三 组梳齿二 13相连，同时该连接端17上表面布置有电极二 6。
其中所述的三组梳齿一 12分别与三组梳齿三14构成三组梳齿电容，三组梳齿二 13分别 与另三组梳齿三14构成另三组梳齿电容。
其中所述的质量块19及连接端一 16 、连接端二 17、连接端三18与压力敏感膜片3表 面相应的区域开有六边形孔阵列。
本实施例中基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器的工作过程为当外界压力通过边 框4下部的空腔作用于压力敏感膜片3的时候，压力敏感膜片3发生变形，带动支撑柱l发 生偏转，从而改变弹性梁15的内应力，进而改变弹性梁15的刚度，即谐振子20的固有频率 发生变化。将电极一5、电极二6、电极三11分别与外部电路连接引入三路电信号，其中第 一路电信号通过电极一5、连接端一16作用于三组梳齿一12，第二路电信号通过电极二6、 连接端二17作用于三组梳齿二13，第三路电信号通过电极三ll、连接端三18、支撑柱l、 弹性梁15、质量块19作用于六组梳齿三14。通过梳齿电容间的静电激励、电容检测即可得 到谐振子20与外界压力相关的的固有频率信号。
参阅图3，制作本实施例中基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器的具体工艺步骤如
下
a-取双面抛光硅片一7，上表面光刻并刻蚀形成槽21，下表面光刻并刻蚀形成压力敏感 膜片3;
'b.取双面抛光硅片二8，对硅片二8进行氧化，两硅片进行硅硅键合，并对硅片二8上表面进行减薄；
c.上表面选择性浓硼掺杂得到电极5、电极二6、电极三ll，同时上表面沉积金属并图 形化进一步完善电极，最后上表面光刻并深反应离子刻蚀得到谐振器2结构，完成该 硅谐振式压力传感器制作。
实施例三
参阅图1、图7，本实施例中基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器主要包括谐振器2、 支撑柱l、压力敏感膜片3及边框4四部分，其中边框4上部与压力敏感膜片3四边相连， 下部与压力敏感膜片3对应位置形成有空腔，使被测气体通过该空腔与压力敏感膜片3相接 触。支撑柱1位于压力敏感膜片3上表面，而谐振器2则通过支撑柱1和边框4悬置于压力 敏感膜片3上表面。
该压力敏感膜片3为正方形结构，且下表面有多边形硅岛。
该支撑柱1对称布置在压力敏感膜片3的中心对称轴上，为四个正方形结构，且四边均 与所述的压力敏感膜片3的四边平行。
该谐振器2包含有两个谐振子20，而每个谐振子20均为水平振动的基于滑膜阻尼的梳 齿弹性梁结构，其运动方向均与所述的压力敏感膜片3的其中一组对边平行。所述的每个谐 振子20均由电极一5、电极二6、.电极三11、梳齿一 12、梳齿二 13、梳齿三14、弹性梁15、 连接端一16 、连接端二17、连接端三18、质量块19共十一部分组成。其中质量块19两端 各连接有一组梳齿三14，并分别通过两对对称分布的双直弹性梁15与支撑柱1相连。连接 端18末端固定于边框4上表面，并通过其前端的折叠梁结构与支撑柱1相连，同时该连接端 18末端上表面布置有电极三11。连接端一16末端固定于边框4上表面，前端与梳齿一12相 连，同时该连接端一16上表面布置有电极一5。连接端二 17末端固定于边框4上表面，前 端与梳齿二 13相连，同时该连接端17上表面布置有电极二 6。
其中所述的每个谐振子20中，梳齿一12与梳齿三14构成一组梳齿电容，梳齿二13与 梳齿三14构成另一组梳齿电容。
其中所述的质量块19及连接端一 16 、连接端二 17、连接端三18与压力敏感膜片3表 面相应的区域开有三角形孔阵列。
本实施例中基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器的工作过程为当外界压力通过边 框4下部的空腔作用于压力敏感膜片3的时候，压力敏感膜片3发生变形，带动支撑柱1发 生偏转，从而改变弹性梁15的内应力，进而改变弹性梁15的刚度，即两个谐振子20的固有频率发生变化。将两个谐振子20所对应的两个电极一5、 一个电极二6、两个电极三ll分别 与外部电路连接引入五路电信号，其中第一路电信号通过左侧谐振子20的电极一5、连接端 一 16作用于左侧梳齿一12，第二路电信号通过左侧谐振子20的电极三11、连接端三18、 支撑柱1、弹性梁15、质量块19作用于左侧谐振子20的两组梳齿三14，第三路电信号通过 电极二 6、连接端二 17作用于两组梳齿二 13，第四路电信号通过右侧谐振子20的电极三11、 连接端三18、支撑柱1、弹性梁15、质量块19作用于右侧谐振子20的两组梳齿三14，第 五路电信号通过右侧谐振子20的电极一 5、连接端一 16作用于右侧梳齿一 12。通过两个谐 振子20内部梳齿电容间的静电激励、电容检测即可得到该谐振子20与外界压力相关的的固 有频率信号。
参阅图4，制作本实施例中所述基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器的具体工艺步 骤如下
a. SOI硅片上表面全部浓硼掺杂得到电极5、电极二 6和电极三11;
b. SOI硅片氧化，下表面光刻并刻蚀形成压力敏感膜片3，上表面光刻并刻蚀至刻透SOI 内部氧化层，得到谐振器2形状；
c. 氧化并沉积氮化硅，上表面深反应离子刻蚀至去掉凹坑底部的氧化硅和氮化硅复合层 9;
d. 各向异性湿法刻蚀，得到悬空的谐振器2及支撑柱1，漂掉氧化硅和氮化硅，完成该 硅谐振式压力传感器制作。
实施例四-
参阅图1、图8，本实施例中所述基于滑膜阻尼的硅谐振式压力传感器主要包括谐振器2、 支撑柱1、压力敏感膜片3及边框4四部分，其中边框4上部与压力敏感膜片3四边相连， 下部与压力敏感膜片3对应位置形成有空腔，使被测气体通过该空腔与压力敏感膜片3相接 触。支撑柱1位于压力敏感膜片3上表面，而谐振器2则通过支撑柱1和边框4悬置于压力 敏感膜片3上表面。
该压力敏感膜片3为正方形结构，且下表面无硅岛。
该支撑柱1对称布置在压力敏感膜片3的对角线上，为四个正方形结构，且四边均与所 述的压力敏感膜片3的四边平行。
该谐振器2包含有两个谐振子20，而每个谐振子20均为水平振动的基于滑膜阻尼的梳 齿弹性梁结构，其运动方向与所述的压力敏感膜片3的四边成45度角。所述的每个谐振子20均由电极一5、电极二6、电极三ll、梳齿一12、梳齿二13、梳齿三14、弹性梁15、连 接端一16 、连接端二17、连接端三18、质量块19共十一部分组成。其中质量块19两端各 连接有一组梳齿三14，并分别通过两对对称分布的单直弹性梁15与支撑柱1相连。连接端 18末端固定于边框4上表面，并通过其前端的折叠梁结构与支撑柱1相连，同时该连接端18 末端上表面布置有电极三11。连接端一 16末端固定于边框4上表面，前端与梳齿一 12相连， 同时该连接端16上表面布置有电极一 5。连接端二 17末端固定于边框4上表面，前端与梳 齿二13相连，同时该连接端17上表面布置有电极二6。
其中所述的每个谐振子20中，梳齿一 12与梳齿三14构成一组梳齿电容，梳齿二 13与 梳齿三14构成另一组梳齿电容。
其中所述的质量块19及连接端一 16 、连接端二 17、连接端三18与压力敏感膜片3表 面相应的区域开有三角形孔阵列。
本实施例中所述基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器的工作过程为当外界压力通 过边框4下部fe]空腔作用于压力敏感膜片3的时候，压力敏感膜片3发生变形，带动支撑柱 l发生偏转，从而改变弹性梁15的内应力，进而改变弹性梁15的刚度，即两个谐振子20的 固有频率发生变化。将两个谐振子20所对应的两个电极一5、两个电极二6、两个电极三ll 分别与外部电路连接引入六路电信号，其中第一路电信号通过左下侧谐振子20的电极一5、 连接端一 16作用于左下侧谐振子20的梳齿一 12，第二路电信号通过左下侧谐振子20的电 极三11、连接端三18、支撑柱1、弹性梁15、质量块19作用于左侧谐振子20的两组梳齿 三14，第三路电信号通过左下侧谐振子20的电极二6、连接端二17作用于左下侧谐振子20 的梳齿二13，第四路电信号通过右上侧谐振子20的电极二6、连接端二 17作用于右上侧谐 振子20的梳齿二13，第五路电信号通过右上侧谐振子20的电极三11、连接端三18、支撑 柱l、弹性梁15、质量块19作用于右上侧谐振子20的两组梳齿三14，第六路电信号通过右 上侧谐振子20的电极一 5、连接端一 16作用于右上侧谐振子20的梳齿一 12。通过两个谐振 子20内部梳齿电容间的静电激励、电容检测即可得到该谐振子20与外界压力相关的的固有 频率信号。
参阅图2，制作本实施例中所述基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器的具体工艺步 骤如下
a.取S0I硅片，下表面光刻并刻蚀形成压力敏感膜片3，上表面选择性浓硼掺杂得到电 极5、电极二6、电极三ll;b. SOI硅片上表面光刻并深反应离子刻蚀至SOI内部氧化层，得到谐振器2结构；
C.氢氟酸释放，将谐振器2悬置，并得到支撑柱l，完成该硅谐振式压力传感器制作。
权利要求
1.一种基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器，包括谐振器(2)、支撑柱(1)、压力敏感膜片(3)及边框(4)，所述的边框(4)上部与压力敏感膜片(3)四边相连，下部与压力敏感膜片(3)对应位置形成有空腔，使被测气体通过该空腔与压力敏感膜片(3)相接触，支撑柱(1)位于压力敏感膜片(3)上表面，而谐振器(2)则通过支撑柱(1)和边框(4)悬置于压力敏感膜片(3)上表面，其特征在于所述的支撑柱(1)位于压力敏感膜片(3)对角线或中心对称轴上；所述的谐振器(2)包含有一个或多个谐振子(20)，谐振子(20)为一个水平振动的基于滑膜阻尼的梳齿弹性梁结构，其运动方向与所述的压力敏感膜片(3)的其中一组对边平行或成45度角；每个谐振子(20)由电极一(5)、电极二(6)、电极三(11)、梳齿一(12)、梳齿二(13)、梳齿三(14)、弹性梁(15)、连接端一(16)、连接端二(17)、连接端三(18)、质量块(19)共十一部分组成；其中质量块(19)两端各连接有一组或多组梳齿三(14)，并通过弹性梁(15)与支撑柱(1)相连；连接端(18)末端固定于边框(4)上表面，并通过其前端的折叠梁结构与支撑柱(1)相连，同时该连接端(18)末端上表面布置有电极三(11)；连接端一(16)末端固定于边框(4)上表面，前端与梳齿一(12)相连，同时该连接端(16)上表面布置有电极一(5)；连接端二(17)末端固定于边框(4)上表面，前端与梳齿二(13)相连，同时该连接端(17)上表面布置有电极二(6)；所述的梳齿一(12)与梳齿三(14)构成一组或多组梳齿电容，所述的梳齿二(13)与梳齿三(14)也构成另一组或多组梳齿电容；所述的质量块(19)及连接端一(16)、连接端二(17)、连接端三(18)与压力敏感膜片(3)表面相应的区域开有孔的阵列。
2. —种如权利要求1所述的基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器，其特征在于 所述的压力敏感膜片(3)下表面制作一个或多个硅岛。
3. —种如权利要求2所述的基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器，其特征在于 所述的压力敏感膜片(3)、支撑柱(1)和硅岛的形状为正方形、矩形、多边形 或圆形。
4. 一种如权利要求1所述的基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器，其特征在于-所述的质量块(19)及连接端一 (16)、连接端二 (17)、连接端三(18)与压力 敏感膜片(3)表面相应的区域开有的孔阵列，孔形状为矩形、三角形、圆形、多边形或者其任意组合形状。
5. —种如权利要求1所述的基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器，其特征在于 所述的弹性梁(15)为直梁、弯梁或折叠梁。
6. —种如权利要求1所述的基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器的第一种制作 方法，其特征在于包括如下步骤a. 取SOI硅片，下表面光刻并刻蚀形成压力敏感膜片(3)，上表面全部或 选择性浓硼或浓磷掺杂得到电极一 (5)、电极二 (6)、电极三(11)，同时上表 面可以选择沉积金属并图形化进一步完善电极；b. SOI硅片上表面光刻并深反应离子刻蚀至SOI内部氧化层，得到谐振器(2)结构；c. 氢氟酸或氢氟酸混合溶液释放，将谐振器(2)悬置，并得到支撑柱(1)， 完成该硅谐振式压力传感器制作。
7. —种如权利要求1所述的基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器的第二种制作方法，其特征在于包括如下步骤a. 取双面抛光硅片一 (7)，上表面光刻并刻蚀形成槽(21)，下表面光刻并 刻蚀形成压力敏感膜片(3); 'b. 取双面抛光或下表面单面抛光硅片二 (8)，对硅片一 (7)或硅片二 (8) 进行氧化，两硅片进行硅硅键合，并对硅片二 (8)上表面进行减薄；c. 上表面全部或选择性浓硼或浓磷掺杂得到电极一 (5)、电极二 (6)、电极 三(ll)，同时上表面可以选择沉积金属并图形化进一步完善电极，最后上表面 光刻并深反应离子刻蚀得到谐振器(2)结构，完成该硅谐振式压力传感器制作。
8. —种如权利要求1所述的基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器的第三种制作方法，其特征在于包括如下步骤a. S0I硅片上表面全部或选择性浓硼或浓磷掺杂得到电极一(5)、电极二(6)、 电极三(11);b. SOI硅片氧化，下表面光刻并刻蚀形成压力敏感膜片(3)，上表面光刻并 刻蚀至刻透SOI内部氧化层，得到谐振器(2)形状；c. 氧化并沉积氮化硅，上表面深反应离子刻蚀至去掉凹坑底部的氧化硅和氮化硅复合层(9);d. 各向异性湿法刻蚀，得到悬空的谐振器(2)及支撑柱(1)，漂掉氧化硅 和氮化硅，完成该硅谐振式压力传感器制作。
全文摘要
本发明公开了一种基于滑膜差动结构的硅谐振式压力传感器及其制作方法，属于传感器技术领域。该硅谐振式压力传感器主要包括谐振器2、支撑柱1、压力敏感膜片3及边框4四部分，其中边框4上部与压力敏感膜片3四边相连，下部与压力敏感膜片3对应位置形成有空腔，使被测气体通过该空腔与压力敏感膜片3相接触。支撑柱1位于压力敏感膜片3上表面，而谐振器2则通过支撑柱1和边框4悬置于压力敏感膜片3上表面。该硅谐振式压力传感器不仅简化了制作工艺和版图设计，避免了高真空封装，降低了封装漏气对传感器性能的影响，而且所采用的差动结构可以抑制共模噪声，增加灵敏度，提高了传感器输出信号的信噪比，降低了外部电路的检测难度。
文档编号G01L1/10GK101614604SQ20091002332
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月14日 优先权日2009年7月14日
发明者乔大勇, 森 任, 吕湘连, 王玉朝, 苑伟政 申请人:西北工业大学