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专利号: 2017112642205
申请人: 苏州科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2026-04-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种MEMS气体压力敏感元件,其特征在于:包括衬底(1)、电容器上极板(5)、电容器下极板(6)、上极板上电极(5a)和下极板上电极(6a),所述衬底(1)上具有一SiO2绝缘层(2),此SiO2绝缘层(2)上表面具有所述电容器下极板(6)和间隔分布的上极板导电层(9)、下极板导电层(10),所述上极板导电层(9)由电导通的上极板导电条(5c)和上极板下电极(5b)组成,所述下极板导电层(10)由电导通的下极板导电条(6c)和下极板下电极(6b)组成,所述电容器下极板(6)与下极板导电层(10)电连接;

一Si3N4绝缘薄层(3)覆盖于上极板导电层(9)、电容器下极板(6)、下极板导电层(10)各自表面,所述电容器上极板(5)位于Si3N4绝缘薄层(3)上方,且电容器上极板(5)的边缘区域与Si3N4绝缘薄层(3)之间间隔地设置有若干个上极板支撑柱(5e),从而在电容器上极板(5)与位于电容器下极板(6)表面的Si3N4绝缘薄层(3)区域之间形成一空腔(8);

所述Si3N4绝缘薄层(3)开有上极板导电柱通孔(7b)、上极通孔和下极通孔,一上极板导电柱(5d)下端位于上极板导电柱通孔(7b)内上极板导电柱(5d)上端与电容器上极板(5)连接,所述上极板上电极(5a)覆盖于上极通孔底部和侧壁并与上极板下电极(5b)电接触,且上极板上电极(5a)延伸至位于上极通孔周边的Si3N4绝缘薄层(3)区域,所述下极板上电极(6a)覆盖于下极通孔底部和侧壁并与下极板下电极(6b)电接触,且下极板上电极(6a)延伸至位于下极通孔周边的Si3N4绝缘薄层(3)区域,一密封环(4)包覆上极板支撑柱(5e)并位于电容器上极板(5)边缘区与Si3N4绝缘薄层(3)之间,所述上极板导电柱通孔(7b)位于上极板导电层(9)与电容器下极板(6)之间的间隙内,所述电容器上极板(5)、电容器下极板(6)、上极板上电极(5a)和下极板上电极(6a)材料为金属、掺杂多晶硅或者掺杂砷化镓。

2.根据权利要求1所述的MEMS气体压力敏感元件,其特征在于:所述衬底(1)为硅衬底、玻璃衬底、锗衬底或者砷化镓衬底。

3.根据权利要求1所述的MEMS气体压力敏感元件,其特征在于:所述电容器上极板(5)、电容器下极板(6)、上极板上电极(5a)和下极板上电极(6a)采用溅射或者电镀工艺获得。

4.根据权利要求1所述的MEMS气体压力敏感元件,其特征在于:所述SiO2绝缘层(2)和Si3N4绝缘薄层(3)采用CVD或LPCVD方法制备获得。

5.根据权利要求1所述的MEMS气体压力敏感元件,其特征在于:所述SiO2绝缘层(2)和Si3N4绝缘薄层(3)采用CVD或LPCVD方法制备获得。

6.一种用于制备权利要求1所述的MEMS气体压力敏感元件的制造工艺,其特征在于:包括以下步骤:

步骤一、在衬底(1)表面高温氧化生长一层SiO2绝缘层(2),用于隔离衬底(1)和元件;

步骤二、在SiO2绝缘层(2)上溅射一层Cu薄膜,厚度为0.5μm,涂光刻胶,经曝光、显影、刻蚀形成电容器下极板(6)、下极板导电条(6c)、下极板下电极(6b)、上极板下电极(5b)和上极板导电条(5c);

步骤三、采用LPCVD方法生长一层厚度为0.2μm的Si3N4绝缘薄层(3),并在相应位置刻蚀掉Si3N4层形成窗口以露出下极板下电极(6b)、上极板下电极(5b)和上极板导电条(5c),Si3N4绝缘薄层(3)的作用是防止电容器上极板在气体压力作用下形变与下极板接触而短路;

步骤四、涂布一层厚度为1μm的BPSG牺牲层(7),刻蚀出四个上极板支撑柱通孔(7a)和1个上极板导电柱通孔(7b);其中上极板支撑柱通孔(7a)刻蚀至露出Si3N4绝缘薄层(3),而上极板导电柱通孔(7b)刻蚀至露出上极板导电条(5c);

步骤五、在BPSG牺牲层(7)上电镀一层Cu薄膜,厚度为0.5μm,并刻蚀出圆片状的电容器上极板(5);

步骤六、去除BPSG牺牲层(7)后,显示出四根上极板支撑柱(5e)和1根上极板导电柱(5d),四根支撑柱支撑上极板边缘使之成为圆周固支中间架空的结构,此外四根支撑柱之间存在空隙,牺牲层去除液容易渗透进去并去除掉上极板下方的牺牲层,使得在电容器上极板(5)和Si3N4绝缘薄层(3)之间形成空腔(8)结构;

步骤七、涂布2μm厚度的LTO层,通过曝光、显影、刻蚀等工艺在电容器上极板(5)圆周环套一个LTO密封环,密封环的作用是使得上极板5和Si3N4绝缘薄层(3)之间的空腔(8)密封并使之保持一个固定数值的参考压强;

步骤八、在Si3N4绝缘薄层(3)的窗口上溅射厚度为0.5μm的Cu薄膜并刻蚀出上极板上电极(5a)和下极板上电极(6a),即得到所述MEMS气体压力敏感元件。