MEMS传感器及其制备方法与流程

技术特征：
1.一种mems传感器，其特征在于，包括第一衬底、第二衬底及位于所述第一衬底和所述第二衬底之间的支撑结构，所述第一衬底的正面与所述第二衬底的正面相对，所述支撑结构与所述第一衬底和所述第二衬底共同围合成一密闭的空腔；所述空腔内具有若干电极组，每个电极组包括两个第一电极层及一个第二电极层，所述第一电极层固定于所述第一衬底的正面，所述第二电极层固定于所述第二衬底的正面且与所述第一电极层位于不同层，每个所述电极组中的两个所述第一电极层与对应的所述第二电极层在所述第一衬底的表面上的投影均具有重叠部分；当所述第二衬底的背面受到压力时，所述第二电极层形变，两个所述第一电极层与对应的所述第二电极层之间的距离沿相反方向变化。2.如权利要求1所述的mems传感器，其特征在于，每个所述电极组中的两个所述第一电极层与所述第一衬底的中心之间的距离不同，以使所述第二电极层形变时，一个所述第一电极层与对应的所述第二电极层之间的距离增加，另一个所述第一电极与对应的所述第二电极层之间的距离减小。3.如权利要求1所述的mems传感器，其特征在于，若干所述电极组沿所述空腔的中心周向均匀分布。4.如权利要求1所述的mems传感器，其特征在于，所述空腔内具有4个所述电极组。5.如权利要求1～4中任一项所述的mems传感器，其特征在于，在每个所述电极组中，所述第二电极层较两个所述第一电极层更靠近所述第二衬底，所述第二电极层与两个所述第一电极层分别构成一个检测电容；以及，当所述第二电极层形变时，两个所述检测电容的容值沿相反方向变化，以输出差分信号。6.如权利要求5所述的mems传感器，其特征在于，每个所述电极组中的两个所述第一电极层位于同层且与所述第二电极层在所述第一衬底的表面上的投影的重叠面积相等，以使两个所述检测电容的容值相等。7.如权利要求6所述的mems传感器，其特征在于，所有所述第一电极层的形状和面积均相等；和/或，所有所述第二电极层的形状和面积均相等。8.如权利要求1所述的mems传感器，其特征在于，每个所述第一电极层分别通过一个第一导电连接结构固定在所述第一衬底上，所述第一导电连接结构包括第一导电柱及第一导电条，所述第一导电条覆盖所述第一衬底的部分正面，所述第一导电柱的两端分别与所述第一导电条及所述第一电极层电性连接。9.如权利要求8所述的mems传感器，其特征在于，所述第一导电连接结构位于对应的所述第一电极层的下方。10.如权利要求9所述的mems传感器，其特征在于，所述第一衬底的正面具有一第一支撑层，所述第一支撑层覆盖所述第一导电条及所述第一衬底的正面，所述第一电极层位于所述第一支撑层上，所有所述第一导电柱均贯穿所述第一支撑层且两端分别与对应的所述第一导电条及对应的所述第一电极层电性连接。11.如权利要求9所述的mems传感器，其特征在于，所述第二电极层内具有若干释放孔。12.如权利要求8所述的mems传感器，其特征在于，每个所述电极组中的两个所述第一导电连接结构位于对应的两个所述第一电极层之间的区域，且两个所述第一导电连接结构
靠近排布。13.如权利要求12所述的mems传感器，其特征在于，所述第一电极层及所述第二电极层内均具有若干释放孔。14.如权利要求1所述的mems传感器，其特征在于，所有的所述第二电极层通过一个第二导电连接结构固定在所述第二衬底上，所述第二电极层围绕所述第二导电连接结构设置，所述第二导电连接结构包括第二导电柱、第二导电条及固定层，所述第二导电条覆盖所述第二衬底的部分正面，所述固定层与所述第二电极层位于同层且彼此连接，所述第二导电柱的两端分别与所述第二导电条及所述固定层电性连接。15.如权利要求14所述的mems传感器，其特征在于，所述第二电极层与所述固定层之间通过第一柔性连接件连接，相邻的两个所述第二电极层之间通过第二柔性连接件连接，所述第二电极层沿对应的两个第二柔性连接件之间的虚拟连线扭摆以形变。16.如权利要求15所述的mems传感器，其特征在于，所述第二电极层、所述第一柔性连接件、所述第二柔性连接件以及所述固定层的材质相同，为一体结构，且同步制备而成。17.如权利要求16所述的mems传感器，其特征在于，所述第一柔性连接件包括第一固定部分、第二固定部分以及位于所述第一固定部分和所述第二固定部分之间的柔性部分，所述第一固定部分与所述第二电极层固定并电性连接，所述第二固定部分与所述固定层固定并电性连接，所述柔性部分能够形变。18.如权利要求16所述的mems传感器，其特征在于，所述第二柔性连接件为弹力梁，所述弹力梁的两端分别与相邻的两个所述第二电极层连接。19.如权利要求18所述的mems传感器，其特征在于，所述弹力梁包括一段或至少两段一字型的悬梁，相邻的两段悬梁之间不平行。20.如权利要求14所述的mems传感器，其特征在于，相邻的两个所述第二电极层之间还具有限位件，所述限位件与对应的两个所述第二电极层之间均具有间隙。21.如权利要求20所述的mems传感器，其特征在于，所述第二电极层与所述限位件的材质相同，且同步制备而成。22.如权利要求15所述的mems传感器，其特征在于，所述第一衬底的正面还具有若干压点，在所有所述第一电极层中，位置相对应的所述第一电极层彼此电性连接后与对应的所述压点电性连接，所有的所述第二电极层彼此电性连接后与对应的所述压点电性连接。23.如权利要求22所述的mems传感器，其特征在于，所述第一衬底的正面具有一外围区域，所述压点位于所述外围区域中，所述外围区域位于所述空腔外，所述第二衬底具有露出所述外围区域的开口。24.如权利要求22或23所述的mems传感器，其特征在于，所述空腔内还具有至少一个第三导电连接结构，所述第三导电连接结构包括第三导电条、第四导电条及第三导电柱，所述第三导电条覆盖所述第一衬底的部分正面并与对应的所述压点电性连接，所述第四导电条覆盖所述第二衬底的部分正面并至少与一个所述第二电极层电性连接，所述第三导电柱的两端分别与所述第三导电条及所述第四导电条电性连接。25.如权利要求24所述的mems传感器，其特征在于，所述第二柔性连接件与所述第三导电柱之间通过第三柔性连接件连接。26.如权利要求1所述的mems传感器，其特征在于，所述支撑结构包括第二支撑层、第三
支撑层及导电键合层，所述第二支撑层形成于所述第一衬底的正面，所述第三支撑层形成于所述第二衬底的正面，所述导电键合层位于所述第二支撑层与所述第三支撑层之间以将所述第二支撑层及所述第三支撑层键合。27.如权利要求26所述的mems传感器，其特征在于，所述第二支撑层与所述第三支撑层之间还具有高度调整柱，所述高度调整柱呈环形并位于所述导电键合层的内环面内。28.如权利要求1所述的mems传感器，其特征在于，所述mems传感器为力量传感器。29.一种mems传感器的制备方法，其特征在于，包括：提供第一衬底及第二衬底，在所述第一衬底的正面固定至少两个第一电极层，在所述第二衬底的正面固定至少一个第二电极层；以及，利用所述第一衬底和所述第二衬底之间的支撑结构将所述第一衬底的正面与所述第二衬底的正面键合，所述支撑结构与所述第一衬底和所述第二衬底共同围合成一密闭的空腔，在所述空腔内，所述第一电极层与所述第二电极层位于不同层且相对应的两个第一电极层及一个第二电极层构成一个电极组，每个所述电极组中的两个所述第一电极层与一个所述第二电极层在所述第一衬底的表面上的投影均具有重叠部分，当所述第二衬底的背面受到压力时，所述第二电极层形变，两个所述第一电极层与对应的所述第二电极层之间的距离沿相反方向变化。30.如权利要求29所示的mems传感器的制备方法，其特征在于，在所述第一衬底的正面固定至少两个所述第一电极层的步骤包括：在所述第一衬底的正面形成第一导电层，并对第一导电层进行图形化以形成电性隔离的第一导电条及第三导电条；在所述第一导电层上形成第一支撑层，并在所述第一支撑层中形成若干第一通孔，一部分所述第一通孔暴露出所述第一导电条，另一部分所述第一通孔暴露出所述第三导电条；在所述第一支撑层上形成第一电极材料层，所述第一电极材料层填充所述第一通孔的部分构成第一导电柱和第一子导电柱，所述第一导电柱的一端与对应的所述第一导电条电性连接，所述第一子导电柱的一端与所述第三导电条电性连接；以及，对所述第一电极材料层进行图形化以形成彼此电性隔离所述第一电极层，所述第一导电柱的另一端与所述第一电极层电性连接，所述第一导电柱与所述第一导电条共同构成第一导电连接结构。31.如权利要求30所示的mems传感器的制备方法，其特征在于，每个所述电极组中的两个所述第一导电连接结构位于对应的两个所述第一电极层之间的区域，且两个所述第一导电连接结构靠近排布；在对所述第一电极材料层进行图形化以形成所述第一电极层时，还在所述第一电极层内形成了第二释放孔，通过所述第二释放孔以及相邻的所述第一电极层之间的间隙释放所述第一支撑层。32.如权利要求30或31所示的mems传感器的制备方法，其特征在于，在所述第二衬底的正面固定至少一个所述第二电极层的步骤包括：在所述第二衬底的正面形成第二导电层，并对所述第二导电层进行图形化以形成第二导电条及第四导电条；在所述第二导电层上形成第四支撑层，并在所述第四支撑层中形成若干第二通孔，一
部分所述第二通孔暴露出所述第二导电条，另一部分所述第二通孔暴露出所述第四导电条；在所述第四支撑层上形成第二电极材料层，所述第二电极材料层填充所述第二通孔的部分构成第二导电柱和第二子导电柱，所述第二导电柱的一端与所述第二导电条电性连接，所述第二子导电柱的一端与所述第四导电条电性连接；对所述第二电极材料层进行图形化以形成所述第二电极层、固定层、第一柔性连接件、第二柔性连接件及限位件，所述第二导电柱的另一端与所述固定层电性连接，所述第二导电柱、所述第二导电条及所述固定层共同构成第二导电连接结构，所述第一柔性连接件位于所述固定层与所述第二电极层之间，以连接所述固定层与所述第二电极层，所述第二柔性连接件位于相邻的两个所述第二电极层之间，以连接相邻的两个所述第二电极层，所述限位件位于相邻的两个所述第二电极层之间且与对应的两个所述第二电极层之间均具有间隙；以及，释放所述第四支撑层。33.如权利要求29所述的mems传感器的制备方法，其特征在于，对所述第二电极材料层进行图形化时，还在所述第二电极层内形成若干第一释放孔，通过所述第一释放孔以及相邻的所述第二电极层之间的间隙释放所述第四支撑层。34.如权利要求32所述的mems传感器的制备方法，其特征在于，在所述第一电极材料层和所述第二电极材料层的边缘部分上以及所述第一子导电柱和所述第二子导电柱的顶部形成导电键合材料；在所述第一衬底的正面固定所述第一电极层以及在所述第二衬底的正面固定所述第二电极层之后，利用所述导电键合材料将所述第一衬底的正面与所述第二衬底的正面键合；以及，所述第一子导电柱与对应的所述第二子导电柱通过其顶部的导电键合材料电性连接并构成第三导电柱，所述第三导电柱与对应的所述第三导电条和所述第四导电条构成第三导电连接结构，所述第一电极材料层和所述第一支撑层的边缘部分构成所述第二支撑层，所述第二电极材料层和所述第四支撑层的边缘部分构成所述第三支撑层，所述第一电极材料层和所述第二电极材料层的边缘部分上的导电材料键合材料构成所述导电键合层。

技术总结
本发明提供了一种MEMS传感器及其制备方法，当第二衬底的背面受到压力时，第二电极层形变，两个第一电极层与对应的第二电极层之间的距离沿相反方向变化，通过检测第二电极层分别与两个第一电极层构成的检测电容的容值之差即可确定外部施加的压力大小，实现压力检测。测。测。


技术研发人员：汪建平 胡铁刚
受保护的技术使用者：杭州士兰微电子股份有限公司
技术研发日：2021.07.26
技术公布日：2021/11/4