单片单晶硅微机械加工的电容式压力传感器

摘要

一种微机械加工的电容式压力传感器，其结构主要包括：单晶硅衬底；处于单晶硅衬底表面，起电容器弹性电极作用的外延单晶硅层；处于单晶硅衬底边缘表面的外延单晶硅框架；覆盖外延单晶硅框架表面的介质薄膜；由外延单晶硅框架支持，起电容器固定电极作用的外延单晶硅层；由外延单晶硅框架所围绕，处于两外延单晶硅层之间的空洞夹层。传感器的制造采用多孔硅选择性形成，多孔硅上外延生长，以及多孔硅选择性腐蚀等技术。由于器件为全单晶硅结构，器件性能可以得到很大改进，制造成本也能大幅度降低。

说明书

                        技术领域

本发明是关于微机械加工的电容式压力传感器，特别是关于其结构基于外延单晶硅平板电容器，其制造僅涉及单一单晶硅片加工的电容式压力传感器。

                        技术背景

压力传感器应用的范围非常广泛，包括石化、液压、食品、医药、机械、冶金、采矿，电器，以及医疗仪器等，几乎遍及各个行业。

电容式压力传感器的构成一般为两块平行平板电极由一空洞夹层分隔，其中一块电极为刚性薄膜，另一块电极为弹性薄膜。在外部压力作用下，弹性薄膜发生形变，从而改变两电极之间的距离，使电容器的电容发生变化，而这种变化与作用压力成比例关系，因而可以通过测定电容推算压力。

早期电容式压力传感器的弹性薄膜为金属薄膜，其电容器结构采用传统的机械加工的方式完成。后来发展出集成电路制造技术和微机械加工技术，并在此基础上推出了微机械加工的压力传感器，包括压阻式压力传感器和电容式压力传感器。压阻式压力传感器的缺点是温度特性差，而电容式压力传感器的优点正好是温度特性好，因而电容式压力传感器日渐取代压阻式压力传感器应用于对温度特性要求比较严格的各个领域。

最早出现的微机械加工的电容式压力传感器为两片结构，即除硅片外还要用到派勒克斯玻璃片，弹性电极由部分硅片减薄形成，固定电极由在玻璃片上沉积金属薄膜形成，然后通过阳极键合，使硅片与玻璃片相互黏结，并在两电极之间形成空洞夹层。硅片减薄采用KOH腐蚀，薄片厚度的控制采用三种方法：一是对硅片进行高浓度硼掺杂阻止KOH对其腐蚀；二是控制腐蚀时间以保留一定厚度的硅层不被腐蚀；三是采用SOI硅片，其中的二氧化硅埋层将硅片分隔成厚层和薄层两部分，在用KOH腐蚀掉厚层后进一步腐蚀就被二氧化硅埋层所阻止，因而可以将薄层保留下来。这种结构的电容式压力传感器存在不少问题：一是除了用硅片外还要用派勒克斯玻璃，增加材料成本；二是除了对硅片加工外还要对玻璃片加工，增加制造成本；三是硅片上供KOH腐蚀的开口宽度总是比弹性硅膜的宽度大，如硅片厚度为400微米，则开口宽度比弹性硅膜的宽度至少要大560微米，从而导致减少硅片的利用率和硅片的单片产出率；四是硅片和玻璃片的热膨胀系数之差造成附加在弹性硅膜上的热应力，使传感器的特性在长期使用过程中不断退化。

晚些时候也出现单片结构的电容式绝对压力传感器，该类传感器的弹性薄膜一般为低压化学气相沉积(LPCVD)的多晶硅薄膜，其下同时沉积有LPCVD二氧化硅薄膜，腐蚀二氧化硅薄膜后形成空洞夹层，并使多晶硅薄膜悬空而具有弹性，固定电极则直接形成于硅片之上。这种结构的电容式压力传感器也有一些问题不好解决：一是多晶硅容易产生蠕动，影响器件的长期稳定性；二是多晶硅薄膜是在硅片上沉积的，存在生长热应力，影响器件的灵敏度；三是多晶硅薄膜的厚度通常限定于2微米，器件的量程范围难以扩充；四是微结构暴露在外，容易损坏，特别是在切片过程中经不起喷水清洗。

上述结构也被改成电容式差分压力传感器，其方法是在多晶硅薄膜中开众多小孔，让流体从中穿过，使其不受流体压力作用，成为固定电极，而将硅片的部分区域腐蚀成薄膜，使其承受流体压力，成为弹性电极。很显然，这种结构的电容式压力传感器并没有解决上述两种不同结构电容式压力传感器中存在的问题。

                            发明内容

本发明的第一个目的是推出一种微机械加工的电容式压力传感器，其组成为单一外延单晶硅结构，即只用一块单晶硅片，只对单一单晶硅片进行加工，并且传感器的弹性电极和固定电极都由生长在单晶硅衬底上的外延单晶硅形成。

本发明的第二个目的是推出一种微机械加工的电容式压力传感器，其弹性电极，固定电极，以及两电极之间的空洞夹层都由同质结的多层薄膜形成，因而在电极薄膜中不存在任何由异质结材料之间的热膨胀系数差别引起的热应力。

本发明的第三个目的是推出一种微机械加工的电容式压力传感器，其弹性电极薄膜的形成与KOH腐蚀无关，KOH腐蚀只是为了形成流体抵达弹性电极的通道，因而可以将腐蚀开口尽可能缩小，以尽量减少其占用的硅片面积，同时也防止硅片的机械强度减小过多。

本发明的第四个目的是推出一种微机械加工的电容式压力传感器，其弹性电极，固定电极，以及空洞夹层的纵向和横向尺度最终都由半导体制造的工艺水平决定，即由扩散外延，光刻腐蚀等的工艺水平决定，众所周知，半导体制造工艺已经非常成熟，控制精度非常高，因此弹性电极，固定电极，以及空洞的尺度都能精确限定。

本发明的第五个目的是推出一种微机械加工的电容式压力传感器，使其最脆弱的弹性硅膜处于被保护的状态，不让其直接与外部环境接触，流体的传递只通过若干小孔，以免在制造，切片，以及使用过程中遭受损伤。

为了实现上述目的以及其它目的，本发明提出一种微机械加工的电容式压力传感器，其组成包括：单晶硅衬底；处于单晶硅衬底表面，起电容器弹性电极作用的外延单晶硅层；处于弹性外延单晶硅层边缘表面的外延单晶硅框架；覆盖外延单晶硅框架表面的介质薄膜；处于弹性外延单晶硅层上部，由外延单晶硅框架围绕，起电容器介质薄膜作用的空洞夹层；由外延单晶硅框架支持，开有若干细小通孔，起电容器固定电极作用的外延单晶硅层；处于弹性外延单晶硅层下部，形状与弹性外延单晶硅层相似的空腔；以及贯穿空腔底部硅层，连接空腔内部与单晶硅硅衬底外部环境的通孔。

电容式压力传感器的电容测量，一般采用差分电容的测量方式，以消除温度影响以及其它各种外部干扰。为此，在单晶硅衬底上形成上述受外部压力影响的压力电容器外，还要形成不受外部压力影响的参考电容器。参考电容器与压力电容器不同之处，在于其两块电极都是固定电极，即不需要随外部压力作用而发生形变的弹性单晶硅薄膜，取而代之的是不需进行微机械加工的单晶硅衬底。除此之外的其它结构元件，参考电容器与压力电容器都是相同的，以确保在外部压力作用为零时，两电容器的电容值相同。

制造微机械加工的电容式压力传感器首先用到选择性形成多孔硅技术。多孔硅是单晶硅在氢氟酸溶液中进行阳极氧化所产生的特殊单晶硅结构，虽然表面看来已经被腐蚀成蜂窝状，但固体网络中的硅原子仍然保持原来的周期性排列。多孔硅形成需要外加的阳极电压随单晶硅电阻率增加而升高，因此可以通过控制电压，使低电阻率的硅层转变成多孔硅，而高电阻率的硅层仍然保持原来无孔单晶硅结构。

电容式压力传感器制造还要用到在多孔硅层表面进行外延生长形成外延单晶硅层技术。作为单晶硅的多孔硅，可以成为子晶，并在其上形成外延单晶硅层，只是外延生长很容易受到异物原子的干涉，产生影响外延层晶体质量和表面形态的结构缺陷。为此，在进行外延生长前，需要对多孔硅层表面进行高温氢处理，使表面层的硅原子重新排列，缩小孔径，封闭孔口，形成致密的表面多孔硅薄层。在经过如此致密化处理的多孔硅上进行外延生长，所获得的外延单晶硅层表面光亮似镜，和在正常单晶硅衬底上生长的外延单晶硅层几乎没有什么差别。为了防止多孔硅层表层以下区域的多孔硅在外延生长的高温过程中发生崩塌，外延生长前还需用进行低温热氧化处理，以便在微孔内壁表面形成厚大约20埃的氧化硅薄膜，实验证明，这种氧化硅薄膜足可阻止硅原子热移动而重新排布。

选择性腐蚀低温热氧化多孔硅也是制造电容式压力传感器的关键技术。低温热氧化的多孔硅几乎和二氧化硅一样，能抵挡六氟化硫等离子腐蚀，而六氟化硫等离子对单晶硅的腐蚀却非常有效，特别是高密度的六氟化硫等离子对单晶硅的腐蚀速率高达6微米/分钟，而对400摄氏度热氧化的多孔硅的腐蚀速率低达0.3微米/分钟。与此形成鲜明对照的是，用腐蚀溶液49％HF∶H₂O₂＝1∶5进行湿法腐蚀，其对400摄氏度热氧化的多孔硅的腐蚀速率高达2.4微米/分钟，而对单晶硅的腐蚀微乎其微，腐蚀选择比高达10^-5，因此可以用来选择性腐蚀轻度氧化的多孔硅。

                        附图说明

图1A和图1B分别为本发明提出的微机械加工的电容式压力传感器的正面和横截面示意图。

图2为本发明提出的微机械加工的电容式压力传感器处于制造步骤1时的横截面示意图，该图表示单晶硅衬底表层内形成多孔硅层。

图3为本发明提出的微机械加工的电容式压力传感器处于制造步骤2时的横截面示意图，该图表示单晶硅衬底表面，包括多孔硅层表面形成第两层掺杂结构的外延单晶硅层。

图4为本发明提出的微机械加工的电容式压力传感器处于制造步骤3时的横截面示意图，该图表示将外延单晶硅层的上部低电阻率的掺杂层转变成多孔硅层。

图5为本发明提出的微机械加工的电容式压力传感器处于制造步骤4时的横截面示意图，该图表示在外延单晶硅层表面，包括多孔硅层表面形成外延单晶硅层。

图6为本发明提出的微机械加工的电容式压力传感器处于制造步骤5时的横截面示意图，该图表示在单晶硅衬底的背面湿法腐蚀形成与正面多孔硅层相对的深槽。

图7为本发明提出的微机械加工的电容式压力传感器处于制造步骤6时的横截面示意图，该图表示在单晶硅衬底的正面的外延单晶硅层中等离子腐蚀形成细孔阵列，并进一步加深背面深槽，使其抵达多孔硅层下部界面。

图8为本发明提出的微机械加工的电容式压力传感器处于制造步骤7时的横截面示意图，该图表示选择性腐蚀多孔硅层，使两多孔硅层分别成为空洞夹层和空腔，空洞夹层上形成悬空的穿孔外延单晶硅层，用作电容器固定电极，空洞夹层下形成悬空的外延单晶硅层，用作电容器弹性电极，从而组成差分电容式压力传感器。

图9为本发明提出的微机械加工的电容式压力传感器处于制造步骤8时的横截面示意图，该图表示封闭电容器固定电极的通孔，阻隔空洞夹层与单晶硅衬底外部的沟通渠道，用以形成绝对压电容式压力传感器。

图10为本发明提出的微机械加工的电容式压力传感器的信号处理电路方块图，该电路可以对传感器进行数字校准，并提供数字输出或模拟输出。

                        具体实施方法

参考附图1A和1B，这两图分别为本发明提出的微机械加工的差分电容式压力传感器正面和横截面示意图。正面示意图1A表示出，该压力传感器包括压力敏感平板电容器101及其输出入压焊块102，参考平板电容器103及其输出入压焊块104。电容器101和103并列排布，均为宽100至1000微米的矩形，其顶部电极处于单晶硅区，周围由多晶硅条107环绕。多晶硅条107从电容器的外侧向边沿延伸，并扩展成压焊块底座。沿多晶硅条107的中心线开有空气沟槽108，将两电容器及各自压焊块相互隔开，同时将两电容器及各自压焊块与其它单晶硅区106分隔开。两电容器的底部电极与单晶硅区106相连，单晶硅区106上的压焊块105实为两电容器的公共输出入压焊块。

横截面示意图1B表示出压力传感器制造材料要用到单晶硅衬底109，高低不同电阻率的底部外延单晶硅层110和111，电绝缘介质薄膜117，以及顶部外延单晶硅层112。单晶硅衬底109为电阻率处于0.1至0.001欧姆-厘米范围内的P-型掺杂单晶硅片。外延单晶硅层110和111分别为电阻率处于1至20欧姆-厘米范围内的P-型或N-型掺杂单晶硅层和处于0.1至0.001欧姆-厘米范围内的P-型或N-型掺杂单晶硅层。电绝缘介质薄膜117为500至1000微米的二氧化硅和2000至3000微米的四氮化三硅组成的复合介质薄膜。

压力敏感电容器组成包括：开有直俓10至20微米细小通孔，厚10至20微米，宽100至1000微米的顶部固定电极114，厚2至4微米的电极间空洞夹层115，厚2至4微米的支持框架116，厚1至8微米，宽100至1000微米的底部弹性电极113，处于弹性电极下部，厚10至20微米的空腔118，以及直俓50至200微米，直抵单晶硅衬底背面的通孔119。参考电容器组成包括：开有直俓10至20微米细小通孔，厚10至20微米，宽100至1000微米的顶部固定电极121，厚2至4微米的电极间空洞夹层122，厚2至4微米的支持框架123，以及厚1至8微米，宽100至1000微米的底部固定电极120。上述顶部固定电极114，支持框架116，底部弹性电极113，以及底部固定电极120都由外延单晶硅层形成。形成顶部固定电极114和支持框架116的外延单晶硅层为电阻率处于0.1至0.001欧姆-厘米范围内的P-型或N-型单晶硅层。形成底部弹性电极113和底部固定电极120的外延单晶硅层为电阻率处于1至20欧姆-厘米范围内的N-型掺杂单晶硅层。

外加压力为零时的压力敏感平板电容器和参考平板电容器的电容可以表达为C₀＝εA/d，其中ε为电极间空洞夹层的介电常数，A为电极面积，d为电极间距离。如果压力敏感平板电容器受外加差压作用，电极间距离改变值可以表达为x＝0.0151ΔPa⁴(1-v²)/E(2h)³，气式中ΔP为作用在弹性电极两面的压差，a为弹性电极宽度，h为弹性电极厚度，v为箔松比，E为扬氏模量。而此时的压力敏感平板电容器的电容的表达式改变成C＝C₀/(1-x/d)。测量压力敏感平板电容器和参考平板电容器的电容差值，可以消除包括温度在内的环境因素及各种干扰的影响，使测量值仅随外部作用差压作单调变化。

由图1A和图1B可见，只要封闭顶部固定电极的细小通孔，空洞夹层就处于与外部环境隔离的状态，外加压力只作用在弹性电极通向外部环境的表面，而空洞夹层内的压力保持真空或某一固定压力，此时测出的压力是绝对压力，因而成为绝对压力传感器。

图2至图9表示本发明提出的微机械加工的差分电容式压力传感器处于各制造步骤时的横截面示意图。图2为处于制造步骤1时的横截面示意图，表示单晶硅衬底表层内形成多孔硅层。参照图2，准备单晶硅衬底201，衬底的掺杂类型没有特别要求，但最好是P-型掺杂，电阻率处于0.1至0.001欧姆-厘米范围内。通过热氧化在单晶硅衬底表面形成厚500至1000埃的二氧化硅薄膜，然后通过低压化学气相沉积(LPCVD)，接着形成厚2000至3000埃的四氮化三硅薄膜，从而获得复合介质薄膜202。通过光刻腐蚀在二氧化硅和四氮化三硅薄膜202中形成宽100至1000微米的矩形阳极氧化窗口，以便阳极氧化溶液能够接触单晶硅衬底表面。阳极氧化溶液为49％HF∶C₂H₅OH(1至2比1)，阳极氧化开始时，让阳极电流从10mA/cm²缓慢增加到60至70mA/cm²，以便于形成大约1微米厚，孔隙率处于10至20％之间的多孔硅层，然后随着电流密度增加形成大约9至19微米厚，孔隙率处于60至70％之间的多孔硅层203。实际上，电流密度从零开始增加到70mA/cm²总是要经历一定的时间，因此最初生成的多孔硅总是孔隙率比较低的。有意控制电流密度增加速率，只是为了让孔隙率比较低的表层多孔硅尽可能厚一点。

图3为处于制造步骤2时的横截面示意图，表示在形成有多孔硅层的单晶硅衬底表面形成外延单晶硅层。进行外延生长前，须用HF溶液腐蚀掉剩余的二氧化硅和四氮化三硅薄膜，并用丙酮和有异丙酮(IPA)等有机溶剂对单晶硅衬底表面进行清洗，清除表面粘附的固体颗粒。然后在400摄氏度的氧气中退火处理1小时，以在多孔硅微孔内壁表面形成厚大约20埃的二氧化硅薄膜。二氧化硅薄膜对硅原子的高温热迁移有很强的阻止作用，因此在随后的高温处理过程中可以阻止由于硅原子重新排布引起的微孔崩塌。将硅片用稀释的HF溶液腐蚀30秒钟，并用去离子水冲洗。随后将硅片推进外延炉，进行外延生长前的高温氢处理，处理温度在1050至1100摄氏度之间，处理时间为7至30分钟。在高温氢处理过程中，多孔硅表层的表面能被大幅度降低，表面深度30至40埃深度范围内的硅原子得以重新成核和生长，导致于微孔直径缩小或孔口封闭，使得多孔硅层表面变得致密光亮，成为质量较好的外延生长子晶。接着在相同温度下向外延炉中输送用作为生长硅源的三氯氢硅或二氯氢硅，以形成外延单晶硅外延层。

外延生长分两步进行，第一步，不进行掺杂，形成厚1至8微米的未掺杂外延层204，外延层的导电类型可以为P型，也可以为N型，最好是N型，电阻率在1至20欧姆-厘米范围内；第二步，进行掺杂，形成厚2至4微米厚的掺杂外延层205。外延层的掺杂类型可以为P型，也可以为N型，最好是N型，电阻率在0.1至0.001欧姆-厘米范围内。硼烷为P型掺杂剂，磷烷为N型掺杂剂，均由氮气携带，在与硅源气体混合后送进炉内。

图4为压力传感器处于制造步骤3时的横截面示意图，该图表示将低电阻率的掺杂外延单晶硅层205转变成多孔硅层。为此，通过LPCVD，依次在外延单晶硅层表面形成厚500至1000埃的二氧化硅和厚2000至3000埃的四氮化三硅复合介质薄膜206。通过光刻腐蚀在复合介质薄膜206中形成宽100至1000微米的矩形阳极氧化窗口，以露出外延单晶硅层205表面。采用与前面阳极氧化相同的条件和步骤，形成多孔硅层207，只是多孔硅层的总厚度为2至4微米，低孔隙率的表面层也可以减至0.5微米左右。

图5为压力传感器处于制造步骤4时的横截面示意图，该图表示在外延单晶硅层205表面，包括多孔硅层207表面形成外延单晶硅层。采用的外延条件和操作方式与前面类似的制造步骤大致相仿，因此相同之处不再重述，只是着重说明不同之处。

进行外延生长前，须进行一次光刻腐蚀，用HF溶液腐蚀掉部分剩余的二氧化硅和四氮化三硅薄膜。因此外延单晶硅生长实际上是在复合介质薄膜的图形上进行的，只是复合介质薄膜的面积相对于硅片的总面积是非常少的一部分，对整个外延生长没有什么影视。但是在复合介质薄膜上长的不是单晶硅，而是多晶硅，正如图中表示出的，

在多孔硅层207以及裸露的外延单晶硅层205表面形成的是厚度10至20微米的外延单晶硅层208，而在复合介质薄膜206表面形成的也是厚度10至20微米的外延多晶硅层209。

要说明的是，在复合介质薄膜上形成的多晶硅层成为向上收缩的喇叭形，其原因是横向外延生长起作用。如果复合介质薄膜的宽度很小，而外延层又很厚，有可能在外延多晶硅层的表面为外延单晶硅层所覆盖。另外，一般地说，复合介质薄膜上的多晶硅生成速率低于多孔硅上的单晶硅生成速率，因此外延多晶硅层会比外延单晶硅层显得薄一点。

图6为压力传感器处于制造步骤5时的横截面示意图，该图表示在单晶硅衬底的背面进行湿法腐蚀，形成与正面多孔硅层位置相对的深槽。为此，先在单晶硅衬底201背面，通过LPCVD，形成厚500至1000埃的二氧化硅和厚2000至3000埃的四氮化三硅的复合介质薄膜210。再通过光刻腐蚀在复合介质薄膜中形成宽500至600微米宽的矩形腐蚀窗口。腐蚀溶液为80％KOH溶液，腐蚀温度为80摄氏度，腐蚀溶液被充分搅拌，获得腐蚀速率为5至6微米/分钟。为了取得精确的腐蚀速率，可以先进行短时间的腐蚀，然后进行腐蚀速率测量。根据现场测得的腐蚀速率计算腐蚀时间，使腐蚀形成的锥形凹坑211的底面距单晶硅衬底正面形成的多孔硅层底面大约10至20微米。

图7为压力传感器处于制造步骤6时的横截面示意图，该图表示在单晶硅衬底正面外延单晶硅层208中，通过等离子腐蚀形成细小通孔，并进一步加深单晶硅衬底正面背面形成的深槽，使其抵达多孔硅层203的底面。为此，先在单晶硅衬底正面的外延单晶硅层208表面形成厚3至6微米的光刻胶图形，使其在对准下面多孔硅层207的区域内，形成直经5至6微米，分布间隔20至40微米腐蚀用微孔，而在对准下面多晶硅条的区域内，形成宽5至6微米腐蚀用微槽。接着进行等离子腐蚀，腐蚀气体用SF₆，钝化气体用CF₄，通过多次交替腐蚀底面和保护侧面操作，形成穿过外延单晶硅层208，直抵下面多孔硅层207表面的通孔212和直抵下面复合介质薄膜206表面的沟槽213。然后将硅片翻转，通过等离子深槽腐蚀，将背面的锥形凹坑211底面推进到多孔硅层203的底面。低温热氧化的多孔硅几乎和二氧化硅一样，能抵挡六氟化硫的等离子腐蚀，而六氟化硫等离子对单晶硅的腐蚀却非常有效，特别是高密度的六氟化硫等离子对单晶硅的腐蚀速率高达6微米/分钟，而对400摄氏度热氧化的多孔硅的腐蚀速率低达0.3微米/分钟，可见对单晶硅和轻氧化的多孔硅的腐蚀选择比是非常高的。

图8为压力传感器处于制造步骤7时的横截面示意图，该图表示选择性腐蚀多孔硅层，使多孔硅层成为空洞夹层和空腔，空洞夹层上形成悬空的穿孔外延单晶硅层，用作电容器固定电极，空洞夹层下和空腔上形成悬空的外延单晶硅层，用作电容器弹性电极，从而形成差分电容式压力传感器。用腐蚀溶液49％HF∶H₂O₂＝1∶5腐蚀多孔硅层，其对400摄氏度热氧化的多孔硅的腐蚀速率为2.4微米/分钟，而对单晶硅几乎不腐蚀，腐蚀选择性高达10^-5，也可以用稀释的KOH或NaOH溶液作为多孔硅的腐蚀剂。这里需要说明的是，从便利腐蚀考虑，要求多孔硅的孔隙率尽可能高，但从外延生长考虑，希望多孔硅的孔隙率尽可能低。因此前面形成的多孔硅层都采用两层结构，表层是低孔隙率，利于外延生长，获得单晶质量比较好的外延层，底层是高孔隙率，微孔横向扩张成网状，利于腐蚀溶液从中流动，加快腐蚀过程。

腐蚀形成厚1至8微米弹性外延单晶硅电极216，厚10至20微米固定外延单晶硅电极217，以及厚2至4微米的空洞夹层214，处于弹性外延单晶硅电极216和固定外延单晶硅电极217之间的外延单晶硅支持框架218，处于弹性外延单晶硅电极216下部，厚10至20微米的空腔215，以及通往单晶硅衬底201外部的通孔219，并由这些元件组成压敏电容器。与此同时，形成厚固定外延单晶硅电极222，厚10至20微米固定外延单晶硅电极221，以及厚2至4微米的空洞夹层220，处于固定外延单晶硅电极222和固定外延单晶硅电极221之间的外延单晶硅支持框架223，并由这些元件组成参考电容器。

图9为压力传感器处于制造步骤7时的横截面示意图，该图表示封闭电容器固定电极的通孔，阻隔空洞夹层214和220与单晶硅衬底201外部的沟通渠道，用以形成绝对压电容式压力传感器。为此，通过等离子增强化学气相沉积(PECVD)形成厚3至4微米的含氢氧化硅层224，以封闭通孔212和213。也可用电子束蒸发同样厚度的金属铝取代含氢氧化硅作为通孔212和213的填充物。两者之间的区别在于所能造成的空洞夹层的真空度不同，前者只能造成低的真空度，后者却能造成高真空度。

图10为本发明提出的微机械加工的电容式压力传感器的信号处理电路方块图。由图可见，微机械加工的电容式压力传感器的压敏电容器302和参考电容器303分别由时钟脉冲301调制，然后分布输入电荷放大器304的正负输入端进行积分放大，放大后的输出电压应保持与压力传感器所受的外部压力成比例关系。Sigma-Delta模/数变换器305将电荷放大器的输出电压转换成数字信号，继而由数字处理器306进行处理，以实现增益调整，偏移消除，温度补偿，以及输出线性化等功能。接下来由Sigma-Delta数/模变换器307将数字处理后的信号转换成模拟信号，如图308所示，此时的模拟输出与传感器的模拟输出成线性关系。也可以不经Sigma-Delta数/模变换，直接以数字输出，根据输出脉冲的密度判断压力传感器所受的外部压力。

方块图还包括时钟脉冲发生器309和电可擦可编只读存储器(EEPROM)310，前者提供数字处理器工作脉冲和传感器调制脉冲，后者提供数字处理器校准参数和提供电荷放大器量程转换参数。电可擦可编只读存储器310通过标准SPI界面与外部校准用计算机连接，各种校准参数由计算机收集电容式压力传感器测试数据并对其进行分析后确定，进而由电可擦可编只读存储器310储存并实施校准。

上面详细叙述了微机械加工的电容式压力传感器件的特征结构及制造方法，本领域内的技术人员可以在此基础上进行局部调整和修改，不难重复出本发明的结果，但这并不会超出本发明权利要求的保护范围。