改进的压力传感器结构制造技术

一种微机电压力传感器结构，包括平面基底(21)、侧壁层(23)和隔膜板(20)。侧壁层形成从平面基底延伸到与隔膜板接触的侧壁。侧壁层由至少三个层形成：由绝缘材料构成的第一层(28)和第二层(29)以及由导电材料构成的第三层(27)，其中，第三层位于第一层与第二层之间。导电层提供在隔离侧壁层内的屏蔽电极。该屏蔽电极适于减小对电容式测量结果的不期望影响。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及微机电装置，并且具体涉及根据独立权利要求的前序部分所述的改进的压力传感器结构和压力传感器。
技术介绍
压力是物理量，其与作用于表面上的力与该表面的面积的比率相对应。可用作测量压力的计量器的装置是压力传感器。微机电系统或MEMS可以被定义为小型化机械和机电系统，其中，至少一些元件具有某种机械功能。因为利用用于创建集成电路的相同工具来创建MEMS装置，所以可以在硅片上制造微型机器和微电子元件以实现各种类型的装置。图1图示了用于感测压力的微机电装置的示例性结构。微机电压力传感器可以包括横跨间隙12的薄隔膜10，间隙12包含在参考压力下的挥发性物质。隔膜由于参考压力与传感器周围的环境压力之间的差异而变形。可以利用电容式感测或压阻式感测将隔膜位移转换为电信号。MEMS压力传感器结构通常由图案化的材料层形成。MEMS制造工艺可能涉及层沉积、光刻、蚀刻和晶圆键合的组合。图1示出了微机电压力传感器的示例性结构的侧视图和俯视图。示例性的压力传感器是绝对压力传感器，其包括由平面基底11和侧壁层13形成的体结构。由侧壁层13形成的侧壁从平面基底11延伸以形成空洞，该空洞的深度对应于侧壁层13的厚度。在该特定类别的压力传感器结构中，空洞由在侧壁层13上延伸的隔膜板16来密封。隔膜板16的跨间隙的周界开口延伸的部分提供了隔膜10，该隔膜10的外周由该开口限定。隔膜10的一侧暴露于间隙的参考压力，而另一侧暴露于环境压力。因而，该隔膜10响应于参考压力与环境压力之间的压力差而变形。例如，通过将电极布置在间隙的任一侧的元件上并且利用该电极将由变形引起的间隙高度变化转换为电信号而以电容方式来检测该变形的程度。图1的传感器的缺点在于其提供了跨侧壁13的并联电容。额外的并联电容趋于减小传感器的相对灵敏度、损害传感器的1/C函数的线性度以及增大传感器的温度依赖性。该结构还提供了泄露电流的通路以及跨侧壁13的外边缘的寄生电容。该外边缘位于传感器的外表面，并且可能受外部条件如安装和保护材料、湿度以及化学污染所影响。这些影响可能会对隔膜板16与平面基底11之间的总电容带来可变的部分，并且因此在确定传感器的压力读数时引起误差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够消除或者减轻上述缺点中的至少一个的压力传感器结构。本专利技术的目的是利用根据独立权利要求的特征部分所述的压力传感器结构和压力传感器来实现的。在从属权利要求中公开了本专利技术的优选实施方式。要求保护的专利技术定义了一种微机电压力传感器结构，其包括平面基底、侧壁层和隔膜板。侧壁层形成从平面基底延伸到与隔膜板接触的侧壁。侧壁层由至少三个层形成：由绝缘材料构成的第一层和第二层以及由导电材料构成的第三层，其中，第三层位于第一层与第二层之间。隔离侧壁层内的导电元件可以用作屏蔽电极，以显著减小对电容式测量结果的不期望影响。通过对实施方式的详细描述来更详细地描述所要求保护的本专利技术及其实施方式的特征和优点。附图说明在下文中，将参照附图并结合优选实施方式来详细描述本专利技术，在附图中：图1示出了微机电压力传感器的示例性结构的侧视图和俯视图；图2A、图2B图示了微机电压力传感器结构的示例性实施方式；图3A至图3F图示了示例性电容转换器电路配置；图4图示了微机电压力传感器结构的另一实施方式；图5图示了微机电压力传感器结构的又一实施方式；图6示出了示例性隔膜的相对弯曲；图7图示了作为尺寸比的函数的绝对电容改变的变化；图8图示了作为相同尺寸比的函数的相对电容改变；图9图示了作为相同尺寸比的函数的1/C特性的非线性；图10图示了包括微机电压力传感器结构的微机电压力传感器。具体实施方式以下实施方式是示例性的。虽然本说明书可以引用“一(an)”、“一个(one)”或“一些”实施方式，但是这并不一定意味着每个这样的引用是针对相同的(一个或多个)实施方式，或者不一定意味着该特征仅适用于单个实施方式。可以将不同实施方式的单个特征进行组合以提供另外的实施方式。在下文中，将通过装置架构的简单示例来对本专利技术的特征进行描述，其中该装置架构可以实现本专利技术的各种实施方式。仅详细描述用于图示实施方式的相关元件。压力传感器的各种实现包括本领域技术人员通常已知的元件，并且在本文中可以不对这些元件进行具体描述。压力传感器结构的实施方式应用了参照图1所详细讨论的元件。图1图示了微机电压力传感器的示例性结构，并且示出了所示传感器结构的侧视图和俯视图。绝对压力传感器通常包含与周围环境隔离的密闭间隙。在差分压力传感器中，隔膜暴露于两个独立的压力。如果另一压力是大气压力，则差分压力传感器可以被称为过压传感器。如果另一压力是另外的已知参考压力，则差分压力传感器可以被称为相对传感器。本专利技术可以适用于包括所要求保护的配置的任何类型的绝对压力传感器结构或差分压力传感器结构。图1的示例性压力传感器结构是绝对压力传感器。所示压力传感器包括由平面基底11和侧壁层13所形成的体结构。平面基底11可以由硅材料的晶圆制造，但是还可以在保护范围内应用其它导体、半导体或绝缘体材料。平面基底11还可以包括材料层。作为示例，平面基底的表面上的层可以是导电的，以充当电容式传感器的电极。作为另一示例，整个平面基底可以具有足够高的导电性以充当电极。平面基底11具有第一表面14，该第一表面14基本上沿平面基底11的平面延伸。此处，术语“基本上”意指：第一表面可以适于微小表面结构(凸块或凹坑)，但与平面基底11的平面对齐的表面面积的90％以上在容差范围内。如图1所示，侧壁13是非连续层，该非连续层提供了从第一表面14有利地朝向垂直于第一表面14的方向延伸的侧壁。与第一表面14相距最远的侧壁层的表面是侧壁层的上表面。在间隙另一侧的侧壁层的一个或多个表面是侧壁层的外表面。侧壁层13刚性地附接至平面基底11，并且因此圈出平面基底21上的开放空间。侧壁层13的侧壁与平面基底11一起形成空洞，该空洞的深度对应于侧壁的高度和侧壁层13的厚度。通常，侧壁层非常薄，并且因此该空洞非常浅，量级为微米或者甚至小于1微米。常规的侧壁层可以由电绝缘材料如二氧化硅构成，但是可以应用其它电绝缘材料。在示例结构的俯视图中，以从虚线向外延伸的长方形周界图示了侧壁层13的上表面19。虚线表示侧壁的内表面，并且这些内表面的上边缘限定了由平面基底11与侧壁层13形成的空洞的周界开口。该空洞由在侧壁层13上延伸的隔膜板16密封。此处，术语“隔膜”指的是被锚接在隔膜板外周的弹性变形材料膜。隔膜板16是向传感器结构提供隔膜10并在隔膜板的外周处锚接该隔膜的平面对象。隔膜板16可以由一种或更多种材料层制成。经常在隔膜板中的至少一层中使用硅材料，但是可以在保护范围内应用其它导体、半导体或绝缘体材料。隔膜板16通过第二表面18连接至侧壁层13，该第二表面18是最初与平面基底11的第一表面14平行的平面。需要注意的是，此处，术语“最初”指的是在传感器的制造阶段中元件的尺寸。本领域技术人员理解到：在压力传感器的操作期间，各部分可能变形而不同于其最初的平面形状。在图1的结构中，平面基底11、侧壁13和隔膜板16彼此附接，使得第一表面14、第二表面18和侧壁13的内表面形成密闭间隙12，该密闭间隙12包含在参考压力下的挥发性物质。间隙12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机电压力传感器结构，包括平面基底、侧壁层和隔膜板，其中，所述侧壁层形成从所述平面基底延伸到与所述隔膜板接触的侧壁；所述侧壁层由至少三个层形成：由绝缘材料构成的第一层和第二层以及由导电材料构成的第三层，其中，所述第三层位于所述第一层与所述第二层之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.17 FI 201450441.一种微机电压力传感器结构，包括平面基底、侧壁层和隔膜板，其中，所述侧壁层形成从所述平面基底延伸到与所述隔膜板接触的侧壁；所述侧壁层由至少三个层形成：由绝缘材料构成的第一层和第二层以及由导电材料构成的第三层，其中，所述第三层位于所述第一层与所述第二层之间。2.根据权利要求1所述的微机电压力传感器结构，其特征在于：所述第一层水平地延伸超过所述第三层，并且所述第三层水平地延伸超过所述第二层。3.根据权利要求2所述的微机电压力传感器结构，其特征在于：在横截面中，所述第一绝缘层的外周水平地延伸超过所述第三层的外周，并且所述第三层的外周水平地延伸超过所述第二绝缘层的外周。4.根据权利要求2或3所述的微机电压力传感器结构，其特征在于：在横截面中，所述第一层的相对内周之间的距离小于所述第三层的相对内周之间的距离，并且所述第三层的相对内周之间的距离小于所述第二层的相对内周之间的距离。5.根据权利要求1、2或3所述的微机电压力传感器结构，其特征在于：所述隔膜板的与所述侧壁层未接触的部分提供了隔膜；处于所述第三层水平的间隙的横截面宽度与所述隔膜的相应横截面宽度之间的比率小于1。6.根据权利要求5所述的微机电压力传感器结构，其特征在于：所述比率在0.3至0.7的范围内。7.根据权利要求6所述的微机电压力传感器结构，其特征在于：所述比率为0.4。8.根据前述权利要求中任一项所述的微机电压力传感器结构，其特征在于：所述第一层和/或所述第二层由二氧化硅制成。9.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：海基·库斯玛，吉田浩一，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP