电容压差传感器及其生产方法技术

描述了一种简单构建且能低成本生产的压差传感器，其包括第一和第二配对电极(1、3)、布置在两个配对电极(1、3)之间的能导电的盘(5)、第一绝缘层(7)、第二绝缘层(11)、设置在第一配对电极(1)中的凹部(13)以及设置在第二配对电极(3)中的凹部(13)，通过第一绝缘层，盘(5)的外边缘与第一配对电极(1)的外边缘连接以形成第一压力腔(9)，通过第二绝缘层，盘(5)的外边缘与第二配对电极(3)的外边缘连接以形成第二压力腔(9)，通过设置在第一配对电极中的凹部，第一压力腔(9)可以加载以第一压力(p1)，通过设置在第二配对电极中的凹部，第二压力腔(9)可以加载以第二压力(p2)，该压差传感器的特征在于，盘(5)通过沟槽(17)划分为充当电极的内区域(19)和通过沟槽(17)与内区域电绝缘的外区域(21)，内区域(19)包括布置在两个压力腔(9)之间的测量膜片(15)和环绕测量膜片(15)的、在绝缘层(7、11)的内边缘(25)之间夹紧的边缘区域(23)，并且内区域(19)与其中每个配对电极(1、3)分别形成电容器，该电容器具有依赖于作用到测量膜片(15)上的压差(Δρ)的电容量(C1、C3)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电容压差传感器及其生产方法。
技术介绍
压差传感器在工业测量技术中用于测量通过在作用于压差传感器上的第一和第二压力之间的压力差得到的压差。作为压差传感器例如使用被称为半导体传感器或传感器芯片的压差传感器，其可以在应用由半导体工艺公知的过程的情况下低成本地以晶片复合件来制造。压差传感器以常见的方式具有布置在两个基体之间的测量膜片。在两个基体的每一个中，在测量膜片之下分别包围出压力腔。在测量运行中，测量膜片的第一侧通过第一基体中的凹部加载以第一压力，测量膜片的第二侧通过第二基体中的凹部加载以第二压力。在电容压差传感器中，测量膜片的产生的依赖于两个压力的差的偏移借助电容机电转换器检测到，并且转换为代表待测量的压差的电信号。半导体传感器通常具有由硅构成的测量膜片，测量膜片基于其导电率可以直接用作电容转换器的电极。附加地，电容转换器包括至少一个集成在两个基体的其中一个中的并且相对于测量膜片电绝缘的牢固的配对电极，配对电极与充当电极的测量膜片一起形成电容器。电容器的电容量依赖于测量膜片的弯曲，弯曲又依赖于待测量的压差。原则上可行的是，压差传感器配备有一体式的、形成配对电极的基体，在它们之间布置有充当测量膜片并且同时充当电极的硅盘。为此，在硅盘与两个配对电极的每一个配对电极之间分别设置有进行绝缘的层，通过进行绝缘的层，硅盘的外边缘与各自的配对电极的外边缘连接以包围出压力腔。在DE3827138A1中建议不要使用这种压差传感器，这是因为在这些压差传感器中存在有DE3827138A1中详细描述的问题，即，通过硅盘和两个一体式的基体的其中一个基体形成的两个电容器中的每一个电容器由靠内的子电容器和在外侧包围该靠内的子电容器的靠外的子电容器组合成。靠内的子电容器位于压差传感器的如下区域中，在该区域中，硅盘的中间区域受到依赖于压差的弯曲。靠外的子电容器位于压差传感器的如下区域中，在该区域中，硅盘的全面包围中间区域的外边缘布置在进行绝缘的层之间。两个电容器中的每一个电容器的电容量C1、C2相当于两个子电容器的电容量C1a、C1b或C2a、C2b的和，电容器由这些子电容器构成。然而在此，靠内的子电容器的电容量C1a或C2a具有在测量技术上待检测的压差相关性。这导致与通过子电容量的和得到的、所测量的电容量C1＝C1a+C1b或C2＝C2a+C2b相比，在测量技术上待检测的依赖于硅盘的内区域的与压差相关的弯曲的电容量变化ΔC1a或ΔC2a较小。相应地，由此可实现的测量精确度非常小。在DE3827138A1中描述的两个电容量C1、C2的在压力测量技术中考虑用于获知压差的差的变化f也不具有与待测量的压差的期望的线性相关性，差的变化借助两个电容量的差C1-C2与其和C1+C2的比根据f＝(C1-C2)/(C1+C2)来确定。这些缺点尤其是在具有正方形的基面的压差传感器中是特别突出的，这是因为对于靠外的子电容器的电容量C1b、C2b来说很重要的电极面在具有相应正方形的基面的硅盘和配对电极中是特别大的。然而，能在晶片复合件中生产的半导体传感器通常具有正方形的基面，这是因为正方形的基面能够使在晶片复合件中生产的压差传感器通过沿直的锯线进行锯断而分开。该问题在现有技术中以例如在DE3827138A1和DE10393943B3中描述的方式如下这样来解决，即，在形成测量膜片的硅盘的两侧安装基体，基体由三个相叠地布置的层构建。这些基体分别具有面对硅盘的和背对硅盘的能导电的层，能导电的层通过布置在两个能导电的层之间的绝缘层彼此分离。在面对硅盘的能导电的层中分别设置有至少一个通向绝缘层的、闭合成环的沟槽，通过沟槽，该层划分为由沟槽包围的充当配对电极的区域和在外侧包围沟槽的承载硅盘的外区域。在此，内区域以如下方式进行结构化，即，使其与硅盘间隔开。然而生产这种压差传感器是比较耗费的，这是因为每个基体都由多个层构建，并且必须将各个层相应结构化且相互连接。此外，包含在基体中的配对电极必须穿过各自的基体的外层和绝缘层进行电接触。
技术实现思路
本专利技术的任务是说明一种简单构建且可低成本地生产的压差传感器以及一种用于生产该压差传感器的方法。为此，本专利技术包括压差传感器，其包括：-第一和第二配对电极，-布置在两个配对电极之间的能导电的盘，-第一进行绝缘的层，通过第一进行绝缘的层，盘的外边缘与第一配对电极的外边缘连接以形成第一压力腔，-第二进行绝缘的层，通过第二进行绝缘的层，盘的外边缘与第二配对电极的外边缘连接以形成第二压力腔，-设置在第一配对电极中的凹部，通过凹部，第一压力腔可以加载以第一压力，-设置在第二配对电极中的凹部，通过凹部，第二压力腔可以加载以第二压力，其特征在于，-盘通过沟槽划分为充当电极的内区域和由于沟槽而与内区域电绝缘的外区域，-内区域包括布置在两个压力腔之间的测量膜片和包围测量膜片的、在两个进行绝缘的层的内边缘之间夹紧的边缘区域，以及-内区域与每个配对电极分别形成电容器，电容器具有依赖于作用到测量膜片上的第一与第二压力之间的压差的电容量。根据第一改进方案，内区域包括朝盘的边缘延伸的，尤其是接片形的联接区域。第一改进方案的一个改进方式的特征在于，-布置在盘与第二配对电极之间的进行绝缘的层具有使联接区域的至少一个部分区域露出的留空部，-第二配对电极具有通入进行绝缘的层内的留空部中的留空部，以及-充当电极的内区域的电联接以穿过配对电极内的留空部和第二进行绝缘的层内的留空部的方式来实现。根据最后提到的改进方案的一个设计方案，内区域的联接通过导体轨迹，尤其是通过溅射上金属化部而施装的导体轨迹来实现，导体轨迹从联接区域沿第二进行绝缘的层的周侧面和第二配对电极的周侧面延伸到第二配对电极的背对盘的背侧，其中，在导体轨迹与第二配对电极的导体轨迹在其上延伸的表面之间设置有绝缘层。根据一个优选的设计方案，沟槽具有大于等于5μm的沟槽宽度。沟槽优选具有大于等于盘的厚度的四分之一的沟槽宽度。根据另一优选的设计方案，内区域的在两个进行绝缘的层的内边缘之间夹紧的边缘区域具有大于等于500μm的宽度。根据另一设计方案，在第一和第二配对电极上分别施装有联接部，尤其是联接部作为金属化部溅射上，各自的配对电极可以通过联接部电联接。根据本专利技术的压差传感器的一个优选的实施方案的特征在于，-第一和第二配对电极是一体式的，并且尤其是由硅构成，-盘是硅盘，尤其是由SOI晶片的覆盖层制成的硅盘，并且-第一和第二进行绝缘的层分别是氧化硅层。此外，本专利技术包括一种用于运行根据本专利技术的压差传感器的方法，其特征在于，-借助通过盘的充当电极的内区域和第一配对电极形成的第一电容器和/或通过盘的充当电极的内区域和第二配对电极形成的第二电容器的电容量来确定作用到测量膜片上的压差，并且/或者-借助通过第一和第二配对电极形成的电容器的电容量来确定针对在两侧相同地作用在压差传感器的系统压力的度量。此外，本专利技术包括一种用于生产根据本专利技术的压差传感器的方法，尤其是能在晶片带中实施以并行地生产多个结构相同的压差传感器的方法，其特征在于，-沟槽尤其是通过深反应离子蚀刻引入SOI晶片的形成盘的覆盖层中，-由施装在第一硅晶片的承载层上的绝缘层制造出第一进行绝缘的层，其中，将绝缘层的在外侧被绝缘层的保留的形成第一进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
压差传感器，所述压差传感器包括：‑第一配对电极和第二配对电极(1、3)，‑布置在两个配对电极(1、3)之间的能导电的盘(5)，‑第一进行绝缘的层(7)，通过所述第一进行绝缘的层，所述盘(5)的外边缘与所述第一配对电极(1)的外边缘连接以形成第一压力腔(9)，‑第二进行绝缘的层(11)，通过所述第二进行绝缘的层，所述盘(5)的外边缘与所述第二配对电极(3)的外边缘连接以形成第二压力腔(9)，‑设置在所述第一配对电极(1)中的凹部(13)，通过所述设置在所述第一配对电极中的凹部，所述第一压力腔(9)能加载以第一压力(p1)，以及‑设置在所述第二配对电极(3)中的凹部(13)，通过所述设置在所述第二配对电极中的凹部，所述第二压力腔(9)能加载以第二压力(p2)，其特征在于，‑所述盘(5)通过沟槽(17)划分为充当电极的内区域(19)和通过所述沟槽(17)与所述内区域电绝缘的外区域(21)，‑所述内区域(19)包括布置在两个压力腔(9)之间的测量膜片(15)和包围所述测量膜片(15)的、在两个进行绝缘的层(7、11)的内边缘(25)之间夹紧的边缘区域(23)，并且‑所述内区域(19)与其中每个配对电极(1、3)分别形成电容器，所述电容器具有依赖于作用到所述测量膜片(15)上的在所述第一压力与所述第二压力(p1、p2)之间的压差(Δp)的电容量(C1、C3)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.23 DE 102014108748.81.压差传感器，所述压差传感器包括：-第一配对电极和第二配对电极(1、3)，-布置在两个配对电极(1、3)之间的能导电的盘(5)，-第一进行绝缘的层(7)，通过所述第一进行绝缘的层，所述盘(5)的外边缘与所述第一配对电极(1)的外边缘连接以形成第一压力腔(9)，-第二进行绝缘的层(11)，通过所述第二进行绝缘的层，所述盘(5)的外边缘与所述第二配对电极(3)的外边缘连接以形成第二压力腔(9)，-设置在所述第一配对电极(1)中的凹部(13)，通过所述设置在所述第一配对电极中的凹部，所述第一压力腔(9)能加载以第一压力(p1)，以及-设置在所述第二配对电极(3)中的凹部(13)，通过所述设置在所述第二配对电极中的凹部，所述第二压力腔(9)能加载以第二压力(p2)，其特征在于，-所述盘(5)通过沟槽(17)划分为充当电极的内区域(19)和通过所述沟槽(17)与所述内区域电绝缘的外区域(21)，-所述内区域(19)包括布置在两个压力腔(9)之间的测量膜片(15)和包围所述测量膜片(15)的、在两个进行绝缘的层(7、11)的内边缘(25)之间夹紧的边缘区域(23)，并且-所述内区域(19)与其中每个配对电极(1、3)分别形成电容器，所述电容器具有依赖于作用到所述测量膜片(15)上的在所述第一压力与所述第二压力(p1、p2)之间的压差(Δp)的电容量(C1、C3)。2.根据权利要求1所述的压差传感器，其特征在于，所述内区域(19)包括朝所述盘(5)的边缘延伸的，尤其是接片形的联接区域(27)。3.根据权利要求2所述的压差传感器，其特征在于，-布置在所述盘(5)与所述第二配对电极(3)之间的进行绝缘的层(11)具有使所述联接区域(27)的至少一个部分区域露出的留空部(29)，-所述第二配对电极(3)具有通入所述进行绝缘的层(11)的留空部(29)中的留空部(31)，并且-所述充当电极的内区域(19)的电联接穿过所述配对电极(3)中的留空部(31)和所述第二进行绝缘的层(11)中的留空部(29)来实现。4.根据权利要求3所述的压差传感器，其特征在于，所述内区域(19)的联接通过导体轨迹(33)，尤其是借助溅射上金属化部而施装的导体轨迹(33)来实现，所述导体轨迹从所述联接区域(27)沿所述第二进行绝缘的层(11)的周侧面和所述第二配对电极(3)的周侧面延伸至所述第二配对电极(3)的背对所述盘(5)的背侧，其中，在所述导体轨迹(33)与所述第二配对电极(3)的所述导体轨迹(33)在其上延伸的表面之间设置有绝缘层(35)。5.根据权利要求1所述的压差传感器，其特征在于，所述沟槽(17)具有大于等于5μm的沟槽宽度。6.根据权利要求5所述的压差传感器，其特征在于，所述沟槽(17)具有大于等于所述盘(5)的厚度的四分之一的沟槽宽度。7.根据权利要求1所述的压差传感器，其特征在于，所述内区域(19)的在两个进行绝缘的层(7、11)的内边缘(25)之间夹紧的边缘区域(23)具有大于等于500μm的宽度。8.根据权利要求1所述的压差传感器，其特征在于，在所述第一配对电极和所述第二配对电极(1、3)上分别施装有联接部(37、39)，尤其是所述联接部作为金属化部被溅射上，各自的配对电极(1、3)能通过所述联接部电联接。9.根据权利要求1所述的压差传感器，其特征在于，-所述第一配对电极和所述第二配对电极(1、3)是一体式的，并且尤其是由硅构成，-所述盘(5)是硅盘，尤其是由SOI晶片(41)的覆盖层(DSi)制成的硅盘，并且-所述第一进行绝缘的层和所述第二进行绝缘的层(7、11)分别是氧化硅层。10.用于运行根据前述权利要求中任一项所述的压差传感器的方法，其特征在于，-借助通过盘(5)的充当电极的内区域(19)和第一配对电极(1)形成的第一电容器和/或通过盘(5)的充当电极的内区域(19)和第二配对电极(3)形成的第二电容器的电容量(C1)来确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉斐尔·泰伊朋，本杰明·莱姆克，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE