微机电压力传感器结构以及压力传感器制造技术

一种微机电压力传感器结构以及压力传感器，微机电压力传感器结构包括平面基座、侧壁层以及隔膜板。其中，侧壁层形成侧壁，侧壁围绕地从平面基座延伸至侧壁层的上表面；平面基座、侧壁层以及隔膜板彼此附接，以在基准压力下形成密封的闭合间隙；侧壁层的上表面包括至少一个隔离区域，隔离区域不被隔膜板覆盖；并且隔离区域至少部分地被绝缘材料覆盖。

Structure of microelectromechanical pressure sensor and pressure sensor

A microelectromechanical pressure sensor structure and pressure sensor. The structure of the microelectromechanical pressure sensor consists of a plane base, a side wall and a diaphragm plate. Among them, the side wall layer is formed on the side wall of the side wall, the surface around from the plane of the base extends to the side wall of the plane of the base layer; and the side wall layer and diaphragm plate attached to each other, to form a closed clearance seal in the base pressure; the side wall layer on the surface includes at least one isolation region, isolated area don't be diaphragm plate cover; and the isolation region is at least partially covered with insulating material.

【技术实现步骤摘要】
微机电压力传感器结构以及压力传感器本申请是申请日为2014年6月4日、申请号为“201480031498.6”、专利技术名称为“一种改进的压力传感器结构”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及微机电装置，并且特别涉及一种根据独立权利要求的前序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，该物理量对应于作用于表面的力与表面面积之比。能够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及机电系统，其中至少一些元件具有某种机械功能。因为MEMS装置可以由被用来制作集成电路的相同工具来制造，微机械元件及微电子元件可以在一个硅片上制造，以实现各种类型的装置。图1示出了用于压力感测的微机电装置的示例结构。微机电压力传感器可以包括薄隔膜10，该隔膜跨提供基准压力的间隙12。该隔膜由于基准压力和传感器周围的环境压力间的不同而变形。隔膜位移可以通过电容感测或压阻感测而转换成电信号。MEMS压力传感器结构通常由材料的图案化层形成。MEMS制造过程可以涉及层沉积、光刻、蚀刻及晶圆键合的组合。图1示出了微机电压力传感器的示例结构的侧视图及俯视图。被示出的压力传感器是绝对压力传感器，该传感器包括由平面基座11和侧壁层13形成的主体结构。由侧壁层13形成的侧壁从平面基座11延伸开以形成中空部，中空部的深度与侧壁层13的厚度相对应。在一类压力传感器结构中，该中空部由在侧壁层13上延伸的隔膜板16气密密封。隔膜板16的在间隙的周部开口上延伸的部分提供了由该开口限定其外围的隔膜10。隔膜10的一侧暴露到间隙的基准压力，并且另一侧暴露到环境压力。因此，隔膜10响应于基准压力和环境压力之间的压力差而变形。例如可以通过以下方式电容地检测该变形的程度：将元件的电极设置在间隙的两侧，并利用电极将变形导致的间隙的高度变化转换成电信号。MEMS传感器结构的材料层提供间隙的气密密封，使得中空部被隔膜板密封后，实际上几乎没有外来物质可以进入该缝隙。然而，传感器结构的外表面常常暴露到环境条件，环境条件可能引起电阻性泄漏或电容性泄漏以及对电容测量结果的其它杂散效应。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种压力传感器结构，其对于环境条件的变化时特别是湿度的变化具有增强的鲁棒性。通过根据独立权利要求的特征部分的压力传感器结构以及压力传感器来实现本专利技术的目的。在从属权利要求中公开了本专利技术的优选实施例。所要求保护的专利技术定义了微机电压力传感器结构，其包括平面基座、侧壁层和隔膜板。侧壁层的侧壁围绕地从平面基座延伸开到侧壁层的相反表面。平面基座、侧壁层以及隔膜板彼此附接，以在基准压力下形成密封的闭合间隙。侧壁层内的侧壁的内表面的上边缘形成隔膜的外围。隔膜板包括一个或多个平面材料层，平面材料层的第一平面材料层跨隔膜的外围。侧壁层的上表面包括至少一个隔离区域，该隔离区域不被隔膜板覆盖，并且该隔离区域至少部分地被绝缘材料覆盖。侧壁层的上表面上的隔离区域可以被动地用来提高隔膜的电极元件和平面基座的电极元件之间的绝缘性。另一方面，隔离区域可以主动地应用导电保护元件和运算放大电路以消除或至少缓解由环境湿度对电容测量结果引起的杂散效应。根据一个实施例，提供一种压力传感器，其包括上述压力传感器结构。根据另一个实施例，提供一种压力传感器，其包括上述压力传感器结构，其中，压力传感器包括电路，该电路连接到：至平面基座的电引线、至保护元件的电引线以及至隔膜板的电引线；电路包括反馈配置下的运算放大器，该运算放大器被连接以将保护元件保持在与平面基座或隔膜板中的任一个相同的电位，以及将通过保护元件和隔膜板的电流通路彼此分离。利用实施例的详细描述，更详细地说明所要求保护的专利技术的特征和优点及其实施例。附图说明在下文中，将结合优选实施例，参考所附的附图，较详细地描述本专利技术，其中，图1示出了微机电压力传感器的示例结构的侧视图和俯视图；图2图解了微机电压力传感器结构的实施例；图3图解了以下实施例：其中该结构在侧壁层外围附近的区域中包括隔离区域；图4图解了具有隔离区域和至少部分围绕隔膜板的周部保护元件的实施例；图5A至图5F图解了示例电容转换电路配置；图6图解了具有RC传输线的扩展电容效果；图7图解了隔离区域被绝缘材料层覆盖的实施例；图8图解了以下实施例：其中绝缘材料层覆盖隔离区域以及隔膜板的第一平面材料层的至少一部分；图9图解了以下实施例：其中导电材料层在侧壁层的上表面上从侧壁层的外表面向间隙在绝缘材料层上延伸一段距离；以及图10图解了设置有基准板的微机电压力传感器结构的实施例；图11A至图11D示出了不同的隔膜板和基准板配置；图12图解了示例湿度测试的结果；图13示出了相同测试样本配置中的补偿电容；图14图解了用于减小传感器结构中杂散电容的其它实施例；图15图解了微机电压力传感器结构的其它实施例；图16图解了其它实施例的方面，其中隔离区域形成了侧壁层的上表面上的元件之间的沟槽；图17图解了微机电压力传感器的实施例。具体实施方式以下实施例是示例性的。虽然说明书可能引用了“一”、“一个”或“一些”实施例，但是这并不一定意味着每个这样的引用都指的是相同的实施例，或意味着该特征仅应用于单个实施例。可以结合不同实施例的个别特征来提供另外的实施例。在下文中，将通过装置架构的简单示例来描述本专利技术的特征，在装置架构的简单示例下可以实现本专利技术的各种实施例。仅详细描述了与说明各实施例有关的元件。压力传感器的各种实现包括通常为本领域技术人员所熟知且在本文中可不进行具体描述的元件。压力传感器结构的实施例应用参照图1更详细描述的元件。图1图解了微机电压力传感器的示例结构，并示出了所图解的传感器结构的侧视图和俯视图。所图解的压力传感器结构包括由平面基座11和侧壁层13形成的主体结构。平面基座11可以由硅材料的晶圆制造，但是在保护范围内可以应用其它导体材料、半导体材料或绝缘材料。平面基座11也可以由材料层构成。举例来说，平面基座表面上的层可以是导电的，以充当电容传感器的电极。作为另一示例，整个平面基座可以具有足够高的电导性，以充当电极。平面基座11具有基本上沿着平面基座11的平面延伸的第一表面14。术语“基本上”意指第一表面可以容纳较小的表面结构(凸起或凹入)，但是90％以上的表面区域在容限范围内与平面基座11的平面对齐。如图1所示，侧壁层13是非连续层，其提供从第一表面14有利地向垂直于第一表面14的方向延伸的侧壁。侧壁层的离第一表面14最远的表面是侧壁层的上表面。侧壁层的与间隙相反的表面是侧壁层的外表面。侧壁层13刚性地附接至平面基座11，且因此在平面基座上围绕成开放空间。侧壁层13的侧壁连同平面基座11一起形成中空部，中空部的深度与侧壁的高度和侧壁层13的厚度相对应。通常侧壁层非常薄，因此中空部非常低，为微米量级。侧壁层可以是电绝缘材料，例如二氧化矽，但是在保护范围内可以使用其它电绝缘材料。在示例结构的俯视图中，侧壁层13的上表面19被图解为具有矩形外围，使得侧壁自虚线向外延伸。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座11和侧壁层13形成的中空部的周部开口。该中空部被隔膜板16气密密封，其中隔膜板16在侧壁层13上延伸。术语隔膜在此是指弹性变形材料的膜，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，其包括平面基座、侧壁层以及隔膜板，其中，所述侧壁层形成侧壁，所述侧壁围绕地从所述平面基座延伸至所述侧壁层的上表面；所述平面基座、所述侧壁层以及所述隔膜板彼此附接，以在基准压力下形成密封的闭合间隙；所述侧壁层的所述上表面包括至少一个隔离区域，所述隔离区域不被所述隔膜板覆盖；并且所述隔离区域至少部分地被绝缘材料覆盖。

【技术特征摘要】
2013.06.04 FI 201356181.一种微机电压力传感器结构，其包括平面基座、侧壁层以及隔膜板，其中，所述侧壁层形成侧壁，所述侧壁围绕地从所述平面基座延伸至所述侧壁层的上表面；所述平面基座、所述侧壁层以及所述隔膜板彼此附接，以在基准压力下形成密封的闭合间隙；所述侧壁层的所述上表面包括至少一个隔离区域，所述隔离区域不被所述隔膜板覆盖；并且所述隔离区域至少部分地被绝缘材料覆盖。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，所述隔离区域在所述侧壁层的所述上表面上从所述侧壁层的外表面向所述间隙延伸非零距离。3.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，所述绝缘材料作为所述侧壁层的所述上表面上的层从所述侧壁层的外表面延伸到所述隔膜板。4.根据权利要求3所述的微机电压力传感器结构，其特征在于，所述绝缘材料层和所述隔膜板的厚度相等。5.根据权利要求3所述的微机电压力传感器结构，其特征在于，所述绝缘材料层覆盖所述隔膜板的第一平面材料层的至少一部分以及所述隔离区域。6.根据权利要求5所述的微机电压力传感器结构，其特征在于导电材料层，所述导电材料层在所述绝缘材料层上从所述侧壁层的所述外表面向所述间隙延伸一段距离。7.根据权利要求1或2所述的微机电压力传感器结构，其特征在于，所述隔离区域在所述侧壁层的所述上表面上从所述隔膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：海基·库斯玛，
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