电容式压力传感器及其制造方法技术

本发明专利技术描述一种构造简单且使用根据本发明专利技术的方法成本有效地可制造的压力传感器，其包括：平台(1)；导电测量膜(5)，其与所述平台(1)连接以封闭压力腔室(3)并且能够与待测量压力(Δp)接触；以及电极(13)，其与所述测量膜(5)间隔开并且与所述测量膜(5)电绝缘以连同所述测量膜(5)一起形成电容器，所述电容器具有根据所述测量膜(5)的偏转的电容变量，所述偏转取决于作用于所述测量膜(5)上的所述压力(Δp)，其特征在于所述平台(1)具有限定所述压力腔室(3)并且与所述测量膜(5)相对的内表面，其中在所述内表面上提供绝缘层(15)，尤其是二氧化硅(SiO2)绝缘层(15)，并且所述电极(13)是在所述绝缘层(15)上施加到所述内表面上的导电涂层，尤其是掺杂多晶硅的涂层。

Capacitive pressure sensor and its manufacturing method

The invention describes a pressure sensor that is simply constructed and efficiently manufactured using a method according to the invention, which comprises a platform (1), a conductive measurement film (5), which is connected to the platform (1) to close the pressure chamber (3) and is able to contact the measured pressure (Delta P); and the electrode (13), and the measurement film (5). Separated and electrically insulated from the measurement film (5), together with the measurement film (5), the capacitor has a capacitive variable based on the deflection of the measurement film (5), which is dependent on the pressure (delta P) acting on the measurement film (5), which is characterized by the platform (1) having the pressure chamber to limit the pressure chamber. (3) and an inner surface relative to the measurement film (5), in which an insulating layer (15) is provided on the inner surface, especially the silica (SiO2) insulating layer (15), and the electrode (13) is a conductive coating applied to the inner surface on the insulating layer (15), especially the coating of the doped polysilicon.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电容式压力传感器及其制造方法
本专利技术涉及一种电容式压力传感器，其包括：平台；导电测量膜，其与所述平台连接以封闭压力腔室并且能够与待测量压力接触；以及电极，其与所述测量膜间隔开并且电绝缘以连同所述测量膜一起形成电容器，所述电容器具有根据测量膜的偏转的电容变量，所述偏转取决于作用于测量膜上的压力。
技术介绍
电容式压力传感器在工业测量技术中应用于测量压力。这些电容式压力传感器包括实施为绝对压力传感器、相对压力传感器或压差传感器的压力传感器，其被称为半导体传感器或传感器芯片，所述传感器可通过向未分割晶片应用半导体技术已知的工程来生产。实施为压差传感器的压力传感器通常具有两个平台，在所述两个平台之间布置测量膜。所述两个平台的每一者中提供有封闭在测量膜下方的压力腔室。在测量操作中，经由一个平台中的通道向测量膜的第一侧提供第一压力并且经由第二平台中的通道向测量膜的第二侧提供第二压力。电容式压力传感器包括至少一个电容式机电换能器，其记录取决于作用于测量膜上的压力的测量膜的偏转并且将其转换为反映待测量压力的电信号。半导体传感器为此通常具有导电测量膜，其连同集成在特定平台中并且与所述测量膜电绝缘的刚性电极一起形成电容器，所述电容器具有取决于所述测量膜的压力相关偏转的电容。基本上，将有可能向压差传感器装配同时充当电极的两个单片导电平台，在所述两个导电平台之间将布置充当对置电极的导电测量膜。为此，在每种情况下，在测量膜与充当电极的两个平台中的每一者之间提供绝缘层，所述测量膜的外边缘经由所述绝缘层与每个平台的外边缘连接以形成两个压力腔室。在DE3825138A1中不建议使用这样的压差传感器，因为在这些压差传感器的情况下，存在如下问题，即通过测量膜和两个单片平台形成的两个电容器中的每一者由内部电容器部分和包围内部电容器部分的外部电容器部分构成。内部电容器部分位于压差传感器的区域中，其中测量膜的中心区经受取决于压力差的偏转。外部电容器部分位于压差传感器的区域中，其中测量膜的在所有侧边上包围中心区的外边缘布置在绝缘层之间。两个电容器的电容C1、C2对应于构成其的两个电容器部分的电容C1a、C1b和C2a、C2b的总和。然而，在这样的情况下，只有内部电容器部分的电容C1a和C2a含有待计量记录的压力差相关性。这使得与所述电容(即，C1＝C1a+C1b和C2＝C2a+C2b)的总和所给出的测量电容相比，取决于测量膜的内部区的偏转的待计量记录的压力差相关性电容变化ΔC1a和ΔC2a较小。对应地，可达到的测量精确度非常小。此外，两个电容C1、C2的差分变化f(其通常在压力测量技术中用于确定压力差并且根据：F＝(C1-C2)/(C1+C2)，基于两个电容之间的差值C1-C2与其总和C1+C2的比率来确定)不具有对待测量压力差的所需线性相关性。这些缺点在具有正方形横截面的压差传感器的情况下尤为突出，尤其是因为操作用于外部电容器部分的电容C1b、C2b的电极区域在对应地具有正方形横截面的测量膜和平台的情况下特别大。然而，能够在未分割晶片上制造的半导体传感器通常具有正方形横截面，因为正方形横截面使得在未分割晶片上制造的压差传感器能够通过沿直的锯线的锯切来被分开。在现有技术中以例如DE3825138A1和DE10393943B3中所描述的方式解决这个问题，其中施加于测量膜的两侧上的平台由三个相互面向层构造。这些平台各自具有面向测量膜的导电层和背对测量膜的导电层，并且这些导电层通过布置在所述两个导电层之间的绝缘层彼此绝缘。在面向测量膜的导电层中，在每种情况下，以向下延伸到绝缘层的闭环的形式提供至少一个沟道，以便将所述层划分为由所述沟道包围并充当电极的内部区以及在外部包围所述沟道并与测量膜连接的外部区。在这样的情况下，以这样的方式构造内部区以使得其与测量膜间隔开。这样的压差传感器的制造比较复杂，因为每个平台由在每种情况下必须结构化的许多层构成，并且封闭在平台中的电极必须通过每个平台的外部层和绝缘层来电接触。为了减小寄生电容的负面影响，DE10393943B3描述了通过经由施加在压差传感器的外表面上的导电涂层将测量膜，面向膜层的边缘区和背对膜层的边缘区接地或连接到基准电势来使集成在平台中的电极免受压差传感器的环境的影响。然而，在未分割晶片上制造的压力传感器的外侧的涂层仅随后在将压力传感器分开之后为可能的。与在未分割晶片上能够具有成本效益地执行的工程相比，每个单独压力传感器的涂层为复杂的并且不太精确。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种构造简单且成本有效地可制造的压力传感器以及其制造方法。为此，本专利技术涉及一种压力传感器，其包括：-平台，-导电测量膜，其与所述平台连接以封闭压力腔室并且能够与待测量压力接触，以及-电极，其与测量膜间隔开并且与测量膜电绝缘以连同测量膜一起形成电容器，所述电容器具有根据测量膜的偏转的电容变量，所述偏转取决于作用于测量膜上的压力，其特征在于-所述平台具有限定压力腔室并且与测量膜相对的内表面，其中在内表面上提供绝缘层，尤其是二氧化硅(SiO2)绝缘层，并且-所述电极是施加在内表面上的绝缘层上的导电涂层，尤其是掺杂多晶硅的涂层。本专利技术的第一进一步发展由包括以下各项的特征来表征-所述平台具有通道，尤其是具有高纵横比的通道，尤其是数量级为10到25的纵横比，所述通道延伸通过平台并且通向压力腔室，-施加在平台的内表面上的绝缘层是施加在平台上并且在通道的侧表面上从内表面延伸到在平台的外表面上提供的连接区的绝缘层的一部分，并且-所述电极是在所述绝缘层上且在通道的侧表面上从内表面延伸到在平台的外表面上提供的连接区的导电涂层的一部分。另外，本专利技术包括第一进一步发展的进一步发展，其特征在于-在所述平台的外边缘上提供凹口，尤其是高度与平台的厚度减去压力腔室的高度对应的凹口，-在这个凹口的垂直于测量膜延伸的侧表面上提供连接区，-在导电涂层上提供电极端子，尤其是施加在导电涂层上并且具有布置在连接区中的接触区的用于接触电极连接，尤其是用于借助于引线接合来接触的金属化。本专利技术的第二进一步发展规定-在平台的外边缘上提供暴露测量膜的边缘区的凹口，-提供与测量膜的暴露边缘区连接的膜端子，尤其是通过金属化形成以用于电连接测量膜的膜端子，-所述凹口具有垂直于测量膜延伸的侧表面，并且-所述膜端子具有布置在这个侧表面上用于接触膜端子尤其是用于借助于引线接合来接触的接触区。根据第一进一步发展的进一步发展和第二进一步发展的压力传感器的进一步发展规定-压力传感器具有四个外侧和两个相互相对端面，并且-膜端子的凹口和电极端子的凹口提供在压力传感器的相同外侧上并且尤其是通过位于其之间的平台的边缘区彼此隔离。本专利技术的第一实施例规定-所述平台具有在外部包围压力腔室的边缘区，并且-边缘区的面向测量膜的表面与测量膜的外边缘连接，尤其是直接地或经由布置在平台的边缘区的表面与测量膜之间的连接层连接，尤其是经由实施为包括施加在内表面上的所述绝缘层的绝缘层的一部分的连接层连接。本专利技术的第二实施例规定所述平台是单片平台。本专利技术的第三进一步发展规定绝缘层具有数量级为1μm至5μm的涂层厚度，尤其是在绝缘层的所有部分中基本上相等的涂层厚度。本专利技术的第四进一步发展规定，形成所述电极或包括所述电极作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压力传感器，包括：‑平台(1)，‑导电测量膜(5)，所述导电测量膜(5)与所述平台(1)连接以封闭压力腔室(3)并且能够与待测量的压力(Δp)接触，以及‑电极(13)，所述电极(13)与所述测量膜(5)间隔开并且与所述测量膜(5)电绝缘以连同所述测量膜(5)一起形成电容器，所述电容器具有根据所述测量膜(5)的偏转的电容变量，所述偏转取决于作用于所述测量膜(5)上的所述压力(Δp)，其特征在于‑所述平台(1)具有限定所述压力腔室(3)并且与所述测量膜(5)相对的内表面，其中在所述内表面上提供绝缘层(15)，尤其是二氧化硅(SiO2)绝缘层(15)，并且‑所述电极(13)是在所述绝缘层(15)上施加到所述内表面上的导电涂层，尤其是掺杂多晶硅的涂层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.09 DE 102015119272.11.一种压力传感器，包括：-平台(1)，-导电测量膜(5)，所述导电测量膜(5)与所述平台(1)连接以封闭压力腔室(3)并且能够与待测量的压力(Δp)接触，以及-电极(13)，所述电极(13)与所述测量膜(5)间隔开并且与所述测量膜(5)电绝缘以连同所述测量膜(5)一起形成电容器，所述电容器具有根据所述测量膜(5)的偏转的电容变量，所述偏转取决于作用于所述测量膜(5)上的所述压力(Δp)，其特征在于-所述平台(1)具有限定所述压力腔室(3)并且与所述测量膜(5)相对的内表面，其中在所述内表面上提供绝缘层(15)，尤其是二氧化硅(SiO2)绝缘层(15)，并且-所述电极(13)是在所述绝缘层(15)上施加到所述内表面上的导电涂层，尤其是掺杂多晶硅的涂层。2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于-所述平台(1)具有通道(9)，尤其是具有高纵横比的通道(9)，尤其是数量级为10到25的纵横比，所述通道延伸通过所述平台(1)并且通向所述压力腔室(3)，-施加在所述平台(1)的所述内表面上的所述绝缘层(15)是绝缘层(17、17‘)的一部分，所述绝缘层(17、17‘)施加在所述平台(1)上并且在所述通道(9)的侧表面上从所述内表面延伸到在所述平台(1)的外表面上提供的连接区，并且-所述电极(13)是导电涂层(19)的一部分，所述导电涂层(19)在所述绝缘层(17、17‘)上且在所述通道(9)的所述侧表面上从所述内表面延伸到在所述平台(1)的所述外表面上提供的所述连接区。3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于-在所述平台(1)的外边缘上提供凹口(27)，尤其是高度与所述平台(1)的厚度减去所述压力腔室(3)的高度(h)对应的凹口(27)，-在这个凹口(27)的垂直于所述测量膜(5)延伸的侧表面上提供所述连接区，-在所述导电涂层(19)上提供电极端子(21)，尤其是施加在所述导电涂层(19)上并且具有布置在所述连接区中的接触区的用于接触所述电极端子(21)，尤其是用于借助于引线接合来接触的金属化。4.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于-在所述平台(1)的外边缘上提供暴露所述测量膜(5)的边缘区的凹口(25)，-提供与所述测量膜(5)的所暴露的边缘区连接的膜端子(23)，尤其是通过金属化形成以用于电连接所述测量膜(23)的膜端子(23)，-所述凹口(25)具有垂直于所述测量膜(5)延伸的侧表面，并且-所述膜端子(23)具有布置在这个侧表面上用于接触所述膜端子(23)，尤其是用于借助于引线接合来接触的接触区。5.根据权利要求3和4所述的压力传感器，其特征在于-所述压力传感器具有四个外侧和两个相对端面，并且-所述膜端子(23)的所述凹口(25)和所述电极端子(21)的所述凹口(27)提供在所述压力传感器的相同外侧上并且尤其通过位于其间的所述平台(1)的边缘区(45)彼此绝缘。6.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于-所述平台(1)具有在外部包围所述压力腔室(3)的边缘区，并且-所述边缘区的面向所述测量膜(5)的表面与所述测量膜(5)的外边缘连接，尤其是直接地或经由布置在所述平台(1)的所述边缘区的所述表面与所述测量膜(5)之间的连接层(11)连接，尤其是经由实施为包括施加在所述内表面(15)上的所述绝缘层的绝缘层(17‘)的一部分的连接层(11)连接。7.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于所述平台(1)是单片平台(1)。8.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于所述绝缘层(15、17、17‘)具有数量级为1μm至5μm的涂层厚度，尤其是在所述绝缘层(17、17‘)的所有部分中基本上相等的涂层厚度。9.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于形成所述电极(13)或包括所述电极(13)作为子区的所述导电涂层(15、19...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·诺门森，拉斐尔·泰伊朋，本杰明·莱姆克，谢尔盖·洛帕京，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔欧洲两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE