传感器制造技术

在半导体基底的前表面上形成了一个保护电极且经过一个绝缘层在保护电极上形成了一个固定电极。借助一个隔膜在固定电极上形成了一个腔，且在这些隔膜层之间形成了一个运动电极。形成了从基底的后表面延伸并到达腔的一个基底通孔。提供了一个运算放大器，它驱动保护电极从而使保护电极的电位与固定电极的电位相等。固定电极与运动电极之间的电容的改变被转换成与隔膜的位移直接相关的电压。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种传感器，且更具体地说涉及用于通过静电电容并将其转换成电信号而检测机械位移的传感器。传统上，作为用于通过借助机械压力把位移转换成电信号的传感器，有例如JP-A-9-257618中公布的静电电容检测式压强检测器。附图说明图1-3显示了这种传感器的结构、制造过程和电容-电压转换电路。图1是该压强检测器的平面图，并主要显示了电极的设置。图2A-2G是沿着图1中的A-A线取的、按照制造步骤的顺序的截面图。该压强检测器由形成在一个基底的前表面上的固定电极、设置在该固定电极上的压强基准腔、用于掩盖压强基准腔的一个隔离隔膜、以及作为隔离隔膜的表面的导电膜的运动电极构成。图3是框图，显示了检测以如上方式形成的固定电极和运动电极的静电电容的电容-电压转换电路。该电容-电压转换电路由一个切换电容器电路构成。图3显示的电容-电压转换电路具有一个基准电容，用于吸收由于制造步骤中的大小变化而导致的静电电容值的分布以及由于温度涨落等而产生的大小改变所造成的静电电容值的涨落。图1所示的压强检测器不具有包括这种基准电容的构造。基准电容可通过邻近地形成其中牺牲层未受到蚀刻的一个电容，而方便地构成。现在结合图2A-2G来描述这种传统压强检测器的制造步骤的轮廓。通过把杂质扩散到由单晶硅制成的基底100的前表面(在该图的上侧的表面)中，形成了一个固定电极111、一个固定电极引线112和一个固定电极下连接端113-它们都是导电的。在此之后，在基底100的前表面上淀积一个第一绝缘层120(见图2A)。随后，在第一绝缘层120上淀积一个牺牲层140(见图2B)。在此之后，如图2C所示，在第一绝缘层120和牺牲层140上淀积一个第一隔离隔膜层150。在此之后，在第一隔离隔膜层150上淀积一个第一导电层110。第一导电层110得到蚀刻，同时留出运动电极161部分和运动电极引线82部分以及用于运动电极的电连接的运动电极下连接端163。在此之后，如图2D所示，一个第二隔离隔膜层170被淀积在第一隔离隔膜层150和第一导电层110上，且随后形成一个蚀刻液供给孔10，该孔穿过第二隔离隔膜层170和第一隔离隔膜层150并达到牺牲层140。随后，通过从蚀刻液供给孔10供给用于各向同性地蚀刻牺牲层140的蚀刻液，牺牲层140受到蚀刻。因此，如图2E所示，在第一绝缘层120与第一隔离隔膜层150之间形成了压强基准腔20。进一步地，形成了穿过第二隔离隔膜层170并达到运动电极下连接端163的一个运动电极连接孔11，以及穿过第二隔离隔膜层170、第一隔离隔膜层150和第一绝缘层120并达到固定电极下连接端113的一个固定电极连接孔132。随后在前表面上淀积一个导电层。如图2F所示，导电层得到蚀刻，同时留下通过运动电极连接孔11而与运动电极下连接端163相连的运动电极输出端181的部分，和通过固定电极连接孔132与固定电极下连接端113而相连的一个固定电极下连接端固定电极输出端182的部分。在此之后，在第二隔离隔膜层170上淀积一个密封材料层，从而密封蚀刻液供给孔10。如图2G所示，密封材料层得到蚀刻，同时留出蚀刻液供给孔10附近的密封盖30。如上所述，传统的压强检测器是通过包括以下部分而形成的一个基底，其中在前表面上形成有固定电极；第一隔离隔膜层，它分隔并形成压力基准腔，从而只与前表面相距一个预定的距离；由导电层在第一隔离隔膜层上形成的运动电极；淀积的第二隔离隔膜层，它用于掩盖运动电极；穿过第二隔离隔膜层和第一隔离隔膜层并达到压强基准腔的开口(蚀刻液供给孔)；以及，用于封闭该开口从而封闭压强基准腔的封闭材料(封闭盖)。包括传统压强检测器的第一和第二隔离隔膜层的隔膜按照环境压强而变形。即，由于来自压强基准腔的内侧的一个压强而产生的沿着使隔膜与固定电极之间的距离增大的方向的力和由于来自外界的压强而产生的沿着使隔膜与固定电极之间的距离减小的方向的力被加到隔膜上，从而使该隔膜的变形只对应于这些力的差。因此，由固定电极和在隔膜上形成的运动电极构成的电容的静电电容呈现出与隔膜的变形相应的值。通过测量该静电电容值，能够知道加到检测器上的压强与压强基准腔中的压强之差。通过把压强基准腔中的压强设定到一个充分地小于检测器的压强测量范围的一个值，检测器能够成为绝对压强测量型检测器。传统压强检测器的运动电极与固定电极之间的静电电容值由如图3显示的电容-电压转换电路测量。电压控制型开关SWr、SWx、SWf、和SWo在时钟电压源Vck处于高(H)电平时与上触头(黑圈)侧相连，且当时钟电压源Vck处于低(L)电平时与下触头(白圈)侧相连。开关SWr、SWx、SWf和SWo以这种的方式构成，即能够以互锁的关系运行并交替地与上触头侧和下触头侧相连。参考符号Vb表示一个偏置电压源；A1表示一个运算放大器；Cf表示一个反馈电容器；Co表示一个用于平滑脉动的输出电容；Eo表示一个输出电压；Cx表示由运动电极161和固定电极111构成的一个电容；Cr表示由一个基准电极51和固定电极111构成的电容；且Csx和Csr都表示由固定电极111和基底100构成的电容。因为运算放大器Al的开环增益很大，故考虑到电路构造，运算放大器的(-)输入端处的电势大体等于(+)输入端处的电势。因此，固定电极输出端182的电势被置于地电势。现在描述图3显示的电容-电压转换电路的具体操作。时钟电压源Vck从低电平改变到高电平，且开关SWr、SWx、SWf和SWo与上触头侧相连。当电荷的运动在此之后完成时，因为电容Cr的基准电极51与固定电极111的电位都被置于地电位，故存储(或充电)在电容Cr中的电荷量为0。由于电容Cx的运动电极161的电位等于电压源Vb的电压(Vb)且电容Cx的固定电极111的电位等于地电位，故电容Cx的累积电荷Qx等于Cx·Vb。由于电容Cf的两端被开关SWf短路，这些端子的电位等于固定电极输出端182的电位，因而电容Cf的累积电荷等于0。由于电容Co从运算放大器Al的输出端断开，电容-电压转换电路的输出电压Eo被保持在按照时钟电压源Vck处于低电平时的最后时刻存储的电荷的电位。随后，时钟电压源Vck从高电平改变到低电平，且开关SWr、SWx、SWf和SWo与下触头侧相连。当在此之后电荷的运动完成时，由于电容Cx上的电压等于0，正电荷从运算放大器Al的(-)输入端沿着适合于把累积电荷置于0的方向移向固定电极111。由于电容Cr上的电压等于Vb，正电荷沿着适合于把零电荷置于累积电荷Qr(＝Cr·Vb)的方向从固定电极111移向运算放大器Al的(-)输入端。这些电荷被存储在电容Cf中，因为开关SWf是打开的。电荷的幅度由以下公式表示Qr-Qx＝Cr·Vb-Cx·Vb＝Vb(Cr-Cx)因此，电容Cf上的电压Vcf由以下公式表示Vcf＝Vb(Cr-Cx)/Cf由于电容Cf与运算放大器Al相连的一端被置于零电位，电容-电压转换电路的输出电压Eo的极性被倒转和电压Eo被表示如下Eo＝Vb(Cx-Cr)/Cf电容Co存储与该电位相应的电荷。如上所述，在时钟电压源Vck处于高电平期间，电荷被存储在电容Cx中，电容Cf中的电荷被置于0，且时钟电压源Vck刚处于低电平前的时期的值作为输出电压Eo本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器，包括： 形成在基底的前表面上的保护电极； 淀积在所述保护电极的上部上的绝缘层； 形成在所述绝缘层的上部的固定电极；以及 缓冲放大装置，用于驱动所述保护电极从而使所述保护电极的电位与所述固定电极的电位相等。

【技术特征摘要】
JP 1998-7-14 213432/981.一种传感器，包括形成在基底的前表面上的保护电极；淀积在所述保护电极的上部上的绝缘层；形成在所述绝缘层的上部的固定电极；以及缓冲放大装置，用于驱动所述保护电极从而使所述保护电极的电位与所述固定电极的电位相等。2.根据权利要求1的传感器，进一步包括一个导电层，该导电层覆盖整个的表面从而不把电力线从外部引入所述固定电极。3.根据权利要求1的传感器，其中所述基底是电路集成半导体基底，且所述缓冲放大装置是集成在所述半导体基底上的。4.根据权利要求1的传感器，进一步包括设置在所述固定电极的上部并用于保持电荷的驻极体层。5.根据权利要求1的传感器，进一步包括设置在所述固定电极的上部并用于把电荷注入由绝缘层围绕的一个导电层的驻极体。6.根据权利要求1的传感器，进一步包括用于使所述固定电极的电荷基本上恒定的偏压装置。7.根据权利要求1的传感器，进一步包括用于把用于检测静电电容的交流信号加到所述固定电极上的装置。8.一种传感器，包括形成在一个基底的前表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：池田雅春，江刺正喜，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]