具有内置校准能力的压力传感器的制造方法_2

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致有角度的侧壁和/或其它尺寸变化,这些将导致隔膜40的宽度62大于或小于预定设计值。宽度62的潜在变化会导致压力传感器20的灵敏度的偏移,被反映为电容的偏移。正如将在下面详细描述的,测试单元和密封结构在压力传感器内形成,即内置于该压力传感器中,并且被用于估计传感单元响应于任何工艺变化的灵敏度,以及基于所估计的灵敏度最终校准压力传感器。
[0024]宽度62的变化被描述为潜在地引起压力传感器的灵敏度的偏移。然而,其它几何特性,例如压力传感隔膜的厚度、压力腔的几何形状等等的变化也可能引起压力传感器的灵敏度的偏移。然而,内置测试单元和密封结构可以在压力传感器内被实施以提供校准能力,而与特定工艺变化无关。
[0025]参照图4和图5,图4根据一个实施例,显示了 MEMS压力传感器70的简化俯视图,以及图5显示了沿图4的剖面线5-5的压力传感器70的侧视图。压力传感器70通常包括具有至少一个传感结构72和参考结构74的传感组件71。图5详细地显示了压力传感器70的传感结构72的侧视图。传感和参考结构72和74可以在衬底78的表面76上形成。传感结构72包括一个或多个传感单元80和以一个或多个测试单元82和密封结构84为形式的内置校准能力。测试单元82和密封结构84被实施以估计传感单元80的灵敏度,由于例如工艺变化,该灵敏度可能不同于传感单元80的灵敏度。
[0026]传感结构72的传感单元80和测试单元82在衬底78上彼此靠近形成。在示出的实施例中,传感单元80与测试单元82被配置为交错排列,即传感单元80与测试单元82交替排列。传感单元80和测试单元82同时被制造以具有相同的几何尺寸,并且个体传感和测试单元80、82对环境压力26敏感。由于它们相同的几何尺寸,传感和测试单元80、82对环境压力26的灵敏度被假定为几乎相同。
[0027]参考结构74包括参考单元86。与传感和测试单元80、82不同,参考结构74的参考单元86在很大程度上对环境压力26不敏感。参考结构74与图1和图3所示的参考结构24在结构上相似。因此,每个参考单元86可以包括在衬底78上形成的参考电极88、腔(例如,图3中所示的腔46)以及通过真空腔与参考电极44间隔开的参考电极90。保护层92与每个参考电极90接触地形成。此外,保护层92可以是例如正硅酸乙酯(TEOS)的相对厚的层,其使参考电极90在很大程度上对压环境力26不敏感。由于参考结构74的这样描述将与给参考结构24提供的描述对应,因此,为了简洁,参考结构74的进一步描述在此被省略。
[0028]压力传感器70在图4和图5中被示出为包括四个传感单元80、四个测试单元82和四个参考单元86。然而,压力传感器70可能包括任何适当数量的传感单元80、测试单元82和参考单元86。此外,为了简洁图示,参考结构74被显示为与传感结构72物理上隔离。在替代实施例中,参考结构74的参考单元86也可以与传感和测试单元80、82交错。在其它实施例中,传感和测试单元80、82无需交错,但也可以彼此靠近被排列成其它结构配置。压力传感器70还可以包括位于衬底78上的其它特征,例如屏蔽线、保护环等等,为了简洁图示,这些特征不被包括在图4和图5中。
[0029]传感结构72和参考结构74可以在衬底78的表面76上被制造。绝缘层94 (最好另见图5)可以在衬底78的剩余暴露表面76上随后被沉积。根据,绝缘层94可以包括根据给定的压力传感器实现的要求所选择的任何适当的绝缘或介电质材料层,例如氮化物材料。
[0030]每个传感单元80包括在衬底78上形成的电极96,并且每个测试单元82包括在衬底78上形成的电极98。在图4中,由于电极96和98位于结构层100下面,它们使用虚线被示出为幻像。同样,由于参考结构74的参考电极88位于参考电极90和保护层92下面,它们也使用虚线示出为幻像。正如将在下面讨论的,图5使用了各种阴影和/或剖面线示出以区别在器件的结构层内产生的不同元件。结构层内的这些不同元件可以使用沉积、图案化、蚀刻等等的当前的以及即将到来的表面微加工技术产生。因此,虽然不同的阴影和/或剖面线可以在图示中被使用,但结构层内的不同元件可以由相同的材料,例如多晶硅、单晶娃等等形成。
[0031]电极96表示传感单元80的一组传感电容器底板电极,而电极98表示测试单元82的另一组传感电容器底板电极。由于测试单元82与传感单元80交错,电极96相应地与电极98配置成交错排列。在一些实施例中,单体电极96的几何形状匹配单体电极98的几何形状,即,这些几何形状基本上相同。
[0032]仍参照传感结构72,结构层100表示分别用于传感单元80和测试单元82每一个的电容器顶板电极。结构层100上覆电极96和98、与电极96和98间隔开并且被配置为与电极96和98相连,以产生传感单元80的传感腔102和测试单元82的测试腔104 (详见图5)。测试单元82的测试腔104与传感单元80的传感腔102横向间隔开并且物理上隔离。腔102和104可以是具有接近真空的初始腔压力51的真空室。或者,在因此在此被称为初始腔压力51的给定控制压力下的制造期间,腔102和104是最初由一种适当的气体填充的室。
[0033]结构层100锚固到绝缘层94的表面以用于限定结构层100的对应于传感单元80的传感隔膜106的部分以及用于限定结构层100的对应于测试单元82的测试隔膜108的其它部分。例如,结构层100关于结构层100的周界110并且位于周界内部的希望的锚固位置处锚固到绝缘层94 (例如通过参考符号112指示的)以建立腔102和104以及将测试隔膜108与传感隔膜106区别开来。
[0034]通常,每个传感隔膜106的面积被形成为在几何上等于每个测试隔膜108的面积。例如,每个传感和测试隔膜106和108以宽度114和长度116为特征,其中每个传感隔膜106的宽度114通常等于每个测试隔膜108的宽度114,并且每个传感隔膜106的长度116通常等于每个测试隔膜108的长度。由于传感和测试隔膜106、108的几何特征(例如,宽度114和长度116)相等,由此断定每个传感和测试隔膜106和108的面积相等,因此,每个测试单元82的灵敏度理想地与每个传感单元80的灵敏度相同。因此,在示出的实施例中,宽度114和长度116是分别直接影响传感单元80和测试单元82的灵敏度的关键尺寸。
[0035]压力传感器70示出为具有大致矩形的隔膜,矩形隔膜具有的宽度小于矩形隔膜的长度。然而,隔膜不必是矩形,而是可以是其它形状(例如,正方形、圆形、多边元素等等),只要传感和测试隔膜106、108的几何特征是相同的,使得传感单元80和测试单元82的灵敏度通常是相同的。
[0036]现参照密封结构84,密封结构84包括与在下面的衬底78间隔开的密封膜118,使得在密封膜118和衬底78之间产生密封腔120。在一个实施例中,密封膜118可以是关于密封腔120的周界锚固到衬底78的结构层100的一部分。密封结构84还包括插入在测试腔104和密封腔120至少一个之间的沟道122。在图4中,由于被上覆的结构层100掩盖,并且在一些位置,被保护层92的一部分掩盖,沟道122由位于最右边的测试单元82和密封结构84之间的虚线表示。在图5的横截面插图中,沟道122被显示为互连最右边的测试单元82的测试腔104和密封结构84的密封腔120。
[0037]此外,沟道结构124互连每个测试腔104。由于被上覆的结构层100掩盖,并且在一些位置,被保护层92的一部分掩盖,沟道结构124也由图4中的虚线表示。因此,包括沟道122和沟道结构124的密封结构84导致了其中每个测试腔104与密封腔120流体相通的配置。
[0038]结合图4和图5,参照图6,图6显示了在处理的中间阶段的压力传感器70的部分俯视图。特别是,图6显示了在制造的中间阶段的压力传感器70的传感结构72的俯视图。根据MEMS制造方法,传感电极96、测试电极98和参考电极88 (均不可见)以及绝缘层94可以在衬底78的表面76上形成。牺牲材料层126,例如,聚硅酸玻璃(PSG),随后可以跨传感电极96、测试电极98和参考电极88以及绝缘层94的表面被沉积。为了清楚起见,绝缘层94由点画图形表示而牺牲材料层126由向下和向右指向的窄剖面线表示。
[0039]牺牲层126通过常规工艺适当地被图案化和被蚀刻以形成在产生的MEMS压力传感器70中变为中空部分的那些区域。换句话说,在牺牲层图案化和蚀刻之后,结构层100可以在保留在绝缘层94上以及绝缘层94的任何暴露区域上的任何牺牲材料层126上被沉积。在结构层100的沉积之后,该剩余牺牲材料层126可以通过常规做法被移除以在MEMS压力传感器70中产生中空区域,即,传感腔102、测试腔104、密封腔120、沟道122和沟道结构 124。
[0040]为了图示目的,传感腔102、
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