传感器70以抵消工艺变化导致的不一致。
[0080]总之，实施例涉及包括内置校准能力的MEMS压力传感器、用于制造MEMS压力传感器的方法和用于估计MEMS压力传感器的灵敏度和校准MEMS压力传感器的方法。该压力传感器包括位于由相同几何特征和工艺制造的单一管芯上的多个传感和测试单元。因此，每个传感和测试单元理想地对强加压力刺激具有相同的灵敏度。密封结构与一个或多个测试单元的一个或多个测试腔相通。该密封结构被配置为被弄破裂以改变测试腔内的压力。在破裂密封结构之前和之后，测试单元的灵敏度可以通过获取压力读数被计算。由于测试和传感单元被假定为具有相同的灵敏度，来自测试单元的传感信号可以被用于估计传感单元的灵敏度。传感单元的所估计的灵敏度可以随后被用于计算校准系数并且最终校准压力传感器。这样的压力传感器和方法可以使得能够进行灵敏度估计和相关传感器校准，而无需强加物理刺激校准信号，从而降低了测试和设备成本。
[0081]应了解，在图7和9中所描述的处理块的某一些可以彼此平行或与执行其它过程并行地被执行。此外，应了解，图7和图9中所描绘的处理块的特定顺序可以被修改，而基本上实现相同的结果。因此，这样的修改意欲包含于本发明的主题范围之内。此外，虽然特定的系统配置结合图4-图6在上面被描述，实施例也可以在具有其它架构的系统中被实施。这些和其它变化意欲包含在本发明的主题范围之内。
[0082]虽然结合特定装置和方法，已经对本发明主题的原理进行了描述，应该清楚了解该描述仅仅是例举而不是对本发明主题范围的限制。本发明所描述的以及附图中所示出的各种功能或处理块可以在硬件、固件、软件或由其产生的任何组合中得到实施。此外，本发明所采用的措辞或术语是为了描述而不是限制。
[0083]对特定实施例的上述描述充分揭示了本发明的一般特性，其它人可以通过运用当前知识，在不脱离一般概念的情况下很容易地对其做出修改和/或调整以适合各种应用。因此，这些调整和修改是在本发明实施例的含义和等同物范围内做出的。本发明的主题包含所有这些替代物、修改、等同物、以及在随附的权利要求书的精神和宽范围内的变化。
【主权项】
1.一种微机电系统MEMS压力传感器,包括: 传感单元；以及 测试单元，所述传感单元和所述测试单元在共同的衬底上彼此靠近地形成，所述测试单元具有测试腔和与所述测试腔相通的密封结构，其中所述传感单元和所述测试单元中的每一个对环境压力敏感，当所述密封结构未破裂时，所述测试腔呈现初始腔压力，而当所述密封结构破裂时，所述初始腔压力被改变至所述环境压力。
2.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器，其中所述环境压力是大气压力，并且所述测试单元被用于估计所述传感单元的灵敏度而无需施加大于所述大气压力的压力刺激。
3.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器，还包括: 与所述测试单元相通的信号线； 在所述密封结构破裂之前，所述测试单元被配置为响应于所述环境压力经由所述信号线产生第一传感信号；以及 在所述密封结构破裂之后，所述测试单元被配置为经由所述信号线产生第二传感信号。
4.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器，其中所述传感单元包括传感腔，并且在所述密封结构破裂之前，所述传感腔和所述测试腔中的每个呈现所述初始腔压力。
5.根据权利要求4所述的MEMS压力传感器，其中所述初始腔压力接近真空。
6.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器，其中所述传感单元包括传感腔，并且所述测试腔与所述传感单元的所述传感腔物理上隔离。
7.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器，其中所述密封结构包括: 与在下面的所述衬底间隔开以产生密封结构腔的密封膜；以及 插入在所述测试腔与所述密封结构腔之间的沟道，其中所述密封膜破裂以将所述测试腔内的所述初始腔压力改变为所述环境压力。
8.根据权利要求7所述的MEMS压力传感器，其中: 所述传感单元包括上覆于所述衬底并且与所述衬底间隔开以产生传感腔的传感隔膜； 所述测试单元包括上覆于所述衬底并且与所述衬底间隔开以产生所述测试腔的测试隔膜，其中所述传感隔膜、所述测试隔膜和所述密封膜形成在共同的结构层中。
9.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器，还包括: 在所述衬底上形成的一组传感单元，所述一组传感单元包括所述传感单元；以及 在所述衬底上形成的一组测试单元，所述一组测试单元包括所述测试单元。
10.根据权利要求9所述的MEMS压力传感器，其中所述一组测试单元被配置为与所述一组传感单元交错排列。
11.根据权利要求9所述的MEMS压力传感器，其中所述一组测试单元内的每个所述测试单元具有所述测试腔，并且所述密封结构与每个所述测试腔相通，使得当所述密封结构破裂时，每个所述测试腔内的所述初始腔压力改变至所述环境压力。
12.—种方法，包括步骤: 在衬底上形成微机电系统MEMS压力传感器的传感单元，所述传感单元具有传感腔； 在所述衬底上靠近所述传感单元形成所述MEMS压力传感器的测试单元，所述测试单元具有测试腔，所述传感腔和所述测试腔中的每一个呈现初始腔压力，所述测试腔与所述传感腔物理上隔离，并且所述传感单元和所述测试单元中的每一个对环境压力敏感；以及形成与所述测试腔相通的密封结构，其中所述密封结构被配置为破裂以将所述测试腔内的所述初始腔压力改变至所述环境压力，其中所述传感腔保持在所述初始腔压力。
13.根据权利要求12所述的方法，其中形成所述密封结构的步骤包括: 形成上覆于所述衬底并且与所述衬底间隔开以产生密封结构腔的密封膜；以及 形成插入在所述测试腔与所述密封结构腔之间的沟道。
14.根据权利要求13所述方法，其中: 形成所述传感单元的步骤包括:形成上覆于所述衬底并且与所述衬底间隔开以产生所述传感腔的传感隔膜； 形成所述测试单元的步骤包括:形成上覆于所述衬底并且与所述衬底间隔开以产生所述测试腔的测试隔膜，其中所述传感隔膜、所述测试隔膜和所述密封膜形成在共同结构层中。
15.根据权利要求13所述的方法，还包括: 响应于所述环境压力，获得电极与所述测试单元的测试隔膜之间的第一传感信号； 破裂所述密封膜以将所述测试腔内的所述初始腔压力改变至所述环境压力；以及 在所述破裂操作之后，获得所述电极与所述测试隔膜之间的第二传感信号。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括: 使用所述第一传感信号和所述第二传感信号计算所述测试单元的测试单元灵敏度；以及 使用所述测试单元灵敏度估计所述传感单元的灵敏度。
17.—种方法,包括: 响应于环境压力，获得传感电极与微机电系统MEMS压力传感器的测试单元的测试隔膜之间的第一传感信号，其中所述测试单元包括测试腔，所述传感电极位于所述测试腔中，所述测试腔呈现初始腔压力；以及 将所述测试腔内的所述初始腔压力改变至所述环境压力； 在所述改变操作之后，获得所述传感电极与所述测试隔膜之间的第二传感信号。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括: 使用所述第一传感信号和所述第二传感信号计算所述测试单元的测试单元灵敏度；以及 使用所述测试单元灵敏度估计所述MEMS压力传感器的传感单元的灵敏度，其中所述环境压力是大气压力，并且所述估计操作被执行而无需施加大于所述大气压力的压力刺激。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述MEMS压力传感器的传感单元与所述测试单元彼此靠近地在衬底上形成，并且所述改变操作不将所述传感单元的传感腔内的所述初始腔压力改变至所述环境压力。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述改变操作保持所述测试隔膜完整。
【专利摘要】本发明涉及具有内置校准能力的压力传感器。MEMS压力传感器(70)包括传感单元(80)、测试单元(82)和密封结构(84)。所述测试单元包括测试腔(104)，并且所述密封结构(84)与所述测试腔相通，其中所述密封结构被配置为破裂以将位于所述测试腔(104)内的初始腔压力(51)改变至环境压力(26)。校准方法(180)包含在破裂所述密封结构之前从所述测试单元获得(184)测试信号(186)，并且在所述密封结构破裂之后获得(194)另一个测试信号(196)。所述测试信号被用于计算所述测试单元的灵敏度(200)，所计算的灵敏度被用于估计所述传感单元的所述灵敏度(204)并且所述估计的灵敏度(204)可以被用于校准所述传感单元。
【IPC分类】B81B7-00, G01L9-12, B81C1-00
【公开号】CN104697703
【申请号】CN201410655567
【发明人】C·S·达沃森, P·T·琼斯
【申请人】飞思卡尔半导体公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2014年11月18日
【公告号】US20150160089