具有共享共同密封腔的压力传感器和参考传感器的自校准压力传感器系统的制作方法
【专利说明】具有共享共同密封腔的压力传感器和参考传感器的自校准压力传感器系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请基于并要求2013年12月9日递交的、名称为“SELF-CALIBRATING PRESSURESENSOR SYSTEM WITH PRESSURE SENSOR AND REFERENCE SENSOR THAT SHARE COMMONSEALED CHAMBER”、代理人案卷号 086400-0204 (MKS-231US)的美国专利申请号 14/101,177和2013年4月4日递交的、名称为“AUTO-ZEROING PRESSURE SENSOR”、代理人案卷号086400-0171 (MKS-231PR)的美国临时专利申请61/808，443的优先权。这些申请的全部内容以引入方式并入本文。
技术领域
[0003]本公开内容涉及用于感测气体或液体的压力的压力传感器并且涉及微机电系统(MEMS)技术。
【背景技术】
[0004]压力传感器可以用于感测气体或液体的压力。
[0005]在使用前，压力传感器可以对照已知的压力进行校准。尽管如此，由于可由老化和环境条件而引起的压力传感器的特性的变化，压力传感器的精度可能恶化。因此，压力传感器可能需要反复地重新校准，增加了成本，并且有时需要暂时将压力传感器从执行其压力感测功能去除。
[0006]参考传感器可以被提供来辅助校准。参考传感器可以暴露于与压力传感器相同的环境中(除了参考传感器对于气体或液体的压力的改变可以是不敏感的)。然后，参考传感器的改变可以通过漂移补偿系统用于补偿压力传感器中的漂移。然而，漂移补偿的精度可能通过压力传感器与参考传感器之间的不平等而减少。增加参考传感器还可能增加制造成本和压力传感器系统的尺寸。
【发明内容】
[0007]—种自校准压力传感器系统，所述自校准压力传感器系统可以测量气体或液体的压力。所述系统可以包括压力传感器、参考传感器和漂移补偿系统。所述压力传感器可以包括压力感测柔性隔膜，所述压力感测柔性隔膜具有暴露于所述气体或所述液体的一侧和形成密封腔的壁的另一侧。所述参考传感器可以包括参考柔性隔膜，所述参考柔性隔膜具有都在相同密封腔内或都暴露于相同密封腔的两侧。漂移补偿系统可以基于来自所述压力传感器的信号产生表示所述气体或所述液体的所述压力的信息，并且基于来自所述参考传感器的信号的变化来补偿来自所述压力传感器的所述信号的漂移。
[0008]所述压力传感器可以包括压力电极，所述压力电极与所述压力感测柔性隔膜隔开，并且所述压力电极与所述压力感测柔性隔膜一起形成电容器，所述电容器具有根据所述液体或所述气体的所述压力而变化的电容。
[0009]所述压力传感器可以具有在I至1000微米之间的特征平面尺寸、0.1至20微米之间的特征保形层厚度和硅、二氧化硅、氮化硅、或金属的一层或多层。
[0010]所述压力电极与所述压力感测隔膜之间的空间可以没有暴露于所述气体或所述液体。
[0011]所述压力电极可以具有两侧，所述两侧都是与所述气体或所述液体隔离。
[0012]所述压力电极可以在所述密封腔内。
[0013]所述参考传感器可以包括参考电极，所述参考电极与所述参考柔性隔膜隔开，并且所述参考电极与所述参考柔性隔膜一起形成电容器，所述电容器具有不会响应于所述液体或所述气体的所述压力的改变而变化的电容。
[0014]所述参考传感器可以具有在I至1000微米之间的特征平面尺寸、0.1至20微米之间的特征保形层厚度和硅、二氧化硅、氮化硅、或金属的一层或多层。
[0015]所述参考电极与所述参考柔性隔膜之间的空间可以没有暴露于所述气体或所述液体。
[0016]所述参考电极可以具有两侧，所述两侧都与所述气体或所述液体隔离。
[0017]所述参考电极可以在所述密封腔内。
[0018]两个柔性隔膜可以都是实质上平坦的并且由单晶材料制成。
[0019]两个柔性隔膜可以在尺寸、形状、厚度和材料组分都是实质上相同的。
[0020]所述压力传感器和所述参考传感器可以在尺寸、形状、厚度和材料组分都是实质上相同的。
[0021]自校准压力传感器系统可以包括环境传感器，所述环境传感器定位为以便感测其中放置了所述压力传感器的环境的改变，而不是所述气体或所述液体的所述压力的改变。
[0022]—种制造用于测量气体或液体的压力的自校准压力传感器系统的方法，可以包括:制造压力传感器，所述压力传感器包括压力感测柔性隔膜，所述压力感测柔性隔膜定位为使得一侧暴露于所述气体或所述液体；以及制造参考传感器，所述参考传感器包括参考柔性隔膜，所述参考柔性隔膜定位为使得没有侧暴露于所述气体或所述液体。所述压力感测柔性隔膜和所述参考柔性隔膜可以在实质上相同的时间通过以单一连续步骤沉积或生长单层材料来制成。
[0023]单层材料可以是单晶材料。
[0024]所述压力传感器和所述参考传感器的所述电极可以在实质上相同的时间通过以单一连续步骤沉积或生长单层材料来制成。
[0025]所述压力传感器的所述电极与所述压力感测柔性隔膜之间的空间以及所述参考传感器的所述电极与所述参考柔性隔膜之间的空间可以在实质上相同的时间通过以单一连续步骤沉积或生长单层材料来制成。
[0026]根据回顾示例性实施例的以下【具体实施方式】、附图、和权利要求书，这些以及其它部件、步骤、特征、目的、益处和优点现在将变得显而易见。
【附图说明】
[0027]附图是示例性实施例。其没有示出所有实施例。其它实施例可另外或替代地使用。可以省略可能是显而易见或不必要的细节，以节省空间或为了更有效的示例。一些实施例可以在具有另外部件或步骤的情况下实施和/或在没有示出的部件或步骤中的所有部件或步骤的情况下实施。当相同的附图标记出现在不同的附图中，其指的是相同或相似的部件或步骤。
[0028]图1示出可以都在相同时间使用微机电系统(MEMS)沉积、图案化和蚀刻技术制造的压力传感器和匹配的参考传感器的示例。
[0029]图2A-2D示出可以都在相同时间使用微机电系统(MEMS)沉积、图案化和蚀刻技术制造的压力传感器和匹配的参考传感器的示例的各个透视图。图2A示出顶视图；图2B示出在去除了顶盖的情况下的相同顶视图；图2(:示出底视图；图2D示出在去除了底层的情况下的相同底视图；以及图2E示出横截面视图，该横截面视图示出共享密封腔的一部分。
[0030]图3示出自校准压力传感器系统的示例。
【具体实施方式】
[0031]现在描述示例性实施例。其它实施例可另外或替代地使用。可以省略可能是显而易见或不必要的细节，以节省空间或为了更有效的介绍。一些实施例可以在具有另外部件或步骤的情况下实施和/或在没有描述的部件或步骤中的所有部件或步骤的情况下实施。
[0032]图1示出可以都在相同时间使用微机电系统(MEMS)沉积、图案化和蚀刻技术制造的压力传感器101和匹配的参考传感器103的示例。更具体地，压力传感器101和匹配的参考传感器103的相对应部件中的每一个部件可以在相同时间逐层制造。可以沉积和/或生长每一层，以及每一层可以由诸如硅、二氧化硅、氮化硅、或金属之类的任何材料制成。在沉积之后，可以对每一层进行图案化，以标定层的要被去除的部分，并且随后可以使用蚀刻工艺去除那些部分。结果可以是诸如图1所示的结构，对于压力传感器101和参考传感器103两者，该结构包括I至1000微米之间的平面尺寸以及0.1至20微米之间的特征保形层厚度。
[0033]衬底层105可以由硅、玻璃或蓝宝石制成。随后可以是其它层107和109，随后是层111。层111可以用作实质上平坦的压力感测柔性隔膜113，压力感测柔性隔膜113可以形成压力传感器101的部分，并且在相同时间在相同连续沉积步骤期间，用作相同的实质上平坦的参考柔性隔膜115，参考柔性隔膜115可以形成参考传感器103的部分。层111可以由诸如单晶材料之类的任何材料制成。
[0034]接着绝缘层117，可以沉积、图案化和蚀刻诸如导电掺杂的多晶硅层119之类的导电层，以形成可以是压力传感器101的部分的电极121，并且在相同时间在相同连续沉积步骤期间，形成可以是参考传感器103的部分的电极123。电极121和电极123可以与其各自的隔膜113和隔膜115隔开，并且连同其各自的隔膜一起可以形成电容器，该电容器的电容根据其各自的隔模的改变而改变。在此配置中，形成隔膜的层可以由金属或掺杂Si的导体制成。电极可以在共享密封腔129内或形成共享密封腔129的壁。
[0035]在其它实施例中