压力传感器的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本实用新型涉及压力传感器。
【背景技术】
[0002]如已知的，压力换能器或传感器是将压力的变化转换成电量(电阻或电容)的变化的设备。在半导体传感器的情况下，由于半导体材料的膜(或隔膜)的存在而检测到压力变化，半导体材料的膜(或隔膜)覆在腔的上面并且能够在作用于其上的力的存在下经受偏斜。例如，通过约束于膜本身的压阻元件来测量膜的偏斜(即，基于一些材料根据它们受到的偏斜来改变它们的电阻率的能力)。
[0003]压敏电阻器通常被提供在悬挂膜的边缘和/或一起连接成惠斯通桥配置。施加压力引起膜的偏斜，膜的偏斜转而生成桥的偏移电压的变化。通过利用适当的电路检测电压的变化，因此可能获得期望的压力信息。
[0004]压力传感器需要在柔性膜的一侧提供腔，以使得柔性膜能够偏斜。该腔形成压力基准，并且被提供为使得所述压力基准是真空压力。以这种方式，膜处于绝对压力的影响下。这种类型的压力传感器广泛应用于真空技术行业中、空间应用中、以及其中兴趣在于测量相对于最低限度地依赖于外部环境条件(例如传感器本身的工作温度)的绝对基准的大气压力的所有方面中。
[0005]然而，绝对压力传感器的生产涉及高精度技术处理，以便在真空条件下将膜完美地耦合在腔上
[0006]目前，已经提出了用于制造压力传感器的各种解决方案，其中:使用绝缘体上硅(301)基板;从前面湿法刻蚀(参见例如1^4，766，666);从背面湿法刻蚀；以及仍然有其它方法(参见例如US4，744，863)。
[0007]在所有已知的前述解决方案中，用于提供在悬挂结构和层下方的腔的半导体技术的使用涉及复杂、昂贵、并且在一些情况下与当前半导体行业中用于制造集成电路所使用的步骤几乎不兼容的过程。
[0008]图1是已知类型的压力传感器10的侧向剖视图，其提供了上面阐述的问题的解决方案。根据图1的实施例，膜I在例如娃的半导体材料5的晶片的一个上侧5a延伸。膜I悬挂在掩埋的腔2之上，腔2根据US 8，173，513中描述的制造方法形成。
[0009]US 8，173,513中描述的用于获得掩埋的腔2的步骤设想在控制压力(而非真空压力)的环境下高温处理晶片5。在封闭腔2(完成上覆膜I的形成)之后，接着冷却晶片5，从而生成掩埋的腔2内部的压力的降低。然而，在使用如此获得的传感器10期间，其中传感器10操作的环境的温度增加引起随之发生的掩埋的腔2内部的压力增加。同样在无要测量的环境压力的变化的情况下，由掩埋的腔2内部的压力提供的绝对基准压力的变化导致传感器10的换能输出信号的变化。输出信号的这些变化可以至少部分地在处理输出信号的步骤期间得到补偿，但是然而输出信号的这些变化是不期望的。【实用新型内容】
[0010]因此，本实用新型的目的是提供将克服已知解决方案的缺点的具有换能信号对温度的降低的依赖性的压力传感器。
[0011]根据本实用新型，提供了一种压力传感器，其特征在于，适于检测所述压力传感器外部的环境的环境压力值，所述压力传感器包括:第一半导体本体，具有内部掩埋腔和悬置在所述掩埋腔之上的膜;第二半导体本体，具有凹部，所述凹部气密耦合到所述第一半导体本体，使得所述凹部面对所述膜，从而限定密封腔，所述密封腔的内部压力值提供压力基准值；以及通道，至少部分地形成在所述第一半导体本体中，并且被配置为将所述掩埋腔设置为与所述压力传感器外部的所述环境流体连通，所述膜被配置为经受根据所述密封腔中的所述压力基准值和所述掩埋腔中的所述环境压力值之间的压力差的偏斜。
[0012]根据一个实施例，所述膜容纳换能器组件，所述换能器组件被配置为根据所述膜的所述偏斜生成换能电信号，所述换能器组件被布置在所述膜的面对所述密封腔内部的表面部分中。
[0013]根据一个实施例，所述通道在与所述掩埋腔的位置平面相同的位置平面中延伸作为所述掩埋腔的部分延长，从而到达所述第一半导体本体的与所述位置平面正交的侧壁。
[0014]根据一个实施例，所述通道部分沿着属于所述掩埋腔的位置平面的第一方向并且部分沿着与所述第一方向正交的第二方向延伸作为所述掩埋腔的部分延长，从而到达所述第一半导体本体的暴露于外部环境的侧面。
[0015]根据一个实施例，所述通道部分沿着属于所述掩埋腔的位置平面的第一方向并且部分沿着与所述第一方向正交的第二方向在所述第一半导体本体中延伸作为所述掩埋腔的部分延长，从而到达所述第一半导体本体的面对所述第二半导体本体的侧面，并且所述通道进一步完全地延伸通过所述第二半导体本体，从而将所述掩埋腔设置为通过所述第二半导体本体与外部环境流体连通。
[0016]根据一个实施例，所述压力传感器进一步包括完全围绕所述膜的耦合区域，所述第一半导体本体和所述第二半导体本体经由所述耦合区域气密耦合在一起，所述通道在所述第一半导体本体的在所述耦合区域外部的部分中沿着所述第二方向延伸。
[0017]根据一个实施例，所述压力传感器进一步包括完全围绕所述膜的耦合区域，所述第一半导体本体和所述第二半导体本体经由所述耦合区域气密耦合在一起，所述通道进一步在所述第二方向上延伸通过所述耦合区域。
[0018]根据一个实施例，所述凹部容纳吸气剂层，所述吸气剂层被配置为当被活化时降低所述密封腔内部的压力值。
[0019]根据本实用新型的方案，可以提供具有换能信号对温度的降低的依赖性的压力传感器。
【附图说明】
[0020]为了理解本实用新型，现在仅通过非限制性示例的方式、参照附图来描述其优选实施例，在附图中:
[0021]-图1示出已知类型的压力传感器的横截面；
[0022]-图2和图3分别在侧向剖视图和俯视图中示出根据本公开的一个实施例的压力传感器；
[0023]-图4和图5分别在侧向剖视图和俯视图中示出根据本公开的又一实施例的压力传感器；
[0024]-图6在侧向剖视图中示出根据本公开的又一实施例的压力传感器；
[0025]-图7在侧向剖视图中示出根据本公开的又一实施例的压力传感器；
[0026]-图8A-8C和图9-14在侧向剖视图中示出图2和图3的压力传感器的制造步骤;并且
[0027]-图15示出用于获得图4和图5的压力传感器的中间制造步骤。
【具体实施方式】
[0028]图2示出根据本公开的一个方面的以MEMS技术获得的压力换能器或传感器11的侧向剖视图。图2的横截面被表示在相互正交的笛卡尔轴X、Y和Z的系统中，并且沿着图3所示的区段II1-1II的线取得。压力传感器11包括本体，本体包括耦合到盖部14的诸如硅的半导体材料的基板12，盖部14也是诸如硅的半导体材料的。基板12具有沿着轴Z彼此相对的第一面12a和第二面12b。腔16延伸在基板12内、通过基板12的薄部分与第一面12a分开，该薄部分形成悬挂在腔16之上的膜18。膜18具有沿着轴Z的包括在4μπι和40μπι之间(例如6μπι)的厚度。
[0029]腔16具有沿着轴Z的比基板12沿Z的厚度小的厚度。换言之，腔16在基板12内、在第一面12a和第二面12b之间掩埋延伸。根据一个实施例，在平面XY的视图中，腔16具有圆形或多边形形状，例如具有350μπι的边的正方形。沿Z，腔16具有包括在Ιμπι和6μπι之间(例如4μπι)的深度。
[0030]盖部14在膜18的外围区域通过耦合区域20耦合到基板12的第一面12a。由于耦合区域20布置在膜18的外围部分中，在使用期间，膜18自由经受偏斜，而不会经受由耦合区域20的存在所引起的干扰。耦合区域20沿着膜18的整个周界延伸，并且例如是玻璃熔块类型的。可以使用其它类型的键合，诸如例如金属键合(例如金-金)、共晶键合(例如Al-Ge)。
[0031]盖部14具有直接面对膜18的凹部14’。凹部14’容纳吸气剂层22。吸气剂层22具有在使用中并且当密封凹部14’时(S卩，当盖部14通过耦合区域20耦合到基板12时)生成凹部14’内的基准压力Pref的功能，基准压力Pref不同于(特别地，低于)凹部14’之外的环境中存在的压力Pa。用作吸气剂层22的材料是已知的，并且包括例如金属或对应混合物或合金，金属诸如铝(Al)、钡(Ba)、锆(Zr)、钛(Ti)、钒(V)、铁(Fe)，对应混合物或合金诸如锆-铝、锆-钒-铁、锆-镍、和锆-钴(特别地，Zr/Co/Ο的合金)。根据一个实施例，吸气剂层22是非可蒸发吸气剂(NEG)类型的，在将盖部14耦合到基板12的步骤前的制造步骤中，以凹部14 ’的暴露表面上的层的形式来提供。如已知的，在形成吸气剂层22的步骤期间，制成吸气剂层22的材料与周围空气反应，从而使得形成钝化层(通常为氧化物或氧化物/氮化物)，钝化层完全涂覆吸气剂层22的表面面积，从而致使吸气剂层22无活性。通过温度的局部活化而发生吸气剂层22的活化(在气密密封凹部14’之后)，以便去除已形成在吸气剂层22的表面上的钝化层。以这种方式，吸气剂层22被活化，并且通过与凹部14’内的残余气体反应并且使得能够降低相对于环境压力PA的基准压力Pref，而