压力传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及压力传感器以及制造压力传感器的方法。
【背景技术】
[0002]压力传感器以及制造压力传感器的方法是众所周知的。例如，在美国专利N0.US7，704，774 B2中，描述了一种压力传感器，其通过结合两个基底来进行制造，第一基底包括CMOS电路，而第二基底是SOI基底。腔室形成在第一基底的顶部材料层内，其由第二基底的硅层覆盖。将第二晶片部分的或全部的基底去除，以由硅层形成隔膜。或者，该专利还进一步描述了腔室可形成在第二基底内。第二基底电连接到第一基底上的电路。已知的设计允许使用标准的CMOS过程以将电路集成到第一基底上。
[0003]在压力传感器中，隔膜是可感应应力的。当压力传感器安装在载体上并电连接到该载体时，机械应力可被唤起并通过钎焊球传输到第一基底，具体来说，传输到诸如隔膜那样的压力传感器的应力感应结构上。
【发明内容】
[0004]因此，根据本发明的第一方面，提供一种压力传感器，尤其是绝对压力传感器，其具有可变形隔膜以提供腔室和开口之间的分离，在绝对压力传感器的情形中，腔室有基本上恒定的压力，而开口通向传感器的外部。腔室形成在盖内，该盖附连到第一基底，可变形隔膜面向第一基底，且在可变形隔膜和第一基底之间有间隙。该盖还包括处理电路。可变形隔膜的变形由合适的感应装置转换为信号，信号供应到盖内的处理电路并由该处理电路处理。
[0005]第一基底包括盖附连于其上的支承部分。提供第一基底的接触部分，使压力传感器电连接到外界。支承部分由一个或多个悬置元件从接触部分悬置出来。
[0006]在该设置中，作为感应应力的元件的可变形隔膜，本质上用机械方式与第一基底的接触部分脱离，应力可通过该接触部分由外部载体产生，或在安装压力传感器过程中，假定该接触部分较佳地是压力传感器通过该部分电和机械地连接到外部载体的唯一部分，应力则引到外部载体，该外部载体例如可以是外部装置。不仅可变形隔膜不再附连到第一基底，取而代之的是集成到盖中。此外，第一基底部分，即，支承部分与接触部分机械上已经脱离。另一方面，盖附连且较佳地是单独地附连到第一基底的支承部分上，但不是附连到接触部分，这样，隔膜与第一基底的基础部分没有直接的机械连接。因此，通过第一基底的接触部分朝向隔膜产出的应力的传播大大地被减弱。
[0007]盖布置成让可变形隔膜面向第一基底，较佳地面向第一基底的前侧。间隙设置在可变形隔膜和第一基底的前侧之间，以允许隔膜沿着正交于盖平面的方向挠曲。在如此设置中，假定可变形隔膜不直接面向传感器的环境，则可变形隔膜受到保护。
[0008]在一优选的实施例中，盖至少部分地由第二基底制造而成。较佳地，第二基底是半导体基底，诸如是娃基底。因此，第_■基底例如可含有由娃制成的材料块以及堆置在材料块上的不同层，诸如是一层或多层的金属层、绝缘层以及钝化层。较佳地是，处理电路集成到第二基底中。同样较佳地是，腔室只形成在第二基底的堆叠层内，而不到达材料块内。
[0009]在一优选的实施例中，可变形隔膜由第三基底构成，第三基底附连到第二基底的顶层。例如，第三基底可以是SOI(绝缘体上硅)基底，其中，具体来说，可变形隔膜可由SOI基底的硅层构成，而绝缘层和SOI基底的材料块在处理过程中被移去。
[0010]在第一基底中，接触部分和支承部分较佳地通过施加一个或多个垂直地通过第一基底的槽而构造。藉由制造一个或多个槽，第一基底的一个或多个小的部分保持将支承部分机械地连接到接触部分。这个小部分/这些小部分起作悬置元件的作用，用来从接触部分中悬置出支承部分。较佳地，一个或多个槽垂直地设置在第一基底中，即，正交于第一基底的平面延伸部分。该悬置元件可包括突脊，例如，保持住支承部分的四个突脊。较佳地，悬置元件(多个)与支承部分和接触部分一体地形成，假定在优选的实施例中，支承部分、接触部分以及一个或多个悬置元件是由第一基底构成。在一优选的实施例中，悬置元件不代表接触部分和支承部分之间的最短路径，但却具有这样的形状，该形状允许支承部分相对于接触部分作一个或多个挠曲或转动，例如，沿第一基底的平面的至少一个方向的挠曲。这样，通过盖施加到支承部分上的平移和/或转动力可被衰减，而不抑制悬置元件。悬置元件可包括用于此用途的弹簧部分。
[0011]一个或多个悬置元件较佳地作为减弱刚度的部件，用以减小否则会转移到盖上的应力。一个或多个槽在很大程度上使盖与第一基底的接触部分脱离，且较佳地包围除一个或多个悬置元件之外的接触部分。总而言之，应力感应的可变形隔膜在机械上与第一基底的接触部分脱离，该接触部分在安装到载体上时是接受应力的部件。
[0012]在一个实施例中，感应装置可含有自身起作第一电极作用的可变形隔膜，这样，含有导电的材料。另一方面，第二基底可布置在靠近静止位置处的腔室，或布置在该腔室内，这样，该电极布置可允许感应第二电极和可挠曲的隔膜之间的电容量，该电容量取决于电极之间的距离。例如，倘若诸如气体那样的介质以限定的压力施加到腔室中并唤起隔膜的挠曲，则电极之间的距离可改变并导致电容量的改变。在一个实施例中，第二电极可以是金属层，或在另一个实施例中，第二电极可以是多晶硅层。
[0013]在一优选的实施例中，电极电连接到集成在第二基底内的处理电路上。
[0014]为了将盖电连接到第一基底，电连接可设置在盖和第一基底之间，例如，呈钎焊隆起或钎焊球的形式，或同时还可起作定位元件作用的其它导电元件，以在第一基底和可变形隔膜之间提供间隙。为了连接第二基底中的导电层，可将接触窗设置到第二基底内，且如果合适的话，则通过第三基底。另一方面，定位元件可连接到第一基底上的接触垫，其可以是从第一基底露出来的导电层的区域。
[0015]根据本发明另一方面，该方面独立于有关压力传感器的实施例，提供一种传感器，其包括第一基底、附连到第一基底的盖，其中，该盖包括处理电路和感应元件，该元件将待要探测的测量值转换为信号，该信号能被处理电路处理。
[0016]第一基底包括附连盖的支承部分、将传感器电连接到外部装置的接触部分，以及用于从接触部分悬置出支承部分的一个或多个悬置元件。
[0017]在一优选实施例中，盖附连到第一基底，使感应元件面向第一基底，从而在感应元件和第一基底之间提供间隙。
[0018]根据本发明的另一方面，提供制造压力传感器的方法。提供第一基底、第二基底以及第三基底。在第二基底中，集成了处理电路并制造腔室，例如，通过蚀刻进行制造。在另一实施例中，第二基底可与处理电路和/或腔室一起进行预加工。接着，第三基底安装到第二基底上，由此，覆盖第二基底中的腔室以构成可变形隔膜以感应施加到其上的压力。
[0019]随后，将第二基底和第三基底的组件安装到第一基底的支承部分上，且可变形隔膜面向的第一基底。可提供用于离开第一基底的表面安装可变形隔膜的定位元件，以提供可变形隔膜和第一基底之间的间隙。
[0020]围绕用于将压力传感器电连接到外部装置的接触部分，将一个或多个槽制造到第一基底内。制造一个或多个槽的结果，借助于悬置元件，使支承部分从接触部分悬置出来。
[0021]制造一个或多个槽可以不同的方式进行:例如，通过从第一基底的前侧中蚀刻出沟槽，来将第一基底在附连到第二基底和第三基底的组件之前，较佳地对第一基底进行预处理。假定第一基底足够薄，并应用蚀刻过程，该过程允许在第一基底中蚀刻出沟槽，沟槽到达通过第一基底。
[0022]在另一替代的实施例中，沟槽的深度制造得不足以到达通过第一基底全