用于油浸包装中表面电荷抗扰的mems压力传感器场屏蔽布置的制作方法

文档序号:8337705
用于油浸包装中表面电荷抗扰的mems压力传感器场屏蔽布置的制作方法
【专利说明】用于油浸包装中表面电荷抗扰的MEMS压力传感器场屏蔽布置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请根据37 CFR 1.53 (b)作为部分继续申请提交并根据35 U.S.C.§ 120要求于2013年11月18日提交的、题名为“用于油浸包装中表面电荷抗扰的MEMS压力传感器场屏蔽布置”的US专利申请14/082562的权益,该申请的全部内容通过引用合并于此。
技术领域
[0003]本文所披露的发明涉及压力传感器,更具体地涉及设计压力传感器以限制油浸包装中表面电荷积聚影响。
【背景技术】
[0004]由表面电荷积聚引起的偏置漂移是出现在各式各样半导体装置中的众所周知现象及普遍失效模式。该失效机制涉及装置表面电荷积聚,这种装置表面电荷积聚驱动电荷反型层的形成。该反型层会危害经电气隔离的接线状态。电荷反型层的增长允许寄生电流经外延层泄漏,导致感测元件的偏置漂移。正如许多其他类型的装置一样,压力感测元件也受到这种现象影响。
[0005]对包括场屏蔽件的压力感测元件的现有设计易受表面电荷积聚的影响,并出现因感测元件充电引起的严重偏置漂移。当被布置于油封包装组件和应用场合中时尤为如此。
[0006]在许多包装配置中,压力感测元件由介电油封装。该油提供外部绝对压力或差压输入与感测元件的耦合。不幸的是,这也会将存在于包装或其他地方上的外部静电电荷耦合到压力感测元件的感测表面。典型地,电荷耦合响应于外部场以及感测元件与油交界面处的相关联的空间电荷积聚而通过油中分子的极性排列发生。因此,相当多的外部静电电荷可经由油的分子极化性耦合至感测元件。这种电荷例如可存在于用以包装感测元件的塑料外壳组件上,或者可通过对塑料包装的静电放电(ESD)引入到外壳。这种高静电电荷足以引起严重的输出漂移。
[0007]因此,需要有用以改善被封装在含油包装中的压力传感器性能的方法和设备。

【发明内容】

[0008]在一个实施例中提供了压力感测元件。该压力感测元件包括置于隔膜上的感测子元件,压力感测元件元件包括置于该子元件上的屏蔽件、以及场屏蔽电路,该场屏蔽电路被构造成用以通过向隔膜的基底以及场屏蔽件施加电势来在操作期间显著消除外部电荷对感测子元件的影响。
[0009]感测子元件可包括至少一个压阻元件。感测子元件可被嵌入到隔膜中。在场屏蔽件与感测子元件之间设置有层,该层可包括钝化层。场屏蔽件可被构造成用以显著消除压力感测元件内的信号泄漏。场屏蔽件可借助于沉积和光刻布置在感测子元件之上。外部电荷源包括至少油和围绕感测元件的其他部件二者至少其中之一,感测元件至少部分地浸入在所述油中。
[0010]在另一个实施例中提供了一种用于制造压力感测元件的方法。该方法包括选择压力感测元件,该压力感测元件包括置于隔膜上的子元件;以及将场屏蔽件置于子元件、接触通孔以及设在子元件与接触通孔之间的互连件之上,将场屏蔽件构造成通过场屏蔽电路的操作来在操作期间显著消除外部电荷对子元件的影响,该场屏蔽电路被构造成用以向隔膜的基底和场屏蔽件施加电势。
[0011]该方法可包括将层设置在场屏蔽件与子元件之间的步骤。在某些实施例中,构造的步骤包括利用金属的(或导电的)合成物来覆盖互连件、接触通孔及子元件,以限制外部电荷的影响。
[0012]在另一个实施例中公开了一种压力传感器。该压力传感器包括包括压力感测元件,其包括设置在隔膜上的感测子元件,该压力感测元件包括设置在子元件、接触通孔以及互连件之上的屏蔽件,所述互连件设在子元件与接触通孔之间,场屏蔽件被构造成用以通过场屏蔽电路的操作来在操作期间显著消除外部电荷对子元件的影响,该场屏蔽电路被构造成用以向隔膜的基底和场屏蔽件施加电势;以及用于将压力感测元件暴露于压力环境的端口。该压力传感器中可设置至少另一个压力感测元件。
[0013]压力传感器可包括另一个端口和另一个压力感测元件。隔膜的顶侧和端口的后侧可由储油器联接。差压的测量可跨越在约0.2巴与I巴之间的范围。该传感器可被构造成用于测量横跨文丘里流动管的差压。该传感器可被构造成用于测量质量空气流。
【附图说明】
[0014]根据下文结合附图的描述,本发明的特色和优点是显然的,在附图中:
[0015]图1为描绘出根据本文教导的示例性压力感测元件的等轴测图;
[0016]图2为描绘出用于图1压力感测元件的基座的等轴测图;
[0017]图3和图4为描绘出用于图1压力感测元件的硅片的等轴测图;
[0018]图5为图1压力感测元件的剖视等轴测图;
[0019]图6为现有技术感测元件的复合剖视图;
[0020]图7为图6现有技术感测元件的俯视图;
[0021]图8为描绘出图6和图7的现有技术传感器电荷收集现象的原理图;
[0022]图9为图1传感器的复合剖视图;
[0023]图10为图1压力感测元件的俯视图;
[0024]图11为用于图1压力感测元件的电路的示意图;
[0025]图12为图10所示俯视图的一部分的剖视图;
[0026]图13为描绘出图1传感器不受图6和图7现有技术传感器的电荷收集现象影响的不原理图;
[0027]图14为包括图1所示压力感测元件的压力传感器的等轴测图;
[0028]图15为图14所绘压力传感器的剖视图;
[0029]图16为描绘出图1压力传感器的应用场合的原理图;
[0030]图17为描绘出感测元件的比较性能的图表。
【具体实施方式】
[0031]本文披露了用于限制表面电荷或大型静态电荷积聚影响的方法和设备,所述表面电荷或大型静态电荷积聚可引起压力传感器中的信号偏置。外部电荷源可包括感测元件的包装。有利地,这从总体上抵抗住传感器输出数据的漂移。
[0032]现在参见图1,其示出了根据本文教导的压力感测元件10。在该实施例中,压力感测元件10包括作为压力感测元件10的基部的基座11。基座11可由诸如玻璃的适当材料形成。硅片12置于基座11之上。硅片12可利用现有技术已知的技术接合至基座11。硅片12承载电路14。电路14中包含多个接合垫15。该接合垫15用于将压力感测元件10的电路14与外部部件进行电气连接。通常,外部部件为压力感测元件10供电、从其接收数据并处理该数据。
[0033]参见图2,其示出了基座11的实施例的透视图。在该示例中,压力感测元件10的其他部件已被省略,以使得基座11的构件得以更好呈现。在该示例中,基座11包括中心通道21,其提供用于对压力采样的压力端口。因此,通道21在本文中也被称为“端口”21。端口 21可具有各种形式。例如,通道21不必如所示出的那样为穿过基座11中心的单个圆柱形贯穿部。在一个实施例中,通道21包括穿过基座11厚度的多个更小的贯穿部。在另一个实施例(未示出)中,中心通道21可被省略,或者终止玻璃中的某一深度处以形成与硅片12结合的腔体。在该实施例中,腔体可被抽空或回充(backfill)至固定参考压力,将感测元件10配置成用于感测绝对压力。
[0034]参见图3,其示出了硅片12的实施例的透视图。在该实施例中,压力感测元件10的其他部件已被省略,以使
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