具有微机械结构的MEMS压力传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种具有微机械结构(35)的MEMS压力传感器(42)，包括：本体(34)，包括半导体材料并且具有顶表面(2a)；掩埋腔(10)，被完全包含在所述本体(34)内并且由悬挂在所述掩埋腔(10)上方的薄膜(12)与所述顶表面(2a)分隔开；流体连通通路(22；37)，用于所述薄膜(12)与外部环境的流体连通，所述流体连通通路被设定在必须要确定其值的压力上；板区(30)，由导电材料制成、被悬挂在所述薄膜(12)上方并且由空白空间(24)与所述薄膜(12)分隔开；以及电接触元件(30a、30b)，用于所述薄膜(12)和所述板区(30)的电连接，所述电接触元件被设计为形成感测电容器(C)的板，所述感测电容器的电容值指示要被检测的压力的值。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及用于制造MEMS(微机电系统)压力传感器的方法和相应的MEMS压力传感器。
技术介绍
使用微机械技术(通常为MEMS)制造的集成半导体压力传感器是公知的。这些传感器例如被使用在便携式或可穿戴电子装置内，或者被使用在汽车领域中例如用于气压计应用。特别地，压阻式压力传感器是公知的，其操作基于压电电阻率，即基于当对一些材料施加机械应力以使它们经受改变时，这些材料修改它们的电阻率的能力。例如，当压缩应力被施加时电阻率减小，而当拉伸应力被施加时电阻率增大。压阻式压力传感器一般包括薄膜(或隔膜)，其被悬挂在半导体材料的本体中的腔上方并且在存在来自外部环境的进入压力波的情况下经历变形。(一般由植入的或扩散的掺杂区构成的)压阻式元件被提供在薄膜的表面区域中并且采用惠斯登电桥(Wheatstone-bridge)配置电连接到彼此。薄膜的变形引发惠斯登电桥的不平衡，其能够由(耦合到传感器的微机械结构的)专门提供的电子电路、所谓的ASIC(专用集成电路)检测到，其从所述不平衡中导出作用于薄膜的压力的值。即使这些压阻式压力传感器被广泛地且成功地使用，申请人已经意识到它们至少针对某些应用具有一些缺点。特别地，申请人已经意识到这种类型的传感器大体具有根据温度的非线性响应，即高热系数(TCO)。此外，检测灵敏度取决于温度并且一般当温度增大时变差。因此，将这些传感器用于面对高工作温度或者大体广泛的温度变化的应用可能是不适当的。此外，制造方法相当复杂且昂贵，因为需要若干植入或扩散掩模，例如以获得用于形成薄膜内的压阻式元件的掺杂区。另外，这些压阻式传感器不允许用于在操作期间测试其正常功能的自测试流程的方便实现。在这一点上，已知的是在例如汽车领域中的应用的一些背景下，明确要求电子系统的自测试能力以便防止错误和故障。
技术实现思路
本技术的目的是要至少部分地克服已知类型的MEMS压力传感器的问题。为此，本技术提供一种具有微机械结构的MEMS压力传感器，其能够被应用于不用的应用环境，例如高温环境中，并且能够简单且高效地实现对于该MEMS压力传感器的在操作期间的自测试流程。根据技术的一个方面，提供一种具有微机械结构的MEMS压力传感器，包括：本体，包括半导体材料并且具有顶表面；掩埋腔，被完全包含在所述本体内并且由悬挂在所述掩埋腔上方的薄膜与所述顶表面分隔开；流体连通通路，用于所述薄膜与外部环境的流体连通，所述流体连通通路被设定在必须要确定其值的压力上；板区，由导电材料制成、被悬挂在所述薄膜上方并且由空白空间与所述薄膜分隔开；以及电接触元件，用于所述薄膜和所述板区的电连接，所述电接触元件被设计为形成感测电容器的板，所述感测电容器的电容值指示要被检测的压力的值。根据本技术的一个实施例，所述板区包括在所述本体的所述顶表面上方生长的外延多晶硅的层。根据本技术的一个实施例，朝向所述外部环境的所述薄膜的流体连通通路包括穿过所述板区制造的多个孔，所述孔具有与外部流体连通的第一端和与在所述薄膜上方的所述空白空间流体连通的第二端。根据本技术的一个实施例，朝向所述外部环境的所述薄膜的流体连通通路包括掩埋通路沟道，所述掩埋通路沟道在距所述前表面的一定距离处被包含在所述本体内，并且具有与所述掩埋腔流体连通的第一开口和在所述本体的外侧壁处与所述外部环境连通的第二开口。根据本技术的一个实施例，所述电接触元件包括：电连接到所述薄膜的第一电接触元件和电连接到所述板区的第二电接触元件；所述第一电接触元件和所述第二电接触元件由分隔沟槽分隔开。根据本技术的一个实施例，所述微机械结构在所述本体内除了包括压力感测结构之外还包括参考结构。根据本技术的一个实施例，所述参考结构包括：相应的板区，由导电材料制成、被悬挂在相对于所述薄膜横向地设定的所述本体的表面部分上方并且由相应的空白空间与所述表面部分分隔开；相应的流体连通通路，用于所述相应的空白空间与所述外部环境的流体连通；用于所述表面部分和所述相应的板区的电连接的相应的电接触元件，所述相应的电接触元件被设计为形成参考电容器的板，所述参考电容器的电容值与要被检测的压力的值无关。根据本技术的一个实施例，传感器还包括被设定在所述薄膜的表面部分中的掺杂区。根据本技术的一个实施例，传感器与所述微机械结构集成在一起的附加微机械感测结构，以用于提供与陀螺仪、加速度计或麦克风组合的压力传感器。本技术的具有微机械结构的MEMS压力传感器能够被应用于不用的应用环境，例如高温环境中，并且能够简单且高效地实现对于该MEMS压力传感器的在操作期间的自测试流程。附图说明为了更好地理解本技术，现在仅仅通过非限制性示例的方式并且参考附图描述本技术的优选实施例，其中：-图1是根据本技术方案的第一实施例的在相应的制造方法的初始步骤中的MEMS压力传感器的微机械结构的示意性横截面视图；-图2A是在制造方法的后续步骤中的微机械结构的示意性顶部平面图；-图2B是与图2A的顶部平面图相对应的示意性横截面视图；-图3-9是在制造方法的后续步骤中的微机械结构的示意性横截面视图；-图10是图9的微机械结构的示意性顶部平面图；-图11是根据本技术方案的第二实施例的在相应的制造方法的最终步骤中的MEMS压力传感器的微机械结构的示意性横截面视图；-图12是图11的微机械结构的示意性顶部平面图；-图13是根据本技术方案的第三实施例的在相应的制造方法的最终步骤中的MEMS压力传感器的微机械结构的示意性横截面视图；-图14是图13的微机械结构的示意性顶部平面图；-图15示出了将根据本技术方案的MEMS压力传感器的温度系数的绘图与已知类型的压阻式压力传感器的温度系数的绘图进行比较的曲线图；-图16是根据本技术方案的另一方面的包含MEMS压力传感器的电子设备的总体框图；以及-图17是MEMS压力传感器的变型实施例的总体框图。具体实施方式首先参考图1，现在描述根据本技术方案的一个实施例的用于制造电容类型的MEMS压力传感器的制造方法。在制造方法的初始步骤中，提供了半导体材料(例如单晶硅)的晶片1，其包括例如具有n型(或等效地p型)掺杂的并且具有前表面2a和后表面2b的衬底2。制造方法继续进行利用例如在以本申请人的名字提交的EP1324382B1中详细描述的技术对掩埋腔的形成，该掩埋腔被完全包含在晶片1内、由薄膜覆盖。如图2A和图2B(与其他附图一样，其不一定是按比例绘制的)所示，第一蚀刻掩模3被提供在衬底2的例如由光敏材料(所谓的“光阻剂”)制成的前表面2a上。第一蚀刻掩模3限定(参见图2A的放大细节)蚀刻区域，其在该示例中大致为方形(但是可以同样为圆形或一般地为多边形)，并且包括多个掩模部分3a，例如六边形，其限定晶格，例如蜂窝晶格。如在随后的内容中显而易见的，第一蚀刻掩模3的蚀刻区域与将由掩埋腔占有的区域相对应并且具有与将被形成在相同的掩埋腔上方的薄膜的延伸相对应的延伸。之后(参见与图2B类似的图3，为了图示的清楚的原因而仅仅表现晶片1的放大部分)，使用第一蚀刻掩模3，执行衬底2的各向异性化学蚀刻，在其之后形成沟槽6，其彼此进行连通并且界定由硅制成的多个柱7。实际上，沟槽6形成(与第一蚀刻掩模3的晶格相对应的)复杂形状本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有微机械结构(35)的MEMS压力传感器(42)，其特征在于，包括：本体(34)，包括半导体材料并且具有顶表面(2a)；掩埋腔(10)，被完全包含在所述本体(34)内并且由悬挂在所述掩埋腔(10)上方的薄膜(12)与所述顶表面(2a)分隔开；流体连通通路(22；37)，用于所述薄膜(12)与外部环境的流体连通，所述流体连通通路被设定在必须要确定其值的压力上；板区(30)，由导电材料制成、被悬挂在所述薄膜(12)上方并且由空白空间(24)与所述薄膜(12)分隔开；以及电接触元件(30a、30b)，用于所述薄膜(12)和所述板区(30)的电连接，所述电接触元件被设计为形成感测电容器(C)的板，所述感测电容器的电容值指示要被检测的压力的值。

【技术特征摘要】
2016.03.31 IT 1020160000333081.一种具有微机械结构(35)的MEMS压力传感器(42)，其特征在于，包括：本体(34)，包括半导体材料并且具有顶表面(2a)；掩埋腔(10)，被完全包含在所述本体(34)内并且由悬挂在所述掩埋腔(10)上方的薄膜(12)与所述顶表面(2a)分隔开；流体连通通路(22；37)，用于所述薄膜(12)与外部环境的流体连通，所述流体连通通路被设定在必须要确定其值的压力上；板区(30)，由导电材料制成、被悬挂在所述薄膜(12)上方并且由空白空间(24)与所述薄膜(12)分隔开；以及电接触元件(30a、30b)，用于所述薄膜(12)和所述板区(30)的电连接，所述电接触元件被设计为形成感测电容器(C)的板，所述感测电容器的电容值指示要被检测的压力的值。2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述板区(30)包括在所述本体(34)的所述顶表面(2a)上方生长的外延多晶硅的层。3.根据权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，朝向所述外部环境的所述薄膜(12)的流体连通通路包括穿过所述板区(30)制造的多个孔(22)，所述孔(22)具有与外部流体连通的第一端(22a)和与在所述薄膜(12)上方的所述空白空间(24)流体连通的第二端(22b)。4.根据权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，朝向所述外部环境的所述薄膜(12)的流体连通通路包括掩埋通路沟道(37)，所述掩埋通路沟道在距所述前表面(2a)的一定距离处被包含在所述本体(34)内，并且具有与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·巴尔多，S·泽尔比尼，E·杜奇，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：意大利;IT