具有温度稳定输出的电容式传感器制造技术

一种示例系统，包括传感器。该传感器包括具有基底电极的基底以及悬在该基底上方的第一膜。第一膜包括第一膜电极。第一膜被配置为响应于环境条件而相对于基底电极偏转。传感器可操作以测量基底电极与第一膜电极之间的电容。该系统还包括第一导电屏蔽层，该第一导电屏蔽层定位在传感器与该系统的可操作以生成电干扰信号的设备之间。第一导电屏蔽层限定延伸穿过该第一导电屏蔽层的多个第一孔。该系统还包括设置在多个第一孔中的介电材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有温度稳定输出的电容式传感器
本公开内容涉及具有温度稳定输出的电容式传感器。
技术介绍
微机电系统(MEMS)传感器能够用于测量环境的特性。作为示例，MEMS传感器能够确定环境中的环境气压。
技术实现思路
集成电路(IC)器件能够包括集成传感器，该集成传感器基于两个电极之间的电容变化来测量环境的特性。作为示例，压力传感器能够包括柔性膜和定位在该柔性膜的一侧上的具有已知气压(例如，参考压力或表压)的气密密封腔。柔性膜的相对侧暴露在环境中，并且经受环境的环境气压的影响。柔性膜基于其两侧的压力差而偏转到不同程度。膜的这种偏转程度能够通过测量嵌入膜中的测量电极与定位在膜附近(例如，沿着腔的相对侧)的基底电极之间的电容来确定。基于该测量，传感器能够确定环境的环境压力。由于传感器的输出取决于在基底电极和测量电极之间测得的电容，因此对传感器的电干扰能够降低其测量结果的准确性和/或可靠性。通过在传感器和电干扰源(例如，IC器件的其他部件)之间包括屏蔽层(例如，铝板)能够减小这种电干扰。然而，在重复的温度循环期间，包括大金属板有时能够不利地影响传感器的准确性和/或可靠性。例如，温度的变化能够引起金属板中的塑性变形，从而导致传感器中的温度相关的输出漂移和/或IC器件中的裂纹或断裂。此外，温度的变化能够改变金属板的机械应力，并且能够导致传感器中的温度相关的输出漂移。此外，传感器的输出可以表现出温度相关的滞后现象。能够使用各种技术来减轻这些影响。在一些实施例中，能够通过减少经受塑性变形的CMOS后端中的金属量来提高传感器的性能。作为示例，这能够通过减少屏蔽板中的金属量来实现。作为另一示例，能够减少屏蔽板中的机械应力，使得屏蔽板响应于温度变化而表现出较小程度的塑性变形。作为另一示例，能够在屏蔽板中使用不易发生温度引起的塑性变形的某些材料(例如，钛、氮化钛或铜)。作为另一示例，能够减小屏蔽层的热膨胀系数，以具有较低的热致应力变化。作为另一示例，IC器件能够被设计为使得在传感器附近最小化或者减少某些材料(例如，铝)的使用。因此，尽管温度变化，传感器仍被屏蔽以免受电干扰，同时其行为更加稳定和可靠。在一方面，该系统包括传感器。该传感器包括具有基底电极的基底，以及悬在基底上方的第一膜。第一膜包括第一膜电极。第一膜被配置为响应于环境条件而相对于基底电极偏转。传感器可操作以测量基底电极和第一膜电极之间的电容。该系统还包括第一导电屏蔽层，该第一导电屏蔽层定位在传感器与该系统的可操作以生成电干扰信号的设备之间。第一导电屏蔽层限定延伸穿过该第一导电屏蔽层的多个第一孔。该系统还包括设置在该多个第一孔中的介电材料。该方面的实施方式能够包括以下特征中的一个或更多个。在一些实施方式中，第一膜在第一方向上的长度能够大于第一膜在与第一方向正交的第二方向上的长度。多个孔中的每个孔在第一方向上的长度能够大于该孔在第二方向上的长度。在一些实施方式中，第一导电屏蔽层能够包括被布置成网格的多个导电元件。多个导电元件能够彼此电互连。在一些实施方式中，该系统还能够包括定位在传感器和附加设备之间的第二导电屏蔽层。第二导电屏蔽层能够限定延伸穿过第二导电屏蔽层的多个第二孔。介电材料能够设置在该多个第二孔中。多个第一孔能够相对于第一导电屏蔽层限定第一图案。多个第二孔能够相对于第二导电屏蔽层限定第二图案，第二图案不同于第一图案。在一些情况下，多个第一孔能够相对于第一导电屏蔽层限定第一图案。多个第二孔能够相对于第二导电屏蔽层限定第二图案，第一部分的至少一部分在几何上类似于第二部分的至少一部分。第二图案能够在空间上与第一图案偏移。在一些实施方式中，第一导电屏蔽层能够包括多个平行的第一导电段。第一导电段能够通过垂直于多个第一导电段的多个平行的第二导电段电互连。第一膜在第一方向上的长度能够大于第一膜在与第一方向正交的第二方向上的长度。多个第一导电段中的每个第一导电段在第一方向上的长度能够大于第一导电段在第二方向上的长度。多个第一导电段中的每个第一导电段在第二方向上的长度能够小于第一导电屏蔽层在与第一方向和第二方向正交的第三方向上的厚度的3倍。在一些实施方式中，多个第一导电段中的每个第一导电段在第二方向上的长度能够小于第一导电屏蔽层在与第一方向和第二方向正交的第三方向上的厚度。在一些实施方式中，在横截面中，多个第一孔的面积能够为多个第一导电屏蔽层的总面积的40％至90％。在一些实施方式中，第一导电屏蔽层的厚度能够小于0.8μm。在一些实施方式中，第一导电屏蔽层能够包括铝。在一些实施方式中，第一导电屏蔽层还能够包括掺杂材料。掺杂材料能够是铜、钪或镨中的至少一种。在一些实施方式中，第一导电屏蔽层能够包括钛、氮化钛或铜中的至少一种。在一些实施方式中，第一导电屏蔽层能够定位在传感器与可操作以生成电干扰信号的多个设备之间。传感器能够可操作以在测量基底电极和第一膜电极之间的电容时关闭多个设备中的至少一个设备。在一些实施方式中，第一环境条件能够是系统的环境中的压力。在一些实施方式中，第一膜和基底能够限定第一腔。在一些实施方式中，传感器能够是压差传感器。在一些实施方式中，传感器能够是微机电传感器。在一些实施方式中，传感器能够是集成在CMOS读出电路的顶部上的电容式压力传感器。在一些实施方式中，传感器能够是接合至CMOS读出电路的电容式压力传感器MEMS元件。在一些实施方式中，该系统还能够包括附加层，该附加层包括金属布线的图案。第一导电屏蔽层能够定位在传感器和附加层之间。第一导电屏蔽层能够限定与金属布线的图案交叠的图案。在另一方面，主机设备包括传感器。该传感器包括具有基底电极的基底，以及悬在基底上方的膜。该膜包括膜电极。该膜被配置为响应于环境条件而相对于基底电极偏转。主机设备还包括耦接至基底电极和膜电极的电子控制设备。电子控制设备可操作以测量基底电极和膜电极之间的电容，并基于所测得的电容生成指示环境条件的数据。主机设备还包括可操作以生成电干扰信号的附加设备，以及定位在传感器和附加设备之间的导电屏蔽层。导电屏蔽层限定延伸穿过该导电屏蔽层的多个孔。主机设备还包括设置在多个孔中的介电材料、可操作以从电子控制设备接收指示环境条件的数据的一个或更多个处理器以及可操作以向用户呈现指示环境的数据的一个或更多个显示设备。该方面的实施方式能够包括以下特征中的一个或更多个。在一些实施方式中，主机设备能够是移动设备。在一些实施方式中，主机设备能够是智能电话、平板计算机或可穿戴设备中的至少一者。一个或更多个实施方式的细节在附图和以下描述中阐述。其他特征和优点将从说明书和附图以及从权利要求书中变得明显。附图说明图1A是示出示例IC器件的横截面图的示意图。图1B是示出图1A中所示的IC器件的平面图的示意图。图2是传感器的示例输出的图表。图3A至图3C是示出示例图案化的屏蔽层的平面图的示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，包括：/n传感器，其包括：/n基底，其包括基底电极；以及/n第一膜，其悬在所述基底上方，其中，所述第一膜包括第一膜电极，并且其中，所述第一膜被配置为响应于环境条件而相对于所述基底电极偏转；/n其中，所述传感器可操作以测量所述基底电极与所述第一膜电极之间的电容；/n第一导电屏蔽层，其定位在所述传感器与所述系统的可操作以生成电干扰信号的设备之间，其中，所述第一导电屏蔽层限定延伸穿过所述第一导电屏蔽层的多个第一孔；以及/n介电材料，其设置在所述多个第一孔中。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180425 US 62/662,366;20181107 US 62/756,7251.一种系统，包括：
传感器，其包括：
基底，其包括基底电极；以及
第一膜，其悬在所述基底上方，其中，所述第一膜包括第一膜电极，并且其中，所述第一膜被配置为响应于环境条件而相对于所述基底电极偏转；
其中，所述传感器可操作以测量所述基底电极与所述第一膜电极之间的电容；
第一导电屏蔽层，其定位在所述传感器与所述系统的可操作以生成电干扰信号的设备之间，其中，所述第一导电屏蔽层限定延伸穿过所述第一导电屏蔽层的多个第一孔；以及
介电材料，其设置在所述多个第一孔中。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一膜在第一方向上的长度大于所述第一膜在与所述第一方向正交的第二方向上的长度，以及
其中，所述多个孔中的每个孔在所述第一方向上的长度大于所述孔在所述第二方向上的长度。


3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一导电屏蔽层包括被布置成网格的多个导电元件。


4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述多个导电元件彼此电互连。


5.根据权利要求1所述的系统，还包括定位在所述传感器与附加设备之间的第二导电屏蔽层，其中，所述第二导电屏蔽层限定延伸穿过所述第二导电屏蔽层的多个第二孔，并且其中，介电材料设置在所述多个第二孔中。


6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述多个第一孔相对于所述第一导电屏蔽层限定第一图案，并且其中，所述多个第二孔相对于所述第二导电屏蔽层限定第二图案，所述第二图案不同于所述第一图案。


7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述多个第一孔相对于所述第一导电屏蔽层限定第一图案，其中，所述多个第二孔相对于所述第二导电屏蔽层限定第二图案，第一部分的至少一部分在几何上类似于第二部分的至少一部分，并且所述第二图案在空间上与所述第一图案偏移。


8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一导电屏蔽层包括多个平行的第一导电段，并且其中，所述第一导电段通过垂直于所述多个第一导电段的多个平行的第二导电段电互连。


9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述第一膜在第一方向上的长度大于所述第一膜在与所述第一方向正交的第二方向上的长度，以及
其中，所述多个第一导电段中的每个第一导电段在所述第一方向上的长度大于所述第一导电段在所述第二方向上的长度。


10.根据权利要求9的系统，其中，所述多个第一导电段中的每个第一导电段在所述第二方向上的长度小于所述第一导电屏蔽层在与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向上的厚度的3倍。


11.根据权利要求9的系统，其中，所述多个第一导电段中的每个第一导电段在所述第二方向上的长度小于所述第一导电屏蔽层在与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向上的厚度。


12.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥拉夫·文尼肯，弗雷德里克·万海尔蒙特，威廉·弗雷德里克·贝斯林，雷姆卡·亨里克斯·皮内伯格，卡斯·范德阿福尔特，安德森·辛格拉尼，马基恩·戈森斯，
申请(专利权)人：希奥检测有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL