具有覆蓋層的壓力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壓力傳感器，包括:基板，具有形成于其中的薄彎曲片和集成的測量元件；以及導(dǎo)電覆蓋層，其具有電接觸元件，且通過絕緣層與基板電隔離。
【背景技術(shù)】
[0002]壓力傳感器經(jīng)常被實施為半導(dǎo)體傳感器。通常，它們基于硅。在這種情況下，壓力傳感器芯片能以簡單的方式形成，并且通常包括:基板和通過微制造技術(shù)形成于其中并具有集成的測量元件的薄彎曲片。作用在薄彎曲片上的壓力能產(chǎn)生與壓力相關(guān)的撓度。集成的測量元件反應(yīng)電阻的變化，其被記錄為電測量信號。這提供了用于額外處理和評估的信號。
[0003]一般來說，在這種情況下，傳感器元件被實施為壓電電阻元件，特別是電阻。眾所周知的是，用硅制造這些元件需要借助于摻雜方法，例如，擴散法或植入法。因此，壓電電阻元件能實施為如在η導(dǎo)電硅基板中的P導(dǎo)電區(qū)。
[0004]壓力傳感器在工作期間將接觸到高負荷情形，例如，壓力脈沖，持續(xù)高壓和強溫度波動。壓力脈沖和持續(xù)的高壓將導(dǎo)致材料疲勞且最終導(dǎo)致膜片的破裂，進而導(dǎo)致傳感器的失效。
[0005]在這種情況下，膜片破裂的檢測是困難的，因為不正確的測量值也可以由傳感器中、電路中或其它所使用的元件中、或給定情形下完全無法識別的其它問題所產(chǎn)生。
[0006]根據(jù)目前的現(xiàn)有技術(shù)，為了補償測量信號的溫度影響，例如，通過測量與惠斯通橋路互聯(lián)的測量元件的電阻變化來確定溫度。在這種情況下，使用測量得到的溫度以及之前確定的測量信號的溫度依賴性，能夠補償溫度的影響。該方法的缺點是，壓力的變化同樣會導(dǎo)致電阻的變化。這使得電阻變化與溫度變化之間難以直接關(guān)聯(lián)起來。
[0007]此外，選擇用于測量的電阻的溫度系數(shù)，使得對于所指定的傳感器的溫度范圍，溫度系數(shù)不改變符號(sign)。由于溫度必須內(nèi)射地(injectively)確定，一旦符號改變，貝Ij不可能使用確定溫度的電橋電路。
[0008]除了補償測量信號的溫度影響，現(xiàn)有技術(shù)中已知的是，還要進行保護以防止干擾的影響。為此，在膜片表面施加形成為導(dǎo)電覆蓋層的屏蔽物，一直延伸到覆蓋層位于與基板相同電位的程度，用來抑制外部電干擾的影響。因此，為了改善輸出信號的穩(wěn)定性，經(jīng)常會實施電屏蔽，使用該電屏蔽至少覆蓋所述的傳感器元件。然而金屬的屏蔽物同樣會影響測量信號，尤其在高溫，將發(fā)生測量信號無法再現(xiàn)的偏差。
[0009]通常應(yīng)用于電屏蔽的材料是摻雜的多晶硅。多晶硅的許多材料特性與單晶硅的一些特性非常相似。這些材料特性除了別的之外，還包括熱膨脹系數(shù)、硬度以及彈性模量和剪切模量。用于多晶硅摻雜的材料是例如硼或者磷。
[0010]例如，通過擴散、植入來產(chǎn)生摻雜，或者通過在覆蓋層的沉積過程中用作保護的另外氣體而產(chǎn)生摻雜。由于覆蓋層用于溫度確定，為了獲得高電阻，低的摻雜度是有利的。低的摻雜度比高的摻雜度具有額外的更強的溫度依賴性，因而可產(chǎn)生具有用于確定溫度的足夠范圍的信號。
[0011]與此相對的是，高的摻雜對傳感器元件是有利的，因為這能提供較少的溫度影響。因此，這些傳感器元件不能同時最優(yōu)的用于壓力和溫度測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]因此，本發(fā)明的目的是提供一種壓力傳感器，其可優(yōu)化壓力和溫度測量的過程，并且在該情況下，尤其能夠補償測量誤差以及允許故障的檢測。
[0013]本發(fā)明通過一些特征實現(xiàn)該目的，這些特征包括通過三個優(yōu)化的電阻測量來實現(xiàn)上述三個任務(wù)。在這種情況下，對低的摻雜覆蓋層進行分割，使得在彼此電隔離的兩個區(qū)域中各自的電阻是可測量的，并且在薄彎曲片中的測量電阻具有高的摻雜度。
[0014]本發(fā)明相較于現(xiàn)有技術(shù)的特別優(yōu)勢在于，覆蓋層被分割為彼此電隔離的兩個區(qū)域。在這種情況下，每個區(qū)域都具有電接觸元件，因此這意味著，在兩個區(qū)域的每一個中，電阻是獨立于另一區(qū)域而可確定的。
[0015]在這種情況下，這些電隔離區(qū)域可以簡單的從現(xiàn)有技術(shù)中已知的覆蓋層中形成。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，覆蓋層可進行2維的沉積而無需其它構(gòu)造。根據(jù)本發(fā)明，在另外的制造步驟中形成絕緣區(qū)域，例如，以光刻方法的形式和/或其它的蝕刻工藝。在這種情況下，覆蓋層優(yōu)選的沉積為多晶硅。例如，覆蓋層沉積在為此制造的測量膜片的氧化層或氧化一氮化層上，用以在覆蓋層和測量膜片之間獲得足夠的電絕緣。
[0016]在本發(fā)明的具有特別優(yōu)勢的實施例中，例如，將覆蓋層的第一多功能電阻區(qū)域?qū)嵤槠帘尾⑶胰康鼗虿糠值馗采w帶有測量元件的薄彎曲片，以及，例如，將覆蓋層的第二電阻區(qū)域?qū)嵤闊崦綦娮杵鞑⑶遗c測量膜片機械地解耦合。這樣，在簡單的加工步驟中，例如可選擇光刻方法和/或蝕刻工藝來構(gòu)造屏蔽并同時構(gòu)造熱敏電阻器，二者彼此獨立的接觸，并且其電阻能夠被測量。
[0017]該實施例特別的優(yōu)勢在于，具有測量元件的薄彎曲片和覆蓋層具有不同的摻雜度，其中，在這種情況下，硅形成的測量膜片被實施為具有更小的摻雜度。從而，熱敏電阻器的摻雜度與傳感器元件的摻雜度不同，并且使得兩個功能單元隔離的優(yōu)化。摻雜對于屏蔽來說作用較小，但其對于將屏蔽物的摻雜與熱敏電阻器的摻雜進行匹配并不是缺點，這樣二者可以在一個工藝步驟中被沉積，并且可以由相同的薄膜而構(gòu)造。
[0018]另外的優(yōu)勢在于，測量膜片的壓電元件能夠被提供比現(xiàn)有技術(shù)中可能更高的摻雜度。這意味著，壓力傳感器適合于更高的工作溫度。壓電元件的更高摻雜度可降低泄漏電流并由此提高輸出信號的信號質(zhì)量。
[0019]在這種情況下特別的優(yōu)勢在于，覆蓋層的熱敏電阻器區(qū)域可形成在壓力傳感器的上表面上的測量膜片之外。在這種情況下，熱敏電阻器暴露于較小的機械應(yīng)力，由此在熱敏電阻器的溫度測量信號中因機械應(yīng)力而導(dǎo)致的誤差可被降低或消除。
[0020]另外，壓力傳感器還額外允許差錯或故障的檢測。在這種情況下，可以確定覆蓋層的屏蔽區(qū)域的電阻，并且與此相分離地，可通過覆蓋層的熱敏電阻器區(qū)域確定溫度。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠知道，覆蓋層屏蔽區(qū)域的電阻變化是因為溫度的波動還是因為膜片的破裂。如果出現(xiàn)的是膜片破裂，則覆蓋層的電阻變化與熱敏電阻器的相比是不規(guī)則的。如果是溫度波動，則兩個區(qū)域的電阻均發(fā)生變化。為此，建立與膜片區(qū)域隔離的覆蓋層熱敏電阻器區(qū)域是特別有利的。
[0021]進一步，提供一種應(yīng)用壓力傳感器的方法，該壓力傳感器具有基板、測量膜片和分割的導(dǎo)電覆蓋層，該覆蓋層具有兩個區(qū)域以及電接觸元件，其中，測量覆蓋層第一電阻區(qū)域的電阻，通過所測量的電阻確定覆蓋層的溫度，并且借助于該溫度值，補償該壓力傳感器的壓力測量信號的溫度影響。
[0022]在實施例的優(yōu)選形式中，該方法包括:測量覆蓋層第一電阻區(qū)域的電阻，并且在電阻變化的情況下，指示覆蓋層和/或測量膜片的損壞。
[0023]本發(fā)明另一優(yōu)選實施例提供覆蓋層的第二電阻區(qū)域，屏蔽測量膜片的傳感器元件使與外部電場及可移動的電荷載體隔離。
[0024]通過權(quán)利要求的文字限定以及基于附圖的實施例示例的描述，本發(fā)明的其它特征、細節(jié)和優(yōu)勢將更明顯。
【附圖說明】
[0025]下面參考附圖所示實施例的優(yōu)選示例，更加詳細的闡釋本發(fā)明，其中:
[0026]圖1示意性的示出具有覆蓋層的壓力傳感器的剖面圖，以及
[0027]圖2示意性的示出具有構(gòu)造為兩個區(qū)域的覆蓋層的壓力傳