具有硅應力隔離構件的集成SOI壓力傳感器制造技術

公開了具有硅應力隔離構件的集成SOI壓力傳感器。在一個實施例中提供了壓力傳感器。該壓力傳感器包括殼體，殼體具有輸入端口，輸入端口配置為允許介質進入殼體。將支撐件安裝在殼體內，支撐件限定了延伸穿過其中的第一孔。將應力隔離構件安裝在支撐件的第一孔內，應力隔離構件限定了延伸穿過其中的第二孔，其中應力隔離構件由硅構成。傳感器管芯結合到應力隔離構件。傳感器管芯包括：硅基底，硅基底在硅基底的第一側上具有絕緣層；以及布置在第一側上的絕緣層中的感測電路，其中硅基底的第二側暴露于應力隔離構件的第二孔并且第二側與第一側相反。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】公開了具有硅應力隔離構件的集成SOI壓力傳感器。在一個實施例中提供了壓力傳感器。該壓力傳感器包括殼體，殼體具有輸入端口，輸入端口配置為允許介質進入殼體。將支撐件安裝在殼體內，支撐件限定了延伸穿過其中的第一孔。將應力隔離構件安裝在支撐件的第一孔內，應力隔離構件限定了延伸穿過其中的第二孔，其中應力隔離構件由硅構成。傳感器管芯結合到應力隔離構件。傳感器管芯包括：硅基底，硅基底在硅基底的第一側上具有絕緣層；以及布置在第一側上的絕緣層中的感測電路，其中硅基底的第二側暴露于應力隔離構件的第二孔并且第二側與第一側相反。【專利說明】具有硅應力隔離構件的集成SOI壓力傳感器
技術介紹
硅壓力傳感器提供了多種優點，包括小尺寸、良好的質量以及穩定的性能。此外，由于多個相同的傳感器可以同時在單個晶片上制備，因此硅壓力傳感器對于制造而言也是成本有效的。在壓力傳感器的至少一個例子中，壓敏電阻器在硅膜片上制備，使得當膜片對壓力介質所施加的壓力做出反應時壓敏電阻器感測膜片中的應變。甚至當壓力介質是潔凈的干燥空氣時，硅感測管芯也需要與環境的某種形式的隔離。對于絕對式傳感器，這是通過形成的正常Si02層來提供的。潔凈的干燥空氣包含為僅僅接觸膜片的不包含金屬跡線和襯墊的側。該表面僅暴露于參考真空。對于其中壓力介質受限為空氣的精確應用，硅膜片能安裝在應力隔離構件上。 在一個實施例中，應力隔離構件是硼硅酸玻璃管。硼硅酸玻璃管表面本質上是吸濕的，并且隨著時間從壓力介質中吸收H20。水含量的該變化輕微改變管的幾何形狀，這會引起感測元件漂移。除了由于硅和硼硅酸玻璃的膨脹系數不同以及由于在制備過程中產生的應力而導致的長期漂移，壓力傳感器需要廣泛的調節來移除早期的漂移分量。最終，在壓敏電阻器和傳感器的殼體或外部電連接之間可能出現不想要的漏電流。通常依靠自然形成的二氧化硅薄涂層來提供電隔離。該膜還可以吸收水，水也可能產生傳感器漂移。
技術實現思路
在一個實施例中提供了壓力傳感器。該壓力傳感器包括殼體，殼體包括輸入端口，輸入端口配置為當殼體放置在包含介質的環境中時允許介質進入殼體內部。將支撐件安裝在殼體內，支撐件限定了延伸穿過其中的第一孔。將應力隔離構件安裝在支撐件的第一孔內，應力隔離構件限定了延伸穿過其中的第二孔，其中應力隔離構件由硅構成。傳感器管芯結合到應力隔離構件。傳感器管芯包括:硅基底，硅基底在硅基底的第一側上具有絕緣層；以及布置在第一側上的絕緣層中的感測電路，其中硅基底的第二側暴露于應力隔離構件的第二孔并且第二側與第一側相反。 【專利附圖】【附圖說明】 應該理解的是，附圖僅僅描繪了示例性實施例并且因此不應認為是對范圍的限定，將通過附圖的使用來以附加的特定性和細節來描述示例性實施例，其中: 圖1是圖示根據本公開中描述的實施例的具有集成的絕緣體上硅(SOI)傳感器和硅應力隔離構件的壓力感測裝置的橫截面視圖的圖； 圖2是圖示根據本公開中描述的實施例的傳感器管芯、應力隔離構件以及圖1的壓力感測裝置的支撐件的透視圖的圖；以及 圖3是圖示根據本公開中描述的實施例的用于制備圖1的壓力感測裝置的方法的流程圖。 按照慣例，各種已描述的特征不是按照比例繪制的，而是繪制為強調與示例性實施例有關的特定特征。 【具體實施方式】 在下面詳細描述中，對于形成其一部分的附圖作出了參考，并且其中通過說明的方式示出了特定的說明性實施例。然而，應該理解的是，可以利用其他實施例，并且可以做出邏輯的、機械的以及電氣的改變。此外，附圖和說明書中給出的方法不應解釋為限制可以執行單獨步驟的順序。因此，下面的詳細描述不應考慮為是限制意義的。 在至少一個實施例中，用作膜片的傳感器管芯可安裝在應力隔離構件(基座)上，應力隔離構件限定了延伸穿過應力隔離構件的第一孔，從而使得壓力介質能通過該孔并且在膜片上施加壓力。傳感器管芯可由絕緣基底上的硅構成，并且應力隔離構件可由硅構成，使得傳感器管芯和應力隔離構件能具有基本相等的熱膨脹系數。這還可以使得能在晶片級上制備傳感器管芯和應力隔離構件。 在進一步實施例中，傳感器管芯和應力隔離構件能安裝在支撐件的第二孔內，其中該第二孔延伸穿過該支撐件。該支撐件能安裝到壓力傳感器的殼體并且能為傳感器管芯提供電連接和壓力端口。 在再進一步實施例中，由于壓力傳感器裝置的吸濕材料引起的濕氣吸收通過以下方式來避免:通過原子層沉積來涂覆暴露于壓力介質的此類材料的表面。為了防止支撐件、應力隔離構件以及傳感器管芯的表面吸收壓力介質中的濕氣，暴露于壓力介質的這些表面的一些或全部能通過原子層沉積過程被涂覆保護層。 現在參照圖1和圖2來描述壓力感測裝置100的例子。圖1是壓力感測裝置100的橫截面視圖而圖2是壓力感測裝置100的部分的分解透視圖。壓力感測裝置100能夠測量某介質中的壓力。例如，通過壓力感測裝置100感測的壓力介質可包括空氣或液體。為了感測壓力介質的壓力，壓力感測裝置100包括輸入端口 102，其中輸入端口 102允許壓力介質進入殼體104。殼體104保護壓力感測裝置100不受環境影響，環境影響可能損壞壓力感測裝置100或影響壓力感測裝置100的性能。 為了感測殼體104內部的壓力介質的壓力，壓力感測裝置100包括傳感器管芯106。在至少一個實現中，傳感器管芯106為壓敏電阻式硅壓力感測管芯，其中壓敏電阻器形成在傳感器管芯106的第一側105上，對傳感器管芯106內的應變進行響應。傳感器管芯106包括具有傳感器電路的硅膜片，例如形成在膜片上的壓敏電阻器。壓敏電阻器根據膜片的移動而改變電阻。 在實施例中，傳感器管芯106包括絕緣體上硅(SOI)基底，基底具有在其上制備的感測電路。特別地，傳感器管芯106由硅基底構成，硅基底在其第一側105上具有絕緣層。絕緣層能以任何合適的方式，例如通過外延生長，形成在硅基底上。感測電路制備在硅基底的第一側105上的絕緣層內。相應地，絕緣層具有的厚度足以使得能夠在其內制備壓敏電阻器。傳感器管芯106還具有第二側107，該第二側107與第一側105相反。在制備傳感器管芯106之后，一旦暴露于空氣或其他介質，第二側107就可自然形成薄二氧化硅層。 對殼體104的應力可影響壓力感測裝置100的位于殼體104內的組件。盡管殼體內的某些組件受應力影響最小，然而位于傳感器管芯106上的壓敏電阻器上的由殼體104上的應力引起的應變可能不利地影響壓力感測裝置100做出的壓力測量的精度。例如，殼體104上的應變能以與通過壓力介質施加到傳感器管芯106的膜片的應變類似的方式使傳感器管芯106應變，這會導致從傳感器管芯106得到的壓力測量的偏置。在某些實現中，為了將傳感器管芯106與殼體104或感測裝置100內的其他組件上的應力隔離，傳感器管芯106安裝在應力隔離構件110上。該應力隔離構件110將傳感器管芯106與施加到殼體104上或由殼體104內的其他組件引起的應變隔離。 在特定實施例中，應力隔離構件110由硅構成。特別地，應力隔離構件110由具有限定在其內的孔108的硅基底構成。孔108 —直延伸通過硅基底。應力隔離構件110安裝到傳感器管芯106的第二側107，使得孔108在一端從傳感器管芯1本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種壓力傳感器，包括：殼體，殼體包括輸入端口，輸入端口配置為當殼體放置在包含介質的環境中時允許介質進入殼體內部；安裝在殼體內的支撐件，支撐件限定了延伸穿過其中的第一孔；安裝在支撐件的第一孔內的應力隔離構件，應力隔離構件限定了延伸穿過其中的第二孔，其中應力隔離構件由硅構成；結合到應力隔離構件的傳感器管芯，傳感器管芯包括：硅基底，硅基底在硅基底的第一側上具有絕緣層；以及布置在第一側上的絕緣層中的感測電路，其中硅基底的第二側暴露于應力隔離構件的第二孔并且第二側與第一側相反；其中應力隔離構件包括延伸遠離硅基底的第二側的基座，其中第二孔縱向延伸穿過基座，傳感器管芯安裝到基座的第一端，其中支撐件安裝接近基座的第二端，第二端與第一端相反。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：G·C·布朗，C·拉恩，
申請(專利權)人：霍尼韋爾國際公司，
類型：發明
國別省市：美國;US