[發明專利]電容式壓力傳感器及其制造方法

在審

• 申請號: 201580059230.8
• 申請日: 2015-09-02
• 公開（公告）號: CN107148563A
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 拉斐爾·泰伊朋;本杰明·萊姆克;蒂莫·科博;拉爾斯·卡爾韋克;斯特凡·魯姆勒-維爾納;托馬斯·齊里林格
• 申請（專利權）人: 恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司
• 主分類號: G01L9/12
• 分類號: G01L9/12;G01L13/02;G01L19/04;G01L19/06
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司11219
• 代理人: 穆森,戚傳江

技術領域

本發明涉及一種具有第一基體的電容式壓力傳感器，該第一基體具有兩個導電層和被布置在這兩層之間的絕緣層，該絕緣層使這兩層彼此電絕緣；導電測量膜，該導電測量膜被布置在包含壓力室的第一基體上，該測量膜可以載以要測量的壓力；以及電極，該電極設置在面向膜的層中并且與所述測量膜間隔開，所述電極與測量膜一起形成電容器，該電容器具有隨作用在測量膜上的壓力而變化的電容；以及其制造方法。

背景技術

電容式壓力傳感器用于工業計量以測量壓力。例如，被指定為半導體傳感器或傳感器芯片的壓力傳感器被用作壓力傳感器，其可以使用半導體技術已知的方法在晶片結構中成本有效地制造。被設計為絕對或相對壓力傳感器的壓力傳感器通常具有施加到包含壓力室的基體上的測量膜，在測量操作中該測量膜的外側載以要測量的壓力。絕對壓力傳感器測量相對于在壓力室中占大部分的真空作用在測量膜上的壓力。相對壓力傳感器測量相對于提供給壓力室的參考壓力的壓力，參考壓力例如當前的大氣壓力。

被設計為差壓傳感器的壓力傳感器通常具有兩個基體，在這兩個基體之間布置有測量膜。在這些傳感器中，在測量膜下方包括的壓力室也分別設置在兩個基體中的每一個中。在測量操作中，測量膜的第一側經由第一基體中的凹部載以第一壓力，并且測量膜的第二側經由第二基體中的凹部載以第二壓力。

電容式壓力傳感器包括至少一個電容式機電轉換器，其取決于作用在所述測量膜上的壓力來檢測測量膜的偏轉，并且將所述偏轉轉換成反映要測量的壓力的電信號。半導體傳感器通常具有導電測量膜，該導電測量膜與電極一起集成到基體中并且與測量膜電絕緣，形成具有取決于要測量的壓力的電容的電容器。

在DE 103 93 943 B3中描述了被設計為電容差壓傳感器的差壓傳感器。這包括安裝在第一基體和第二基體之間的測量膜，所述測量膜連接成與每個基體壓力密封，并且相應地包含壓力室，所述測量膜的第一側能夠經由第一基體中的凹部載以第一壓力，并且所述測量膜的第二側能夠經由第二基體中的凹部載以第二壓力。基體分別包括背離膜的導電層和面向膜的導電層，以及布置在兩層之間并且使兩層彼此絕緣的絕緣層。在基體的面向膜的層中設置有與測量膜隔開的相應電極，該電極與測量膜一起形成電容器，該電容器具有隨作用在測量膜上的壓力而變化的電容。為此，電極經由溝槽與相應的面向膜的層的外邊緣區域電絕緣，所述邊緣區域與測量膜連接。

原則上，可以使用兩個測量電容C1、C2中的每一個來確定壓差。然而，壓差確定優選地不是使用單獨測量的電容而是使用兩個電容C1、C2中的差分變化f而發生。例如，根據f＝k(1/C1-1/C2)，可以將差分變化f確定為常數k和電容C1、C2的倒數值之差的乘積，并且表現出對要測量的壓差的線性依賴性。

對于電容式壓力傳感器，存在的問題是相應的電容耦合不僅在測量膜的根據壓力變形的區域和與其相對的電極之間存在，而且在電極和它們的周圍環境之間以及在測量膜和其周圍環境存在。因此，除了根據壓力變化的電容之外，在電極中的一個和測量膜之間測量的電容還包括由于相對于環境的電容耦合的寄生電容。與壓力相關電容的電容變化相比，寄生電容越大，所述變化取決于要被計量檢測的測量膜的壓力相關偏轉，測量效果越小，因此可實現的測量精度也越小。

此外，寄生電容導致非線性效應，其阻礙使用所測量的電容來確定要測量的壓力。特別地，差壓傳感器中的寄生電容產生差分變化f對要測量的壓力差的非線性依賴性，所述依賴性取決于差壓傳感器的大小。此外，寄生電容的不可重現的變化可能導致電容測量信號的失真。

為了減小寄生電容的負面影響，DE 103 93 943 B3描述了分別通過背離膜的層和相應基體的絕緣層，在集成到基體內的電極之間建立接觸，并且將電極與差壓傳感器的環境屏蔽，因為參考電勢經由施加到差壓傳感器外部的導電涂層施加到測量膜、面向膜的層的邊緣區域和背離膜的層。為此，涂層優選地接地。可替選地，描述了連接到前述模塊的電路，其將所有這些模塊保持在接地電勢或所連接電路的參考電勢。然而，在壓力傳感器的個體化之后，隨后僅可能涂覆在晶片結構中產生的壓力傳感器的外部。每一個壓力傳感器的涂層是復雜的，并且與在晶片結構上可以經濟有效地執行的工藝相比，精度更低。