[发明专利]具有覆盖层的压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种压力传感器，包括：基板，具有形成于其中的薄弯曲片和集成的测量元件；以及导电覆盖层，其具有电接触元件，且通过绝缘层与基板电隔离。

背景技术

压力传感器经常被实施为半导体传感器。通常，它们基于硅。在这种情况下，压力传感器芯片能以简单的方式形成，并且通常包括：基板和通过微制造技术形成于其中并具有集成的测量元件的薄弯曲片。作用在薄弯曲片上的压力能产生与压力相关的挠度。集成的测量元件反应电阻的变化，其被记录为电测量信号。这提供了用于额外处理和评估的信号。

一般来说，在这种情况下，传感器元件被实施为压电电阻元件，特别是电阻。众所周知的是，用硅制造这些元件需要借助于掺杂方法，例如，扩散法或植入法。因此，压电电阻元件能实施为如在n导电硅基板中的p导电区。

压力传感器在工作期间将接触到高负荷情形，例如，压力脉冲，持续高压和强温度波动。压力脉冲和持续的高压将导致材料疲劳且最终导致膜片的破裂，进而导致传感器的失效。

在这种情况下，膜片破裂的检测是困难的，因为不正确的测量值也可以由传感器中、电路中或其它所使用的元件中、或给定情形下完全无法识别的其它问题所产生。

根据目前的现有技术，为了补偿测量信号的温度影响，例如，通过测量与惠斯通桥路互联的测量元件的电阻变化来确定温度。在这种情况下，使用测量得到的温度以及之前确定的测量信号的温度依赖性，能够补偿温度的影响。该方法的缺点是，压力的变化同样会导致电阻的变化。这使得电阻变化与温度变化之间难以直接关联起来。

此外，选择用于测量的电阻的温度系数，使得对于所指定的传感器的温度范围，温度系数不改变符号(sign)。由于温度必须内射地(injectively)确定，一旦符号改变，则不可能使用确定温度的电桥电路。

除了补偿测量信号的温度影响，现有技术中已知的是，还要进行保护以防止干扰的影响。为此，在膜片表面施加形成为导电覆盖层的屏蔽物，一直延伸到覆盖层位于与基板相同电位的程度，用来抑制外部电干扰的影响。因此，为了改善输出信号的稳定性，经常会实施电屏蔽，使用该电屏蔽至少覆盖所述的传感器元件。然而金属的屏蔽物同样会影响测量信号，尤其在高温，将发生测量信号无法再现的偏差。

通常应用于电屏蔽的材料是掺杂的多晶硅。多晶硅的许多材料特性与单晶硅的一些特性非常相似。这些材料特性除了别的之外，还包括热膨胀系数、硬度以及弹性模量和剪切模量。用于多晶硅掺杂的材料是例如硼或者磷。

例如，通过扩散、植入来产生掺杂，或者通过在覆盖层的沉积过程中用作保护的另外气体而产生掺杂。由于覆盖层用于温度确定，为了获得高电阻，低的掺杂度是有利的。低的掺杂度比高的掺杂度具有额外的更强的温度依赖性，因而可产生具有用于确定温度的足够范围的信号。

与此相对的是，高的掺杂对传感器元件是有利的，因为这能提供较少的温度影响。因此，这些传感器元件不能同时最优的用于压力和温度测量。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种压力传感器，其可优化压力和温度测量的过程，并且在该情况下，尤其能够补偿测量误差以及允许故障的检测。

本发明通过一些特征实现该目的，这些特征包括通过三个优化的电阻测量来实现上述三个任务。在这种情况下，对低的掺杂覆盖层进行分割，使得在彼此电隔离的两个区域中各自的电阻是可测量的，并且在薄弯曲片中的测量电阻具有高的掺杂度。

本发明相较于现有技术的特别优势在于，覆盖层被分割为彼此电隔离的两个区域。在这种情况下，每个区域都具有电接触元件，因此这意味着，在两个区域的每一个中，电阻是独立于另一区域而可确定的。

在这种情况下，这些电隔离区域可以简单的从现有技术中已知的覆盖层中形成。根据现有技术，覆盖层可进行2维的沉积而无需其它构造。根据本发明，在另外的制造步骤中形成绝缘区域，例如，以光刻方法的形式和/或其它的蚀刻工艺。在这种情况下，覆盖层优选的沉积为多晶硅。例如，覆盖层沉积在为此制造的测量膜片的氧化层或氧化一氮化层上，用以在覆盖层和测量膜片之间获得足够的电绝缘。

在本发明的具有特别优势的实施例中，例如，将覆盖层的第一多功能电阻区域实施为屏蔽并且全部地或部分地覆盖带有测量元件的薄弯曲片，以及，例如，将覆盖层的第二电阻区域实施为热敏电阻器并且与测量膜片机械地解耦合。这样，在简单的加工步骤中，例如可选择光刻方法和/或蚀刻工艺来构造屏蔽并同时构造热敏电阻器，二者彼此独立的接触，并且其电阻能够被测量。