[发明专利]用于模收缩和高灵敏度的具有锚定件的压力传感器装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于模收缩和高灵敏度的具有锚定件（anchor）的压力传感器装置。

背景技术

微机电系统（MEMS）压力传感器是公知的。例如，Kurtz等人的美国专利号4,236,137公开一种半导体压力换能器。授予Johnson等人的美国专利号5,156,052也公开一种固态压力换能器。授予Bryzek等人的美国专利号6,006,607公开一种使用压敏电阻装置的压力传感器。美国专利号5,178,016和6,093,579也公开固态压力传感器。还参见由本申请的申请人所有并且还通过引用以其整体并入的题为“Semiconductor sensing device to minimize thermal noise”的美国专利8,881,596。

关于现有技术MEMS压力传感器的公知问题是压力非线性或“PNL”。PNL是硅膜片的挠度（deflection）的函数。然而，膜片挠度确定MEMS压力传感器检测小压力改变的能力。不幸的是，当膜片挠度增加时，输出非线性也增加。参见例如转让给相同申请人并且通过引用以其整体并入本文中的2015年11月19日公开的题为“PRESSURE SENSOR DEVICE WITH HIGH SENSITIVITY AND HIGH ACCURACY”的美国授予专利前的公开20150330856。

灵敏度由于感测低压强（即大约100kPa以下的压强）所要求的收缩MEMS压力传感器中的较小膜片而变得更加有问题。如下的固态压敏电阻压力传感器将是一种改进：相比于现有技术中的那些，可以在低压力处使用、并且具有更小模中的更小膜片与改进的输出线性度、并且更灵敏。

附图说明

图1是示出压力非线性或PNL的曲线图，其是跨线性电压输出范围MEMS压力传感器的真实输出电压中的差除以全刻度跨度输出电压；

图2是具有形成到衬底底部中的腔体的压力感测元件的第一实施例的透视图，所述腔体将膜片约束在衬底中，所述衬底的顶部被形成为具有带有锚定件的凹进部；

图3是示出其四分之一的图2的压力感测元件的剖视图；

图4是图2中描绘的压力感测元件的底视图；

图5A是图2中示出的压力感测元件的底视图，但是示出形成到膜片的顶表面中的凹进部的位置，所述膜片形成到衬底的底表面中；

图5B是图2中示出的压力感测元件的可替换实施例的底视图，其描绘形成到膜片的顶表面中的凹进部，所述凹进部的形状与图5A中示出的形状不同；

图6A示出压力感测元件的横截面视图，其具有与底部处的衬底接合以用于顶侧绝对压力感测的顶侧锚定件；

图6B示出压力感测元件的横截面视图，其具有与带有通孔的底部处的衬底接合的顶侧锚定件以及作为顶部处的盖的另一衬底以用于背侧绝对压力感测；

图7是压力感测元件的底视图，其包括在蚀刻腔体之后形成到衬底的底部中以限定边缘（rim）和锚定件的凹进部；

图8是压力感测元件的横截面视图，其具有如图7中示出的背侧锚定件加上底部处的具有通孔的玻璃基座和顶部上的盖；

图9是针对现有技术MEMS压力感测元件、在本文中描述的压力感测元件并且使用7微米和10微米厚度二者的输出电压跨度、跨度比、压力和非线性百分比的图表；

图10是具有对称顶侧锚定件的压力感测元件的顶视图；以及

图11是具有非对称顶侧锚定件的压力感测元件的顶视图。

具体实施方式

为了清楚目的，本文中将压力非线性或“PNL”视为理想化的线性电压输出与从体现为由压敏电阻器形成的惠斯通电桥电路的MEMS压力传感器的实际电压输出之间的最大电压差。真实电压输出与理想化的线性电压输出中的最大差除以全刻度或简单地“跨度”定义PNL。

图1是描绘如何确定PNL的曲线图。作为释义，将PNL确定为在输入压力范围上MEMS压力传感器与理想的线性输出电压的最大输出电压偏差。如图1中示出的，将PNL表述为：PNL= Δmax/ FSS。

MEMS压力传感器领域中的普通技术人员知道，PNL应当降低到尽可能低，对于汽车应用而言，通常降低至小于约1.5%。