CN101473205B - 使用导电弹性密封件来减少压力传感器上的小片边缘短路的方法 - Google Patents
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Abstract
压力传感器包括在生长于P型衬底(120)的N型外延层(110)上制造的传感元件、位于传感元件小片(100)的边缘周围并与P型衬底(120)接触的P型隔离区(130)、和导电弹性密封件，所述导电弹性密封件接合P型隔离区(130)以防止导电弹性密封件与传感元件小片的N型外延层(110)短路。制造压力传感器的方法包括：在p型衬底晶片(120)上生长n型外延层(110)，从而得到压力传感器小片(100)和具有边缘的衬底，使用P型材料获得适于在边缘周围制造隔离扩散层(130)的掩模，以及使用掩模在边缘周围产生使用P型掺杂材料的隔离层扩散。然后，导电弹生密封件就能够被置于传感器小片(100)上方，以与封装电接触。
Description
发明的技术领域
本发明大体上涉及半导体压力传感器。本发明还涉及弹性密封件(elastomeric seal)。更具体地，本发明涉及利用导电弹性密封件来减少压力传感器上的小片(die)边缘短路的制造工艺。
背景技术
典型的半导体压力传感器使用与液体不相容的固态传感元件。当液压被感测(sense)时，这些设备需要复杂的封装(packaging)方案以安装传感元件并且保护该元件使之免受通过压力传感器封装的流体的影响。
已知用于压力计的封装方案可使压力计能够被用来检测液体或气体的压力。这种压力计封装包括固态压力传感元件和弹性密封件。压力计检测流体压力的任何改变。在过去的设计中，弹性密封件中至少之一是导电的，以便把来自固态压力传感元件的信号连接到退出压力计外壳的电导线。这种类型的压力计示于1993年2月2日授予Dean J.Maurer的5,184,107号美国专利。此外，在2004年12月7日授予Karbassi等人的6,826,966号美国专利中所描述的压力传感器整合了压力传感元件并限定了低成本、高度可制造的传感器封装。Karbassi等人的封装布置使压力传感元件暴露于气体流或流体流，但保护压力传感元件的敏感区(susceptible region)使之免受气体或流体的影响，而不需要其他保护设备。
工业生产遇到了问题，其中，当如果导电弹性密封件包裹(wrap over)小片边缘时，导电弹性密封件就造成短路。当导电弹性密封件包裹与压力传感器相关联的小片的边缘时，该密封件能够使惠斯登电桥或位于传感器封装上的其他电子电路短路。
因为弹性密封件被充满薄的银片，所以当封装被扣(snap)在一起并且密封件被压缩时，如果没有保持精确对准，那么使用弹性密封件封装的压力传感器在导电的密封件方面存在固有问题。密封件中的片本身不必彼此接触，但它们延伸并接触与它们一起使用的小片上的镀金属(metallization)，并且通过密封件产生与传感器封装的接触。由于制造公差的原因，硅压力小片必须略小于封装外壳，以便使硅小片刚好放入外壳。当被压缩时，导电密封件会包裹小片边缘并使N型外延层短路，从而造成传感器错误或故障。尽管这个问题在感测较高的压力时较为突出，但会存在于任何压力范围之中。
所需要的是一种克服由于使用导电弹性密封件在压力传感器封装内部制造接触而造成短路的问题的方法。
发明概述
下面的发明概述是为了促进对本发明所特有的一些创新性特征的理解而提供的，其并不旨在作全面的描述。对发明各个方面的全面理解能够通过把全部说明书、权利要求、附图和摘要作为整体而获得。
根据本发明的一方面，提供了压力传感器封装，其包括含有传感器及相关联电路的小片、偏置于电源电势的N型外延、用P型材料制成的小片边缘和围绕小片边缘的用导电材料制成的弹性密封件。
根据本发明的另一方面，P型扩散(diffusion)在传感器小片的边缘处产生反偏PN结，以使得如果信号垫(signal pad)之一与小片边缘短路，则该信号衬垫将不会有电通路，也不会对传感器功能造成任何不良影响。
根据本发明另一方面，半导体压力传感器晶片(wafer)通过这样的步骤来加工，其中：提供p型晶片、在晶片上生长n型外延、通过使用P型掺杂材料来获得适于实现隔离扩散的掩模、以及在小片边缘的周围完成使用P型掺杂材料的隔离扩散，在锯切晶片以后，所述隔离扩散最终将在小片边缘的周围产生隔离区。
对本领域技术人员来说，通过查看下面发明的详细描述，本发明的新颖特征将变得明显，或者能够通过本发明的实施来了解本发明的新颖特征。然而，应该理解的是，因为本领域技术人员从随后的发明详细描述和权利要求将明了在本发明范围之内的各种变化和修改，所以给出的发明的详细描述和具体实例尽管指出了本发明的某些实施例，但仅是出于例证目的而提供的。
附图简述
包括在说明书中并且构成说明书部分的附图进一步阐述了本发明，并与发明的详细描述一起用于解释本发明的原理。
图1图示出根据本发明的压力传感器的框图；和
图2图示出根据本发明的特征制造流量传感器的工艺流程图。
发明的详细描述
通常压力传感器是通过在P型衬底上生长N型外延层而制成的。在把晶片切割成单独的小片以后，N型外延被暴露在硅小片边缘的周围，并且，在某些条件下，该边缘能够接触导电弹性密封件。通常导电弹性密封件与硅小片的顶侧和/或底侧接触，但在不利条件下，该密封件会包裹小片边缘并由于外延层实际上偏置达电源电压所以会使顶侧接触与N型外延短路。
如图1所示，使用在N型材料传感器小片110的边缘周围并且与P型衬底120接触的掩模，将P型隔离区130连同传感器隔膜(diaphragm)105和相关联电路115一起被制造在硅压力传感器晶片100上，所述P型衬底于是构成小片的边缘(P类型)。本发明人已经发现，如果小片120的新边缘代替以P型材料制造，则将利用衬底120产生反偏二极管，然后导电弹性密封件(当被使用时)与N型小片材料110的短路就能够被消除。短路的消除是因为P扩散已经作为在小片的N型外延区边缘周围的隔离区而存在，同时与P型衬底120接触。应当注意到，图1是在制造和切割之后的单独的压力传感器小片，并且上述制造工艺是用于硅晶片的，所述硅晶片以对那些熟悉晶片工艺的人而言常用的方式包含多个设备。新的掩模使匹配材料能够使用并能够消除导电密封件(未示出)与压力传感器组件的短路。典型地进行隔离扩散以避免晶片边缘在蚀刻期间出现问题。
参照图2，示出了用于制造具有防止与小片短路的导电弹性密封件的压力传感器的工艺步骤的流程图。首先，如块210所示，提供p型晶片；然后如块220所示，在晶片上生长n型外延。利用这些步骤，硅晶片的制造开始于p型衬底晶片，并在衬底上生长N型外延层。然后，如块230所示，通过在所谓的小片图案间隔(street)中使用P型材料来获得适于实现隔离扩散的掩模。最后，如块240所示，通过使用掩模而在小片边缘的周围完成使用P型材料的隔离扩散，从而引起小片边缘周围的图案化(patterning)。该步骤产生了使用P型掺杂材料的隔离层。为了完成以前述方式制造压力传感器晶片的工艺，晶片然后被切成或锯成如块250所示的单独的压力传感器小片。然后如块260所示，然后每个小片与导电弹性密封件一起被封装到外壳中。利用最终的小片设计，在每个小片边缘的周围并入图案化的绝缘体，从而能够防止短路。
这里提出的实施方式和实例是为了最好地解释本发明及其实际应用，并且从而使本领域技术人员能够实施和利用本发明。然而，本领域技术人员应认识到，前面的描述和实例仅仅是为了阐述和举例的目的而提出的。本发明的其他变化和修改对于本领域技术人员而言是明显的，并且所附权利要求旨在覆盖这样的变化和修改。所给出的描述不是为了穷举或限制发明的范围。在不背离下面的权利要求的精神和范围的前提下根据上述教导，许多修改和变化都是可能的。应当考虑到，本发明的使用能够包括具有不同特征的组件。在全面考虑到所有方面的等同物的情况下，本发明意在通过所附的权利要求来限定本发明的范围。
Claims (10)
1.一种压力传感器封装，包括：
传感元件小片，其具有被制造于生长在P型衬底上的N型外延层上的传感元件；
P型隔离区，位于传感元件小片边缘周围并且与P型衬底接触；
导电弹性密封件，用于接合P型隔离区，所述P型隔离区被配置成防止导电弹性密封件与传感元件小片的N型外延层短路。
2.如权利要求1所述的压力传感器封装，其中所述传感元件小片包括传感器和制造于其上的相关联电路，其中所述传感元件小片的边缘在所述传感元件上形成。
3.如权利要求2所述的压力传感器封装，其中N型外延层偏置于电源电势以向传感元件供电。
4.如权利要求1所述的压力传感器封装，其中N型外延层被偏置于电源电势以向传感元件供电。
5.如权利要求4所述的压力传感器封装，其中所述传感元件小片包括传感器和制造于其上的相关联电路，其中所述传感元件小片的边缘在所述传感元件小片上形成。
6.一种制造压力传感器的方法，包括：
在p型衬底晶片上生长n型外延层，从而得到具有外边缘的传感器小片；
使用P型材料获得适于在传感器小片的外边缘周围制造隔离扩散层的掩模；以及
使用掩模在压力传感器小片的外边缘周围产生使用P型材料的隔离扩散层。
7.如权利要求6所述的方法，还包括步骤，将导电弹性密封件置于传感器小片之上，所述导电弹性密封件形成从传感器小片到退出容纳压力传感器的封装的引线之间的电接触。
8.一种制造压力传感器的方法，包括步骤：
在p型衬底晶片上生长n型外延层，从而得到具有外边缘的压力传感器小片；
使用P型材料获得适于在压力传感器小片的外边缘周围制造隔离扩散层的掩模；
使用掩模在压力传感器小片的外边缘周围产生使用P型材料的隔离扩散层；
从晶片切割压力传感器小片；
在压力传感器小片之上放置导电弹性密封件，以与封装电接触；
以及
将压力传感器小片与导电弹性密封件一起封装到所述封装中以形成封装的压力传感器小片。
9.如权利要求8所述的方法，其中在压力传感器小片之上放置导电弹性密封件的步骤实现了压力传感器小片与退出封装的压力传感器小片的一个或多个引线之间的电接触。
10.如权利要求8所述的方法，其中，通过在具有N型外延的压力传感器小片的边缘上的P型隔离扩散层来形成反偏PN结，并且所述反偏PN结防止导电弹性密封件使N型外延与传感器元件短路。
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