CN102235925B - 具有垂直电馈通的电容式压力传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种具有垂直电馈通的电容式压力传感器及制造方法，该传感设备能够使用具有垂直电馈通的微电机系统(“MEMS”)电容式压力传感器来检测压力。所述传感设备包括第一传感元件、第二传感元件和传感电路。在一个实施例中，所述第一传感元件布置在半导体裸片上并且配置用于在检测到压力时生成第一传感信号。所述第二传感元件也布置在与所述第一传感元件相邻的所述半导体裸片上，并且配置用于在传感环境状况时生成第二传感信号。所述传感电路能够响应所述第一传感信号和所述第二传感信号生成压力传感信号。

Description

具有垂直电馈通的电容式压力传感器及其制造方法
技术领域
本发明的(一个或多个)示例性实施例涉及微电机系统(“MEMS”)。更具体地说，本发明的(一个或多个)示例性实施例涉及MEMS传感设备。
背景技术
传统的压力测量设备或压力传感器能够测量压力相关的介质，比如气体、速度、高度和/或液体。压力是与流体或气体的体积膨胀相关联的力的表达，并且通常按照单位面积上的力来测量。当压力传感器检测到压力时，它一般生成一个指示压力测量的信号。压力传感器在工业、军事以及商业应用的领域中有着各种各样的日常应用。
压力传感器可以替换地被称为压力换能器、压力发射器、压力发送器、速度传感、压力指示器、压强计等等。例如，压力传感器可以在气象预报仪器、飞行器、汽车、医疗设备以及任何其他类型的机器中被采用。比如在某些交通实施摄像头中发现的一些压力传感器，在测量到压力时以二元(开/关)方式起作用。压力传感器的典型功能是根据压力的存在接通或断开电路。这些类型的传感器亦称为压力开关，压力开关能够测量压力。
传统的压力传感器在测量范围、可靠性、耐久性、温度灵敏度、精度和/或功率消耗方面具有不足。
发明内容
传感设备能够使用具有垂直电馈通的微电机系统(“MEMS”)电容式压力传感器来检测压力。所述传感设备包括第一传感元件、第二传感元件和传感电路。在一个实施例中，所述第一传感元件布置在半导体裸片(semiconductor die)上并且配置用于在检测到压力时生成第一传感信号。所述第二传感元件也布置在与所述第一传感元件相邻的所述半导体裸片上，并且配置用于在传感环境状况时生成第二传感信号。所述传感电路能够响应所述第一传感信号和所述第二传感信号生成压力传感信号。
本发明的(一个或多个)示例性实施例的其他特征和好处将通过下面阐述的详细说明、附图和权利要求变得明显。
附图说明
本发明的(一个或多个)示例性实施例将从下文中给出的详细说明和本发明不同实施例的附图中被更完全地理解，然而这不应该被视为将本发明限制于具体的实施例，而应该只是为了解释和理解。
图1是一个框图，说明了根据本发明的一个实施例的使用垂直电馈通的微电机系统(“MEMS”)电容式压力传感器；
图2说明了根据本发明的一个实施例的制造垂直电馈通的工艺；
图3是说明了根据本发明的一个实施例的具有至少三个传感元件的半导体裸片的框图；
图4A到4D是说明了制造根据本发明的一个实施例的具有三个传感元件的传感设备的工艺的框图；以及
图5是说明了使用根据本发明的一个实施例的具有垂直电馈通的MEMS电容式压力传感器来生成压力传感信号的工艺流程图。
具体实施方式
在此，在使用具有一个或多个垂直电馈通的微电机系统(“MEMS”)电容式压力传感器来测量压力的方法、系统以及设备的上下文中来描述本发明的(一个或多个)示例性实施例。
本领域的普通技术人员将意识到，所述(一个或多个)示例性实施例的下述详细说明仅仅是说明性的，并且不是意在以任何方式加以限制。其他实施例将容易地呈现给受益于本公开的这类技术人员。现在，将详细地参考如若干附图中所示的(一个或多个)示例性实施例的实施。遍及附图并且在后面的详细说明中将使用相同的附图标记来指出相同或类似的部分。
为清楚起见，没有示出并描述此处所述的实施的全部常规特征。当然，应当理解，在任何这样的实际实施的发展过程中，必须做出大量具体到实施的决定以便实现开发商的具体目标，比如符合应用和行业相关的限制，并且这些具体目标因实施的不同而不同，因开发商的不同而不同。而且，应当理解这样的发展计划可能复杂且耗时，但是对于从本公开受益的本领域普通技术人员来说，其仍然会是一个常规的工程保证。
应当理解，本发明的(一个或多个)实施例可以包括MEMS设备和/或电路，其可以容易地使用诸如CMOS(“互补性氧化金属半导体”)加工技术或其他半导体制造工艺之类的众所周知的技术来制造。另外，可以用制造半导体或基于硅的电和/或MEMS设备的其他制造工艺来实现本发明的(一个或多个)实施例。
在此使用的符号n+指N型掺杂半导体材料，其N型掺杂剂的掺杂级通常是每立方厘米有1021个原子的数量级。符号n-指N型掺杂半导体材料，其掺杂级一般为每立方厘米1017原子的数量级。符号p+指P型掺杂半导体材料，其P型掺杂剂的掺杂级一般是数量级为每立方厘米1021原子。符号p-指P型掺杂半导体材料，其掺杂级一般是每立方厘米1017原子的数量级。现在，本领域普通技术人员将认识到，此处所述的设备可以形成在传统的半导体衬底，或者它们可以容易地形成为该衬底上方的薄膜晶体管(“TFT”)，或者在诸如玻璃(“SOG”)、蓝宝石(“SOS”)之类或本领域普通技术人员所知的其他衬底上的绝缘衬底上的硅(“SOI”)中。这些本领域普通技术人员现在会认识到那些上述掺杂剂周围的掺杂浓度范围也会起作用。掺杂区可以扩散或者被注入。
本发明的(一个或多个)实施例公开了一种固态MEMS电容式压力传感器，其能够测量施加在气体、液体、流体的压力、化学性质、速度、高度等等。监视化学性质的变化例如包括检测介质内的离子变化。在一个实施例中，传感器将多于一个的暴露的传感元件用于介质以用于精密测量。
例如，固态传感设备包括主动(active)压力传感元件(或传感器)、静态传感元件(或传感器)以及基准传感元件。当主动压力传感元件中的一个或多个主动测量外压时，(一个或多个)静态传感元件记录环境测量值并且不受外压的影响或是对其不敏感。例如，静态传感元件能够测量由诸如机械应力、热应力、静电、离子污染、电介质变化、缺陷、辐射、温度等等之类的若干因素引起的各种影响。由静态传感元件测量的(一个或多个)静态基准信号提供具体的静态属性，它们不随压力的存在而变化。在一个例子中，(一个或多个)静态基准信号从由主动压力传感元件生成的(一个或多个)原始(primary)压力测量信号中被减去，以提高想要的压力测量的精度。另外，可以从环境状况中隔离的(绝对)基准传感元件提供(一个或多个)不受外压和环境状况影响的绝对基准信号。
能够检测压力的固态(或半导体)传感设备包括具有垂直电馈通的MEMS电容式压力传感器(“MCPS”)。所述传感设备包括第一传感元件、第二传感元件和传感电路。在一个实施例中，是压力传感器的第一传感元件布置在半导体裸片上，并且配置用于在检测到压力时生成原始的压力传感信号。是静态传感器的第二传感元件也布置在接近第一传感元件的该半导体裸片上，并且配置用于在传感环境状况时生成第二传感信号。该传感电路能够响应第一传感信号和第二传感信号生成压力传感信号。
图1是说明了根据本发明的一个实施例的具有一个或多个垂直电馈通的MEMS电容式压力传感器的框图100。在一个实施例中，框图100包括导电柔性膜片102、内带隙104、垂直电馈通120-124以及半导体衬底132。在一个方面中，膜片102被用作(一个或多个)传感元件的顶电极(或电极板)，而底部掺杂侧壁118被配置为(一个或多个)传感元件(或MCPS)的底电极(或电极板)。应当指出，本发明的(一个或多个)示例性实施例的基础构思不会因向框图100中添加或者从中移除一个或多个块或层而改变。
半导体衬底132由半导体或非导电的(电介质)物质构成，所述物质可以包括任何类型的半导体材料，比如硅、低掺杂硅、锗、砷化镓等等。MCPS经由传统的半导体制造工艺在半导体衬底132上沉积或制造。可以是一层或一块非导电或低导电的半导体材料的柱106被置于接近内带隙104，柱106是衬底132的一部分。另外，层108-110可以具有与衬底132类似或相同的导电材料的特性。请注意，术语“MEMS电容性压力传感器”和“内带隙”还可以分别被称为“压力传感器”和“带隙”。
膜片102用诸如重掺杂硅层之类的柔性导电材料来构造，其中，膜片102的物理结构在压力下能够如虚线圈116中所示偏转。例如，当面向压力孔109并且暴露到压力112下的暴露表面152将其暴露表面152偏转远离压力孔109时，第二表面154朝着带隙104的方向弯曲或成曲形。当膜片102偏转到带隙104中时，带隙104的物理形状或体积发生改变。当检测或传感到带隙104内部的距离变化114时，压力传感器感测或检测到压力112。请注意，带隙104也可以被称为空气室、气隙或气室，其表示电容中的两个电极板或电极之间的空间。带隙104可以充满空气、气体、液体等等。
框图100还包括由诸如氧化物和/或多晶硅之类的任何类型的电介质材料构成的两个绝缘体150。绝缘体150不仅提供垂直电馈通120-122之间的隔离，而且还为压力传感器提供结构支撑。在一个实施例中，压力传感器的灵敏度将由每个压力传感器的尺寸和/或布局来确定。换言之，诸如膜片、压力孔、带隙和绝缘体之类的不同组件之间的物理关系确定了传感器的灵敏度。例如，绝缘体150的尺寸定义了(一个或多个)柱106的尺寸，从而至少部分地识别出底部掺杂的侧壁或底电极118以及垂直电馈通120-122。
在一个实施例中，垂直电馈通120-124经由半导体掺杂工艺通过掺杂n+制造在硅层或柱的侧壁上。当垂直电馈通124传导输入/输出(“I/O”)衬垫142和膜片102之间的电流时，垂直电馈通120能够传导底电极118和I/O衬垫140之间的电流。在一个例子中，连接到I/O衬垫144的垂直电馈通122可以用于诸如静电放电(“ESD”)之类的其他功能。应当指出，可以向设备156的正面添加导线和衬垫。
回头参阅图1，在一个实施例中，压力传感器包括膜片102、带隙104和电馈通120，其中，膜片102用能够在压力下偏转的柔性材料形成。带隙104位于压力膜片102之下，其能够响应于压力膜片的偏转改变其物理形状。电馈通120形成在硅柱106的侧壁上，并且位于带隙104和电触点或衬垫140之间以用于引导电信号。在一个实施例中，被配置用于处理检测到的压力测量值的电路通过衬垫140-144接收信号，然后再进行信号处理。请注意，压力膜片或膜片102是能够传导电信号的柔性电极。
在一个例子中，压力膜片102包括第一表面152和第二表面154，其中，第一表面152暴露到压力孔109，第二表面154与带隙104相邻。带隙104包括第一侧面和第二侧面，其中，带隙104的第一侧面与压力膜片102的第二表面154相邻，带隙104的第二侧面与硅柱106的第一侧面118相邻。硅柱106的第一侧面经由掺杂处理后是电传导的，并且是压力传感器的第二电极。电馈通120经由掺杂处理后形成在硅柱106的第二侧面上，其中，电馈通120从偏转电极102通过带隙104向第二电极118传送电容电荷以致到达输出端140。压力传感器还包括一个或多个侧壁120-122之间的电介质墙150，其用于绝缘和结构支撑。
已经简要描述了在其中运行本发明的示例性实施例的使用垂直电馈通的MCPS的实施例，图2说明了根据本发明的一个实施例的制造垂直电馈通的工艺200。工艺200说明了经由传统的半导体制造工艺构造垂直电馈通的步骤232-236。在步骤232，在经由传统蚀刻工艺在衬底上创建沟槽206之后，衬底202-204的部分被形成为相邻氧化层208的类柱构型。在一个例子中，衬底由非导电或低导电的半导体材料构成，比如硅、锗、砷化镓、玻璃、塑料或陶瓷。
在步骤234，实现了掺杂、扩散或离子注入以将辅助掺杂剂引入衬底202-204的垂直侧壁的工艺。例如，向侧壁202-204的扩散210是一种故意将杂质引入半导体以改变其电性质的工艺。例如，在用掺杂剂n+进行了足够的注入时，侧壁212-214的电性质从非导电变为导电材料，从而它们可以传导电荷或电流。
当在侧壁202-204上形成垂直馈通或(一个或多个)导电层212-214时，在步骤236，用电介质半导体材料再充填沟槽206以便将(一个或多个)垂直导电层212-214隔离或分离开来，以免串扰。电介质半导体材料包括瓷料(陶瓷)、云母、玻璃、塑料和/或不同的金属氧化物。因为侧壁垂直导电层212-214能够便于电流从侧壁垂直导电层212-214的一端行进，所以形成了垂直电馈通212-214。应当指出，垂直电馈通的形成的基础构思不会因工艺200中引入制造馈通的其他方法或工艺而发生改变。
图3是说明了根据本发明的一个实施例的具有至少三个传感元件的固态半导体设备300的框图。在一个实施例中，设备300包括电容式压力传感元件302、静态传感元件304和基准传感设备306。设备300基于固态半导体衬底来构造，其中，该衬底包括诸如硅或低掺杂硅材料之类的非导电或低导电的半导体材料350。不同的氧化层316和322布置在衬底中以用于绝缘以及结构支撑。取决于应用，(一个或多个)辅助传感元件310也可以沉积在设备300中以用于执行诸如湿度和/或高度测量之类的其他传感功能。应当指出，本发明的(一个或多个)示例性实施例的基础构思不会因向设备300添加或是从设备中移除一个或多个块而发生改变。
在一个实施例中，电容式压力传感元件302类似于图1中描述的压力传感器，并且能够主动地通过压力孔308测量或传感压力。例如，压力传感元件302能够测量通过压力孔308中存在的气体、速度、高度、液体等等生成的压力。在一个实施例中，压力传感元件302包括压力膜片312、带隙314、垂直电馈通330、底电极318、硅柱360以及金属化324。膜片312由能够传导电流以及在压力下物理变形的柔性导电材料构成。如之前所述，膜片312是电容式传感器302的一个(或顶部)电极板，电极318是电容式传感器302的另一个电极板。电信号穿过诸如馈通330之类的垂直电馈通从设备的传感端到达触点或衬垫。当膜片312暴露到压力媒介时，压力传感元件302响应于膜片312的弯曲度生成压力信号。取决于各应用，压力传感元件302的尺寸可以被调节以满足具体的压力测量要求。请注意，由压力传感元件302生成的压力信号提供与压力测量和环境状况相关的信息。在一个替换实施例中，通过在空穴中装填期望的内压力，并将其作为用于具体测量的已知基准内压力，压力传感器可以配置成一个绝对压力传感器。
其结构类似于压力传感元件302的静态传感元件304包括压力膜片、带隙、垂直电馈通、底电极和硅柱364。由于静态传感元件304的几何结构，即使类似压力传感元件302的静态传感元件304暴露在压力孔308处的压力下，静态传感元件304的膜片也不会偏转。在一个实施例中，由于唯一的尺寸设计，静态传感元件304提供指出环境或周围条件的静态基准信号，比如机械应力、热应力、静电、离子污染、电介质变化、缺陷、辐射、温度和湿度。因而，可以通过从压力信号中减去静态基准信号而获得更准确的压力信号。换言之，可以用静态基准信号来补偿压力信号，从而生成在表示压力孔308处的压力方面更加精确的增强型压力信号。
其结构类似于压力传感元件302的基准传感元件306包括压力膜片、带隙、垂直电馈通、底电极和硅柱362。因为基准传感元件306完全嵌入设备300以及没有暴露于压力孔308，所以基准传感元件306提供一个不包括与环境状况相关的信息的绝对基准信号。因为该绝对基准信号不受压力孔308处的压力的影响，所以绝对基准信号可以被用作起始点和/或基线基准而不受环境状况以及压力孔处的压力的影响。例如，(一个或多个)绝对基准信号可以有益于设备校准以移除设备缺陷和污染。
在运行期间，压力孔308处存在的压力被施加到压力传感器302和静态基准元件304的顶电极或膜片312。基准元件306完全封闭在设备300内，元件306凭此从周围环境以及压力孔308处的压力状况中隔离出来。带隙314让膜片312在压力下朝着底电极318的方向偏转到带隙314中。在由于带隙314的变形而检测到电容电荷时，由传感器302-306生成的各个传感信号通过导电通孔和/或金属导线324被聚集或输出。
在一个实施例中，传感设备或设备300包括压力传感元件302和静态传感元件304。压力传感器302布置在半导体裸片350上，并且在检测到压力时生成第一传感信号。静态传感器304也布置在与压力传感器302相邻的半导体裸片上，并且在感测到环境状况时生成第二传感信号。术语“压力传感器”和“压力传感元件”可互换地使用。此外，术语“静态传感器”和“静态传感元件”可互换地使用。可以是能够执行数字逻辑功能的ASIC电路的传感电路能够响应于第一传感信号和第二传感信号生成压力传感信号。设备300还包括也可称为基准传感元件的绝对传感器306，用于提供指出绝对状况的绝对基准信号。绝对传感器也布置在与压力传感器302相邻的半导体裸片350上。
使用MCPS的公开实施例的一个优点是减少了功率消耗，这尤其对电池供电的便携式电子设备来说很重要。
使用MCPS的公开实施例的另一个优点是由于硅结构而提高了耐腐蚀性。因此，公开的MCPS能够运行在极端和/或腐蚀条件中，比如高温、粗糙和腐蚀性流体、腐蚀性化学剂、苛刻的环境状况、极端的高低压力范围等等。在一个实施例中，硅-硅融合的空穴被气密，这延长了精密测量而不随时间漂移。
使用MCPS的公开实施例的另一个优点是通过经由固态制造技术使用紧凑结构而减少了MCPS的物理尺寸。例如，当MCPS的尺寸具有不超过1毫米(“1mm”)的长度，不超过1mm的宽度，以及不超过0.7mm的高度时，MCPS仍然在一个裸片或芯片上至少包括压力传感元件、静态基准传感元件以及绝对基准传感元件。请注意，相对较小的结构在减少制造步骤和成本的情况下可以提高收益。
在MCPS内利用垂直馈通是另一个优点，因为垂直馈通能够将压力孔一端感测到的电容电荷传送到一个或多个位于压力孔对面一端的衬垫。因为金属衬垫、触点、导线、和/或引线绑定(wire-bond)很大程度上被保护而没有直接暴露于腐蚀介质之下，所以MCPS的耐久性和可靠性得到了增强。
图4A到4D说明了根据本发明的一个实施例的制造具有三个传感元件的传感设备或MCPS的半导体加工工艺。图4A示出了两个绝缘体硅(“SOI”)衬底或晶圆402-404，以下简称晶圆，其中，晶圆402在一个例子中是一种穿透硅通道型(“TSV”)SOI。晶圆402-404包括非导电或低掺杂硅的晶圆410，包括多个氧化物层406-408。在一个实施例中，MCPS可以通过用作为基础建造材料或基础块的晶圆402-404来沉积多个传感元件或设备而制造。也可以用其他类型的半导体衬底来替换晶圆402-404。应当指出，本发明的(一个或多个)示例性实施例的基础构思不会因向图4A中添加或者从中移除一个或多个块或层而发生改变。
图4B说明了根据本发明的一个实施例的在具有三个传感元件的传感设备中制造或建造各种半导体组件的工艺，所述半导体组件比如是带隙414和馈通413。在第一SOI晶圆或晶圆402上，图案通过平版印刷被印刷到晶圆402的正面。在使用深反应离子蚀刻(“DRIE”)工艺贯穿设备的整个硅厚度来移除该图案的暴露的硅时，创建了多个暴露的沟槽。然后，用掺杂剂清洁并扩散晶圆402以形成导电表面来建立馈通413。扩散工艺向硅的裸露面的浅深度中引入杂质或掺杂剂。在形成馈通413之后，用诸如但不限于氧化物和多晶硅之类的电介质材料对裸露的沟槽进行再充填。沉积的填料412向各个活动区提供了电绝缘，还提供了结构强度或支撑。
在装填沟槽之后，另一个图案通过平版印刷被印刷在相同的正面以创建(一个或多个)带隙414。裸露的硅图案被刻蚀到预定义的深度，该深度大概是该带隙的高度。请注意，顶电极(或膜片)和基(或底端)电极之间形成的(一个或多个)带隙414创建了(一个或多个)电容式传感器。在形成(一个或多个)带隙时，启动第二扩散工艺以便将掺杂剂(或杂质)扩散到(一个或多个)带隙的底面区域来形成用于电容式传感器的(一个或多个)底电极416。请注意，电容式传感器连接到沟槽的横向传导路径。
图4C说明了根据本发明的一个实施例将SOI晶圆402和404清洁并结合的工艺。两个晶圆402-404通过晶圆绑定的装配工艺将前面和前面连接在一起。例如，晶圆402-404使用低温等离子体增强绑定退火或高温后绑定退火通过硅到硅熔焊工艺被联接在一起。在绑定之后，首先处理的SOI晶圆402或操作硅(handle silicon)的背面随后通过诸如机械研磨或蚀刻之类的半导体移除工艺移除。可以构造到活动(active)区的各个金属接点或衬垫。例如，辅助的金属导线和衬垫被沉积、图案化并蚀刻在活动区上。在一个实施例中，钝化层被沉积在整个背面上以用于保护。
图4D说明了根据本发明的一个实施例的制造具有三个传感元件的传感设备的工艺。在第二SOI绑定晶圆404的背面或操作硅面进行图案化之后，通过DRIE处理对暴露的硅进行蚀刻，以到达SOI晶圆404的顶电极450以创建一个开口或压力孔430。开口430暴露(一个或多个)主动(active)压力传感器(“Psense”)472和(一个或多个)静态基准传感器(“Rstatic”)的顶电极450或膜片以感测压力和环境状况。正面被图案化并蚀刻以便在钝化处理中创建输入/输出(“I/O”)衬垫开口420。SOI晶圆402包括一个活动(active)带隙452、(一个或多个)主动传感器或绝对传感元件476的隔离，电通孔413和金属导线以及衬垫420。SOI晶圆404形成顶电极或膜片450，以及压力孔430。
综上所述，工艺从电通孔413开始，到利用绑定程序使用一对SOI处理的晶圆402-404形成活动带隙452为止。金属化被处理，压力孔430被蚀刻以完成MCPS，其中，MCPS包括两个单晶SOI晶圆402-404。一个SOI晶圆402提供MCPS的基电极，其位于顶电极在带隙中的对立端。第二SOI晶圆或晶圆404形成顶电极或膜片450以及压力孔430，压力孔430将一个或多个传感器暴露到环境状况。应当指出，上述制造MCPS的工艺是一个示例性的制造工艺，也可以用其他工艺来生产类似或相同的MCPS。
本发明的示例性实施例包括各个处理步骤，它们将被描述如下。本发明的实施例的步骤可以采用机器或计算机可执行指令加以实现。这些指令可以用来使采用指令编程的通用或专用系统执行本发明的示例性实施例的步骤。替换地，当前实施例的步骤可以由包括用于执行该步骤的硬连线逻辑的具体硬件组件来执行，或者由编程计算机组件和常规硬件元件的任意组合来执行。
图5是一个流程图500，其说明了根据本发明的一个实施例的使用具有垂直电馈通的MEMS电容式压力传感器或MCPS来生成压力传感信号的工艺。在框502，能够感测压力的工艺通过检测内带隙或带隙的变形而从压力传感器生成第一传感信号。例如，该工艺感测到电容式压力传感器的顶电极的偏转。
在框504，该工艺从能够检测环境状况的静态基准传感器生成第二传感信号。请注意，第二传感信号可以用来调整或校正第一传感信号，从而获得更精确的压力测量。
在框506，该工艺经由一个或多个在硅柱侧壁上形成的垂直电馈通而获得第一传感信号和第二传感信号。在一个实施例中，该工艺能够经由垂直电馈通接收从两个电极向输出端行进的电信号。
在框508，在根据第二传感信号调整第一传感信号之后，识别出更精确的压力测量。例如，该工艺能够从第一传感信号中减去第二传感信号以生成增强的压力测量。在一个实施例中，该工艺还能够从绝对基准传感器中获得第三传感信号。第三传感信号可以用来校准MSPS。
压力传感设备的实施例不仅仅解决了开发电容式压力传感器的过程中所关心的问题，而且还扩展了测量能力。传感设备在裸片上包括多于一个的传感元件。(一个或多个)公开实施例让电容式传感器的膜片暴露到媒介以便进行压力测量。基准传感器完全与环境状况隔离以提供绝对基准信号。
Psense包括柔性膜片，其中，膜片根据压力孔处存在的压力而偏转。在Psense旁边，Rstatic配置成对通过其构造形状的压力不敏感。因此，Rstatic的膜片以预定义的应用条件偏转一个极小的级别，如果存在偏转的话。当Psense和Rstatic被暴露到环境状况中时，Rabsolute完全与环境状况隔离，其顶电极(膜片)和带隙完全密封在裸片中。因此，由Rabsolute生成的绝对传感信号没有因为压力孔中存在的压力和/或环境状况而发生改变。例如，绝对传感信号可以提供与设备特性相关的信息，比如设备缺陷和/或设备随时间的老化。
在一个实施例中，MCPS包括生成的电容电荷，其从顶电极穿过带隙到底电极以到达输出端。MCPS创建了一个新的底电极结构，以便穿越结构体来传导电荷而不受厚度的限制。通过减少寄生电容来降低噪声或串扰(cross-talking)，该底电板结构还提供了更好的电气性能。替代于将传统的导电性基底材料(bulk material)用作底电极，MCPS在基底材料的顶部以及横向侧壁创建了导电通路。基底材料的顶部表面在基底材料的浅深度的范围内高度掺杂以创建传感器的底电极。贯穿硅通孔(或馈通)的侧壁再次在浅深度的范围内被高度掺杂以用于从底电极到输出端的(一个或多个)导电通路。在一个实施例中，每个对立的高度掺杂侧壁都可以充当独立的电连接通路。只要侧壁被掺杂，侧壁之间的空间或沟槽就用诸如氧化物和多晶硅之类的电介质材料进行再充填以用于绝缘。多晶硅沟槽、填料、层或柱可以用于结构支撑以及电、光、热的绝缘。
尽管已经示出并描述了本发明的特殊实施例，然而在不背离本发明的(一个或多个)示例性实施例及其更宽广方面的前提下，本领域技术人员显然可以基于此处的教导做出变化和修改。因此，所附的权利要求意在将所有这类不背离本发明的(一个或多个)示例性实施例的真实精神和范围的变化和更改包含在其范围之内。

Claims (20)

1.一种传感设备，包括：
第一传感元件，其布置在半导体裸片上并且配置用于在检测到压力时生成第一传感信号；
第二传感元件，其布置在与所述第一传感元件相邻的所述半导体裸片上，暴露于压力孔的压力下而其膜片不会偏转，并且配置用于在感测到环境状况时生成第二传感信号；以及
传感电路，其耦合到所述第二传感元件，并且能够响应于所述第一传感信号和所述第二传感信号生成压力传感信号；
其中，第一传感元件包括利用柔性材料制成，能够在压力下偏转且起第一电容电极作用的压力膜片；放置在压力膜片附近能够响应压力改变其物理形状的带隙，放置在带隙的远离压力膜片的一侧上的硅柱，以及经由掺杂处理在硅柱的和带隙相邻的底部掺杂硅壁附近直接掺杂而形成的第二电容电极。
2.根据权利要求1所述的传感设备，还包括：第三传感元件，其布置在与所述第一传感元件相邻的所述半导体裸片上，并且配置用于生成指示绝对状况的第三传感信号。
3.根据权利要求2所述的传感设备，
其中，所述第一传感元件是能够感测压力的压力传感器；
其中，所述第二传感元件是能够感测环境状况的静态传感器；以及
其中，所述第三传感元件是能够感测绝对状况的绝对传感器。
4.根据权利要求1所述的传感设备，其中，所述第一传感元件包括用能够在压力下偏转的柔性材料形成的压力膜片。
5.根据权利要求4所述的传感设备，其中，所述第一传感元件包括位于所述压力膜片下面的带隙，其能够响应于所述压力膜片的偏转而改变其物理形状。
6.根据权利要求5所述的传感设备，其中，所述第一传感元件包括在处于所述带隙和电触点之间的硅柱侧壁上形成的第一电馈通，以用于传导电信号。
7.根据权利要求1所述的传感设备，其中，布置在半导体裸片上并且配置用于在检测到压力时生成所述第一传感信号的所述第一传感元件是微电机系统(“MEMS”)电容式压力传感器，其能够测量气体压力、液体压力、流体压力和化学性质变化之一。
8.根据权利要求7所述的传感设备，其中，所述传感电路根据由所述第二传感元件提供的周围状况来调整由微电机系统电容式压力传感器生成的测量。
9.一种压力传感器，包括：
用柔性材料形成的压力膜片，其能够在压力下偏转，其中压力膜片是第一电容电极；
位于所述压力膜片下面的带隙，其能够响应于所述压力膜片的偏转而改变它的物理形状；
放置在带隙的远离压力膜片的一侧上的硅柱；
经由掺杂处理在硅柱的和带隙相邻的底部掺杂硅壁附近直接掺杂而形成的第二电容电极；以及
电馈通，其通过半导体掺杂形成在硅柱的垂直侧壁上，被配置用于将所述第二电容电极和用于传导电信号的电触点相耦合。
10.根据权利要求9所述的压力传感器，其中，所述压力膜片是能够传导电信号的偏转电极。
11.根据权利要求10所述的压力传感器，其中，所述压力膜片包括第一表面和第二表面，其中，所述第一表面暴露到压力孔，所述第二表面与所述带隙相邻。
12.根据权利要求11所述的压力传感器，其中，所述带隙包括第一侧面和第二侧面，其中，所述带隙的第一侧面与所述压力膜片的第二表面相邻，并且其中，所述带隙的第二侧面与所述硅柱的第一侧面相邻。
13.根据权利要求12所述的压力传感器，其中，所述硅柱的第一侧面经由掺杂处理是电传导的，所述硅柱的第一侧面是所述压力传感器的第二电极。
14.根据权利要求10所述的压力传感器，其中，所述电馈通经由掺杂处理形成在所述硅柱的第二侧面上，所述电馈通配置用于将电容电荷从所述偏转电极穿过所述带隙传送到所述第二电极以到达输出端。
15.根据权利要求10所述的压力传感器，还包括一个或多个侧壁之间的电介质墙，用于绝缘和结构支撑。
16.一种压力传感方法，包括：
经由内带隙变形从微电机系统(“MEMS”)电容式压力传感器生成第一传感信号；
从暴露于压力孔的压力下而其膜片不会偏转，并且能够检测到环境状况的静态基准传感器生成第二传感信号；
经由在硅柱侧壁上形成的垂直电馈通获得所述第一传感信号和所述第二传感信号；以及
识别根据所述所述第一传感信号和第二传感信号读取的压力；
其中，所述微电机系统电容式压力传感器包括起第一电容电极作用的压力膜片，放置在能够响应压力改变其物理形状的压力膜片附近的带隙，以及经由掺杂处理后形成在硅柱的和带隙相邻的底部掺杂硅壁附近的第二电容电极。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：从绝对基准传感器获得第三传感信号以及用所述第三传感信号来校准所述微电机系统电容式压力传感器。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，从微电机系统电容式压力传感器生成第一传感信号的步骤包括感测所述微电机系统电容式压力传感器的偏转电极的偏转。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，经由在硅柱侧壁上形成的垂直电馈通获得所述第一传感信号和所述第二传感信号的步骤包括接收经由所述侧壁从两个电极行进到输出端的电信号。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，根据所述第二传感信号来调整所述第一传感信号以用于识别压力的步骤包括从所述第一传感信号中减去所述第二传感信号。
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