CN105277309A - 使用振膜中嵌入的Ti-W引线吸气剂的CMOS压力传感器 - Google Patents

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Abstract

多种实施例涉及一种压力传感器，包括：压力敏感振膜，悬置在腔体上，其中通过一组锚结构将所述振膜固定到衬底；以及吸气剂材料，嵌入在所述振膜中，其中所述吸气剂表面接触腔体内的任何气体，并且通过能够将通过吸气剂材料的电流传导通过衬底的锚结构来将吸气剂材料的两端点附着到所述衬底。

Description

使用振膜中嵌入的Ti-W引线吸气剂的CMOS压力传感器
技术领域
这里所公开的多种示例实施例通常涉及用于调节(regulate)由于在压力敏感振膜腔内的释气而引起的压力变化的吸气剂。
背景技术
微机电系统(MEMS)压力传感器依赖于对悬置振膜(suspendedmembrane)(例如，硅或氮化硅)的偏斜的准确测量。通常这种传感器具有公知的压电电阻型或电容型读数。参见例如Suijlen等人题为“MEMS压力传感器(MEMSpressuresensor)”的美国专利No.8,256,298。为了令这些传感器具有精确的参考压力，必须将振膜下面的腔体与环境完美地密封，这对用于密封腔体的封装提出严格限制。传统装置启用昂贵的双晶片结合技术来产生气密密封的腔体。
具有电容型读数的压力传感器相对于具有传统压电电阻型读数的压力传感器具有明确优点，包括非常低的功耗以及较高的灵敏度。例如，一些压力传感器使用较薄的悬置氮化硅(SiN)振膜作为电容型MEMS压力计。为了实现必要的压力参考，使用等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)SiN密封工艺来气密地封闭SiN振膜下的腔体。器件性能主要取决于这种振膜的物理、机械和结构特性以及防止在振膜内形成孔所需的厚度。在其他性能因素中，振膜密度和成分确定释气行为和扩散势垒的特性。内部应力以及压力传感器的灵敏度由振膜的厚度和刚性来确定，其中振膜的厚度和坚硬性是相关的。
由于当前在本领域中将吸气剂膜用于覆盖振膜，只有当通过将整个结构放置在加热环境中来密封振膜时，才激活吸气剂材料。
发明内容
考虑到当前需要防止不受控的释气并且在MEMS压力传感器中实现稳定的腔体压力，提出了对多种示例实施例的概述。在以下概述中可以进行一些简化和省略，这是为了强调并介绍多种示例实施例的一些方面，而不是为了限制本发明的范围。以下部分示出了足以允许本领域技术人员利用并使用本发明构思的对优选示例实施例的详细描述。
多种示例实施例涉及一种压力传感器，包括：压力敏感振膜，悬置在腔体上，其中通过一组锚结构(anchors)将所述振膜固定到衬底；以及吸气剂材料，嵌入在所述振膜中，其中所述吸气剂表面接触腔体内的任何气体，并且通过能够将通过吸气剂材料的电流传导通过衬底的锚结构来将吸气剂材料的两端点附着到所述衬底。在备选实施例中，所述吸气剂材料包括薄引线，在一些实施例中所述引线包括钛(Ti)，在一些实施例中所述引线包括钨(W)，在一些实施例中所述引线还包括氮化钛(TiN)。在一些实施例中，引线宽度是0.7μm或更少，在一些实施例中，引线长度是40μm或更长。
在多种实施例中，所述压力传感器还包括通过密封通道与所述腔体相连的第二腔体，其中所述振膜悬置在两个腔体和密封通道上，且吸气剂材料嵌入在所述振膜中以靠近第二腔体。在一些实施例中，密封通道在一个角处从所述压力传感器的振膜和腔体横向突出。在一些实施例中，密封通道小于所述振膜的横向宽度的1/10。在一些实施例中，所述压力传感器还包括围绕吸气剂材料的隔离沟槽(trench)。在一些实施例中，所述压力传感器包括位置紧邻吸气剂材料的两个或更多个隔热沟槽。在备选实施例中，用氧化物或氮化物之一来密封所述振膜内的一组刻蚀孔。
多种示例实施例涉及一种制造压力传感器的方法，所述方法包括：将压力敏感振膜悬置在腔体上，其中将吸气剂引线嵌入在所述振膜中，使得所述吸气剂引线的表面接触腔体内的任何气体，并且所述吸气剂引线与电流源电连接；通过用锚结构固定所述振膜来气密地密封所述腔体，其中通过所述锚结构来传输电流源；以及通过加热所述吸气剂引线来减小在气密密封的腔体内的气体压力。在备选实施例中，所述加热吸气剂材料的步骤包括使来自电流源的电流流经吸气剂材料。
在其它实施例中，所述方法包括在不使用所述压力传感器之前，延迟对吸气剂材料进行加热。在其它实施例中，所述方法包括：与所述腔体内的气体压力无关地确定绝对外部压力；在所述压力传感器的读数与测量到的绝对压力相等之前，对所述吸气剂材料进行加热。在一些备选实施例中，所述对吸气剂材料进行加热的步骤发生在对嵌有所述压力传感器的设备进行装配的最后步骤之后。在备选实施例中，所述振膜悬置在所述腔体、第二腔体二者以及将所述腔体与第二腔体相连的密封通道上，并且将所述吸气剂引线嵌入在所述振膜中以靠近第二腔体。
多个示例实施例涉及一种制造压力传感器的方法，所述方法包括：沉积金属引线，与此同时将压力敏感振膜悬置在腔体上，其中所述引线嵌入在所述振膜中，使得引线表面接触所述腔体内的任何气体；刻蚀牺牲层(sacrificiallayer)；用氧化物或氮化物之一来密封所述振膜中的刻蚀孔；以及通过对引线进行加热来减小腔体内的气体压力，其中对引线进行加热包括使较小的电流传输通过所述引线。
应该清楚的是按照这种方式，多种示例实施例能够在MEMS压力传感器中实现稳定的腔体压力。
附图说明
为了更好的理解多种示例实施例，现参考附图，其中：
图1示出了具有嵌入式吸气剂材料的示例压力敏感振膜；
图2示出了图1的示例压力敏感振膜的横截面；
图3示出了图1的示例压力敏感振膜的另一横截面；
图4示出了模拟的在钨丝(tungstenmeander)中的温度增加；
图5示出了针对分离腔体的备选配置；
图6示出了阐述在不同长度下针对100mA电流和0.7x0.7横截面的引线中心温度的示例图。
具体实施方式
如上所述，具有电容型读数的压力传感器相对于具有传统压电电阻型读数的压力传感器具有明确优点：包括非常低的功耗以及较高的灵敏度。此外，当压力敏感振膜直接构建在集成读取电路的顶部作为单个管芯解决方案时，可以实现明显的改善：减小了寄生电容，因此导致比独立电容型压力传感器管芯更好的信噪比。此外，由于将多个冗余振膜构建在CMOS顶部，而非使用单独的、物理分离的压力传感器管芯，改善了形式因子以及封装。此外，由于在管芯层面改善的匹配和校准，将性能展宽最小化。此外，由于例如电磁场的芯片上屏蔽，明显减小了环境干扰。
由于所有这些原因，电容型压力传感器可以构建在CMOS读取电路的最后钝化层的顶部上。压力传感器技术可以使用针对布线并屏蔽板的公共后端线(BEOL)层。设备包括彼此被腔体和隔离/刻蚀停止层分离的底部电极板和顶部电极板。传感器的重要部件是在从外部施加的压力下偏斜的可移动振膜。压力改变与金属电极层之间的电容改变直接相关。
为了产生上覆在腔体的自由悬置振膜，将牺牲层沉积在底部电极和刻蚀停止层上。在制造过程期间，可以通过使用干法刻蚀方法通过在振膜内刻蚀的微孔来去除牺牲层，其中所述干刻方法避免粘连(sticking)。在牺牲刻蚀之后，形成悬置的穿孔振膜，随后用SiN或SiO2电介质膜密封该悬置穿孔振膜。
为了校准和精度的目的，大部分传统微机械加工压力传感器使用对参考腔体进行密封的气密振膜，其中该参考腔体处于特定计量压力下(在理想情况下，计量压力是真空的)。可以确定外部压力，这是由于外部压力和计量压力之间的压力差在振膜上产生力，导致振膜偏斜。然后通过压电电阻型、电容型或光学型传感器来测量这种偏斜。这种类型的压力传感器设计存在若干相关问题。
首先，参考腔体内的气体压力需要是非常稳定的，以避免传感器输出随着时间而漂移，意味着该振膜应该具有非常高的密闭程度，使得空气或气体无法穿过所述振膜或沿着所述界面。此外，下方的互连层和密封层应具有非常低的释气率，然而由于PEVCDSiN振膜包含大量容易被释放的氢气，难以实现非常低的释气率。然而，即使压力传感器对腔体压力的改变非常敏感，在标准压电电阻型压力传感器中无法控制腔体压力，并且由于释气而引起的信号漂移可能变得无法修正。
其次如上所述，腔体压力需要尽可能的小(真空环境是优选的)，如果参考腔体等于或大于特定压力，腔体内的气体将根据波义耳(Boyle)定律(P*V＝n*R*T)随着温度增加而膨胀，这将减小在振膜上的压力差，传感器呈现为更加依赖于温度并且预测精度更小。
尽管可以通过使用PECVDSiNx：Hy振膜来制造气密腔体，这种解决方案也存在相似问题：这是由于当将振膜暴露在恶劣环境下(例如，在升高的温度下进行操作，或由于H+产生并与相对电极处的电子进行复合而使得H2从外部环境扩散到腔体内)时，压力可能随时间增加。此外，振膜特性在不同条件下是不同的，因此导致不准确的测量，这是由于来自SiNx：Hy盖层(capping)振膜的氢渗出(hydrogeneffusion)，氢渗出对于PECVD沉积条件和所述膜的最终SiNx：Hy成分敏感。具体地，SiNx：Hy振膜的氢含量取决于沉积条件，如果降低沉积温度则包含更多的氢。
在使用PECVDSiNx：Hy密封技术的振膜制造中的另一复杂因素是沉积后的退火条件(即，在封闭腔体之前)。在完全密封腔体之前的不同条件影响氢释气到该腔体内的程度。由于随后的退火可能在腔体内产生明显的压力积累，重要的是在封闭腔体之前固化所述振膜。
可以通过向密封腔体施加针对环境气体(诸如，氧气O2、氮气N2、水蒸汽H2O、二氧化碳CO2、一氧化碳CO、氢气H2)的非挥发性的吸气剂，来控制由于在制造期间的释气而引起的腔体压力变化。
体积吸气特性严重依赖于可用于与环境气体反应的活性表面面积量。如果在室温下操作吸气剂，则对于大多数气体而言，当发生非常有限的体积扩散时，吸气剂的表面最终变得饱和或钝化，并且体积吸气剂停止清除气体。
如上所述，当前在本领域中将吸气剂膜用于覆盖所述振膜。本领域公知若干非挥发性的吸气剂材料。钛是最常使用的针对UHV应用的非挥发性吸气剂。例如，基于钛的非挥发性吸气剂(NEG)基于熟知原理：钛(Ti)在室温下易于形成化合物，诸如氧化物。还可以通过在颗粒边界(grainboundaries)处的吸附来捕获氢。为了激活Ti用作例如吸氧剂，必须产生纯净的无氧Ti界面。然而，Ti氧化地非常快，因此在典型制造技术期间向空气和/或水蒸气的暴露所有Ti将覆盖有至少2-4nm厚的TiO2膜。因此，在标准CMOS加工期间，Ti迅速地失去它的吸气效率。在本领域中，使用多种方法来保护Ti不被氧化，例如用镍(Ni)或金(Au)金属覆盖Ti。为了在对Ti进行金属覆盖之后激活Ti，必须将膜/结构加热到250℃，使得覆层金属/金属氧化物扩散到Ti内或使Ti析出，使得暴露纯净的金属Ti。
如上所述，只有当通过将整个结构置于加热环境内来密封所述振膜时，才能激活当前在本领域中用于覆盖振膜的吸气剂膜，但是这样存在至少两个缺点：该操作是不可重复的，暴露传感器和所述结构二者以便进行不必要的加热可能损坏其它部件。由于在密封所述振膜之后不可重复该过程，一旦在现场部署了这种传感器，就不能在标准压力传感器中控制腔体压力，导致传感器精度损失。
MEMS压力传感器依赖于相对于已知低压力下对悬置振膜的偏斜的准确测量，需要位于所述振膜下方的稳定气密密封的腔体。为了实现稳定的腔体压力，非挥发性吸气剂的应用可能缓解由于振膜中的释气和/或轻微泄露而引起的传感器漂移。考虑以上方面，需要的是通过将针对诸如O2、N2、H2O、CO2、CO和H2的环境气体的非挥发性吸气剂应用到密封腔体来控制MEMS传感器的腔体压力，并防止不受控的释气。
Ti作为吸气剂是公知的。Ti非挥发性吸气剂通常从加热到1500℃的由Ti合金(具有Mo或Ta)制成的灯丝升华，其中在该温度下，Ti蒸汽压力大约为10-3Torr。钛膜在室温下针对H2提供1-5(10-2)的粘附概率，针对CO提供0.4-0.6的粘附概率。在室温下，除了H2之外的所有气体保持在该表面上，导致抽速逐渐减小(表面阻挡)。然而，H2扩散，并且它的抽速不受抽吸量的影响。在实际温度下，较大的(＞30kcal/mole)结合能防止在Ti上吸附的气体的解吸附。此外，H2是例外情况，由于它的较低结合能(～20kcal/mole)允许通过加热进行解吸附。可以通过其它升华过程来恢复Ti升华泵的初始抽速。因此，总的抽吸容量非常大，并取决于灯丝中的Ti的可用量。尽管原理上不限制Ti钛升华泵的最大压力；实际上，如果对这些气体的抽吸是不足的，则由于稀有气体和甲烷的存在而可能破坏。
当密封振膜和封闭腔体时或在密封振膜和封闭腔体之后，必须激活Ti。出于此目的，需要相对较高的激活温度(即，大于400摄氏度)，这样可能出现问题。例如，在CMOS工艺中，大于400℃的退火温度可能导致互连性能劣化(例如，较差的线路电阻分布，漂移出所允许的Cpk范围(Cpk是指数(单值)，该指数相对该工艺的自然变化测量工艺与它规格限制有多靠近))。一种避免使用升高温度的方式在于使用在工艺期间覆盖Ti膜的其他金属。在一些应用中，可以以相对较低温度(即＞250℃)激活涂覆有Ni或Au的Ti膜。
然而，困难在于不允许具有较低激活点的材料(诸如，Au和/或Ni)，因此无法将它们用于CMOSBEOL加工中。因此，为了激活用作吸气剂的Ti，必须施加更高的温度。一个缺点在于：如果将压力传感器直接集成在印刷电路板(PCB)上和/或压力传感器已经被用于应用中(即，包括在整个移动电话的组件、植入物、轮胎等中)，其中二者都具有比可用镀膜材料更低的熔点，则无法实施该过程。因此，需要的是实现最大可能温度以便在现场(例如，已用于某应用中)激活吸气剂材料，与此同时保护应用的其它组件不会熔化或不会受到其它损坏。
现参考附图，相似的附图标记用于表示相同的组件或步骤，公开了多种示例实施例的广义方面。
图1示出了具有嵌入式吸气剂材料108的示例压力敏感振膜100。如图1所示，为了避免与Ti吸气剂膜相关的上述问题，吸气剂材料108可能嵌入作为覆盖腔体并由锚结构102固定的悬置振膜114中的薄引线108。在一些实施例中，压力敏感振膜104、114可以悬置在腔体上，并在相同工艺步骤中沉积为Ti/W金属引线108。在牺牲层刻蚀之后，可以用氧化物或氮化物来密封振膜104、114中的刻蚀孔。
可以嵌入引线，使得吸气剂108的表面接触腔体内的任何气体。纳米结构化的膜上的Ti/W引线的优点在于吸气剂材料108可以是可再生的，并在部署到使用现场之后被激活，使得该材料可以清除释放的残余气体。可以通过经由锚连接110、112传输的小电流来对引线进行加热，以便达到足以令Ti吸气剂激活的温度。附加地，相较于将引线构造在腔体底部的情况，在振膜114中嵌入引线实现更高的引线温度，这是由于悬置引线108相对衬底散热片具有较高的热阻，因此在相同功率下达到更高的温度。这种结构可以通过Ti升华或通过向腔体的内部表面进行Ti扩散，允许足以激活Ti吸气剂的较高温度，使得Ti可以再生并与腔体内的气体进行反应。
在一个实施例中，引线可以包括在分离的腔体118内，所述分离的腔体118与压力敏感振膜104本身相连并从压力敏感振膜104移除，从而确保压力传感器100性能不受到由于引线引起的热量和振膜张力改变的影响。在这种实施例中，第二腔体118可以经由较窄通道106与压力传感器腔体相连，以便允许气体在腔体之间移动。在这种实施例中，压力敏感振膜104、通道106和单独腔体118的振膜材料可以是连续的。
在本发明的一些实施例中，引线108可以不仅包括Ti作为吸气剂材料，而且包括诸如钨(W)和氮化钛(TiN)的难熔材料。例如，W是引人注目的难熔材料，这是由于它可用于CMOS制造中，在相对较高温度3440℃下开始熔化，因此，在加热期间它保持结构完整并在后续加热循环之后保持完整，允许多次再生Ti引线，而没有变形或“引线熔化”的风险。在本发明的一些实施例中，可以使用间隔布置的或成捆的多个引线。
在一个实施例中，如图1的上部以及图1的AA’和BB’的横截面、图2和3分别所示，密封通道106可以在一个角处从压力传感器的主悬置振膜104横向突出。压力传感器腔体204的体积可以通过密封通道106连接到引线腔体118的气体体积。在本发明的一些实施例中，隔离沟槽116可以位置紧邻引线，使得引线的中心可以在相同功率输入下传导更高的温度，而不会损坏周围材料。如图1和3所示，引线触点110、112位于隔离沟槽116内(如图2所示，图2内的振膜104、114中的刻蚀孔已经填充有SiN密封层206；压力敏感振膜104、114下方的底部电极板202以及用作刻蚀停止层的富含Si的SiN膜208覆盖SiO2互连层210)。
在多种实施例中，窄沟道106的宽度与主传感器膜104的横向尺寸相比可以较小，以便防止影响传感器振膜形状的机械特性改变。在一个典型示例实施例中，横向振膜尺寸为250μm，通道106的最大宽度可以小于横向宽度的1/10，即＜25μm。出于相同原因，为了防止影响传感器振膜形状的机械特性改变，可以在其角落之一处将窄通道106与主振膜104相连——这样将通道106放置为远离振膜压力的主点——中心，并减小由于添加通道106而引起的附加个数的振膜104故障点。在将通道106或多个通道保持为相对较小并将其构造为最小化与振膜结构104的相互作用的情况下，这些附加特性不会显著地影响主振膜104的特性，并且由于振膜偏斜和C-P(回归)模型，可以忽略这些附加特性。
在一些实施例中，可以通过对含有Ti的引线108进行加热，来减小在压力传感器100的气密密封腔体内部的气体压力。
在一个方法中，前馈程序可以建立对Ti引线108的规律(周期性)加热，这样激活气体抽吸或吸气。这样将腔体204内的压力减小到低于压力传感器的精度所需的等级(例如，低于100帕斯卡(Pa))。在一些实施例中，可以延迟抽吸/吸气行为，直到不需要压力传感器的读数为止。在备选方法中，气体抽吸或吸气可以与反馈结构中的校准方法相结合。例如，校准步骤可以而与腔体204内部的气体压力无关地确定绝对外部压力，随后可以激活Ti引线抽吸/吸气剂108，直到压力传感器的度数与测量到的绝对压力相同为止。
根据以上描述应该清楚的是：可以将本发明的多种示例实施例实现为硬件和/或固件。此外，多种示例实施例可以实现为存储在机器可读存储介质上的指令，可以通过至少一个处理器读取并执行所述指令以便执行这里所详述的操作。机器可读存储介质可以包括用于存储机器可读形式的信息的任何机制，例如个人或膝上型计算机、服务器或其它计算设备。因此，机器可读存储介质可以包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光学存储介质、闪存设备和类似的存储介质。
在一些实施例中，这两种减小气体压力的方法中的任何一个或它们二者都可以用作在制造或装配之后的最后步骤的初始程序。在一些实施例中，可能以按照规律的间隔重复这两种方法中的任何方法或其二者，和/或根据需要在传感器寿命期间保持精度。例如，可以通过测量实际腔体压力来确定重新生成吸气剂所需的激活时间(例如参见题为“Memscapacitivepressuresensor”的美国专利公开No.20130233086以及题为“Memscapacitivepressuresensor，operatingmethodandmanufacturingmethod”的美国专利公开No.20130118265)。
气体抽吸或吸气的效率部分地取决于通过引线施加的热量的程度。在图1-3所示的装置中，主要通过从引线108的锚结构110、112经过振膜材料114的热传导，来确定加热的引线相对它的环境的热传导。在将引线108嵌入振膜114的示例装置中，相较于将引线108附在腔体204底部208的情况，针对相同功耗可以实现更高的温度。对于在端部具有环境温度的单个隔离引线，最大温度与电压、电流和引线长度的乘积成正比。
对于可以在芯片上加热的单个引线108，由芯片电源电压来限制可用的电压，例如芯片能够供给1.8V。例如，为了在1V下耗散50mV，需要电流为50mA电阻为20欧姆。在这种示例环境中，如果引线108的横截面为0.7x0.7μm2，则引线108的长度可以是196μm，以便产生足以产生可接受效率的抽吸或吸气的热量。
例如，示例振膜堆叠(图2、3)可以包括氮化硅、钛、氮化钛和钨的组合。图4示出了在钨丝中的模拟温度提升400。在100x100μm2的钨丝中，其中长度为40μm且横截面为0.7x0.7μm2的28个引线的钨丝位于振膜114内的中心，曲折的引线可以通过SiO2与周围的钨电学隔离。在曲折的总电阻为114欧姆的装置中，在25mA的电流处(以及电压降为2.85V)，在30us之后达到1400K的温度402，功耗为70mW。
一些实现方案可能需要不同长度的引线来适应封装要求和/或振膜尺寸。在可能减小引线长度的情况下，需要更高的电流来实现所需的热传导。更高的电流在芯片区域上是更昂贵的，这是由于切换电流所需的功率晶体管的尺寸与所需最大电流成比例。
图5示出了单独腔体的备选实施例。可以通过两个设计参数来确定在给定功率输入下能够获得的最大引线温度，以下两个设计参数优选为尽可能高：每单位面积上引线的功耗以及与衬底的热隔离。如图所示，除了与图1的沟道116相似的沟道512之外，可以将隔离沟槽502、504、506和508位置靠近引线510，使得引线的中心可以在相同功率输入下传导较高温度。
可以通过最大化引线510的单位面积上的电学阻抗(例如，通过使用针对引线510的最窄可能宽度)，并通过最小化保险丝的端子的电学阻抗(例如，通过令在514、516处的端子尽可能的宽)，来实现在每个引线单位面积上的高功率耗散。
可以通过将引线嵌入在振膜518中，而不是将其布置在腔体底部，并通过最将包围引线的空间和热沉(例如，锚结构520和衬底)之间的热阻最大化，来实现与衬底的热隔离。最大化热电阻对于引线的最热区域(通常是中心)是特别重要的。可以通过在熔丝和周围振膜之间添加附加隔离沟槽，来实现附加热隔离。主要经过钨将热量传导开，并经过隔离氧化物或氮化物将热量传导到较少程度。钨的热阻是比密封层206的热阻小两个量级。在最大宽度(即，引线510和振膜的金属部件之间的距离)为最小值(0.7μm-无法在不令该层更厚的情况下填充更大间隙)的实施例中，可以通过以下因子调整热传导：周围钨的形状、周围钨与衬底相连的位置、使用多少个彼此相邻的隔离沟槽。
如上所述，气体抽吸或吸气的效率部分取决于通过引线(108，510)施加的热量的程度，要求激活温度相对较高(即，大于400℃)。尽管高效抽吸是优选的，然而对可以施加的热量的量存在物理限制，即使在具有较高功耗和热隔离的情况下。
SiO2的熔点为1600℃，钨的熔点为3422℃，Ti的熔点为1940℃。由于热机械应力而可能破坏相关设备的结构的温度将发生改变，但是通常可能预期的是低于1400K。可能的是用本发明的传统布置实现这种温度。例如，施加到横截面为0.7x0.7μm2的40μm长W引线的100mA电流将产生2800K温度，消耗40.8mW的功率且电压为0.408V。图6示出了描述100mA电流和不同长度的0.7x0.7横截面的引线中心处的温度的示例图。
如果热机械应力超过断裂强度或屈从于(yield)材料的应力，将形成允许气体逃逸和/或进入上述密封腔体的裂缝，由于这样将如上所述地不利地影响传感器精度，所以这种现象是不希望的。热机械应力还可以引起层的分层，促使腔体204的不希望的开口。因此，必须对所产生的热量的量进行限制以免可能由于激活吸气剂108、510而引起的结构破坏。
在不损坏结构的前提下进行片上引线加热所需的功率取决于用于再生并激活Ti的最小所需温度以及引线结构，例如引线长度、朝向锚结构102的热损耗以及衬底。引线温度必须到达450℃以上，这是由于在这些温度下，Ti表面上的核素开始扩散进入Ti。例如，如果使用TiN层，则TiN层下方的Ti在450-500℃C的温度下开始扩散通过TiN，因此，必须将引线至少加热到450℃C，以便引起Ti再生。所述扩散导致新鲜暴露的Ti金属，然后Ti可以捕获如上所述的水、氧气、氮气等。此外，可以使用引线配置，使得较大电流100mA的施加需要18μm的引线长度，以便实现800K的温度(参照图6)。
本领域技术人员应理解：根据所用层和对振膜的限制，可以提供不同的引线配置。例如，如果针对相同电流引线长度变为两倍，则电压将同样变为两倍，功耗将也变为两倍，导致温度高4倍(22)。热量耗散的程度随着长度成指数增加。因此，可以通过在保持电压恒定的同时将引线(108、510)增长2倍，来在减小电流消耗的同时实现相同温度：电流变得小两倍，因此功率将也变得小两倍。因此，在其它实施例中，为了将电流消耗减小10倍(例如，从100mA减小到10mA)，可以将引线108、510延长大约10倍，即，在当前实例中，为180μm。对于在应用中使用的传感器(即，包括在完整移动电话的组件、植入物、轮胎等中)，适合于压力传感器吸气剂的所有或大部分长度将是可变的。
使用所示和所述的Ti引线108、510来控制电容型压力传感器中的腔体压力存在多个优点，包括：保持较低的腔压力；消除由于释气而引起的随时间变化的信号漂移；使用通过Ti引线的电流重复性地激活吸气剂材料(与对整个环境加热相反，因此仅对整个设备(例如，移动电话、植入物)进行加热以便加热涂覆膜)；以及在振膜114内产生热量并不直接将热量散到衬底中，允许吸气剂(引线)108、510在较低功率下到达较高温度。此外，主要通过由振膜材料114到它的锚结构102的热传导来确定从被加热的Ti/W引线到其环境的热传导，通过振膜/引线的纵横比使从被加热的Ti/W引线到其环境的热传导变得更有效。此外，Ti/W引线108、510可以通过使用难熔金属(例如，结合Ti的W)来在升高的温度下保持结构完整。此外，Ti/W引线108、510可以在相同工艺中构造为压力敏感振膜104、114，而无需使用附加掩模。
根据上述内容，多种示例实施例提供了一种在压力敏感振膜中的吸气剂装置，可以实现用于在现场中激活吸气剂材料(例如，已用于某应用中)的最大可能温度，同时保护该应用的其它组件不会熔融或不受到其它损坏。
本领域技术人员应清楚，这里所述的任何组块图表示表现本发明原理的示意电路的构思图。类似地，应理解，任何流程图、流图、状态转换图、伪随机代码等代表可以实际表现在机器可读介质中并由计算机或处理器执行的多种处理，而无论是否是明确示出这种计算机或处理器。
尽管参考本发明的一些示例方面详细描述了多种示例实施例，然而应清楚本发明能够包括其它实施例，并且本发明的详情能够包括多种显而易见的修改。本领域技术人员应清楚，可以进行多种变型和修改，而仍不脱离本发明的精神和范围。因此，上述公开、描述和附图仅是示意性的，不是为了在任何方面限制本发明，仅通过权利要求来限定本发明。

Claims (20)

1.一种压力传感器，包括：
压力敏感振膜，悬置在腔体上，其中通过一组锚结构将所述振膜固定到衬底；以及
吸气剂材料，嵌入在所述振膜中，其中所述吸气剂的表面接触腔体内的任何气体，并且通过能够将通过吸气剂材料的电流传导通过衬底的锚结构来将吸气剂材料的两端点附着到所述衬底。
2.根据权利要求1所述的压力传感器，其中所述吸气剂材料包括薄引线。
3.根据权利要求2所述的压力传感器，其中所述引线包括钛(Ti)。
4.根据权利要求3所述的压力传感器，其中所述引线还包括钨(W)。
5.根据权利要求3所述的压力传感器，其中所述还包括氮化钛(TiN)。
6.根据权利要求2所述的压力传感器，其中所述引线宽度是0.7μm或更少。
7.根据权利要求2所述的压力传感器，其中所述引线长度是40μm或更长。
8.根据权利要求1所述的压力传感器，还包括通过密封通道与所述腔体相连的第二腔体，其中所述振膜悬置在两个腔体和密封通道上，并且将吸气剂材料嵌入在所述振膜中以靠近第二腔体。
9.根据权利要求8所述的压力传感器，其中所述密封通道在一个角处从所述压力传感器的振膜和腔体横向突出。
10.根据权利要求8所述的压力传感器，其中所述密封通道小于所述振膜的横向宽度的1/10。
11.根据权利要求1所述的压力传感器，还包括围绕吸气剂材料的隔离沟槽。
12.根据权利要求1所述的压力传感器，还包括位置紧邻所述吸气剂材料的两个或更多个隔热沟槽。
13.根据权利要求1所述的压力传感器，其中用氧化物或氮化物之一来密封所述振膜内的一组刻蚀孔。
14.一种制造压力传感器的方法，所述方法包括：
将压力敏感振膜悬置在腔体上，其中将吸气剂引线嵌入在所述振膜中，使得所述吸气剂引线的表面接触腔体内的任何气体，并且所述吸气剂引线与电流源电连接；
通过用锚结构固定所述振膜来气密地密封所述腔体，其中通过所述锚结构来传输电流源；以及
通过加热所述吸气剂引线来减小在气密密封的腔体内的气体压力。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述加热吸气剂材料的步骤包括使来自电流源的电流流经吸气剂材料。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：
在不使用所述压力传感器之前，延迟对吸气剂材料进行加热。
17.根据权利要求14所述的方法，还包括：
与所述腔体内的气体压力无关地确定绝对外部压力；以及
在所述压力传感器的读数与测量到的绝对压力相等之前，对所述吸气剂材料进行加热。
18.根据权利要求14所述的方法，其中所述对吸气剂材料进行加热的步骤发生在对嵌有所述压力传感器的设备进行装配的最后步骤之后。
19.根据权利要求14所述的方法，其中振膜悬置在所述腔体、第二腔体二者以及将所述腔体与所述第二腔体相连的密封通道上，并且将所述吸气剂引线嵌入在所述振膜中以靠近第二腔体。
20.一种制造压力传感器的方法，所述方法包括：
沉积金属引线，与此同时将压力敏感振膜悬置在腔体上，其中所述引线嵌入在所述振膜中，使得所述引线表面接触所述腔体内的任何气体；
刻蚀牺牲层；
用氧化物或氮化物之一来密封所述振膜中的刻蚀孔；以及
通过对引线进行加热来减小腔体内的气体压力，其中对引线进行加热包括使较小的电流传输通过所述引线。
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