CN105628288A - 压阻式压力传感器设备 - Google Patents

Abstract

公开了压阻式压力传感器设备。通过增加传感器的灵敏度来增加从低压力MEMS传感器输出的电压。通过使得低压力传感器设备的膜片变薄来增加灵敏度。通过同时在膜片的顶侧上产生交叉加固物来减少通过使得膜片变薄增加的非线性。顶侧的过蚀刻进一步增加灵敏度。

Description

压阻式压力传感器设备

背景技术

固态微机电系统（MEMS）压力传感器是熟知的。例如，Kurtz等人的美国专利号4,236,137披露半导体压力传感器。Johnson等人的美国专利号5,156,052也披露固态压力传感器。Bryzek等人的美国专利号6,006,607披露使用压阻式设备的压力传感器。美国专利号5,178,016和6,093,579也披露固态压力传感器。

使用形成为薄硅膜片的压阻式设备的先前技术MEMS压力传感器的熟知问题是压力非线性或PNL。PNL是硅膜片的挠度的函数。膜片挠度越大，输出非线性的程度越大，无论压阻是作为电压还是电流来检测和测量。

输出非线性在意欲检测低压力（例如，低于10kPa的压力）的传感器中变得更加有问题。因为低压力感测设备需要非常薄的硅膜片，所以薄膜片中的膜片挠度趋向于恶化设计成测量低压的压力传感器中的PNL。薄硅膜片的另一个问题在于它们易碎。重大挑战是在提高压力灵敏度的同时降低或减少PNL形成膜片，而不会增加用于低压力传感器的芯片尺寸。可以在低压力下使用并且具有改进的输出线性并且比先前技术中的那些传感器更坚固且更灵敏的固态压阻式压力传感器将是一种改进。

发明内容

根据本发明的实施例，通过增加传感器的灵敏度来增加从低压力MEMS传感器输出的电压。通过使得低压力传感器设备的膜片变薄来增加灵敏度。通过同时在膜片的顶侧上产生交叉加固物来减少通过使得膜片变薄而增加的非线性。顶侧的过蚀刻进一步增加灵敏度。

附图说明

图1和图2是压力传感器的透视图；

图3是图1和图2中所示的压力传感器的截面图；

图4描绘惠斯登电桥电路的拓扑；

图5是具有高灵敏度、高精确度并且具有薄膜片和顶侧交叉加固物的压力感测元件的第一优选实施例的透视图；

图6是图5中所示的压力感测元件的底部视图的透视图；

图7是图5中所示的压力感测元件的截面图；

图8是具有顶侧交叉加固物和4个锚状物的压力感测元件的第二优选实施例的顶侧的透视图；

图9是图10中所描绘的压力感测元件的截面图；

图10是在作为一般化的优选实施例的不规则延伸的膜片上具有顶侧交叉加固物和四个锚状物的压力感测元件的顶侧的平面图；

图11A是压力感测元件的第三优选实施例的透视图；

图11B是压力感测元件的第四优选实施例的透视图；

图12是图11A中所示的压力感测元件的截面图；

图13是背侧绝对压力的截面图；

图14是差压传感器的截面图；

图15是示出形成具有顶侧交叉加固物的压力感测元件的方法的步骤的流程图；

图16是在顶侧中具有交叉加固物并且在背侧中具有竖直壁的压力感测元件的截面图；

图17是具有顶侧加固物和在底部基底中的用于顶侧绝对压力感测的埋置腔的另一个优选实施例；

图18是具有顶侧加固物和连接底部基底中的通孔以用于差压感测的埋置腔的另一个优选实施例；以及

图19是在背侧腔中具有保护膜的实施例。

具体实施方式

图1是用于汽车和工业压力感测应用中的压力传感器10的透视图。图2是压力传感器10的侧视图。图3是图1和图2中所示的压力传感器10的截面图。

在图1、2和3中，传感器10包括注射模制塑料壳体12，所述壳体包括细长的中空护罩部分13。护罩13保护穿过制成壳体12的塑料材料的一个或多个引线框架24。引线框架24提供进入壳体12内的容室16中的电气通路，其中由参考数字14指示的压力感测元件通过芯片安装粘合剂来安装在穿过基底26形成的孔28上方。孔18与端口32的打开通路30对准。压力将由压力感测元件14测量的液体或气体能够通过基底26中的通路30和孔18并且对制成压力感测元件的膜片（图1中不可见）施加压力。

具有薄膜片的压力感测元件14位于壳体12的容室26内。也位于容室16内的特定应用集成电路（ASIC）18包括电子设备，以输出与形成在感测元件14中并且彼此电气连接以形成惠斯登电桥电路的一个或多个“分布的”压阻式设备的电阻变化成比例的电压。

图4示出用于压力感测元件14中的惠斯登电桥电路400的拓扑。电路400包括四个分开的压电电阻器402、404、406和408，它们彼此连接，从而“端对端”形成具有四个节点的回路，在该回路中四个压电电阻器被连接在一起。压电电阻器402、404、406和408通过将P-半导体材料掺杂到由N-型外延层制成的薄膜片的顶表面中来形成。压电电阻器402、404、406和408与互连器互连，所述互连器通过将P+互连器掺杂到N-型外延层的顶表面中形成。包括电阻器的P-半导体材料限于小区域，并且因此位于N-型外延层中。电阻器通过掺杂到膜片的顶表面上的互连器来彼此连接。两个对角相对的节点410、412被认为是输入端子；其他两个对角相对的节点414、416被认为是输出端子。

本领域普通技术人员将认识到，施加到输入端子410、412的电压量值将除以压电电阻器的电阻值与横跨输出端子414、416的输出的比率。由于压电电阻器402、404、406和408被形成为当对膜片施加压力时挠曲的薄硅膜片，所以压电电阻器402、404、406和408的物理尺寸、形状和电阻将响应于由施加到膜片的压力导致的膜片挠曲而改变。

再次参照图3，ASIC18包括对输入端子410、412施加电压并且测量输出端子414、416处的输出电压的电路。因此，ASIC18产生电气可测量输出信号，该信号响应于形成为感测元件14的薄膜片的一个或多个电阻器的电阻的改变而改变。如图3中最佳看出，来自ASIC18内的电子设备的电气信号通过引线框架24（其延伸到围绕引线框架24的护罩13中）路由通过壳体12。

如本文所使用，矩形是相邻的侧面形成直角的平行四边形。正方形是侧面具有相同长度的矩形。如以下所描述，微机电系统（MEMS）压力感测元件由薄且基本上正方形的硅基底形成，所述硅基底具有形成在基底的顶表面上的薄外延层。具有压电电阻器和互连器的惠斯登电桥电路400被掺杂到外延层的顶表面中。随后，将外侧层的顶部蚀刻成使层变薄并且在外延层的顶部形成交叉加固物。随后，在外延层的顶部沉积钝化层（不可见）以保护电路。蚀刻掉基底的底部的一部分以暴露外延层的底部，从而形成膜片。交叉加固物的尺寸被确定大小、成形和布置成减少从形成到外延层中的惠斯登电桥输出的信号的非线性。

图5是压力感测元件500的第一实施例的透视图，该压力感测元件可以用于壳体（诸如图1-3中所示的壳体）中以提供具有高灵敏度、高精确度和减少的非线性的压力传感器。图5示出形成到基底501的顶侧上的薄外延层504的顶侧502。

图6是感测元件500的底侧508的透视图。图6示出通过常规的氢氧化钠（KOH）蚀刻过程或者深反应离子蚀刻（DRIE）过程形成到基底501的底侧508中的腔510。

图7是穿过截面线7-7的图5中所示的感测元件500的截面图。交叉加固物514形成到顶侧502中，并且通过蚀刻基底501的底部508形成具有指示厚度的t1的薄膜片512。

如图6和图7中最佳看出，相对厚的硅基底501的底侧508被蚀刻掉从而暴露形成在硅基底501的顶表面520上的外延层504的底侧511的基本上正方形部分。外延层504的底侧511的暴露部分当然是基本上平面的。在暴露之后，不再进一步蚀刻外延层的底侧511，然而可以执行可选的圆角蚀刻步骤以消除或至少减少相交表面之间的尖角且因此减少或消除相交表面上的应力集中。

如图5和图7中最佳看出，外延层504的顶侧502的选择性蚀刻提供四个基本上正方形且基本上相同大小的象限512，每个象限是包括外延层504的材料的薄层。象限512由未被蚀刻或仅部分地被蚀刻的外延层材料（即，留下的外延层的材料）限定，此材料的形状实质上是交叉形（+）的并且在图5中由参考数字514识别。未被蚀刻掉的交叉形材料为外延层的蚀刻掉的部分增加刚度，且因此在本文被认为是交叉形的加固物或简单地称为交叉加固物514。

选择性蚀刻外延层504的顶侧502以形成交叉加固物514和变薄的象限512是在层504的顶侧502的局部且基本上正方形的部分中执行，所述局部部分由参考数字516所识别的虚线识别。

如图7中可以看出，膜片512具有厚度t1。该厚度优选地在约1.5微米与约5.0微米之间。因此，当对膜片施加压力时其容易挠曲。交叉加固物和外延层厚度优选地更大，即在约5.0微米与约15.0微米之间。

微机电系统（MEMS）压力传感器使用形成到形成膜片的外延层中的压电电阻器。膜片的挠曲使得电阻器的值改变。非线性挠曲使得电阻变得非线性。提供在膜片的顶表面中的交叉加固物响应于所施加的压力产生更加线性的电压输出。如图5中所示，交叉加固物514包括由参考数字514A和514B识别的两个梁。梁514A、514B基本上彼此正交并且具有对应的相对末端522A、522B、524A、524B。梁的“末端”是外延层504的未被蚀刻掉的材料。因此，梁的末端固定到外延层504。由于梁的末端522A、522B、524A、524B被固定，所以梁514A、514B被认为是末端固定或两端固定的梁。然而，梁514A、514B从外延层504的未蚀刻的部分延伸离开。

梁514A、514B支撑并加固膜片512，加压流体（即，液体或气体）对所述膜片施加压力。由于梁的挠曲固有地比膜片的挠曲更线性，所以梁使得膜片512的挠曲线性，并且因此使得从由掺杂到包括交叉加固物的梁的末端中的电阻器形成的惠斯登电桥输出的信号线性。

如上所述，包括四个基本上正方形象限和交叉加固物514的膜片512形成在外延层504的顶侧502的一部分内，该部分是基本上正方形的并且在图5中由参考数字516所识别的虚线识别。虚线516内的区域由参考数字526识别。当然，正方形区域526具有在图5中由参考数字528A-528D识别的四个“边”。边528A-528D的组合长度限定正方形区域526的周界。

现在参照图6，由第一蚀刻过程暴露的外延层504的底侧511也是基本上正方形的。该正方形区域在图6中由参考数字511识别。正方形区域511的边由参考数字515A-515D识别。边515A-515D的组合长度限定由蚀刻暴露的外延层504的底部511的正方形区域511的对应周界。

在图5中所示的压力感测元件500的实施例中，“第一”正方形区域526的尺寸和第二正方形区域513的尺寸可以基本上相同或不同，以调整压力灵敏度和压力非线性。因此，第一区域526的周界和第二区域513的周界可以基本上相同或不同。

计算机建模和实验数据显示如果第一区域526和第一周界分别大于第二区域513和第二周界，则可以显著提高图5-7中所示的压力感测元件500的灵敏度并且更进一步减少非线性。换言之，当外延层504的顶侧502具备延伸的蚀刻区域或者被“过蚀刻”超出外延层504的底侧511的周界时，压力感测元件灵敏度增加并且非线性仍符合要求。图10和图11A和11B中示出这种延伸的蚀刻/过蚀刻。

图8是压力感测元件800的第二优选实施例的顶侧802的透视图，该元件是使用形成图5-7中所示的压力感测元件的相同步骤/过程来形成。图9是穿过截面线8-8的图8中所示的压力感测元件的截面图。

外延层812的顶侧802被选择性地蚀刻以形成四个变薄的象限，所述象限包括膜片804和交叉加固物806，所述交叉加固物包括两个基本上正交的梁806A和806B。梁806A、806B具有公共中点807并且延伸穿过膜片804和象限到达它们与交叉加固物锚状物810相遇或接合的地方。

交叉加固物锚状物810和交叉加固物梁806A、806B在相同时间通过选择性地蚀刻形成在单晶硅基底816的顶表面上的外延层812来形成。基底816的底侧814（未示出）以与图5-7中所示的基底的底侧508相同的方式蚀刻。

锚状物810是在使得外延层变薄从而形成膜片804的蚀刻过程之后留下的外延层材料的基本上平行四边形的方块。梁806A、806B从锚状物810延伸并且彼此成直角。

形成惠斯登电桥的压电电阻器822形成到锚状物810中。锚状物810和加固物梁806A、806B具有厚度t2（参见图9），该厚度被选择以防止泄漏电流从P+区域和P-区域穿过P-N接点进入N-型外延层812。图9示出具有比膜片的正方形811的背侧周界大的顶侧周界826的实例。参考数字823描绘两个周界的边缘之间的水平距离。

交叉加固物806的尺寸通过实验设计（DOE）分析地或实验地确定。对于具有约1.5微米与约5.0微米之间的厚度的膜片802而言，交叉加固物806的高度或厚度t2应在约7.0微米与约15.0微米之间并且优选地为约8.5微米。

与图5-7中示出的压力感测元件一样，图8和9中所示的压力感测元件800具有形成在外延层812的顶部的区域、区或部分（其是基本上正方形的并且在图8中由参考数字826所识别的虚线识别）内的其膜片804和交叉加固物806。当然，正方形区域826具有在图8中由参考数字828A-828D识别的四个“边”。边828A-828D的组合长度限定正方形区域826的对应周界。

与图5-7中示出的压力感测元件一样，通过蚀刻基底816的底表面814暴露的外延层812的底侧811也是基本上正方形的。该正方形区域同样在图9中由参考数字811识别。当然，外延层812的底侧的正方形区域811具有四个边，所述边的组合长度限定通过蚀刻暴露的外延层812的底部的正方形区域811的对应周界。

如图8中最佳看出，形成到外延层812的顶侧802和其对应周界中的膜片804的正方形区域826可以小于或大于通过蚀刻基底816的底部暴露的外延层812的底侧的区域811和对应周界。如果区域826大于区域811，则可以增加压力灵敏度但是可能牺牲压力非线性。可以优化设计以通过进一步过蚀刻膜片的顶侧并且增宽交叉加固物806和锚状物来增加压力灵敏度但是减少压力非线性。可以改变过蚀刻区域的形状。改变过蚀刻将改变压力感测元件的性能。图10是示出具有过蚀刻（其是不规则成形的多边形）的薄膜片的压力感测元件1000的顶视图。图10还描绘形成到交叉加固物锚状物1008的顶表面的局部区域1004中的四个压电电阻器1002的位置，包括交叉加固物1010的基本上正交的梁从所述锚状物延伸。

认为压电电阻器1002在由虚线封闭的正方形区域1012内。正方形区域1012包括膜片1014的四个变薄的象限。

参考数字1012所识别的正方形区域也对应于并且识别通过蚀刻硅基底的底侧暴露的外延层的底部边界，在所述硅基底上形成外延层。压电电阻器1002被掺杂到外延层的顶侧中以及锚状物1008中。

本文认为压电电阻器1002是“分布的”元件，因为它们并不限于膜片1014的一个侧面或边缘。替代地，它们彼此分开并且沿正方形区域1012的边1028定位。

压电电阻器1002通过互连器1030彼此连接，所述互连器是通过将P+传导性材料掺杂到N-型外延层中来形成。P+互连器1030从压电电阻器1002的每个末端延伸到金属粘合垫1032A-1032D。粘合垫1032A-1032D提供用于输入到由压电电阻器1002形成的惠斯登电桥电路的输入电压和从由压电电阻器1002形成的惠斯登电桥电路输出的输出电压的连接端子。粘合垫1032A是具有3伏的输入电压的Vp粘合垫。粘合垫1032C是接地的Vn粘合垫。粘合垫1032B是Sn粘合垫并且粘合垫1032D是Sp粘合垫。粘合垫Sp与Sn之间的电压差是响应于膜片的顶侧和底侧上的压力差的电压。将Vp连接到Sp的互连器1030大约与将Vp连接到Sn的互连器1030相同。同样，将Sp连接到Vn的互连器1030大约与将Sn连接到Vn的互连器1030相同。互连器电路的基本上对称减轻经受环境的效应或信号噪音。

仍参照图10，由虚线限定四个不规则形状的区域1040。那些区域是外延层的顶表面的“延伸的蚀刻”区域。另外，不规则形状的区域的部分在由参考数字1012识别的正方形内并且因此在通过蚀刻上面形成外延层的硅基底的底部暴露的外延层的部分正上方。延伸的蚀刻区域1040在正方形区域1012之外；并且是外延层顶表面的被蚀刻“超出”通过穿过上面形成外延层的基底的底表面蚀刻所暴露的外延层底部的周界或者在该周界之外的区域。

如本文所使用，认为多边形是由直线或曲线限定的封闭且基本上平面的图形。认为规则的多边形是其边具有相等长度的多边形。认为不规则多边形是其边不同或者不同内角的多边形。

因此，本文认为由虚线限定的不规则形状的区域1040是不规则多边形。通过蚀刻硅基底的底部暴露的外延层的底部是正方形的且因此是规则的多边形。

图11A是压力感测元件1100的优选实施例的顶侧1102的透视图。图12是图11中所示的压力感测元件1100的截面图。

外延层1105的延伸的蚀刻区域1104具有封闭的不规则多边形且包括膜片的变薄的象限的形状。象限中的一个的延伸的蚀刻区域由参考数字1151-1162所识别的虚线限定。

在蚀刻顶表面以形成交叉加固物1128之后留下的两个交叉梁1124、1126位于从基底1138的背侧蚀刻并且然后形成的膜片的顶部上。如以上所描述，交叉加固物1128加固膜片。包括交叉加固物1128的交叉梁1124、1126在锚状物1130之间延伸，所述锚状物位于交叉梁1124和1126的每一端处并且也是在蚀刻顶表面之后留下的外延层材料。

如图12中最佳看出，延伸的蚀刻区域1104延伸超出通过蚀刻掉上面形成有外延层1105的基底1138的底侧1136暴露的外延层1105的区域1132。对于一些状况，可能需要更宽的交叉加固物1128来加固膜片以减少压力非线性。当交叉加固物1128比锚状物1130宽时，锚状物消失。图11B中描绘此实施例1100B的顶侧的透视图，其中参考数字1104展示过蚀刻区域并且参考数字1012识别由虚线绘出的正方形以展示变薄的膜片的底部边界的位置。

图13是由压力感测元件1302形成的压力传感器1300的截面图，所述压力感测元件具有变薄的膜片1304和形成到外延层1310（其形成到硅基底1312上）的顶侧1308中的交叉加固物1306。流体压力通过管或端口1316施加到外延层1310的底侧1314，所述管或端口延伸穿过由玻璃或硅基底制成的底座1318并且压力感测元件1302可以通过阳极接合或熔融粘合来附接到所述底座。压力感测元件1302和底座1318可以安装到形成在壳体（诸如图1-3中所示的壳体）内的容室内侧的表面上。

图14是由压力感测元件1402形成的差压传感器1400的截面图，所述压力感测元件具有变薄的膜片1404和形成到外延层1410（其形成到硅基底1412上）的顶侧1408中的交叉加固物1406。第一流体压力通过管或端口1416施加到外延层1410的底侧1414，所述管或端口延伸穿过由玻璃或硅基底制成的底座1418。底座1418和压力感测元件1402通过熔融或阳极接合来彼此接合。具有内腔1422的帽状物1420封闭流体或真空，当然所述流体或真空将至少一些压力施加在膜片1404上。因此，膜片1404的挠曲取决于腔1422内的压力或真空与通过端口1416施加的压力之间的差异。

图15是示出使用具有在薄膜片的顶侧上的交叉加固物的MEMS压力感测元件形成压力传感器的方法的步骤的流程图。

在第一步骤1502，使用常规方法在单晶硅基底（第一基底）的顶侧上形成外延层。外延层的厚度薄，优选地小于约20微米。

在第二步骤1504，在外延层的顶侧上执行第一蚀刻，以从外延层的顶侧选择性地移除材料从而形成交叉加固物。

在第三步骤1506，蚀刻单晶硅层的底侧以限定或形成腔。第二蚀刻移除所有单晶层材料从而暴露形成在基底上的外延层的背侧。第一和第二蚀刻步骤在第一基底中形成膜片。在优选实施例中，在硅层的底侧上可选地执行第三蚀刻步骤（本文称为圆角蚀刻步骤1507），该步骤使得内角变圆，特别是在外延层与基底相遇的地方，并且由此减少在没有圆角蚀刻的情况下否则将会发展的应力集中。

在第五步骤1508，具有外延层的基底被粘合或者以其他方式附接到第二基底的顶侧，所述第二基底由玻璃或硅制成并且被认为是第一基底的支撑。取决于所产生的压力感测元件是差压传感器还是顶侧绝对压力传感器，第二基底可以具有穿过其形成的孔。

最后，在步骤1510，可以将帽状物应用到第一基底的顶侧，以在膜片上方限定真空腔。

在上述压力感测元件中的每一个中，硅基底被描绘为经历基底的底部上的蚀刻过程，该过程产生倾斜或斜的侧壁。在图16中，压力感测元件1600被描绘为具有硅基底，所述硅基底的底部被蚀刻以暴露外延层，但是穿过基底形成的侧壁是基本上竖直的。

在图16中，具有作为形成在硅基底1602的背侧上的绝缘体的二氧化硅层1603的硅基底1602，作为绝缘体上的硅（SOI）1601被熔融粘合到底部硅基底1608。如上所述，蚀刻硅基底1602的顶侧1610以形成交叉加固物1614。通过蚀刻底部硅基底1608的底表面1620形成变薄的膜片1612。由于经受压力的膜片1612的挠曲所产生的压力信号由于顶侧蚀刻过程所留下的交叉加固物1614而更加线性。

与以上描述的实施例相同，图16中的硅基底1608具有底表面1620，但是底表面1620是使用深反应离子蚀刻（DRIE）过程来蚀刻。

如图16中可以看出，正如KOH蚀刻一样，DRIE过程在底表面1620中形成延伸完全穿过基底1608的孔1622，但是DRIE蚀刻提供孔1622，该孔的侧壁1624基本上竖直并且与由氢氧化钠（KOH）蚀刻过程所形成的倾斜侧壁不同。KOH蚀刻所产生的倾斜或斜的侧壁在图6、7、12、13和14中描绘并且在其中由参考数字1611识别。使用DRIE形成的竖直或接近竖直侧壁1624使得由于减少DRIE蚀刻过程所需的基底占用空间而减少所需面积的压力感测元件的占用空间。因此，如果底部硅基底1608足够厚以使DRIE蚀刻腔从而形成膜片，则不再需要如图13和14中所示的用于将封装应力与底侧隔离开的第二基底。

顶侧绝对压力感测设备1700可以使用以上所描述的SOI1701来构造并且被熔融粘合到如图17中所示具有埋置腔1712的底部硅基底或底座1711。在SOI1701的顶侧上蚀刻交叉加固物1702，并且在底部硅基底1711的顶侧上蚀刻腔1712。在真空或基本上低压环境中将SOI1701和底部硅基底熔融粘合，从而形成具有薄膜片1703的顶侧绝对压力感测元件，其中埋置腔1712是至少部分地真空的。

如图18中所示，差压感测设备1800可以通过使用DRIE产生孔1813从而到达如图17中所描绘的顶侧绝对压力感测设备1700的埋置腔1812以允许底部处的介质到达膜片1803的底表面来构造。膜片1803通过底部硅基底1811的腔1812和SOI1801来形成，其中交叉加固物1802形成在SOI1801的顶侧上。构造如图18中所示的差压感测设备的方法可以凭借更精确的膜片厚度控制而具有胜过图16中所示的方法的优点。

最后，如图19中所示，可以在具有顶侧交叉加固物1902和薄膜片1903的压力感测元件1900的背侧腔1910上沉积保护膜1901，诸如等离子体增强的氧化硅和氮化硅。图19是图7的倒置图加上腔1910中的保护膜1901。首先将薄遮罩膜顺序地涂覆在整个背侧表面1904上，并且随后将光阻剂（未示出）涂布在薄膜的顶上。通过遮罩将光阻剂暴露于光（诸如紫外线（UV）），光阻剂在腔外部的部分和光阻剂在腔的边缘1905内的小部分被移除，并且所需光阻剂被显影。随后蚀刻掉未覆盖有显影的光阻剂的薄膜部分，并且显影的光阻剂和保护膜留在腔1910中。在最后步骤中，剥离光阻剂并且在腔1910中暴露保护膜1901。保护膜1901可以防止压力感测元件的腔1910中的残留物粘附并且影响感测精确度。沉积在压力感测元件的顶侧上以保护电路的保护膜或钝化层是本领域普通技术人员所熟知的。因此，不再进一步描述关于处理顶侧保护膜的细节。

本领域普通技术人员将认识到，以上描述的交叉加固物的近线性挠曲将支撑且因此控制薄膜片的挠曲。交叉加固物尺寸（高度、宽度和长度）可以实验地或通过计算机建模来确定，以根据需要加固膜片。因此，可以使得膜片非常薄从而增加其灵敏度并且增加其精确度。

以上描述仅用于说明目的。本发明的真实范围在以下权利要求中阐述。

Claims (22)

1.一种压力感测元件，包括：

具有相对的顶侧和底侧的第一基底；

形成到所述第一基底的底部中的膜片，所述膜片具有相对的顶侧和底侧，所述膜片的底侧具有第一外周界，所述膜片的顶侧具有第二外周界，并且包括彼此联接以形成惠斯登电桥的间隔开的压电电阻器；以及

形成到所述膜片的顶侧中的交叉加固物，所述压电电阻器形成在所述顶侧的从其形成所述交叉加固物的部分中并且位于所述第二周界内侧并且接近所述第一周界。

2.如权利要求1所述的压力感测元件，其中所述交叉加固物包括：

由所述膜片的顶部的一部分形成的基本上正交的第一和第二梁部分，每个梁部分具有相对的第一和第二末端；以及

形成为所述膜片的顶部的部分并且位于两个梁部分的每个末端处的锚状物，其中所述压电电阻器被形成到所述锚状物内。

3.如权利要求1所述的压力感测元件，其中所述膜片的底侧具有基本上正方形的第一外周界，所述膜片的顶侧被形成为具有大于所述第一外周界的第二外周界。

4.如权利要求2所述的压力感测元件，其中所述膜片的底侧具有基本上正方形的第一外周界，所述膜片的顶侧被形成为具有大于所述第一外周界的第二外周界。

5.如权利要求1所述的压力感测元件，其中所述第一外周界是基本上正方形的，并且其中所述第二外周界是非正方形的封闭多边形。

6.如权利要2所述的压力感测元件，其中所述第一外周界是基本上正方形的，并且其中所述第二外周界是非正方形的封闭多边形。

7.如权利要1所述的压力感测元件，其中形成到所述第一基底的底部中的所述膜片具有侧壁，所述侧壁是倾斜的。

8.如权利要1所述的压力感测元件，其中形成到所述第一基底的底部中的所述膜片具有侧壁，所述侧壁是基本上竖直的。

9.如权利要1所述的压力感测元件，其中所述膜片具有约1.5微米与约5.0微米之间的厚度，并且其中所述交叉加固物具有约5.0微米与约15.0微米之间的不同的厚度。

10.如权利要1所述的压力感测元件，其进一步包括附接到所述第一基底的底部的第二基底。

11.如权利要1所述的压力感测元件，其进一步包括附接到所述第一基底的底部的第二基底，所述第二基底具有孔，所述孔与所述膜片对准并且被配置成将流体朝向所述膜片的底侧引导。

12.如权利要11所述的压力感测元件，其进一步包括覆盖所述膜片的所述顶侧并且在所述膜片的顶侧上方限定腔的帽状物。

13.如权利要1所述的压力感测元件，其进一步包括具有基本上对称的互连器的惠斯登电桥电路。

14.如权利要1所述的压力感测元件，其进一步包括在至少一个腔中的至少一个保护膜。

15.一种压力传感器，包括：

具有容室的壳体；

所述容室内的特定应用集成电路；以及

位于所述容室中并且联接到所述集成电路的压力感测元件，所述压力感测元件包括：

具有相对的顶侧和底侧的第一基底；

形成到所述第一基底的底部中的膜片，所述膜片具有相对的顶侧和底侧，所述膜片的底侧具有第一外周界，所述膜片的顶侧具有第二外周界并且包括彼此联接以形成惠斯登电桥的间隔开的压电电阻器；以及

形成到所述膜片的顶侧中的交叉加固物，所述压电电阻器形成在所述顶侧的从其形成所述交叉加固物的部分中并且位于所述第二周界外侧并且接近所述第一周界。

16.一种形成压力感测元件的方法，所述方法包括：

在硅基底的顶侧上形成外延层；

在所述外延层的顶侧上执行第一蚀刻，所述第一蚀刻从所述外延层形成交叉加固物；以及

在所述硅基底的底侧上执行第二蚀刻以在所述硅基底中形成腔，第一蚀刻步骤和第二蚀刻步骤在所述硅基底中形成膜片。

17.如权利要16所述的方法，其进一步包括在所述第二蚀刻步骤之后在所述腔中执行圆角蚀刻步骤，所述圆角蚀刻步骤包括干式蚀刻，所述干式蚀刻使得由所述第二蚀刻步骤形成的内角变圆。

18.如权利要16所述的方法，其进一步包括在所述第二蚀刻步骤之后执行圆角蚀刻步骤，所述圆角蚀刻步骤包括干式蚀刻，所述干式蚀刻使得由所述第二蚀刻步骤形成的内角变圆。

19.如权利要16所述的方法，其中执行第二蚀刻的步骤限定约1.5微米与5.0微米之间的膜片厚度，并且限定约5.0微米与约15.0微米之间的交叉加固物厚度。

20.如权利要16所述的方法，其进一步包括将所述基底附接到底座，所述底座支撑所述基底。

21.如权利要16所述的方法，其进一步包括将所述基底附接到具有与所述膜片对准的孔的底座，所述孔允许流体应用到所述膜片。

22.如权利要21所述的方法，其进一步包括将帽状物附接到所述基底的所述顶侧，所述帽状物在所述膜片的顶侧上方限定腔。