CN112055694A - 具有温度稳定输出的电容式传感器 - Google Patents

具有温度稳定输出的电容式传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN112055694A
CN112055694A CN201980026739.0A CN201980026739A CN112055694A CN 112055694 A CN112055694 A CN 112055694A CN 201980026739 A CN201980026739 A CN 201980026739A CN 112055694 A CN112055694 A CN 112055694A
Authority
CN
China
Prior art keywords
shield layer
sensor
conductive
membrane
pattern
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201980026739.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112055694B (zh
Inventor
奥拉夫·文尼肯
弗雷德里克·万海尔蒙特
威廉·弗雷德里克·贝斯林
雷姆卡·亨里克斯·皮内伯格
卡斯·范德阿福尔特
安德森·辛格拉尼
马基恩·戈森斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sciosense BV
Original Assignee
Sciosense BV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sciosense BV filed Critical Sciosense BV
Priority to CN202311679919.3A priority Critical patent/CN117699733A/zh
Publication of CN112055694A publication Critical patent/CN112055694A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112055694B publication Critical patent/CN112055694B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/0009—Structural features, others than packages, for protecting a device against environmental influences
    • B81B7/0019—Protection against thermal alteration or destruction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/0032—Packages or encapsulation
    • B81B7/0064—Packages or encapsulation for protecting against electromagnetic or electrostatic interferences
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/12—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in capacitance, i.e. electric circuits therefor
    • G01L9/125—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in capacitance, i.e. electric circuits therefor with temperature compensating means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0264—Pressure sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2207/00—Microstructural systems or auxiliary parts thereof
    • B81B2207/01—Microstructural systems or auxiliary parts thereof comprising a micromechanical device connected to control or processing electronics, i.e. Smart-MEMS
    • B81B2207/012—Microstructural systems or auxiliary parts thereof comprising a micromechanical device connected to control or processing electronics, i.e. Smart-MEMS the micromechanical device and the control or processing electronics being separate parts in the same package

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

一种示例系统，包括传感器。该传感器包括具有基底电极的基底以及悬在该基底上方的第一膜。第一膜包括第一膜电极。第一膜被配置为响应于环境条件而相对于基底电极偏转。传感器可操作以测量基底电极与第一膜电极之间的电容。该系统还包括第一导电屏蔽层，该第一导电屏蔽层定位在传感器与该系统的可操作以生成电干扰信号的设备之间。第一导电屏蔽层限定延伸穿过该第一导电屏蔽层的多个第一孔。该系统还包括设置在多个第一孔中的介电材料。

Description

具有温度稳定输出的电容式传感器
技术领域
本公开内容涉及具有温度稳定输出的电容式传感器。
背景技术
微机电系统(MEMS)传感器能够用于测量环境的特性。作为示例，MEMS传感器能够确定环境中的环境气压。
发明内容
集成电路(IC)器件能够包括集成传感器，该集成传感器基于两个电极之间的电容变化来测量环境的特性。作为示例，压力传感器能够包括柔性膜和定位在该柔性膜的一侧上的具有已知气压(例如，参考压力或表压)的气密密封腔。柔性膜的相对侧暴露在环境中，并且经受环境的环境气压的影响。柔性膜基于其两侧的压力差而偏转到不同程度。膜的这种偏转程度能够通过测量嵌入膜中的测量电极与定位在膜附近(例如，沿着腔的相对侧)的基底电极之间的电容来确定。基于该测量，传感器能够确定环境的环境压力。
由于传感器的输出取决于在基底电极和测量电极之间测得的电容，因此对传感器的电干扰能够降低其测量结果的准确性和/或可靠性。通过在传感器和电干扰源(例如，IC器件的其他部件)之间包括屏蔽层(例如，铝板)能够减小这种电干扰。
然而，在重复的温度循环期间，包括大金属板有时能够不利地影响传感器的准确性和/或可靠性。例如，温度的变化能够引起金属板中的塑性变形，从而导致传感器中的温度相关的输出漂移和/或IC器件中的裂纹或断裂。此外，温度的变化能够改变金属板的机械应力，并且能够导致传感器中的温度相关的输出漂移。此外，传感器的输出可以表现出温度相关的滞后现象。
能够使用各种技术来减轻这些影响。在一些实施例中，能够通过减少经受塑性变形的CMOS后端中的金属量来提高传感器的性能。作为示例，这能够通过减少屏蔽板中的金属量来实现。作为另一示例，能够减少屏蔽板中的机械应力，使得屏蔽板响应于温度变化而表现出较小程度的塑性变形。作为另一示例，能够在屏蔽板中使用不易发生温度引起的塑性变形的某些材料(例如，钛、氮化钛或铜)。作为另一示例，能够减小屏蔽层的热膨胀系数，以具有较低的热致应力变化。作为另一示例，IC器件能够被设计为使得在传感器附近最小化或者减少某些材料(例如，铝)的使用。因此，尽管温度变化，传感器仍被屏蔽以免受电干扰，同时其行为更加稳定和可靠。
在一方面，该系统包括传感器。该传感器包括具有基底电极的基底，以及悬在基底上方的第一膜。第一膜包括第一膜电极。第一膜被配置为响应于环境条件而相对于基底电极偏转。传感器可操作以测量基底电极和第一膜电极之间的电容。该系统还包括第一导电屏蔽层，该第一导电屏蔽层定位在传感器与该系统的可操作以生成电干扰信号的设备之间。第一导电屏蔽层限定延伸穿过该第一导电屏蔽层的多个第一孔。该系统还包括设置在该多个第一孔中的介电材料。
该方面的实施方式能够包括以下特征中的一个或更多个。
在一些实施方式中，第一膜在第一方向上的长度能够大于第一膜在与第一方向正交的第二方向上的长度。多个孔中的每个孔在第一方向上的长度能够大于该孔在第二方向上的长度。
在一些实施方式中，第一导电屏蔽层能够包括被布置成网格的多个导电元件。多个导电元件能够彼此电互连。
在一些实施方式中，该系统还能够包括定位在传感器和附加设备之间的第二导电屏蔽层。第二导电屏蔽层能够限定延伸穿过第二导电屏蔽层的多个第二孔。介电材料能够设置在该多个第二孔中。多个第一孔能够相对于第一导电屏蔽层限定第一图案。多个第二孔能够相对于第二导电屏蔽层限定第二图案，第二图案不同于第一图案。
在一些情况下，多个第一孔能够相对于第一导电屏蔽层限定第一图案。多个第二孔能够相对于第二导电屏蔽层限定第二图案，第一部分的至少一部分在几何上类似于第二部分的至少一部分。第二图案能够在空间上与第一图案偏移。
在一些实施方式中，第一导电屏蔽层能够包括多个平行的第一导电段。第一导电段能够通过垂直于多个第一导电段的多个平行的第二导电段电互连。第一膜在第一方向上的长度能够大于第一膜在与第一方向正交的第二方向上的长度。多个第一导电段中的每个第一导电段在第一方向上的长度能够大于第一导电段在第二方向上的长度。多个第一导电段中的每个第一导电段在第二方向上的长度能够小于第一导电屏蔽层在与第一方向和第二方向正交的第三方向上的厚度的3倍。
在一些实施方式中，多个第一导电段中的每个第一导电段在第二方向上的长度能够小于第一导电屏蔽层在与第一方向和第二方向正交的第三方向上的厚度。
在一些实施方式中，在横截面中，多个第一孔的面积能够为多个第一导电屏蔽层的总面积的40％至90％。
在一些实施方式中，第一导电屏蔽层的厚度能够小于0.8μm。
在一些实施方式中，第一导电屏蔽层能够包括铝。
在一些实施方式中，第一导电屏蔽层还能够包括掺杂材料。掺杂材料能够是铜、钪或镨中的至少一种。
在一些实施方式中，第一导电屏蔽层能够包括钛、氮化钛或铜中的至少一种。
在一些实施方式中，第一导电屏蔽层能够定位在传感器与可操作以生成电干扰信号的多个设备之间。传感器能够可操作以在测量基底电极和第一膜电极之间的电容时关闭多个设备中的至少一个设备。
在一些实施方式中，第一环境条件能够是系统的环境中的压力。
在一些实施方式中，第一膜和基底能够限定第一腔。
在一些实施方式中，传感器能够是压差传感器。
在一些实施方式中，传感器能够是微机电传感器。
在一些实施方式中，传感器能够是集成在CMOS读出电路的顶部上的电容式压力传感器。
在一些实施方式中，传感器能够是接合至CMOS读出电路的电容式压力传感器MEMS元件。
在一些实施方式中，该系统还能够包括附加层，该附加层包括金属布线的图案。第一导电屏蔽层能够定位在传感器和附加层之间。第一导电屏蔽层能够限定与金属布线的图案交叠的图案。
在另一方面，主机设备包括传感器。该传感器包括具有基底电极的基底，以及悬在基底上方的膜。该膜包括膜电极。该膜被配置为响应于环境条件而相对于基底电极偏转。主机设备还包括耦接至基底电极和膜电极的电子控制设备。电子控制设备可操作以测量基底电极和膜电极之间的电容，并基于所测得的电容生成指示环境条件的数据。主机设备还包括可操作以生成电干扰信号的附加设备，以及定位在传感器和附加设备之间的导电屏蔽层。导电屏蔽层限定延伸穿过该导电屏蔽层的多个孔。主机设备还包括设置在多个孔中的介电材料、可操作以从电子控制设备接收指示环境条件的数据的一个或更多个处理器以及可操作以向用户呈现指示环境的数据的一个或更多个显示设备。
该方面的实施方式能够包括以下特征中的一个或更多个。
在一些实施方式中，主机设备能够是移动设备。
在一些实施方式中，主机设备能够是智能电话、平板计算机或可穿戴设备中的至少一者。
一个或更多个实施方式的细节在附图和以下描述中阐述。其他特征和优点将从说明书和附图以及从权利要求书中变得明显。
附图说明
图1A是示出示例IC器件的横截面图的示意图。
图1B是示出图1A中所示的IC器件的平面图的示意图。
图2是传感器的示例输出的图表。
图3A至图3C是示出示例图案化的屏蔽层的平面图的示意图。
图4A和图4B是示出附加示例图案化的屏蔽层的平面图的示意图。
图5A和图5B是示出附加示例图案化的屏蔽层的平面图的示意图。
图6A至图6C是示出附加示例图案化的屏蔽层的平面图的示意图。
图7A至图7C是示出附加示例图案化的屏蔽层的平面图的示意图。
图8是示出CMOS后端的平面图的示意图。
图9是包括IC器件的示例主机设备的示意图。
具体实施方式
本文描述了具有温度稳定传感器输出的示例传感器。
在一些实施例中，集成电路(IC)器件包括用于测量环境的特性的集成传感器。例如，能够通过在半导体晶片顶上形成材料的一个或更多个图案化层以限定一个或更多个电子电路(例如，使用互补金属-氧化物-半导体[CMOS]制造工艺)来制造IC器件。此外，能够将MEMS传感器制造到IC器件的顶部上(例如，在CMOS“后端”的顶部上)，以测量环境的特性，基于该测量生成电信号，并且将电信号提供给IC器件以用于进一步处理。
在一些实施方式中，集成传感器能够基于两个电极之间的电容变化来测量环境的特性。作为示例，压力传感器能够包括柔性膜和定位在该柔性膜的一侧上的具有已知气压(例如，参考压力或表压)的气密密封腔。柔性膜的相对侧暴露在环境中，并且受到环境的环境气压的影响。柔性膜基于其两侧的压力差而偏转到不同程度。膜的这种偏转程度能够通过测量在嵌入膜中的测量电极与定位在膜附近(例如，沿着腔的相对侧)的基底电极之间的电容来确定。基于该测量，传感器能够确定环境的环境压力。
由于传感器的输出取决于在基底电极与测量电极之间测得的电容，因此对传感器的电干扰能够降低其测量结果的准确性和/或可靠性。例如，外部电信号(例如，由IC器件生成的信号，例如时钟信号)能够电容耦合至传感器，并改变其电极之间的电容读数。这种干扰能够导致传感器的错误的测量结果，并增加传感器的输出中的噪声。
通过在传感器与电干扰源(例如，IC器件的其他部件)之间包括屏蔽层能够减小这种电干扰。作为示例，CMOS后端能够包括定位在传感器与IC器件中的电干扰源(例如，时钟信号发生器)之间以最小化或者减小他们之间的电容耦合的金属板(例如，铝板)。
然而，在CMOS后端中包括大金属板有时能够不利地影响传感器在重复的温度循环期间的准确性和/或可靠性。例如，温度的变化能够引起金属板中的塑性变形，从而导致IC器件中的裂纹或断裂。此外，温度变化能够改变金属板的机械应力，并且能够导致传感器中温度相关的输出漂移(例如，由于传感器对机械应力的敏感性)。此外，传感器的输出可以表现出温度相关的滞后现象(例如，根据传感器是被加热还是被冷却来提供不同的测量结果)。
能够使用各种技术来减轻这些影响。在一些实施例中，能够通过减少经受塑性变形的CMOS后端中的金属量来改善传感器的性能。作为示例，这能够通过减少屏蔽板中的金属量(例如，通过对屏蔽板进行图案化和/或减小屏蔽板的厚度)来实现。作为另一示例，能够减小屏蔽板中的机械应力，使得屏蔽板响应于温度变化而表现出较小程度的塑性变形(例如，通过对屏蔽板进行图案化从而使其余金属部分的尺寸与屏蔽板的厚度为相同的数量级，因而减小了在金属部分边缘处的机械应力。)作为另一示例，能够减小屏蔽层的热膨胀系数，以具有较低的热致应力变化。作为另一示例，能够在屏蔽板中使用不易发生温度引起的塑性变形的某些材料(例如，钛、氮化钛或铜)。作为另一示例，IC器件能够被设计为使得在传感器附近最小化或者减少某些材料(例如，铝)的使用。因此，尽管温度变化，传感器仍被屏蔽以免受电干扰，同时其行为更加稳定和可靠。
图1A示出了示例IC器件100的横截面图。IC器件100包括形成在集成电路170上的压力传感器150。在某些情况下，IC器件100能够包括在主机设备中，例如移动计算设备(例如，智能电话、平板电脑或可穿戴设备)。
在本示例中，集成电路170是CMOS器件，并且包括钝化层172、金属化层174、金属间电介质(IMD)层176和一个或更多个附加层178(例如，形成具有一个或更多个电子电路的全加工CMOS晶片，例如CMOS电路或专用集成电路[ASIC])。然而，实际上，集成电路170能够是任何类型的电子器件(例如，数字器件、模拟器件、混合信号器件等)。
传感器150包括限定腔154的衬底152和悬在腔154上方(例如，以限定腔154的上壁)的膜156。腔154气密地密封，并且具有已知的气压P腔(例如，参考压力或表压)。在一些情况下，P腔能够基本上为零(例如，真空)或某个其他已知值。柔性膜的相对侧暴露在环境中并经受环境的环境气压P环境。
膜154是柔性的，并且由于P腔与P环境之间的压力差而偏转。例如，如果P环境大于P腔，则膜156将朝向腔154的底部偏转(例如，朝向集成电路170偏转并有效地减小腔154的体积)。如果P环境小于P腔，则膜156将远离腔154偏转(例如，远离集成电路170偏转并有效地增加腔154的体积)。
膜156的偏转程度与压力端口P腔与P环境之间的压力差相关。例如，较大的偏转程度与P腔和P环境之间的较大压力差相关，并且较小的偏转程度与P腔和P环境之间的较小压力差相关。
能够使用一个或更多个电容式传感器来测量偏转程度。例如，传感器150能够包括沿着腔154的底部定位的一个或更多个基底电极158，以及定位在膜156上或嵌入在其中的一个或更多个测量电极160。基底电极158与160之间的电容C取决于基底电极158与测量电极160之间的距离。因此，能够通过测量电容C来确定膜156的偏转程度。
此外，测得的电容C能够用于确定P环境。例如，能够凭经验来确定测得的电容C(对应于膜156的偏转程度)与P腔和P环境之间的压力差之间的关系(例如，通过施加已知压力P腔和P环境并确定膜156的最终偏转程度)。随后，能够(例如，通过IC器件和/或电子控制设备装置110)使用这种关系来确定未知的P环境(例如，通过测量电容C，并确定在给定P腔下的相应的P环境)。
在一些情况下，能够使用电子控制设备110来处理来自传感器150的测量结果。例如，电子控制设备110能够检索描述测得的电容C、P环境和P腔之间的已知关系的数据记录(例如，以一个或更多个查找表、方程式、校准参数等的形式)。此外，电子控制设备110能够接收指示测得的电容C的数据。使用该信息，电子控制设备110能够在给定测得的电容C和已知P腔的情况下计算P环境。
在一些情况下，传感器150包括多组膜、腔、基底电极和测量电极。这能够是有用的，例如，因为它使传感器能够同时获得多个不同的测量结果。在一些情况下，每组膜、腔、基底电极和测量电极能够彼此相似或基本上相同。例如，传感器150能够包括第二组膜、腔、基底电极和测量电极，其紧邻膜160、腔154、基底电极158和测量电极160定位(例如，从图1A的横截面角度看，在页面中更远的方向上)。
传感器150的输出取决于在基底电极158与测量电极154之间的测得的电容C。因此，对传感器150的电干扰能够降低其测量结果的准确性和/或可靠性。例如，外部电信号(例如，由集成电路170生成的信号，例如时钟信号)能够电容耦合到传感器150，并改变基底电极158和测量电极160之间的电容读数。这种干扰能够导致传感器150的错误的测量结果，并增加传感器的输出中的噪声。
通过在传感器150和电干扰源(例如，IC器件100的其他部件)之间包括导电屏蔽层能够减小这种电干扰。作为示例，如图1A所示，CMOS后端能够包括定位在传感器150和IC器件100中的电干扰源(例如，层178中的电路，例如时钟信号发生器)之间的屏蔽层102(例如，金属板，例如铝板)。此外，能够将屏蔽层102的电势偏置到与基底电极158的电势相同的电势。例如，这能够有利于屏蔽传感器150以免受来自集成电路170的电干扰，同时最小化或者减少由屏蔽层102引起的寄生电容。
图1B示出了图1A所示的IC器件100的平面图，包括屏蔽层102。在图1B中，屏蔽层102被描绘为内部较亮阴影的矩形区域，并且下层的集成电路170被描绘为周围较暗阴影的矩形区域。为了便于说明，已经从图1B中省略了传感器150。然而，膜156和第二膜164(例如，来自用于获得第二压力测量结果的第二组膜、腔、基底电极和测量电极中的膜)的位置以虚线表示。在图1A和图1B中，屏蔽层102定位在传感器150(包括基底电极和测量电极)与集成电路170之间，使得最小化或减小它们之间的电干扰(例如，电容耦合)。
然而，屏蔽层102有时能够在重复的温度循环过程中不利地影响传感器150的准确性和/或可靠性。例如，温度的变化能够引起屏蔽层102中的塑性变形，从而导致IC器件100中的裂纹或断裂。此外，温度的变化能够改变屏蔽层102的机械应力，并且能够在传感器150中引起温度相关的输出漂移(例如，由于传感器对机械应力和/或基底电极和测量电极的位移的敏感性)。
此外，传感器150的输出可以表现出温度相关的滞后现象。为了说明，图2示出了表示20个示例传感器150的合计输出序列的图表200。误差条表示20个传感器150之间的输出的变化。在本示例中，恒定压力应用为P腔和P环境，并且传感器150的环境温度先升高(例如，从40℃到100℃)然后降低(例如，从100℃到-40℃)然后再次升高(例如，从-40℃到20℃)地循环。如图2所示，传感器150的输出的输出(例如，如纵轴所示)不仅取决于传感器150的温度，而且还取决于传感器150的先前温度状态(例如，取决于传感器是被加热还是被冷却)。
在一些情况下，这些影响能够归因于在IC器件100中铝的使用。例如，CMOS后端的上部金属层有时由铝制成，铝具有相对较高的温度膨胀系数(例如，约20×10-6K-1)以及对于压缩应力和拉伸应力具有相对较低的塑性屈服强度(例如，约为100MPa)。此外，薄膜铝的屈服强度能够在不同的沉积膜之间显著变化。铝的高温度膨胀系数和低屈服强度能够通过温度引起的应力变化而导致铝中的塑性变形。作为示例，温度引起的机械应力σ能够根据以下等式估算：
σ＝杨氏模量*(CTE板-CTE衬底)*温度变化，
其中，CTE板是屏蔽板材料的温度膨胀系数，而CTE衬底是衬底材料(例如层压板、载体和/或硅芯片)的温度膨胀系数。在一些情况下，温度引起的机械应力σ能够根据以下等式近似：
σ＝杨氏模量*CTE板*温度变化。
例如，假设薄膜铝的杨氏模量约为70GPa，则对温度变化为70K，达到塑性屈服强度。因此，对相对较小的温度循环，铝已达到塑性变形。这种变形能够导致对机械应力变化敏感的集成器件的漂移。
能够使用各种技术来减轻这些影响。在一些实施例中，能够通过减少经受塑性变形的CMOS后端中的金属量来改善传感器的性能。作为示例，这能够通过减少屏蔽板中的金属量(例如，通过对屏蔽板进行图案化和/或减小屏蔽板的厚度)来实现。作为另一示例，能够减小屏蔽板中的机械应力，使得屏蔽板响应于温度变化而表现出较小程度的塑性变形(例如，通过对屏蔽板进行图案化从而使其余金属部分的尺寸与屏蔽板的厚度为相同的数量级，因而减小了在金属部分边缘处的机械应力。)作为另一示例，能够在屏蔽板中使用不易发生温度引起的塑性变形的某些材料(例如，钛或氮化钛)。作为另一示例，IC器件能够被设计为使得在传感器附近最小化或者减少某些材料(例如，铝)的使用。因此，尽管温度变化，传感器仍被屏蔽以免受电干扰，同时其行为更加稳定和可靠。
图3A示出了具有图案化的屏蔽层102的示例IC器件100的平面图。如图1B，在图3A中，屏蔽层102被描绘为内部较亮阴影的矩形区域，并且下层的集成电路170被描绘为周围较暗阴影的矩形区域。类似地，为了便于说明，已经从图3A中省略了传感器150。然而，膜156和第二膜164的位置用虚线表示。
在本示例中，膜156和164的形状基本为矩形。例如，每个膜156和164沿x方向的长度大于沿y方向的宽度(例如，根据笛卡尔坐标系，其中x方向与y方向正交)。此外，屏蔽层102限定多个孔302(例如，延伸穿过屏蔽层102的槽)，每个孔沿x方向延伸(例如，使得每个孔302沿x方向的长度大于沿y方向的宽度)。孔能够例如是其中没有诸如金属的导电材料的空间。所述孔中的一个或更多个孔能够至少部分地填充有介电材料(例如，SiO2、无掺杂硅酸盐玻璃[USG]、磷硅酸盐玻璃[PSG]、氟硅酸盐玻璃[FSG]、高密度等离子体[HDP]氧化物、等离子增强化学气相沉积[PECVD]SiN、PECVD SiO2或其他介电材料)。
该配置能够提供各种好处。例如，矩形膜主要对其短边的方向上(例如，在y方向上)的应力敏感。因此，能够通过使孔沿正交方向定向(例如，使得孔302在x方向上延伸)来减轻由于屏蔽层102的塑性变形而引起的膜中的应力变化。此外，由于屏蔽层102限定了对应于没有材料的多个孔302，因此减少了在屏蔽层102中使用的材料的量(例如，与没有任何孔的屏蔽层102相比)。因此，图案化的屏蔽层102继续减轻电干扰的影响，同时减少基于温度的滞后现象(例如，通过减少易于塑性变形的材料的量)。
孔图案的密度能够根据实施方式相对于屏蔽层102改变。例如，在图3A所示的示例中，孔302占据屏蔽层102的总表面积的15％。因此，屏蔽层102的表面积的85％是导电材料(例如，金属)，而屏蔽层102的表面积的15％是孔(例如，缺少导电材料并且至少部分地由介电材料填充的区域，所述介电材料例如SiO2、无掺杂硅酸盐玻璃[USG]、磷硅酸盐玻璃[PSG]、氟硅酸盐玻璃[FSG]、高密度等离子体[HDP]氧化物、等离子体增强化学气相沉积[PECVD]SiN、PECVD SiO2或其他介电材料)。这些百分比能够根据实施方式而改变。例如，如图3B所示，能够增加孔图案相对于屏蔽层102的密度，使得屏蔽层102的表面积的60％是导电材料，而屏蔽层102的表面积的40％是孔(例如，以进一步减少在屏蔽层102中使用的材料的量)。在一些情况下，能够指定孔图案的密度，使得屏蔽层102的表面积的10％至50％是导电材料，而屏蔽层102的表面积的50％至90％是孔。在一些情况下，能够指定孔图案的密度，使得屏蔽层102的表面积的20％至30％是导电材料，而屏蔽层102的表面积的70％至80％是孔。实际上，根据实施方式，其他百分比也是可能的。
屏蔽层102上的孔302的图案也能够根据实施方式而改变。在一些情况下，能够以规则的或重复出现的图案在屏蔽层102上限定孔302。在一些情况下，能够在屏蔽层102上将孔302限定为不规则图案(例如，随机地或根据任意图案)。在一些情况下，能够根据一个或更多个行和/或列来设置孔302(例如，能够根据x方向和/或y方向将孔302中的一些或全部对齐)。作为示例，如图3C所示，屏蔽层102能够限定沿着x方向延伸的一系列均匀间隔的平行孔302。
每个孔302的尺寸也能够根据实施方式而改变。在一些情况下，孔302中的一个或更多个沿x方向的长度和/或沿y方向的宽度与其他孔302中的一个或更多个沿x方向的长度和/或沿y方向的宽度相比能够不同。在一些情况下，孔302中的每个孔能够具有沿x方向的相同的长度和/或沿y方向的相同的宽度。在一些情况下，孔沿其较短尺寸(例如，在图3A至图3C中的y方向上)的宽度能够小于该孔沿其较长尺寸(例如，在x方向上)的长度的3倍。在一些情况下，孔沿其较短尺寸的宽度能够小于该孔沿其较长尺寸的长度的2倍。在一些情况下，孔沿其较短尺寸的宽度能够小于该孔沿其较长尺寸的长度。在一些情况下，孔沿其较短尺寸的宽度能够为该孔沿其较长尺寸的长度的0.5倍至3倍。在一些情况下，屏蔽层102的厚度能够为0.8μm或更小(例如，在铝屏蔽层的情况下)。
此外，孔沿其较短尺寸的宽度能够在该孔的厚度(例如，在图3A至图3C中的z方向上)的数量级上。例如，孔沿其较短尺寸的宽度能够与该孔的厚度大致相同。在一些情况下，孔沿其较短尺寸的宽度能够为屏蔽层102的厚度的0.5倍至3倍。在一些情况下，屏蔽层102的厚度能够为0.8μm或更小(例如，在铝屏蔽层的情况下)。此外，如果孔的宽度沿x方向指向，则能够减小对压敏膜中的应力变化的影响。
在图3A至图3C所示的示例中，屏蔽层102以平行孔的形式限定孔。然而，代替或除了平行孔以外，还能够使用其他图案的孔。作为示例，图4A示出了具有图案化的屏蔽层102的示例IC器件100的平面图。如图1B，在图4A中，屏蔽层102被描绘为内部较亮阴影的矩形区域，并且下层的集成电路170被描绘为周围较暗阴影的矩形区域。类似地，为了便于说明，已经从图4A中省略了传感器150。然而，膜156和第二膜164的位置用虚线指示。
在本示例中，屏蔽层102限定了延伸穿过屏蔽层102的多个正方形或矩形孔402。孔402以网格图案布置(例如，以一系列行和列对齐)，并且被材料(例如，金属)的水平延伸线404竖直分开并且被材料(例如，金属)的竖直延伸线406水平分开。线404和406中的每个能够彼此电耦接(例如，使用定位在屏蔽层102下方的导电互连或通孔)，使得它们具有基本相同的电势。在一些情况下，线404和406能够被偏置，使得它们具有与传感器150的基底电极158基本相同的电势。孔402中的一个或更多个孔能够至少部分地填充有介电材料(例如，SiO2、无掺杂硅酸盐玻璃[USG]、磷硅酸盐玻璃[PSG]、氟硅酸盐玻璃[FSG]、高密度等离子体[HDP]氧化物、等离子增强化学气相沉积[PECVD]SiN、PECVD SiO2或其他介电材料)。
能够根据实施方式使用不同的网格图案配置。例如，网格图案能够包括具有任何特定形状(例如，正方形、矩形、圆形、椭圆形、三角形或任何其他形状)的孔402。此外，网格图案能够包括一个或更多个孔，这些孔的形状不同于一个或更多个其他孔的形状。作为另一示例，孔402、线404和/或线406的尺寸能够根据实施方式而不同。例如，在一些情况下，线404或406沿其较短尺寸的宽度(例如，分别在图4A至图4B中的y方向和x方向上)能够小于屏蔽层102的厚度(例如，在z方向上)的3倍。在一些情况下，线404或406沿其较短尺寸的宽度能够小于屏蔽层102的厚度的2倍。在一些情况下，线404或406沿其较短尺寸的宽度能够小于屏蔽层102的厚度。在一些情况下，孔沿其较短尺寸的宽度能够在该孔的厚度(例如，在图3A至图3C中的z方向上)的数量级上。在一些情况下，线404或406沿其较短尺寸的宽度能够为屏蔽层102的厚度的0.5倍至3倍。在一些情况下，屏蔽层102的厚度能够为0.8μm或更小(例如，在铝屏蔽层的情况下)。
此外，孔图案的密度能够根据实施方式相对于屏蔽层102改变。例如，在图4A所示的示例中，孔402占据屏蔽层102的总表面积的60％。因此，屏蔽层102的表面积的40％是导电材料(例如，金属)，而屏蔽层102的表面积的60％是孔。这些百分比能够根据实施方式而改变。例如，如图4B所示，能够增加孔图案相对于屏蔽层102的密度，使得屏蔽层102的表面积的20％是导电材料，而屏蔽层102的表面积的80％是孔(例如，以进一步减少在屏蔽层102中使用的材料的量)。在一些情况下，能够指定孔图案的密度，使得屏蔽层102的表面积的10％至50％是导电材料，而屏蔽层102的表面积的50％至90％是孔。在一些情况下，能够指定孔图案的密度，使得屏蔽层102的表面积的20％至30％是导电材料，而屏蔽层102的表面积的70％至80％是孔。实际上，根据实施方式，其他百分比也是可能的。
屏蔽层102的其他图案也是可能的。例如，图5A示出了图案化的屏蔽层102的一部分，其中膜156的位置用虚线表示。为了清楚，屏蔽层102的相同部分在图5B中示出，而没有覆盖膜156的覆盖位置。
在本示例中，屏蔽层102包括在x方向上延伸(例如，使得其在x方向上的长度大于其在y方向上的宽度)的多个平行的水平屏蔽元件502。此外，水平屏蔽元件502通过在y方向上延伸(例如，使得其在y方向上的宽度大于其在x方向上的长度)的多个平行的竖直屏蔽元件504互连，以形成“砖”状图案的孔。此外，水平屏蔽元件504中的每个限定一个或更多个孔506。在这种配置中，水平屏蔽元件502和504中的每个与一个或更多个其他屏蔽元件互连，以形成整体上具有基本相同的电势的单个导电元件。在一些情况下，互连的水平屏蔽元件502和竖直屏蔽元件504能够被偏置，使得它们具有与传感器150的基底电极158基本相同的电势。孔506中的一个或更多个能够至少部分地填充有介电材料(例如，SiO2、无掺杂硅酸盐玻璃[USG]、磷硅酸盐玻璃[PSG]、氟硅酸盐玻璃[FSG]、高密度等离子体[HDP]氧化物、等离子增强化学气相沉积[PECVD]SiN、PECVD SiO2或其他介电材料)。
每个水平屏蔽元件502和竖直屏蔽元件504的尺寸能够根据实施方式而改变。例如，水平屏蔽元件502和/或竖直屏蔽元件504中的一个或更多个沿x方向的长度和/或沿y方向的宽度与其他水平屏蔽元件502和/或竖直屏蔽元件504中的一个或更多个沿x方向的长度和/或沿y方向的宽度相比能够不同。作为另一示例，水平屏蔽元件502和/或竖直屏蔽元件504中的每个能够具有沿x方向的相同的长度和/或沿y方向的相同的宽度。在一些情况下，水平屏蔽元件502沿其较短尺寸(例如，在图5A至图5B中的y方向上)的宽度能够小于屏蔽层102(例如，在z方向上)的厚度的3倍。在一些情况下，水平屏蔽元件502沿其较短尺寸的宽度能够小于屏蔽层102的厚度的2倍。在一些情况下，水平屏蔽元件502沿其较短尺寸的宽度能够小于屏蔽层102的厚度。在一些情况下，水平屏蔽元件502沿其较短尺寸的宽度能够为屏蔽层102的厚度的0.5倍至3倍。在一些情况下，屏蔽层102的厚度能够为0.8μm或更小(例如，在铝屏蔽层的情况下)。
在一些情况下，每个水平屏蔽元件502沿y方向的宽度能够基本上小于其沿x方向的长度。在一些情况下，相邻水平屏蔽元件502(例如，在x方向中)之间的竖直间隔能够为0.8μm至1μm。例如，这在抑制屏蔽层的材料在该方向上的粘弹性松驰方面能够是有益的。然而，在一些情况下，竖直间隔能够更大(例如，为1μm至5μm)。
此外，孔图案相对于屏蔽层102的密度能够根据实施方式而改变。在一些情况下，能够指定孔图案的密度，使得屏蔽层102的表面积的10％至50％是导电材料(例如，水平屏蔽元件和竖直屏蔽元件)，而屏蔽层102的表面积的50％至90％是孔。在一些情况下，能够指定孔图案的密度，使得屏蔽层102的表面积的20％至30％是导电材料，而屏蔽层102的表面积的70％至80％是孔。实际上，根据实施方式，其他百分比也是可能的。
在图3A至图3C、图4A至图4B和图5A至图5B的示例中，单个屏蔽层102用于减少对传感器的电干扰。然而，在一些情况下，该器件能够包括用于减少对传感器的电干扰的多个屏蔽层(例如，在堆叠中在彼此叠置的一个或更多个屏蔽层)。作为示例，图6A示出了示例第一图案化的屏蔽层602的平面图，并且图6B示出了示例第二图案化的屏蔽层604的平面图。屏蔽层602限定了延伸穿过屏蔽层602的孔606的图案。类似地，屏蔽层604限定了延伸穿过屏蔽层604的孔608的图案。孔606和/或608中的一个或更多个能够至少部分地填充有介电材料(例如，SiO2、无掺杂硅酸盐玻璃[USG]、磷硅酸盐玻璃[PSG]、氟硅酸盐玻璃[FSG]、高密度等离子体[HDP]氧化物、等离子增强化学气相沉积[PECVD]SiN、PECVD SiO2或其他介电材料)。
在一些情况下，两个或更多个屏蔽层中的每个屏蔽层能够限定孔的各自不同的图案。例如，如图6A所示，孔606的图案与孔608的图案不同。因此，当屏蔽层602堆叠在屏蔽层604的顶部上时，孔606和608不对准(例如，如图6C所示，示出了堆叠在屏蔽层604的顶部上的屏蔽层602的平面图，其中下层的屏蔽层604的孔608以虚线示出)。
作为另一示例，图7A示出了示例第一图案化的屏蔽层702的平面图，并且图7B示出了示例第二图案化的屏蔽层704的平面图。屏蔽层702限定了延伸穿过屏蔽层702的孔706的图案(例如，水平孔)，而屏蔽层704限定了延伸穿过屏蔽层704的孔708的不同图案(例如，竖直孔)。当屏蔽层702堆叠在屏蔽层704的顶部上时，孔706和708不对准(例如，如图7C所示，示出了堆叠在屏蔽层704的顶部上的屏蔽层702的平面图，其中下层的屏蔽层704的孔708以虚线示出)。孔706和/或708中的一个或更多个能够至少部分地填充有介电材料(例如，SiO2、无掺杂硅酸盐玻璃[USG]、磷硅酸盐玻璃[PSG]、氟硅酸盐玻璃[FSG]、高密度等离子体[HDP]氧化物、等离子增强化学气相沉积[PECVD]SiN、PECVD SiO2或其他介电材料)。
在一些情况下，两个或更多个屏蔽层中的每个限定了孔的类似图案(例如，孔的特定重复图案)。然而，一个屏蔽层上的孔的图案能够相对于另一屏蔽层上的孔的图案在空间上偏移。例如，一个屏蔽层上的图案能够在x方向上相对于另一屏蔽层的图案在空间上偏移特定的长度(例如，在x方向上移位)并且/或者在y方向上在空间上偏移特定的宽度(例如，在y方向上移位)。
尽管图6A至图6C和7A至图7C示出了两个屏蔽层的结合使用，但是实际上，能够结合使用任何数量的屏蔽层(例如，一个、两个、三个、四个或更多个)。此外，在一些情况下，所述屏蔽层中的至少一些能够限定孔的类似图案。此外，在一些情况下，所述屏蔽层中的至少一些能够限定孔的彼此不同的图案。在一些情况下，一个或更多个屏蔽层能够由铝制成。在一些情况下，一个或更多个屏蔽层能够由掺杂有掺杂材料的铝制成。作为示例，屏蔽层能够掺杂有一定量的铜(例如，大约1wt％的铜)，以提高机械强度并减少电迁移。作为其他示例，一个或更多个屏蔽层能够包括掺杂有锶和/或镨的铝，单独地或与铜组合地掺杂，以提高屏蔽层的屈服强度。
在一些情况下，一个或更多个屏蔽层能够由导电材料制成，该导电材料与铝相比不易受温度引起的塑性变形的影响。例如，一个或更多个屏蔽层能够由钛、氮化钛和/或铜制成。然而，在一些情况下，一个或更多个屏蔽层能够由铝制成。
还可以对IC器件进行其他修改，以提高传感器的性能和稳定性，并减少温度相关的噪声和滞后现象。
在一些情况下，为了进一步减小铝在CMOS后端中的影响，CMOS后端能够被设置为使得最小化或减小平行于膜的应力敏感方向(例如，在y方向上)的金属的量。例如，能够尽可能地重新定位相对较大的金属材料线(例如电源导轨)，使得它们不平行于膜的应力敏感方向(例如，使得它们替代地在x方向上延伸)。此外，如果金属层沿膜的应力敏感方向放置，则能够将它们制成使得其宽度减小。此外，这些元件能够放置在集成电路的较低层中(例如，因为这些元件在较低层中通常比在较高金属层中更薄)。作为示例，图8示出了包括两个相邻的金属层N-1和N-2的示例CMOS后端800的平面图。作为参考，第一膜156和第二膜164的位置用虚线表示。此外，为了便于说明，CMOS后端800的层中的每个层都被表示为透明层，除了金属层N-1上的电源导轨802a和金属层N-2的电源导轨802b以外(例如，为了说明电源导轨相对于彼此的位置)。如图8所示，电源导轨802a和802b中的每个平行于膜的应力不敏感方向(例如，平行于x方向)。
尽管本文中描述了相对于压力传感器的各种特征，但这仅是说明性示例。实际上，这些特征能够在任何类型的应力敏感的MEMS结构例如绝对压力传感器、表压传感器和差压传感器、陀螺仪、加速度计、麦克风等中实现。此外，这些特征能够在集成在CMOS器件的顶部上的任何应力敏感换能器、在传感器区域下方具有嵌入式屏蔽板的独立的应力敏感换能器或者直接接合到具有读出电子元件的晶片的应力敏感换能器上实现。
示例系统
本说明书中描述的主题和操作的一些实施方式能够以包括本说明书中公开的结构以及其结构等同物的数字电子电路或者计算机软件、固件或硬件或者它们中的一个或更多个的组合来实现。例如，在一些实施方式中，电子控制设备110的一个或更多个部件能够使用数字电子电路来实现，或者以计算机软件、固件或硬件实现，或者以它们中的一个或更多个的组合来实现。
本说明书中描述的一些实施方式能够实现为数字电子电路、计算机软件、固件或硬件的一个或更多个组或模块，或者它们中的一个或更多个的组合来实现。尽管能够使用不同的模块，但每个模块不必是不同的，并且多个模块能够在相同的数字电子电路、计算机软件、固件或硬件或其组合上实现。
本说明书中描述的一些实施方式能够被实现为一个或更多个计算机程序，即计算机程序指令的一个或更多个模块，所述一个或更多个计算机程序被编码在计算机存储介质上以通过数据处理装置来执行或控制其操作。计算机存储介质能够是或能够包括在计算机可读存储设备、计算机可读存储基板、随机或串行访问存储阵列或设备、或者它们中的一个或更多个的组合中。此外，尽管计算机存储介质不是传播信号，但是计算机存储介质能够是以人工生成的传播信号编码的计算机程序指令的源或目标。计算机存储介质也能够是一个或更多个单独的物理部件或介质(例如，多个CD、磁盘或其他存储设备)或者包括在其中。
术语“数据处理装置”涵盖用于处理数据的所有种类的装置、设备和机器，包括例如可编程处理器、计算机、片上系统、或者前述中的多个或前述的组合。装置能够包括专用逻辑电路，例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。除了硬件以外，装置还能够包括为所述计算机程序创建执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统、跨平台运行环境、虚拟机或者它们中的一个或更多个的组合的代码。该装置和执行环境能够实现各种不同的计算模型基础结构，诸如Web服务、分布式计算和网格计算基础结构。
计算机程序(也已知为程序、软件、软件应用程序或“app”、脚本或代码)能够以任何形式的编程语言来编写，包括编译性或解释性语言、声明性或程序性语言。计算机程序可以但不必对应于文件系统中的文件。程序能够被存储在保存其他程序或数据的文件(例如，存储在标记语言文档中的一个或更多个脚本)的一部分中、专用于所述程序的单个文件中、或者多个协调文件中(例如，存储一个或更多个模块、子程序或部分代码的文件)。能够部署计算机程序以在位于一个站点处或分布在多个站点上并通过通信网络互连的一台计算机上或多台计算机上执行。
本说明书中描述的一些处理和逻辑流程能够由一个或更多个可编程处理器来执行，该可编程处理器执行一个或更多个计算机程序以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行操作。处理和逻辑流程也能够由专用逻辑电路来执行，并且装置也能够被实现为专用逻辑电路，所述专用逻辑电路例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。
适合执行计算机程序的处理器包括例如通用微处理器和专用微处理器以及任何类型的数字计算机的处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机访问存储器或两者来接收指令和数据。计算机包括用于根据指令执行操作的处理器以及用于存储指令和数据的一个或更多个存储器设备。计算机还可以包括或可操作地耦接以从用于存储数据的一个或更多个大容量存储设备接收数据，或者将数据传输到用于存储数据的一个或更多个大容量存储设备，或者二者皆有，所述大容量存储设备例如是磁盘、磁光盘或光盘。然而，计算机不必具有这种设备。适于存储计算机程序指令和数据的设备包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器设备，包括例如半导体存储器设备(例如，EPROM、EEPROM、闪存设备等)、磁盘(例如，内部硬盘、可移动磁盘等)、磁光盘以及CD-ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器能够通过专用逻辑电路来进行补充或并入专用逻辑电路中。
为了提供与用户的交互，能够在具有用于向用户显示信息的显示设备(例如，监视器或另一类型的显示设备)以及用户能够用来向计算机提供输入的键盘和定点设备(例如，鼠标、轨迹球、平板电脑、触摸屏或另一类型的定点设备)的计算机上实施操作。其他类型的设备也能够用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈能够是任何形式的感觉反馈，例如视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈；并且能够以任何形式接收来自用户的输入，包括声音输入、语音输入、视觉输入或触觉输入。此外，计算机能够通过向用户使用的设备发送文档或从用户使用的设备接收文档来与用户进行交互；例如，通过响应于从网络浏览器接收的请求来将网页发送到用户客户端设备上的网络浏览器。
计算机系统可以包括单个计算设备，或者彼此邻近或通常彼此远离地操作并且通常通过通信网络进行交互的多个计算机。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)和广域网(“WAN”)、互联网(例如，因特网)、包括卫星链路的网络以及对等网络(例如，ad hoc对等网络)。客户端和服务器的关系可以通过在各自计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生。
本文描述的IC器件能够集成到诸如智能电话、笔记本电脑、可穿戴设备、其他计算机和汽车的主机设备中。主机设备可以包括处理器和其他电子部件以及被配置为收集数据的其他补充模块(例如，照相机、飞行时间成像器等)。可以包括其他补充模块，例如环境照明、显示屏、汽车前照灯等。主机设备还可以包括非易失性存储器，其中存储用于操作IC器件并且在一些情况下操作补充模块的指令。
集成到主机设备中的部件和补充模块可以产生可能会干扰电容式传感器的工作的电信号。此外，集成到主机设备中的部件和补充模块可以产生大量热量，并且可以增加传感器的工作温度。此外，主机设备可以经受各种不同的环境条件，包括一系列不同的环境温度。
具有本文所述的特征中的一个或更多个特征的IC器件在这种实施方式中拥有显著的优势。例如，通过图案化的屏蔽层将IC器件的传感器屏蔽以免受电干扰，从而提高了传感器的测量结果的准确性和/或可靠性。此外，由于温度的变化，测量结果不易受变化的影响。这能够给在其中实施这些IC器件的主机设备赋予实质性的优势。例如，在一些情况下，IC器件包括压力传感器并集成到智能电话中。由于这些传感器收集的压力数据是温度不变的，并且压力数据用于智能电话执行的功能(例如，确定智能电话的海拔)，因此这些功能也可能是温度不变的，从而给智能电话自身赋予了实质性的优势。
作为示例，图9示出了具有IC器件100(包括传感器150和具有图案化的屏蔽层102的集成电路170)的主机设备900。主机设备900还包括多个附加部件，包括一个或更多个计算机处理器910(例如，以实现电子控制设备110)、一个或更多个显示屏920、一个或更多个电源930(例如，电池、充电电路等)以及一个或更多个收发器940(例如，无线电，例如Wi-Fi无线电、蜂窝无线电、蓝牙无线电等)。在主机设备900的操作过程中，计算机处理器910、显示屏920、电源930和收发器940能够分别产生大量的热量。此外，主机设备900周围的环境(例如，阳光、环境空气、用户的身体等)也能够向主机设备900传递附加的热量。然而，由于图案化的屏蔽层102，传感器105的输出不易受温度相关的漂移和滞后现象的影响，因此在各种不同的操作条件下更精确和可靠(例如，与没有图案化的屏蔽层102的主机设备900相比)。
尽管本说明书包含许多细节，但是这些细节不应被解释为对可以要求保护的范围的限制，而应被解释为对特定示例的特定特征的描述。在本说明书中在单独的实施方式的上下文中描述的某些特征也能够组合。相比之下，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也能够在多个实施例中单独地或以任何合适的子组合实现。
已经描述了多个实施例。然而，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。因此，其他实施方式在权利要求的范围内。

Claims (28)

1.一种系统，包括：
传感器，其包括：
基底，其包括基底电极；以及
第一膜，其悬在所述基底上方，其中，所述第一膜包括第一膜电极，并且其中，所述第一膜被配置为响应于环境条件而相对于所述基底电极偏转；
其中，所述传感器可操作以测量所述基底电极与所述第一膜电极之间的电容；
第一导电屏蔽层，其定位在所述传感器与所述系统的可操作以生成电干扰信号的设备之间，其中，所述第一导电屏蔽层限定延伸穿过所述第一导电屏蔽层的多个第一孔；以及
介电材料，其设置在所述多个第一孔中。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一膜在第一方向上的长度大于所述第一膜在与所述第一方向正交的第二方向上的长度，以及
其中，所述多个孔中的每个孔在所述第一方向上的长度大于所述孔在所述第二方向上的长度。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一导电屏蔽层包括被布置成网格的多个导电元件。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述多个导电元件彼此电互连。
5.根据权利要求1所述的系统，还包括定位在所述传感器与附加设备之间的第二导电屏蔽层，其中，所述第二导电屏蔽层限定延伸穿过所述第二导电屏蔽层的多个第二孔，并且其中，介电材料设置在所述多个第二孔中。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述多个第一孔相对于所述第一导电屏蔽层限定第一图案，并且其中，所述多个第二孔相对于所述第二导电屏蔽层限定第二图案，所述第二图案不同于所述第一图案。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述多个第一孔相对于所述第一导电屏蔽层限定第一图案，其中，所述多个第二孔相对于所述第二导电屏蔽层限定第二图案，第一部分的至少一部分在几何上类似于第二部分的至少一部分，并且所述第二图案在空间上与所述第一图案偏移。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一导电屏蔽层包括多个平行的第一导电段，并且其中，所述第一导电段通过垂直于所述多个第一导电段的多个平行的第二导电段电互连。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述第一膜在第一方向上的长度大于所述第一膜在与所述第一方向正交的第二方向上的长度，以及
其中，所述多个第一导电段中的每个第一导电段在所述第一方向上的长度大于所述第一导电段在所述第二方向上的长度。
10.根据权利要求9的系统，其中，所述多个第一导电段中的每个第一导电段在所述第二方向上的长度小于所述第一导电屏蔽层在与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向上的厚度的3倍。
11.根据权利要求9的系统，其中，所述多个第一导电段中的每个第一导电段在所述第二方向上的长度小于所述第一导电屏蔽层在与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向上的厚度。
12.根据权利要求1的系统，其中，在横截面中，所述多个第一孔的面积为所述多个第一导电屏蔽层的总面积的40％至90％。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一导电屏蔽层的厚度小于0.8μm。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一导电屏蔽层包括铝。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述第一导电屏蔽层还包括掺杂材料。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述掺杂材料是铜、钪或镨中的至少一种。
17.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一导电屏蔽层包括钛、氮化钛或铜中的至少一种。
18.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一导电屏蔽层定位在所述传感器与可操作以生成电干扰信号的多个设备之间，并且其中，所述传感器可操作以在测量所述基底电极与所述第一膜电极之间的电容时关闭所述多个设备中的至少一个设备。
19.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一环境条件是所述系统的环境中的压力。
20.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一膜和所述基底限定第一腔。
21.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感器是压差传感器。
22.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感器是微机电传感器。
23.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感器是集成在CMOS读出电路的顶部上的电容式压力传感器。
24.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感器是接合至CMOS读出电路的电容式压力传感器MEMS元件。
25.根据权利要求1所述的系统，还包括附加层，所述附加层包括金属布线的图案；
其中，所述第一导电屏蔽层定位在所述传感器与所述附加层之间；以及
其中，所述第一导电屏蔽层限定与所述金属布线的图案交叠的图案。
26.一种主机设备，包括：
传感器，其包括：
基底，其包括基底电极；以及
膜，其悬在所述基底上方，其中，所述膜包括膜电极，并且其中，所述膜被配置为响应于环境条件而相对于所述基底电极偏转；
电子控制设备，其耦接至所述基底电极和所述膜电极，其中，所述电子控制设备可操作以测量所述基底电极与所述膜电极之间的电容，并且基于所测得的电容生成指示所述环境条件的数据；
附加设备，其可操作以生成电干扰信号；
导电屏蔽层，其定位在所述传感器与所述附加设备之间，其中，所述导电屏蔽层限定延伸穿过所述导电屏蔽层的多个孔；
介电材料，其设置在所述多个孔中；
一个或更多个处理器，其可操作以从所述电子控制设备接收指示所述环境条件的数据；
一个或更多个显示设备，其可操作以向用户呈现指示所述环境的数据。
27.根据权利要求26所述的主机设备，其中，所述主机设备是移动设备。
28.根据权利要求26所述的主机设备，其中，所述主机设备是智能电话、平板计算机或可穿戴设备中的至少一者。
CN201980026739.0A 2018-04-25 2019-04-25 具有温度稳定输出的电容式传感器 Active CN112055694B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311679919.3A CN117699733A (zh) 2018-04-25 2019-04-25 具有温度稳定输出的电容式传感器

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862662366P 2018-04-25 2018-04-25
US62/662,366 2018-04-25
US201862756725P 2018-11-07 2018-11-07
US62/756,725 2018-11-07
PCT/EP2019/060675 WO2019207072A1 (en) 2018-04-25 2019-04-25 Capacitive sensor having temperature stable output

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311679919.3A Division CN117699733A (zh) 2018-04-25 2019-04-25 具有温度稳定输出的电容式传感器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112055694A true CN112055694A (zh) 2020-12-08
CN112055694B CN112055694B (zh) 2023-12-19

Family

ID=66542187

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311679919.3A Pending CN117699733A (zh) 2018-04-25 2019-04-25 具有温度稳定输出的电容式传感器
CN201980026739.0A Active CN112055694B (zh) 2018-04-25 2019-04-25 具有温度稳定输出的电容式传感器

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311679919.3A Pending CN117699733A (zh) 2018-04-25 2019-04-25 具有温度稳定输出的电容式传感器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11427465B2 (zh)
EP (1) EP3784621A1 (zh)
CN (2) CN117699733A (zh)
WO (1) WO2019207072A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021211561A1 (de) * 2020-11-19 2022-05-19 Vitesco Technologies USA, LLC Mems-druckerfassungselement mit spannungsjustierern

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130328142A1 (en) * 2012-06-12 2013-12-12 Nxp B.V. Integrated circuit with pressure sensor and manufacturing method
EP2796844A1 (en) * 2013-04-25 2014-10-29 Nxp B.V. Mems capacitive pressure sensor
US20140338459A1 (en) * 2013-05-20 2014-11-20 Nxp B.V. Differential Pressure Sensor
CN105329837A (zh) * 2014-06-03 2016-02-17 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 一种半导体器件及电子装置
CN106325591A (zh) * 2015-06-30 2017-01-11 辛纳普蒂克斯公司 触摸传感器设备中的弯曲效应的避免
CN107148563A (zh) * 2014-10-30 2017-09-08 恩德莱斯和豪瑟尔两合公司 电容式压力传感器及其制造方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS586966B2 (ja) * 1977-05-24 1983-02-07 ぺんてる株式会社 容量結合タブレット
JP4585661B2 (ja) * 2000-03-31 2010-11-24 キヤノン株式会社 電子光学系アレイ、荷電粒子線露光装置およびデバイス製造方法
DE10065013B4 (de) * 2000-12-23 2009-12-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements
JP4724505B2 (ja) * 2005-09-09 2011-07-13 株式会社日立製作所 超音波探触子およびその製造方法
US8860154B2 (en) * 2011-03-11 2014-10-14 Goertek Inc. CMOS compatible silicon differential condenser microphone and method for manufacturing the same
EP2637007B1 (en) * 2012-03-08 2020-01-22 ams international AG MEMS capacitive pressure sensor
CN104280160B (zh) * 2013-07-03 2016-10-05 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 压力传感器及其形成方法
US9340412B2 (en) * 2014-07-28 2016-05-17 Ams International Ag Suspended membrane for capacitive pressure sensor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130328142A1 (en) * 2012-06-12 2013-12-12 Nxp B.V. Integrated circuit with pressure sensor and manufacturing method
EP2796844A1 (en) * 2013-04-25 2014-10-29 Nxp B.V. Mems capacitive pressure sensor
US20140338459A1 (en) * 2013-05-20 2014-11-20 Nxp B.V. Differential Pressure Sensor
CN105329837A (zh) * 2014-06-03 2016-02-17 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 一种半导体器件及电子装置
CN107148563A (zh) * 2014-10-30 2017-09-08 恩德莱斯和豪瑟尔两合公司 电容式压力传感器及其制造方法
CN106325591A (zh) * 2015-06-30 2017-01-11 辛纳普蒂克斯公司 触摸传感器设备中的弯曲效应的避免

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHUNTARO MACHIDA: "MEMS Technology using Back-end of Line Processes in CMOS LSI", IEEE, pages 1 - 3 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP3784621A1 (en) 2021-03-03
US20210163282A1 (en) 2021-06-03
US11427465B2 (en) 2022-08-30
WO2019207072A1 (en) 2019-10-31
CN112055694B (zh) 2023-12-19
CN117699733A (zh) 2024-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10274512B2 (en) Microelectromechanical sensor device with reduced stress sensitivity
US7051595B2 (en) Monolithic multi-functional integrated sensor and method for fabricating the same
US10393605B2 (en) Pressure sensor including deformable pressure vessel(s)
US20100313660A1 (en) Mems device and method of fabricating the mems device
CN106597016A (zh) 一种电容式mems双轴加速度计
US20130152694A1 (en) Sensor with vacuum cavity and method of fabrication
CN112055694B (zh) 具有温度稳定输出的电容式传感器
CN103645342A (zh) 多轴电容式加速度计及加速度检测方法
JP2007333618A (ja) 加速度センサ
US8607631B2 (en) Heated air mass WCSP package and method for accelerometer
CN103645343B (zh) 多轴电容式加速度计
CN104981425B (zh) 具有微粒屏障的传感器
JP2017505425A (ja) 三次元物体の形状の少なくとも一部を確定するシステム及び対応する方法
CN203630155U (zh) 多轴电容式加速度计
CN106289211B (zh) 具有微粒屏障的传感器
RU121593U1 (ru) Наноэлектромеханический преобразователь с автоэлектронной эмиссией
RU2484483C1 (ru) Способ изготовления наноэлектромеханического преобразователя и наноэлектромеханический преобразователь с автоэлектронной эмиссией
EP2774891B1 (en) Semiconductor device with capacitive sensor and integrated circuit
CN103645345A (zh) 多轴电容式加速度计

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant