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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/691,472, eingereicht am 21. August 2012, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme eingefügt ist.
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Technisches Gebiet
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Die Offenbarung bezieht sich auf das Gebiet von MEMS-Vorrichtungen.
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Hintergrund
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MEMS-Sensoren verwenden normalerweise eine verformbare Membran, die sich bei dem Beaufschlagen mit Druck biegt oder verbiegt. Bei kapazitiven Drucksensoren verbiegt sich eine Elektrode auf der Membran hin zu einer festen Elektrode, wobei dies unter zunehmendem Druck zu einer Änderung in der Kapazität zwischen den zwei Elektroden führt. Diese Kapazität wird dann gemessen, um den auf die verformbare Membran aufgebrachten Druck zu bestimmen. Ähnlich reagieren kapazitive Mikrofone auf akustische Vibrationen, die eine Änderung in der Kapazität verursachen.
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Während der oben beschriebene Basis-MEMS-Sensor funktionsfähig oder betriebsbereit ist, stellt die Basis-Gerätestruktur in vielen Anwendungen keine ausreichenden Genauigkeitsanforderungen bereit. Dem entsprechend wurden noch komplexere Strukturen untersucht in der Hoffnung erhöhte Genauigkeitsanforderungen für eine Vielzahl von Anwendungen bereitzustellen. Während ein gewisser Erfolg in der Erhöhung der Genauigkeit von MEMS-Sensoren erzielt wurde, wurde auf erhebliche Herausforderungen gestoßen. Einige der Herausforderungen, auf die häufig gestoßen wurde, enthalten: eine Temperaturempfindlichkeit des Sensors; Unterschiede in der Temperaturempfindlichkeit der variablen Kapazität (der Membran) und einer Referenzkapazität (unbeeinflusst durch Druck); der Bedarf an einer elektrostatischen Betätigung oder zusätzlicher Messung; und der beschränkte messbare Druckbereich, der durch die Geometrie und Materialeigenschaften der MEMS-Sensorstruktur festgelegt wird.
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In Bezug auf das Vorgenannte wäre es vorteilhaft, einen MEMS-Drucksensor bereitzustellen, welcher Änderungen in der Temperatur Rechnung trägt. Es wäre ferner vorteilhaft, wenn ein solcher Drucksensor nicht erheblichen zusätzlichen Raum benötigen würde. Ein MEMS-Drucksensor, welcher Änderungen oder Schwankungen in der Temperatur Rechnung trägt und mit einem bekannten Fertigungsverfahren hergestellt werden kann, wäre ferner vorteilhaft. Ein Drucksensor, welcher zusätzlich einen größeren Einsatzbereich bereitstellt, wäre ebenfalls von Vorteil.
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Zusammenfassung
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In einer Ausführungsform weist ein MEMS-Sensor eine erste feste Elektrode in einer ersten Schicht, eine Kavität oder Aussparung, die über der ersten festen Elektrode ausgebildet ist, eine Membran, die sich über der Kavität oder Aussparung erstreckt, eine erste bewegliche Elektrode, die in der Membran vorgesehen ist und im Wesentlichen direkt über der ersten festen Elektrode angeordnet ist, und eine zweite bewegliche Elektrode auf, die zumindest teilweise innerhalb der Membran ausgebildet oder festgelegt ist und zumindest teilweise direkt über der Kavität angeordnet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform weist ein Verfahren zum Ausbilden eines MEMS-Sensors auf: Ausbilden einer ersten festen Elektrode in einer ersten Schicht, Ausbilden einer Membranschicht über der ersten Schicht, Ausbilden einer ersten beweglichen Elektrode in der Membranschicht und Anordnen im Wesentlichen direkt über der ersten festen Elektrode, Ausbilden einer zweiten beweglichen Elektrode in der Membranschicht und Ausbilden einer Kavität oder Aussparung zwischen der ersten Schicht und der Membranschicht, wobei die Kavität sich unterhalb der ersten beweglichen ersten Elektrode und zumindest teilweise unter der zweiten beweglichen Elektrode erstreckt.
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In noch einer weiteren Ausführungsform weist ein MEMS-Drucksystem einen MEMS-Sensor auf mit einer ersten festen Elektrode in einer ersten Schicht, einer Kavität oder Aussparung, die über der ersten festen Elektrode ausgebildet oder festgelegt ist, einer Membran, die sich über die Kavität erstreckt, einer ersten beweglichen Elektrode, die in der Membran definiert oder ausgebildet und im Wesentlichen direkt über der ersten festen Membran angeordnet ist, und einer zweiten beweglichen Elektrode, die zumindest teilweise innerhalb der Membran ausgebildet oder definiert und zumindest teilweise direkt über der Kavität angeordnet ist, einen Speicher, welcher Programmanweisungen aufweist, die darin gespeichert sind; und einen Prozessor, der betriebsfähig oder betriebsbereit mit dem MEMS-Sensor und dem Speicher verbunden ist und ausgebildet oder konfiguriert ist, die Programmanweisungen auszuführen, um ein erstes Signal von dem MEMS-Sensor unter Verwendung der ersten beweglichen Elektrode zu erhalten, ein zweites Signal von dem MEMS-Sensor unter Verwendung der zweiten beweglichen Elektrode zu erhalten und einen Druck basierend auf dem ersten Signal und dem zweiten Signal zu bestimmen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Draufsicht auf eine Sensorvorrichtung, welche zwei bewegliche Elektroden in einer Membran aufweist, welche über zwei festen Elektroden angeordnet sind;
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2 stellt eine Seitenschnittansicht der Sensorvorrichtung gemäß 1 dar;
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3 stellt eine Seitenschnittansicht der Sensorvorrichtung gemäß 1 dar, wobei ein Druck auf die flexible Membran aufgebracht ist, um die flexible Membran zu verbiegen;
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4 stellt eine schematische Ansicht eines Systems dar, welches zum Überwachen von zwei verschiedenen Druckverläufen einen Sensor verwendet, der wenigstens zwei bewegliche Elektroden in einer einzigen Membran aufweist.
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5 stellt eine Draufsicht des Membranabschnitts einer Sensorvorrichtung dar, welcher eine Vielzahl innerer Elektroden und eine Vielzahl äußerer Elektroden in der flexiblen Membran aufweist;
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6 stellt eine Draufsicht des Membranabschnitts einer Sensorvorrichtung dar, welche zwei ineinander greifende oder ineinander verschränkte Elektroden in der flexiblen Membran aufweist;
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7 stellt eine Draufsicht des Membranabschnitts einer Sensorvorrichtung dar, welche drei Elektroden in der flexiblen Membran aufweist;
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8 stellt eine Seitenschnittansicht eines Wafers mit einer Vorrichtungsschicht dar, die geätzt ist, um zwei in einer Ebene verlaufende Elektroden zu bilden;
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9 stellt eine Draufsicht auf den Wafer gemäß 8 dar;
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10 stellt den Wafer gemäß 8 dar, wobei die Gräben oder Trenche mit einem oxidischen Werkstoff oder Material gefüllt sind und eine Oxidschicht über der Vorrichtungsschicht ausbilden;
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11 stellt eine Draufsicht auf den Wafer gemäß 10 dar;
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12 stellt den Wafer gemäß 10 mit einer in der Oxidschicht geätzten Öffnung über einem Kontaktabschnitt der Vorrichtungsschicht dar;
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13 stellt eine Draufsicht auf den Wafer gemäß 12 dar;
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14 stellt den Wafer gemäß 12 mit einem ersten Deckschichtabschnitt über der Oxidschicht und Gräben bzw. Trenche dar, die in der Oxidschicht ausgebildet sind, um zwei Elektroden außerhalb einer Ebene oder in unterschiedlichen Ebenen direkt über den Elektroden in einer Ebene auszubilden; und
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15 stellt eine Draufsicht auf den Wafer gemäß 14 dar.
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Beschreibung
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Zum Zwecke des besseren Verständnisses der Prinzipien der Offenbarung wird nun Bezug auf die Ausführungsformen genommen, die in den Zeichnungen dargestellt und in der folgenden schriftlichen Beschreibung beschrieben sind. Es ist so zu verstehen, dass dadurch keine Beschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist. Es ist ferner so zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung jede Art von Änderungen und Modifikationen der dargestellten Ausführungsformen umfasst und ferner Anwendungen der Prinzipien der Offenbarung enthält, die dem Fachmann, an welchen sich diese Erfindung richtet, geläufig sind.
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In vielen dieser Ausführungsformen können MEMS-Sensoren verwendet werden, um einen physikalischen Zustand wie Geräusche oder eine Akustik, Licht, Beschleunigung, Druck oder Temperatur zu erfassen und ein dem erfassten physikalischen Zustand entsprechendes elektrisches Signal bereitzustellen. Zum Beispiel kann der MEMS-Sensor ein Beschleunigungssensor, ein Bewegungssensor, ein Neigungssensor, ein Temperatursensor, ein Drucksensor, ein optischer Sensor, ein IR-Sensor, ein akustischer Sensor, wie etwa ein MEMS-Mikrofon, ein MEMS-Empfänger/Lautsprecher) oder eine Kombination davon sein. Die Ausführungsformen können implementiert sein in oder verknüpft werden mit einer Vielzahl von Anwendungen, wie Automobilen, Anwendungen im Haus, Laptops, Handcomputern oder tragbaren Computern, Mobiltelefonen, Smartphones, drahtlosen Vorrichtungen, Tablets, Personal-Data-Assistenten (PDAs), MP3-Playern, Kameras, GPS-Empfängern oder Navigationssystemen, elektronischen Lesedisplays, Projektoren, Cockpitsteuerungen, Spielekonsolen, Hörmuscheln oder Hörgeräten, Headsets, Hörhilfen, tragbaren Display-Vorrichtungen, Sicherheitssystemen und so weiter. 1 und 2 zeigen einen MEMS-Sensor 100. Der MEMS-Sensor 100 ist ein kapazitiver Drucksensor und weist eine Vorrichtungsschicht 102 und eine Oxidschicht 104 auf, welche die Vorrichtungsschicht 102 von einer Deckschicht 106 trennt.
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Innerhalb der Vorrichtungsschicht 102 ist eine im Allgemeinen kreisförmige, feste oder feststehende innere Elektrode 108 durch einen elektrisch isolierenden Abschnitt 110 ausgebildet oder definiert. Eine feste oder feststehende äußere Elektrode 112 erstreckt sich im Wesentlichen vollständig um die feste oder feststehende innere Elektrode 108. Die äußere Elektrode 112 ist auf ihrer Innenseite durch einen isolierenden Abschnitt 110 und auf ihrer Außenseite durch einen isolierenden Abschnitt 114 definiert oder festgelegt. Sowohl die innere Elektrode 108 als auch die äußere Elektrode 112 sind von der Deckschicht 106 durch einen Hohlraum oder eine Kavität 116 getrennt.
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Innerhalb der Deckschicht 106 ist eine im Allgemeinen kreisförmige, bewegliche innere Elektrode 128 durch einen elektrisch isolierenden Abschnitt 130 gebildet. Die innere Elektrode 128, welche im Wesentlichen dieselbe Form aufweist wie die innere Elektrode 108, ist im Wesentlichen direkt über der inneren Elektrode 108 angeordnet. Eine bewegliche äußere Elektrode 132 erstreckt sich im Wesentlichen vollständig um die bewegliche innere Elektrode 128. Die äußere Elektrode 132 wird auf ihrer Innenseite durch einen isolierenden Abschnitt 134 und auf ihrer äußeren Seite oder Außenseite durch einen isolierenden Abschnitt 136 ausgebildet. Ein Isolationsring 138, welcher durch den isolierenden Abschnitt 130 und den isolierenden Abschnitt 134 ausgebildet ist, ist zwischen der inneren Elektrode 128 und der äußeren Elektrode 132 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist der Isolationsring ein einzelner isolierender Abschnitt. Die äußere Elektrode 132, welche im Wesentlichen dieselbe Form wie die äußere Elektrode 112 aufweist, ist im Wesentlichen direkt über der äußeren Elektrode 112 angeordnet. Eine Membran 140 ist als der Abschnitt der Deckschicht 106 ausgebildet, die direkt über einer Kavität oder Aussparung 116 angeordnet ist. In einer Ausführungsform ist der Durchmesser der flexiblen Membran 140 größer als der Durchmesser der äußeren Elektrode 132. In einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die äußerste Elektrode 132 über die Kante der Membran 140.
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Die innere Elektrode 108 ist durch eine Leitung 152 in elektrischer Verbindung mit einem Kontakt 150. Die Leitung 152, welche in mehreren Schritten ausgebildet werden kann, erstreckt sich entlang der Vorrichtungsschicht 102 und nach oben durch die Oxidschicht 104 zu der Oberseite der Deckschicht 106, wo der Kontakt 150 angeordnet ist. Dem vergleichbar ist die äußere Elektrode 112 in elektrischer Verbindung mit einem Kontakt 154 durch eine Leitung 156, welche sich entlang der Vorrichtungsschicht 102 und nach oben durch die Oxidschicht 104 zu der Oberseite der Deckschicht 106 erstreckt, wo der Kontakt 154 angeordnet ist.
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Die innere Elektrode 128 ist in elektrischer Verbindung mit einem Kontakt 158 durch eine Leitung 160, welche sich entlang der Deckschicht 106 erstreckt. Die äußere Elektrode 132 ist in elektrischer Verbindung mit einem Kontakt 162 durch eine Leitung 164, welche sich entlang der Deckschicht 106 erstreckt.
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Im Betrieb wird ein Druck auf die flexible Membran 140, wie durch den Pfeil 170 in 3 angedeutet ist, aufgebracht. Wenn der Druck aufgebracht ist, wird die flexible Membran 140 in die Kavität 116 hin zu der Vorrichtungsschicht 102 gezwungen. Wenn die bewegliche Elektrode 128 sich hin zu der festen oder starren Elektrode 108 bewegt, verändert sich die Kapazität zwischen der beweglichen Elektrode 128 und der festen Elektrode 108. Diese Änderung ist durch Messen des Signals zwischen den Kontakten 154 und 158 erfassbar.
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Während dieser anfänglichen Bewegung der inneren Elektrode 128 bewegt sich auch die äußere Elektrode 132, jedoch um einen erheblich kleineren Betrag, da die äußere Elektrode 132 an der Außenkante der Membran 140 angeordnet ist. Dem entsprechend ist die Kapazität zwischen der äußeren Elektrode 132 und der äußeren Elektrode 112, welche an den Kontakten 154 und 162 gemessen wird, durch den anfänglich aufgebrachten Druck relativ unbeeinflusst. Infolgedessen funktionieren die äußere Elektrode 132 und die äußere Elektrode 112 als eine Referenzkapazität und können verwendet werden, um einen Temperaturausgleich für die Sensorvorrichtung 100 bereitzustellen.
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Mehr noch ist in der Anordnung gemäß 3 die Membran 140 nur geringfügig von der inneren Elektrode 108 getrennt. Dementsprechend bewirkt jeder ausreichend hohe Druck, der an die Membran 140 angelegt wird, dass die obere bewegliche Elektrode 128 in Kontakt mit der festen oder starren Elektrode 108 gezwungen wird, wobei dabei die Messungen über die Kontakte 150 und 158 ungültig oder unwirksam gemacht werden. In den bisher bekannten Vorrichtungen stellt dies die Betriebsgrenze eines Sensors dar.
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Auch wenn die bewegliche Elektrode 128 die feste Elektrode 108 kontaktiert, ist die äußere Elektrode 132 jedoch von der äußeren Elektrode 112 beabstandet. Dem entsprechend stellen die äußere Elektrode 132 und die äußere Elektrode 112 einen zusätzlichen Bereich zum Messen von Druck bereit, der auf die Membran 140 aufgebracht wird, da zusätzliche Druckergebnisse in einer weiteren Verbiegung der Membran 140 aus der Konfiguration oder Anordnung gemäß 3 resultieren, wobei sich dabei die Kapazität, die über die Kontakte 150 und 162 gemessen wird, verändert. Daher stellt der Sensor 100 eine nützliche Ausgabe oder Output bereit, auch wenn das innere Elektrodenpaar 108/128 durch eine übermäßige Ausgabe oder Output an Nichtlinearität oder einige andere Sensorbeschränkungen beschränkt ist.
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Ein System 180, welches einen Sensor 182 aufweist, welcher wenigstens zwei beweglichen Elektroden in einer Membran aufweist, ist in 4 dargestellt. Das System 180 weist ferner einen Prozessor 184, einen Speicher 186 und optional eine steuer- oder regelbare Spannungsquelle 188 auf. Der Speicher 186 enthält Programmanweisungen, welche, wenn sie durch den Prozessor 184 ausgeführt werden, wenigstens zwei Signale des Sensors 182 verarbeiten. Ein Signal basiert auf einer ersten beweglichen Elektrode in einer Membran, wie der beweglichen Elektrode 128 gemäß 2, und das zweite Signal basiert auf einer zweiten beweglichen Elektrode in der Membran, wie der Elektrode 132. Diese Signale können, wie oben beschrieben, verarbeitet werden, für ein Niederdruckverhalten oder Niederdruckregime einer inneren Elektrode und ein Hochdruckverhalten oder ein Hochdruckregime einer äußeren Elektrode.
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Daher ist es möglich, ein einzelnes Elektrodenpaar zu verwenden, um gleichzeitig eine Spannung an die Struktur anzulegen und die Kapazität zu messen, wobei eine Messung hierbei für Störgeräusche und andere Messfehlerquellen empfindlicher ist. Durch das Aufnehmen von zusätzlichen Elektrodenpaaren kann ein unterschiedlicher Satz von Elektroden verwendet werden, um die Spannung anzulegen, während andererseits durch die ursprünglichen Elektrodenpaare, welche eine ausreichende elektrische Isolierung aufweisen, gemessen wird, um die Messung für das Modulieren des Druckmesssignals nicht zu beeinflussen oder um ein Selbsttestsignal zu verwenden. Dem entsprechend wird in der Ausführungsform in 5 ein Abschnitt eines Sensors 200 gezeigt, welcher eine Vielzahl innerer Elektroden 202 und eine Vielzahl äußeren Elektroden 204 bereitstellt, welche in einer flexiblen Membran 206 vorgesehen sind. Der Sensor 200 enthält entsprechende feste oder starre Elektroden (nicht dargestellt) für jede der Vielzahl von inneren Elektroden 202 und der Vielzahl von äußeren Elektroden 204. Durch das Aufnehmen oder Integrieren des Sensors 200, wie den Sensor 182 gemäß 4, kann der Prozessor 184 Programmanweisungen in dem Speicher 186 ausführen, um die Spannungsquelle 188 zu steuern oder zu regeln, um das Druckmesssignal zu modulieren oder um ein Selbsttestsignal anzulegen oder anzuwenden.
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In Ausführungsform, wo es nicht gewünscht ist, ein Paar von ”inneren” und ”äußeren” Elektroden zu haben, können die Elektroden ineinandergreifen oder ineinander verschränkt sein. Als Beispiel stellt 6 einen Abschnitt eines Sensors 220 dar, der ineinandergreifende oder ineinander verschränkte Elektroden 222 und 224 in einer flexiblen Membran 226 aufweist. Die Elektrode 224 ist sowohl in der Mitte oder im Zentrum der Membran 226 als auch dem äußeren Abschnitt der Membran 226 angeordnet.
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In anderen Anwendungen kann eine Vielzahl von ”Ringen” von Elektroden erwünscht sein. 7 zeigt einen Sensor 250, welcher eine zentrale Elektrode 252, eine mittlere Elektrode 254 und eine äußere Elektrode 256 in einer flexiblen Membran 258 aufweist. Eine einzelne feste Elektrode 260 ist unterhalb der Elektroden 252, 254 und 256 angeordnet, während in anderen Ausführungsformen drei feste Elektroden bereitgestellt werden, von denen jede mit einer entsprechenden der Elektroden 252, 254 und 256 verbunden oder verknüpft ist. Der Sensor 250 in einer Ausführungsform wird für drei unterschiedliche Bereiche von Druckmessungen verwendet, wenn er in das System 180 aufgenommen wird, wobei jeder Bereich entsprechend mit einer der Elektroden 252, 254 und 256 und der festen Elektrode 260 verknüpft ist.
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Die Sensorvorrichtung 250 weist ferner Kontakte 262, 264, 266 und 268 auf, die elektrisch mit der Elektrode 252, 254, 256 bzw. 160 gekoppelt sind. In einer Ausführungsform ist die zentrale Elektrode 252 in elektrischer Verbindung mit dem Kontakt 262 durch eine Leitung 270, welche sich entlang der Deckschicht 272 erstreckt. Die mittlere und äußere Elektroden 254, 256 sind in elektrischer Verbindung mit den Kontakten 264, 266 durch Leitungen 274 bzw. 276, welche sich entlang der Deckschicht 272 erstrecken. Die feste Elektrode 260 ist in elektrischer Verbindung mit dem Kontakt 268 durch die Leitung 278.
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Vorteilhafterweise können die oben beschriebenen Sensoren durch bekannte Fertigungsverfahren hergestellt werden. Ein Verfahren, welches die Art und Weise, in welcher ein Sensor, vergleichbar zu den oben beschriebenen, hergestellt wird, ist dargestellt und wird mit Bezug auf die 8–15 beschrieben.
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Unter Bezugnahme zunächst auf die 8 und 9 weist ein SOI-Wafer 300 eine Anwenderschicht 302 (engl. handle layer), eine verborgene oder vergrabene Oxidschicht 304 und eine Vorrichtungsschicht 306 auf, welche anfangs geätzt ist, um zwei in einer Ebene liegende Elektroden 308/309 und die unteren Kontaktabschnitte 310/311, für die in der Ebene liegenden Elektroden 308/309 auszubilden. Anschlüsse oder Verbinder 312/313 sind zwischen die in der Ebene liegenden Elektroden 308/309 und die unteren Kontaktabschnitte 310/311 geätzt. Die in der Ebene liegende Elektrode 308 ist durch einen Trench- oder Grabenabschnitt 314 ausgebildet, während die in der Ebene liegende Elektrode 309 durch einen Trench- oder Grabenabschnitt 316 ausgebildet ist. Falls gewünscht, können die Struktur- oder Anwender-(Handle-)Schicht 302 eine chemische Niederdruckbeschichtungs(LPCVD-)-Schicht oder Epi-Polysiliziumschicht sein.
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Die Trenche oder Gräben, welche die in der Ebene liegende Elektroden 308/309 bilden, niedrige Kontaktabschnitte 310/311 und Verbinder oder Anschlüsse 312/313 werden dann mit einem Trench-Oxidabschnitt 320 gefüllt, wie in den 10 und 11 gezeigt ist, unter Verwendung einer konformen Oxidbeschichtung. Eine Oxidbeschichtung resultiert ferner in einer Oxidschicht 322 auf der Oberseite der Vorrichtungsschicht 306. Die Dicke der Oxidschicht 322 legt den Graben oder Trench zwischen den zwei Elektroden fest, wie unten weiter beschrieben wird. Die Oxidschicht 322 kann durch jede gewünschte Technik geebnet oder planarisiert werden, wie ein chemisch-mechanisches Polieren (CMP). Die Oxidschicht 322 wird in einigen Ausführungsformen beispielsweise durch eine getrennte Oxidabscheidung realisiert.
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Bezug nehmend auf die 12 und 13 werden dann Kontaktöffnungen 324/325 durch die Oxidschicht 322 geätzt, um die Oberseite der unteren Kontaktabschnitte 310/311 freizulegen. Eine Epi-Polyabscheidung füllt die Kontaktöffnungen 324/325 mit einem Kontaktabschnitt 326 der Epi-Poly auf während des Abscheidens eines unteren Deckschichtabschnitts 328 über der Oxidschicht 322, wie in 14 und 15 gezeigt ist. Der Kontaktabschnitt 326 erstreckt sich infolgedessen von der Oberseite des unteren Kontaktabschnitts 310 zu der Oberseite des unteren Deckschichtabschnitts 328. In einer alternativen Ausführungsform kann der untere Deckschichtabschnitt 328 ein einkristallines Silizium sein, ausgebildet durch Verwenden eines Fusion-Bonding-Prozesses gefolgt von Schleifen/Polieren oder einer SmartCut-Technologie, um den Großteil oder die Masse des gebondeten Wafers zu entfernen. In dieser alternativen Ausführungsform müssen die elektrischen Kontakte nach der Verbindung ausgebildet werden. In einer weiteren Ausführungsform kann eine polierte Polysilizium-Vorrichtungsschicht verwendet werden.
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Die 14 und 15 zeigen weiter Trenches oder Gräben 330 und 332, welche nach dem CMP des unteren Deckschichtabschnitts 328 geätzt werden können. Der Trench oder Graben 330 erstreckt sich von der Oberseite des unteren Deckschichtabschnitts 328 zu der Oberseite der Oxidschicht 322, um eine Elektrode 334 zu bilden. Der Trench oder Graben 330 weist einen Trench- oder Grabenabschnitt 338 auf, der einen Anschuss oder Verbinder 338 definiert. Der Trench oder Graben 332 bildet eine äußere Elektrode 335 und ein Trench- oder Grabenabschnitt bildet einen Verbinder oder Anschluss 336.
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In einigen Ausführungsformen wird dann ein stressarmes Nitrid verwendet, um die Gräben oder Trenches 332 und 330 zu füllen, und bildet eine stressarme Nitridschicht auf der Oberseite des unteren Deckschichtabschnitts 328. Eine dünne Oxidschicht wird dann auf der Oberseite der stressarmen Nitridschicht vorgesehen. Die dünne Oxidschicht und die Nitridschicht werden dann mit einem Muster versehen und geätzt, um eine Dichtung um die zwei Elektroden 334 und 335 zu bilden.
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Eine dünne Epi-Poly-Abscheidungsschicht wird dann auf der Oberseite des unteren Deckabschnitts 328 und der Oberseite der Dichtungen ausgebildet, um einen mittleren Deckschichtabschnitt auszubilden. Der mittlere Deckschichtabschnitt kann planarisiert werden, wenn es gewünscht wird.
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Nachdem Lüftungsöffnungen oder Luftlöcher ausgebildet wurden, wird eine HF-Ätzdampfabgabe durchgeführt, welche die Elektroden 334/335 abgibt (engl. release). Der geätzt Abschnitt 322 zwischen der Oberseite der Elektroden 308/309 in der Ebene und der Unterseite der Elektroden 334/335 legt den Spalt zwischen den in der Ebene liegenden Elektroden 308/309 und der Unterseite der aus oder außerhalb der Ebene liegenden Elektroden 334/335 fest. Eine glatte oder saubere Hochtemperaturdichtung oder -versiegelung wird dann in einem Epi-Reaktor gebildet, um die Luftlöcher abzudichten oder zu versiegeln. Alternativ können die Luftlöcher durch Verwenden von Oxid, Nitrit, Siliziumwanderung, usw. abgedichtet werden.
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Zusätzliche Trench-/Ätzverfahren werden in verschiedenen Ausführungsformen durchgeführt, um die gewünschte endgültige Vorrichtungskonfiguration bereitzustellen. Dem entsprechend kann durch leichte Modifikation des Verfahrens gemäß der 8–15, für die speziellen Anordnungen der Elektroden, jeder der Sensoren in den 1–3 und 5–7 ausgebildet werden. Während ein Verfahren zum Herstellen der offenbarten Strukturen beschrieben wurde, können andere Verfahren verwendet werden.
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Die oben beschriebenen Sensoren enthalten eine Vielzahl von erfassenden Elektroden in der Sensormembran und/oder des festen Elektrodenbereichs. Das Aufnehmen dieser zusätzlichen Elektroden fügt verschiedene Vorteile hinzu, wie übereinstimmende Temperatureffekte von veränderlichen Kapazitäten und Referenzkapazitäten, getrennte Elektroden für elektrostatisches Testen, Möglichkeiten zur Verbesserung der Linearität und einer Fähigkeit zur Erhöhung des dynamischen Bereichs des Sensors.
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Die Vielzahl von Elektroden ist mechanisch gut oder geeignet gekoppelt, während sie elektrisch isoliert sind.
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Konsequenterweise können die oben beschriebenen Vorrichtungen verwendet werden, um einen kapazitiven Sensor mit einer Vielzahl von isolierten Elektroden in einer Membran und/oder festen Elektroden bereitzustellen. In verschiedenen Ausführungsformen ist die Vorrichtung ausgebildet als eine einzelne gemeinsame feste Elektrode, welche eine Vielzahl von Membranelektroden verwendet, und als eine einzelne gemeinsame Membranelektrode, welch eine Vielzahl fester Elektroden verwendet.
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In einigen Ausführungsformen sind die Elektroden aus mit einem Dielektrikum gefüllten isolierenden Trenches oder Gräben (Membran oder feste Elektroden), aus auf der Oberseite einer isolierenden Schicht abgeschiedenem Metall, oder aus einem in Silizium eingesetzten Dotierstoff (Membran oder feste Elektroden) gebildet.
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In einigen Ausführungsformen weisen die Elektroden eine zentrale Elektrode mit einer oder mehreren konzentrischen, äußeren Elektroden auf. In einigen Ausführungsformen weisen die Elektroden einen Satz von zentralen Elektroden (z. B. einen Kreis unterteilt in kleinere Bereiche) mit konzentrischen äußeren Elektroden (ebenfalls in kleinere Bereiche unterteilt) auf. In einigen Ausführungsformen sind die Elektroden beliebig geformt und gemäß einem jeweiligen Anwendungsbedarf angeordnet (Schwingform (engl. mode shape), Layout-Komplexität, usw.). In einigen Ausführungsformen sind die Elektroden gewundene oder ineinandergreifende Elektroden für eine erhöhte Kapazität am Rande oder im Randbereich.
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Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, soll dieses derart verstanden werden, dass dieselben illustrativ sind, aber keinen beschränkenden Charakter aufweisen. Zahlreiche Variationen der oben genannten Ansätze können zum Beispiel enthalten, dass das Durchführen der oben genannten Schritte in einer anderen Reihenfolge möglich ist. Es ist so zu verstehen, dass hierin nur die bevorzugten Ausführungsformen dargestellt wurden und dass alle Änderungen, Modifikationen und weiteren Anwendungen, die innerhalb des Geistes der Erfindung liegen, als geschützt erwünscht sind.
