ES2354842T3

ES2354842T3 - Sensor de presión absoluta micromecanizado.

Info

Publication number: ES2354842T3
Application number: ES01959069T
Authority: ES
Inventors: Steve T. Cho
Original assignee: Hospira Inc
Current assignee: Hospira Inc
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2001-07-20
Publication date: 2011-03-18
Anticipated expiration: 2021-07-20
Also published as: WO2002010702A3; AU2001280660B2; ATE483958T1; EP1305586B1; US6445053B1; JP2004505269A; JP4768205B2; AU8066001A; DE60143202D1; EP1305586A2; WO2002010702A2; CA2410707A1

Abstract

Sensor de presión absoluta, que comprende: (a) una membrana semiconductora (12) que presenta una parte cóncava conectada a una periferia (b) una tableta sustancialmente no conductora (20) dispuesta sobre una parte de la periferia plana de la membrana semiconductora (12); (c) una capa de unión (24) dispuesta de manera adyacente en la membrana semiconductora y la tableta no conductora (20), caracterizada porque comprende además: (d) una base no conductora generalmente plana (32) que presenta un primer y un segundo conductor dispuestos sobre la misma; estando unida dicha base no conductora generalmente plana (32) a la capa de unión (24) al vacío para formar una cavidad de referencia sellada al vacío (36), en la que dicho segundo conductor (44) se extiende desde dicha cavidad en comunicación eléctrica con dicha membrana semiconductora (12), y extendiéndose dicho primer conductor (40, 42) a través de dicha membrana semiconductora (12) y en el interior de dicha cavidad para definir una placa de condensador (42) dentro de la cavidad de referencia sellada al vacío (36), estando eléctricamente aislado dicho primer conductor (40, 42) de la membrana semiconductora (12) mediante la tableta sustancialmente no conductora (20).

Description

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere, en general, a los sensores de presión y más particularmente a sensores de presión absoluta micromecanizados y a un procedimiento para fabricar los mismos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 5

Los recientes avances en las tecnologías de microfabricación y micromecanización están transformando el campo de los transductores de estado sólido al permitir la producción de sistemas microelectromecánicos (MEMS). En general, las siglas MEMS se refieren a la integración de sensores, accionadores y componentes electrónicos utilizando técnicas originadas en la industria de los semiconductores para fabricar sistemas electromecánicos miniaturizados de bajo coste y alto rendimiento, con tamaños mínimos 10 de detalle medidos en micras. Esta forma de miniaturización de los sistemas mecánicos es particularmente atractiva, puesto que de por sí los dispositivos y sistemas micromecánicos son más pequeños, más ligeros, más rápidos y comúnmente más precisos que sus homólogos macroscópicos. Los dispositivos MEMS habitualmente se diseñan mediante técnicas de diseño asistido por ordenador (CAD) creadas para facilitar la producción VLSI (integración a muy gran escala), y habitualmente se producen en lotes mediante herramientas 15 de fabricación basadas en la VLSI. Como los circuitos integrados, los dispositivos MEMS están evolucionando rápidamente hacia tamaños más pequeños, velocidades más altas y funcionalidad más elevada. Además, gracias al procesamiento por lotes, otro de los beneficios principales de la tecnología MEMS es su capacidad de rebajar el coste de los componentes.

Los ejemplos de dispositivos MEMS comprenden sensores de presión de fluidos y sensores de flujo 20 miniaturizados, acelerómetros, giroscopios y dispositivos microópticos. Con un posible mercado de varios miles de millones de dólares, los sensores de presión se encuentran entre los dispositivos MEMS más importantes. Aunque en la mayoría de los transductores de presión de semiconductores se emplean elementos piezorresistentes, los dispositivos que miden la presión basándose en los cambios de capacitancia se han convertido en el centro de atención de las innovaciones para conseguir una mayor sensibilidad a la presión y 25 una menor sensibilidad a la temperatura y una reducción del consumo de energía. Como sucede con los condensadores habituales, estos dispositivos generalmente comprenden un par de elementos conductores que están separados por un espacio. Uno o ambos de los elementos se flexionan debido a las variaciones de la presión, provocando un cambio de la capacitancia medida entre los elementos conductores.

El sensor de presión capacitivo que se da a conocer en la patente US nº 4.853.669 presenta una 30 membrana semiconductora generalmente en forma de sombrero que está fijada alrededor de su periferia a un sustrato para formar una cavidad hermética de referencia. Dentro de la cavidad de referencia está dispuesta una tableta conductora. Cuando se aplica una tensión diferencial entre la tableta conductora y la membrana semiconductora, el dispositivo almacena una carga capacitiva. Cuando la presión externa cambia, la membrana semiconductora se dobla, con lo cual se reduce la distancia entre los elementos conductores y, por 35 consiguiente, la capacitancia del sensor cambia.

El documento EP-A-0633459 da a conocer una estructura de transductor de presión que presenta una estructura de diafragma parcialmente conductora con la finalidad de formar un primer electrodo de un condensador transductor. Se dispone de un sustrato fijado de manera permanente a una parte de la estructura de diafragma. Se incluye además una estructura de silicio que está fijada permanentemente a otra superficie 40 de la estructura de diafragma.

En el procedimiento dado a conocer en la patente citada anteriormente, la membrana semiconductora se fabrica formando, en primer lugar, una barra de material que puede someterse a grabado químico sobre la superficie del sustrato. A continuación, se forman sobre el sustrato unos rebordes de dióxido de silicio grabables, a una altura inferior a la barra, que se extienden hacia dentro hasta entrar en contacto con la barra. 45 Se deposita silicio policristalino sobre la barra y los rebordes, y entonces el sustrato se somete a grabado químico para eliminar la barra y los rebordes de dióxido de silicio, dejando el polisilicio. Con este procedimiento, se forma una cavidad atravesada por una pluralidad de canales. Para sellar la cavidad, el sustrato se expone a una atmósfera de gas o vapor en la que se expande un material por los canales y, por lo tanto, los mismos se cierran. 50

En muchas aplicaciones, es necesario medir la presión con una resolución muy alta a través de un amplio intervalo de temperaturas (por ejemplo, de -25 ºC a 85 ºC). Además, a menudo es necesario detectar la presión absoluta. Para controlar la presión absoluta, los transductores de presión deben comprender una

cavidad de referencia sellada al vacío. Dicha cavidad de referencia no puede obtenerse utilizando el procedimiento y la estructura dados a conocer en la patente indicada anteriormente. No se conoce ningún dispositivo MEMS de la técnica anterior que sea capaz de realizar mediciones de presión absoluta de alta resolución. En consecuencia, será deseable proporcionar un sensor de presión absoluta capacitivo micromecanizado que presente una cavidad de referencia sellada al vacío. Además, será deseable producir 5 dicho sensor mediante un procedimiento por lotes que reduzca el número de etapas de procesamiento y máscaras necesarias en comparación con los procedimientos de procesamiento de técnica anterior para producir dispositivos similares.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Según la presente invención, se proporciona un sensor de presión absoluta que comprende una 10 cavidad de referencia sellada al vacío y un procedimiento para fabricar el sensor mediante micromecanización de un sustrato de silicio. El sensor comprende una membrana semiconductora flexible que delimita una cavidad que se fija a un sustrato, preferentemente de vidrio o silicio, bajo un elevado vacío para formar una cavidad de referencia sellada al vacío utilizando una combinación de técnicas de soldadura eutéctica y anódica. Dentro de la cavidad, existe un primer conductor, y un conductor de transferencia atraviesa la pared de la cavidad. Entre 15 el conductor de transferencia y la membrana semiconductora, existe una tableta no conductora, fabricada preferentemente en un material dieléctrico, para aislar eléctricamente la membrana semiconductora del conductor de transferencia. Además, se conecta un segundo conductor a la membrana semiconductora. Cuando se aplica una tensión diferencial a través de los dos conductores, se forma una carga capacitiva entre el primer conductor y la membrana semiconductora. Cuando la presión externa cambia, la membrana 20 semiconductora se dobla, con lo cual la distancia entre las partes de la membrana y el primer conductor cambia, hecho que determina que la capacitancia también cambie.

El sensor de presión absoluta se fabrica preferentemente utilizando un procedimiento de fabricación por lotes. En primer lugar, se forma una pluralidad de cavidades en la superficie superior de una oblea de silicio, aplicando preferentemente una primera máscara a la oblea de silicio y realizando un mecanizado en 25 masa de la oblea de silicio con un agente de grabado químico. A continuación, se forma una capa semiconductora sobre la superficie superior de la oblea de silicio y la pluralidad de cavidades a través de una difusión de boro. Posteriormente, se forma una pluralidad de tabletas dieléctricas adyacentes a las correspondientes cavidades mediante una segunda máscara y finalmente se forma una capa de unión no conductora sobre la capa semiconductora y la pluralidad de tabletas dieléctricas mediante deposición de 30 polisilicio o silicio amorfo. El material situado en la proximidad de cada cavidad se elimina mediante ataque químico de la oblea de silicio, utilizando una tercera máscara para definir una pluralidad de membranas sensoras individuales. Cada membrana comprende una parte cóncava conectada a una periferia plana sobre la cual se dispone una tableta dieléctrica. A continuación, se le da la vuelta a la oblea de silicio y las periferias de las membranas se fijan a un sustrato no conductor, preferentemente de vidrio, en cuya superficie superior se 35 dispone una pluralidad de conductores dispuestos para proveer un par de conductores a cada membrana sensora. La oblea de silicio y el sustrato no conductor se unen al vacío, para que de ese modo, cuando la capa de unión de cada membrana se fije a la superficie superior del sustrato no conductor, se forme una pluralidad de cavidades de referencia selladas al vacío, cada una de las cuales presenta un par de conductores que parten de las mismas. Uno de los conductores se introduce en la cavidad de referencia y se aísla 40 eléctricamente de la membrana mediante la tableta dieléctrica, y el otro conductor está conectado eléctricamente con la membrana semiconductora. Preferentemente, los conductores se producen depositando oro sobre el sustrato no conductor. Si el sustrato no conductor es vidrio, se lleva a cabo un procedimiento de unión electrostática que determina que el oro se transfiera hacia la capa de unión y forme un sello eutéctico con el vidrio. La tableta dieléctrica impide que el oro del conductor que se conecta con el conductor dispuesto 45 en la cavidad alcance la membrana semiconductora, mientras que una parte del oro del otro conductor, que comprende un contacto, se transfiere a través de la capa de unión para formar un contacto eléctrico con la membrana semiconductora. Una vez que la unión ha finalizado, las partes sobrantes de la oblea de silicio y el sustrato no conductor se eliminan para definir la forma definitiva del sensor.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS 50

Los aspectos anteriores y muchas de las ventajas relacionadas con la presente invención se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la siguiente descripción detallada conjuntamente con los dibujos adjuntos, en los cuales:

la figura 1 es un diagrama de flujo que ilustra las etapas del procedimiento utilizado para fabricar un sensor de presión absoluta según la presente invención; 55

la figura 2 es una vista en sección transversal que representa la estructura del sensor de presión absoluta después de la primera etapa de procesamiento, en la que se efectúa un rebaje en un sustrato de silicio mediante grabado químico y se forma una capa semiconductora;

la figura 3 es una vista en sección transversal que representa la estructura del sensor de presión absoluta después de la segunda etapa de procesamiento, en la que se deposita una tableta dieléctrica junto al 5 rebaje;

la figura 4 es una vista en sección transversal que representa la estructura del sensor de presión absoluta después de la tercera etapa de procesamiento, en la que se deposita una capa de unión sobre la tableta dieléctrica y la capa semiconductora;

la figura 5 es una vista en sección transversal que representa la estructura del sensor de presión 10 absoluta después de la cuarta etapa de procesamiento, en la que se realiza un mecanizado en masa para definir un esbozo de la membrana del sensor;

la figura 6 es una vista en sección transversal que representa la estructura del sensor de presión absoluta después de la quinta etapa de procesamiento, en la que la capa de unión se fija al vacío a un sustrato no conductor para formar una cavidad de referencia sellada al vacío; 15

la figura 7 es una vista en sección transversal que representa la configuración definitiva del sensor de presión absoluta después de la sexta etapa de procesamiento, en la que se utiliza el mecanizado en masa para definir la forma final de la membrana semiconductora del sensor;

la figura 8 es una vista en planta que representa la estructura del sensor de presión absoluta después de la segunda etapa de procesamiento; 20

la figura 9 es una vista en planta que representa la estructura del sensor de presión absoluta después de la cuarta etapa de procesamiento;

la figura 10 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea de sección 10-10 de la figura 7, que representa la relación posicional entre la membrana semiconductora y un conjunto de conductores dispuestos sobre el sustrato no conductor; 25

la figura 11 es una vista en planta que representa cómo se fabrica una pluralidad de sensores de presión absoluta durante la cuarta etapa de procesamiento utilizando un procedimiento por lotes;

la figura 12 es una vista en planta que representa una disposición de una pluralidad de conjuntos de conductores del sustrato no conductor que se va a utilizar en el procedimiento por lotes y

las figuras 13A y 13B son unas vistas en sección transversal del sensor de presión absoluta que 30 representan (de una forma algo exagerada) cómo se dobla la membrana semiconductora y hace variar la capacitancia del sensor, como respuesta a un cambio de la presión externa.

DESCRIPCIÓN DE LA FORMA DE REALIZACIÓN PREFERIDA

Haciendo referencia a las figuras 1 y 2, el procedimiento para fabricar un sensor de presión absoluta según la presente invención empieza con una primera etapa de procesamiento 10, en la que se forma una 35 membrana semiconductora 12 sobre un sustrato de silicio 14. En general, se fabrica una pluralidad de sensores de presión del tipo descrito a continuación, preferentemente con un procedimiento por lotes en el que se realizan unas etapas que guardan cierta similitud con las utilizadas en los procedimientos de fabricación de semiconductores. En consecuencia, el sustrato de silicio 14 habitualmente comprenderá una oblea de silicio de diez, quince o veinte centímetros, sobre la cual se fabrica una pluralidad de sensores de presión absoluta. No 40 obstante, para simplificar, sólo se representan en las figuras 2 a 7 y se describen las etapas de fabricación de un único sensor. Además, debe tenerse en cuenta que, aunque las diversas capas que comprende el sensor de presión absoluta son muy delgadas, las dimensiones de estas capas representadas en las figuras se exageran mucho para mayor claridad.

Durante la primera etapa de procesamiento 10, se aplica una primera máscara a un sustrato de silicio 45 14 para definir un rebaje 16 (indicado mediante una línea gruesa más oscura en la figura 2), que se obtiene por grabado químico del sustrato de silicio 14 utilizando un procedimiento de grabado químico por mecanizado en masa convencional, tal como el grabado químico con hidróxido de potasio (KOH). Una vez que se ha realizado el grabado químico del sustrato de silicio 14, la membrana semiconductora 12 se forma sobre una parte de la

superficie superior del sustrato de silicio y el rebaje 16 a través de una difusión de boro realizada a una temperatura de aproximadamente 1150 ºC durante un período de tiempo comprendido entre 1 y 15 horas. Es importante destacar que la membrana semiconductora 12 sólo comprende una capa de material semiconductor en ese momento, aunque se convertirá en una membrana durante el subsiguiente procesamiento. La duración del proceso de difusión del boro a esta temperatura tan elevada se selecciona para obtener un espesor de 5 membrana deseado, que preferentemente se hallará en el intervalo de 2 a 10 micras.

Haciendo referencia a las figuras 3 y 8, se utiliza una segunda máscara para formar una tableta dieléctrica del conductor de transferencia 20 sobre una parte periférica de la membrana semiconductora 12, tal como se indica en la segunda etapa de procesamiento 18 (en la figura 1). Durante esta etapa, se deposita una capa de nitruro de un espesor de 300 a 700 angstrom, mediante deposición química en fase vapor a baja 10 presión (LPCVD) de diclorosilano (SiH2Cl2) en presencia de amoníaco (NH3), a una presión de aproximadamente ½ Torr y una temperatura de aproximadamente 820 ºC. El nitruro depositado comprende un material dieléctrico, lo cual significa que es un buen aislante eléctrico y que al mismo tiempo es capaz de tolerar bien los campos electrostáticos. Tal como se explicará en profundidad a continuación, la placa dieléctrica del conductor de transferencia 20 se utiliza para aislar eléctricamente un conductor del conductor de 15 transferencia de la membrana semiconductora 12. En consecuencia, además de la deposición del nitruro, puede formarse una capa de oxidación encima de la tableta dieléctrica del conductor de transferencia 20 para aumentar todavía más las características de asilamiento eléctrico de la tableta. Tal como se representa en la figura 8, la tableta dieléctrica del conductor de transferencia 20 comprende una tableta sustancialmente rectangular que abarca una parte de la periferia de la membrana semiconductora 12. 20

Durante una tercera etapa de procesamiento 22, se deposita una capa de unión 24 que preferentemente presenta un espesor aproximado de entre 500 y 5000 angstroms sobre la membrana semiconductora 12 y la tableta dieléctrica del conductor de transferencia 20, tal como se representa en la figura 4. La capa de unión 24 comprende preferentemente polisilicio o silicio amorfo y se deposita sobre la membrana 14 mediante LPCVD, deposición química en fase de vapor activada por plasma (PECVD), deposición química 25 en fase de vapor a presión atmosférica (APCVD) o mediante pulverización iónica. Por ejemplo, puede formarse una capa de unión de polisilicio mediante la LPCVD del silano (SiH4) a una temperatura de aproximadamente 560 ºC.

A continuación, durante la cuarta etapa de procesamiento 26 (en la figura 1), se extraen volúmenes de material 28 y 30 de la periferia del sustrato de silicio, la membrana semiconductora y la capa de unión mediante 30 mecanizado en masa hasta una profundidad que es preferentemente de aproximadamente 6000 Angstroms por debajo del borde inferior de la membrana semiconductora 12, para delimitar el perfil externo de la membrana semiconductora 12 y la capa de unión 24 de cada sensor, tal como se representa en las figuras 5, 9 y 10. Preferentemente, esta etapa de mecanización en masa se realiza mediante pulverización reactiva de iones en un reactor de plasma, utilizando una tercera máscara para definir el grado de eliminación de material. 35

Según una quinta etapa de procesamiento 34 (figura 1), y tal como se representa en la figura 6, se da la vuelta al sustrato de silicio 12 (es decir, la oblea de silicio) y se fija a un sustrato no conductor 32 que preferentemente comprende vidrio o silicio. Esta etapa de unión se realiza mientras los sustratos se hallan bajo un vacío muy elevado (inferior a un Torr, por ejemplo) para producir una cavidad de referencia sellada al vacío 36 en cada sensor. Asimismo, esta etapa se realiza utilizando una cuarta máscara para definir la forma de las 40 superficies unidas. Tal como se representa en la figura 12, se dispone una pluralidad de conjuntos de tabletas metálicas 38 sobre la superficie superior del sustrato no conductor 32, comprendiendo cada conjunto de tabletas metálicas un electrodo de conductor de transferencia 40 que se extiende desde una placa del condensador 42 y una tableta de contacto 44. Preferentemente, las tabletas metálicas comprenden oro que se deposita en la superficie superior del sustrato no conductor 32, utilizando un procedimiento de recubrimiento 45 convencional tal como la LPCVD, la PECVD, la APCVD o la pulverización iónica. Tal como se representa en la figura 10, el sustrato no conductor 32 y el sustrato de silicio 14 están alineados antes de la etapa de unión, de tal manera que la placa del condensador 42 esté orientada hacia el centro del área rebajada de la membrana semiconductora 12, y de tal manera que el electrodo del conductor de transferencia 40 esté en una posición adyacente a la tableta dieléctrica del conductor de transferencia 20, para cada sensor. El tipo de unión utilizada 50 depende del material utilizado para el sustrato no conductor 32. Cuando el sustrato no conductor 32 comprende vidrio, se emplea preferentemente una unión electrostática. No obstante, cuando el sustrato no conductor comprende silicio, se emplean preferentemente las técnicas de unión para obleas de silicio convencionales.

El procedimiento de unión se realiza de una manera que asegura una tasa de fuga sumamente baja 55 entre la cavidad de referencia 36 y el aire ambiental que rodea los sensores, cuando estos vuelven a someterse a la presión atmosférica. Esta tasa de fuga mínima se consigue a través de un nuevo procedimiento

de sellado que representa un aspecto clave de la presente invención. Durante la etapa de unión, el oro del electrodo del conductor de transferencia 40 penetra dentro de la capa de unión 24 y fluye hacia el interior de los huecos microscópicos que puedan estar presentes entre la capa de unión y el sustrato no conductor, en las zonas en las que está dispuesto el electrodo del conductor de transferencia, formándose de ese modo un sello eutéctico en el lugar en el que el conductor de transferencia se introduce en la cavidad de referencia 36. En 5 cambio, la unión anódica tiene lugar entre la capa de unión y el sustrato no conductor de las zonas externas al área del conductor de transferencia. Esta unión anódica forma un sello de escala atómica que permite mantener la cavidad de referencia 36 a un alto vacío, preferentemente con una tasa de fuga inferior a alrededor de 10-16 centímetros cúbicos estándar por minuto (SCCM).

Otro aspecto clave de la presente invención es el aislamiento eléctrico entre el electrodo del conductor 10 de transferencia 40 y la membrana semiconductora 12. Como se ha indicado anteriormente, el oro del electrodo del conductor de transferencia 40 penetra en la capa de unión 24, que comprende polisilicio o silicio amorfo, produciéndose la unión electrostática. En cambio, la capa de nitruro (y una capa de óxido opcional) de la tableta de aislamiento del conductor de transferencia 20 impide que el oro se introduzca en la capa semiconductora 12. Por consiguiente, la membrana semiconductora 12 queda eléctricamente aislada del 15 electrodo del conductor de transferencia 40.

Haciendo referencia a la figura 7, la forma final de la pluralidad de sensores de presión absoluta 48 se define durante la sexta etapa de procesamiento 46 (figura 1), en la que se elimina una parte principal del sustrato de silicio 14 mediante mecanizado en masa (es decir, se elimina mediante disolución a través de un procedimiento de grabado químico). La disolución del sustrato de silicio 14 se realiza preferentemente 20 mediante grabado químico con etilendiamina – pirocatecol – agua, KOH o un procedimiento de pulido electroquímico o de grabado químico.

Tal como se ha indicado anteriormente, en unas instalaciones de fabricación comunes las etapas de procesamiento 1 a 6 se aplicarán a una oblea de silicio y una oblea de vidrio o a un par de obleas de silicio para formar una pluralidad de sensores de presión absoluta. Cada sensor tendrá preferentemente un área 25 aproximada de 0,75 mm cuadrados. Tras la etapa de disolución de la oblea, el sustrato no conductor 32 se corta con una sierra para separar los sensores individualmente o en grupos. Se prevé que para ciertas aplicaciones tal vez sea deseable formar un grupo de dos o tres sensores de presión absoluta sobre un único sustrato no conductor.

Haciendo referencia a las figuras 13A y 13B, el sensor de presión absoluta 48 funciona de la manera 30 indicada a continuación. Se aplica una tensión diferencial a través del electrodo del conductor de transferencia 40 y la tableta de contacto 44, que está comunicada eléctricamente con la membrana semiconductora 12. Esta tensión crea una carga «Q» entre la placa del condensador 42 y la membrana semiconductora 12, puesto que la membrana semiconductora funciona como una segunda placa de condensador. La cantidad de carga Q almacenada por la capacitancia del sensor de presión absoluta 48 depende de dos factores: la tensión 35 diferencial aplicada y la distancia entre la placa del condensador 42 y la membrana semiconductora 12, es decir, la capacitancia del dispositivo. En consecuencia, si el diferencial de tensión se mantiene constante, la carga Q del dispositivo (o su capacitancia) será directamente proporcional a la distancia entre la placa del condensador 42 y la membrana semiconductora 12.

Debido a la delgadez de la membrana semiconductora 12 y la capa de unión 24, la membrana 40 semiconductora se dobla cuando la presión ejercida por un gas o fluido que rodea el sensor supera la presión de la cavidad de referencia 36. Puesto que la cavidad de referencia 36 se mantiene al alto vacío (es decir, a una presión absoluta muy baja), el sensor de presión es capaz de determinar la presión absoluta del gas o fluido circundante. Por ejemplo, si el sensor de presión absoluta 48 se dispone en un vacío moderadamente alto de presión P1, sólo existe una pequeña presión diferencial entre el moderadamente alto vacío y el alto 45 vacío de la cavidad de referencia 36. Por consiguiente, la membrana semiconductora 12 se flexiona muy poco, tal como se representa en la figura 13A. Entonces, el transductor de presión absoluta podrá almacenar la carga de Q1. Haciendo referencia a la figura 13B, se va a suponer ahora que la presión se eleva hasta un nivel de presión P2 mucho más elevado (cercano al atmosférico). La presión diferencial más elevada entre la presión atmosférica cercana aplicada externamente a la membrana semiconductora y el elevado vacío de la cavidad de 50 referencia 36 determinan que la membrana semiconductora 12 se doble hacia dentro, reduciendo la distancia entre algunas partes de la membrana semiconductora y la placa del condensador 42, y reduciendo a su vez la carga Q2 que el dispositivo puede almacenar debido a su menor capacitancia. Si se detecta la capacitancia del transductor de presión absoluta (o se detecta la carga almacenada por el dispositivo) mediante cualquiera de los circuitos eléctricos de fácil calibrado disponibles en el mercado y diseñados para esta finalidad, podrá 55 obtenerse una indicación de la presión absoluta de cualquier fluido al que esté expuesta la parte externa del sensor de presión absoluta.

Aunque la presente invención se ha descrito en relación con la forma preferida de puesta en práctica, los expertos ordinarios en la materia tendrán en cuenta que es posible realizar muchas modificaciones a la misma dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. En consecuencia, el alcance de la presente invención no está limitado en modo alguno por la descripción anterior, sino que se determina en su totalidad haciendo referencia a las siguientes reivindicaciones. 5

Claims

REIVINDICACIONES

1. Sensor de presión absoluta, que comprende:

(a) una membrana semiconductora (12) que presenta una parte cóncava conectada a una periferia plana;

(b) una tableta sustancialmente no conductora (20) dispuesta sobre una parte de la periferia plana de 5 la membrana semiconductora (12);

(c) una capa de unión (24) dispuesta de manera adyacente en la membrana semiconductora y la tableta no conductora (20), caracterizada porque comprende además:

(d) una base no conductora generalmente plana (32) que presenta un primer y un segundo conductor dispuestos sobre la misma; estando unida dicha base no conductora generalmente plana (32) a la capa de 10 unión (24) al vacío para formar una cavidad de referencia sellada al vacío (36), en la que dicho segundo conductor (44) se extiende desde dicha cavidad en comunicación eléctrica con dicha membrana semiconductora (12), y extendiéndose dicho primer conductor (40, 42) a través de dicha membrana semiconductora (12) y en el interior de dicha cavidad para definir una placa de condensador (42) dentro de la cavidad de referencia sellada al vacío (36), estando eléctricamente aislado dicho primer conductor (40, 42) de 15 la membrana semiconductora (12) mediante la tableta sustancialmente no conductora (20).
2. Sensor de presión según la reivindicación 1, caracterizado porque la membrana semiconductora (12) comprende silicio dopado.
3. Sensor de presión según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho primer conductor (40, 42) comprende una placa de condensador (42) conectada a un tramo de conductor que se extiende desde la 20 cavidad de referencia sellada al vacío (36).
4. Sensor de presión según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho primer (40, 42) y segundo (44) conductores comprenden oro.
5. Sensor de presión según la reivindicación 4, caracterizado porque el oro del primer conductor (40, 42) ha penetrado dentro de la capa de unión (24) y rellena cualquier hueco entre la capa de unión (24) y la 25 base no conductora generalmente plana (32) próxima al primer conductor (40, 42) para proporcionar un sello eutéctico en una interfaz entre la cavidad de referencia sellada al vacío (36) y el primer conductor (40, 42).
6. Sensor de presión según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa de unión (24) comprende uno de entre un polisilicio y un sillico amorfo.
7. Sensor de presión según la reivindicación 1, caracterizado porque la tableta sustancialmente no 30 conductora (20) comprende un material dieléctrico.
8. Sensor de presión según la reivindicación 1, caracterizado porque se forma una unión anódica entre la capa de unión (24) y la base no conductora generalmente plana (32).
9. Procedimiento para fabricar simultáneamente una pluralidad de sensores de presión absoluta, que comprende las etapas siguientes: 35

(a) formar una pluralidad de rebajes en la superficie superior de una oblea de silicio;

(b) formar una capa semiconductora que se extiende por encima de la superficie superior de la oblea de silicio y penetra en la pluralidad de rebajes;

(c) formar una pluralidad de unas tabletas sustancialmente no conductoras (20), una para cada sensor, por encima de la capa semiconductora; 40

(d) formar una capa de unión (24) por encima de la capa semiconductora y la pluralidad de tabletas sustancialmente no conductoras (20);

(e) grabar químicamente la oblea de silicio en las proximidades de cada cavidad para definir una pluralidad de membranas semiconductoras (12), comprendiendo cada una de las membranas semiconductoras (12) una parte cóncava y una periferia plana circundante; 45

(f) proporcionar un sustrato no conductor que presenta una pluralidad de tabletas conductoras dispuestas sobre su superficie superior, estando dispuesta dicha pluralidad de tabletas conductoras sobre el sustrato no conductor con el fin de definir para cada membrana del sensor:

(i) una placa de condensador (42) conectada a un electrodo de conductor de transferencia; y

(ii) una tableta de contacto; 5

(g) fijar al vacío la oblea de silicio al sustrato no conductor para definir una pluralidad de cavidades de referencia selladas al vacío (36), presentando cada cavidad de referencia un electrodo de conductor de transferencia que se extiende desde la misma a través de una de las tabletas sustancialmente no conductoras (20), de tal forma que el electrodo de conductor de transferencia queda aislado eléctricamente de la membrana semiconductora (12), y estando comunicada cada membrana semiconductora (12) eléctricamente con una 10 correspondiente tableta de contacto; y

(h) dividir la oblea de silicio y el sustrato no conductor en sensores de presión absoluta individuales o grupos de sensores de presión absoluta.