包括(多个)可变形压力容器的压力传感器的制作方法
本文描述的主题涉及压力传感器。
背景技术：
微机械设备通常用于产生许多类型的传感器，包括但不限于压力传感器、加速度计、陀螺仪、以及磁力计。随着时间的流逝，消费者继续要求通过将这些传感器合并为组合传感器来降低这类传感器的尺寸、成本、以及电流消耗。然而，不同的制造工艺经常用于制造不同类型的传感器。使用针对每种类型的传感器的不同制造工艺使得集成复杂化。
常规的微机械压力传感器通常形成在电子封装体中，所述电子封装体具有在衬底中的空腔之上延伸的膜(亦称为隔膜)，从而使得所述膜与所述衬底共面。膜以上的压力相对于膜以下的压力的相对变化导致使膜发生变形的净力。基于电容的原理可用于检测变化的幅度，从而使得更大的电容对应于更大的幅度。
例如，应变传感器可以并入膜中。这些应变传感器可以包括由压力传感器的硅衬底形成的压电材料，膜可以由所述压电材料制成。在另一示例中，电极可以放置在空腔中，并且随着膜由于膜的变形而移动接近电极，电容增加。根据此示例，当电压施加在膜与电极之间时，膜和电极上的电荷之间的差与其间距相关。
在这种常规压力传感器中，膜的支撑件附接至周围的电子封装体。当电子封装体附接至电路板时，温度和应力变化可被传输到膜的支撑件中并且由此产生对变化幅度的错误阅读。而且，众所周知，压电材料对温度变化相对敏感。
校准技术有时可以用于消除基于温度和应力变化的阅读误差(如果温度和应力变化是由于传感器内部的张力引起的，诸如由在传感器内部的材料之中的不同的热膨胀(cte)系数值引起的那些)。例如，参考感测元件可以与主要感测元件组合使用，从而使得可以在主要感测元件与参考感测元件之间作出区别阅读。然而，使用这种校准技术可能消耗衬底上的大量面积，增加传感器的成本，和/或不能充分地消除误差。此外，对不在传感器内部的应力变化的补偿可能不是可能的。
宏观压力传感器频繁地基于机械连结于千分表的波登管的变形。
技术实现要素：
本文描述了用于除其他以外的使用包括(多个)可变形压力容器的(多个)压力传感器来执行压力传感器技术的各种方式。压力容器是具有限定空隙的横截面的物体。可变形压力容器为具有至少一个弯曲部分的压力容器，所述至少一个弯曲部分被配置为基于空腔中的空腔压力与所述压力容器中的容器压力之间的压差而在结构上发生变形(例如，弯曲、剪切、拉长等)，所述压力容器的至少一部分悬挂在所述空腔中。
描述了示例压力传感器，所述示例压力传感器包括：半导体衬底、压力容器、以及换能器。所述半导体衬底包括空腔。所述压力容器具有限定空隙的横截面。所述压力容器具有至少一个弯曲部分，所述至少一个弯曲部分被配置为基于所述空腔中的空腔压力与所述压力容器中的容器压力之间的压差而在结构上发生变形。所述压力容器的至少第一部分悬挂在所述空腔中。所述换能器耦合至所述压力容器的所述第一部分。所述换能器具有随着所述压力容器的结构变形而发生变化的属性。
还描述了示例方法。在第一示例方法中，提供包括空腔的半导体衬底。制造具有限定空隙的横截面的压力容器。所述压力容器具有至少一个弯曲部分，所述至少一个弯曲部分被配置为基于所述空腔中的空腔压力与所述压力容器中的容器压力之间的压差而在结构上发生变形。所述压力容器的至少一部分悬挂在所述空腔中。制造耦合至所述压力容器的所述部分的换能器。所述换能器具有随着所述压力容器的结构变形而发生变化的属性。
在第二示例方法中，接收空腔中的空腔压力，所述空腔被包括在压力传感器的半导体衬底中。接收所述压力传感器的压力容器中的容器压力。所述压力容器具有限定空隙的横截面。所述压力容器具有至少一个弯曲部分，所述至少一个弯曲部分被配置为基于所述空腔压力与所述容器压力之间的压差而在结构上发生变形。所述压力容器的至少一部分悬挂在所述空腔中。对耦合至所述压力容器的所述部分的换能器的属性进行测量。所述属性随着所述压力容器的结构变形而发生变化。
还描述了示例系统。第一示例系统包括：空腔逻辑、容器逻辑、以及换能器逻辑。所述空腔逻辑被配置成用于提供包括空腔的半导体衬底。所述容器逻辑被配置成用于制造具有限定空隙的横截面的压力容器。所述压力容器具有至少一个弯曲部分，所述至少一个弯曲部分被配置为基于所述空腔中的空腔压力与所述压力容器中的容器压力之间的压差而在结构上发生变形。所述压力容器的至少一部分悬挂在所述空腔中。所述换能器逻辑被配置成用于制造耦合至所述压力容器的所述部分的换能器。所述换能器具有随着所述压力容器的结构变形而发生变化的属性。
第二示例系统包括测量逻辑。被包括在压力传感器的半导体衬底中的空腔接收空腔压力。所述压力传感器的压力容器接收容器压力。所述压力容器具有限定空隙的横截面。所述压力容器具有至少一个弯曲部分，所述至少一个弯曲部分被配置为基于所述空腔压力与所述容器压力之间的压差而在结构上发生变形。所述压力容器的至少一部分悬挂在所述空腔中。换能器耦合至所述压力容器的所述部分。所述测量逻辑测量随着所述压力容器的结构变形而发生变化的所述换能器的属性。
还描述了示例计算机程序产品。所述计算机程序产品包括计算机可读介质，所述计算机可读介质在其上记录有用于使基于处理器的系统能够制造压力传感器的计算机程序逻辑。所述计算机程序逻辑包括：第一程序逻辑模块、第二程序逻辑模块、以及第三程序逻辑模块。所述第一程序逻辑模块用于使得所述基于处理器的系统能够提供包括空腔的半导体衬底。所述第二程序逻辑模块用于使得所述基于处理器的系统能够制造具有限定空隙的横截面的压力容器。所述压力容器具有至少一个弯曲部分，所述至少一个弯曲部分被配置为基于所述空腔中的空腔压力与所述压力容器中的容器压力之间的压差而在结构上发生变形。所述压力容器的至少一部分悬挂在所述空腔中。所述第三程序逻辑模块用于使得所述基于处理器的系统能够制造耦合至所述压力容器的所述部分的换能器。所述换能器具有随着所述压力容器的结构变形而发生变化的属性。
提供本发明内容是为了以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本发明内容并不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。而且，注意到本发明不限于在详细描述和/或本文档的其他章节中所描述的具体实施例。仅出于说明性目的而在此呈现这样的实施例。基于本文所包含的教导，附加实施例对于相关领域的技术人员而言将是明显的。
附图说明
并入于此并形成说明书的一部分的附图展示了各实施例，并且结合描述进一步用于解释各实施例的原理并且使得相关领域的技术人员能够制作并使用所公开的技术。
图1至图3示出了根据本文描述的实施例的用于展示制造压力容器的晶片的横截面。
图4是根据本文描述的实施例的具有镰刀形形状的示例可变形压力容器的顶视图。
图5示出了根据本文描述的实施例的包括图4中示出的可变形压力容器的示例压力传感器。
图6和图7示出了根据本文描述的实施例的包括两个感测元件的示例压力传感器。
图8a至图8c示出了根据本文描述的实施例的具有相应耦合安排的示例压力传感器。
图9是根据本文描述的实施例的压力传感器的侧视图。
图10是根据本文描述的实施例的多腔压力传感器的简化顶视图。
图11a至图11o示出了根据本文描述的实施例的用于展示制造压力传感器的晶片的横截面。
图12描绘了根据本文描述的实施例的具有开口的压力容器。
图13描绘了根据本文描述的实施例的用于制造压力传感器的示例方法的流程图。
图14是根据本文描述的实施例的示例制造系统的框图。
图15描绘了根据本文描述的实施例的用于使用压力传感器的示例方法的流程图。
图16是根据本文描述的实施例的示例测量系统的框图。
图17是可以用于实现各实施例的计算系统的框图。
当结合附图时，所公开的技术的特征和优点将从以下阐述的详细描述中变得更加明显，在附图中，相同的字符在整个说明书中标识对应的元件。在这些附图中，相同的参考数字通常指示相同的、功能上类似的和/或结构上类似的元件。元件在其中第一次出现的附图由相应的参考编号中的最左边的数字指示。
具体实施方式
i.介绍
以下详细描述参考展示本发明的示例性实施例的附图。然而，本发明的范围不限于这些实施例，而相反是由所附权利要求书来限定。因此，诸如所展示的实施例的修改版本的在附图所示之外的实施例可以仍然由本发明所涵盖。
在说明书中引用的“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等指示所描述的实施例可以包括具体特征、结构或特性，但每一个实施例可能不一定包括所述具体特征、结构或特性。而且，这些短语无须指代相同实施例。此外，当关于实施例而描述了特定特征、结构或特性时，应当认为的是，无论是否进行了明确描述，结合其他实施例来实现这种特征、结构或特性都在相关领域的技术人员的知识内。
ii.示例实施例
本文描述的示例实施例能够使用包括(多个)可变形压力容器的(多个)压力传感器来执行压力传感器技术(例如，基于电容的压力传感器技术)。压力容器是具有限定空隙的横截面的物体。可变形压力容器为具有至少一个弯曲部分的压力容器，所述至少一个弯曲部分被配置为基于空腔中的空腔压力与所述压力容器中的容器压力之间的压差而在结构上发生变形(例如，弯曲、剪切、拉长等)，所述压力容器的至少一部分悬挂在所述空腔中。
压力传感器可以包括从一片单晶硅造型的结构。从一片单晶硅造型这些结构可以从机械角度提供益处，例如由于硅可以包括相对较少的瑕疵(例如，无瑕疵)和/或硅可以是相对好控制的材料。本文描述的一些压力传感器是基于电容的，这意味着那些压力传感器包括一个或多个电容器以便测量压差。为了制造具有未短接在一起的极板的电容器，可以使用隔离技术。例如，可以采用沟槽隔离技术，其中，在造型结构之前将绝缘分割部嵌入在晶片中，从而使得所述绝缘分割部电绝缘但与所述多片结构机械地耦合在一起。将认识到的是，本文提及的隔离技术不限于在基于电容的压力传感器中使用。例如，隔离技术可以用于任何适合类型的压力传感器(例如，非基于电容的压力传感器)。在题为“strengthenedmicro-electromechanicalsystemdevicesandmethodsofmakingthereof(强化的微电机系统设备及其制造方法)”的美国专利申请公开号2012/0205752中描述了用于将绝缘分割部嵌入在晶片中的一些示例技术。
与用于感测压力的常规技术相比，本文描述的示例技术具有多种益处。例如，所述示例技术的特征在于相对低的应力/热敏感度。从而，所述示例技术可能比常规的压力感测技术更少的受到外部封装体的影响。例如，本文描述的示例压力传感器可以具有支撑结构，所述支撑结构被配置成用于物理地支撑(多个)压力容器，所述压力容器阻碍外部张力传输到所述压力传感器的感测区域中。压力传感器的感测区域由半导体衬底中的空腔来限定。从而，所述示例技术可以能够将外部压力变化在内部耦合至压力传感器，同时阻碍温度引起的外部封装体应力在内部耦合至压力传感器。
例如，压力容器连接至衬底的点与所述压力容器连接至换能器的点之间的距离可以相对较小。在另一示例中，所述换能器连接至衬底的点与所述换能器连接至所述压力容器的点之间的距离可以相对较小。在又另一示例中，所述压力容器连接至衬底的点与所述换能器连接至所述衬底的点之间的距离可以相对较小。与常规的压力传感器相比，制造特征在于前述相对较小的距离中的任一个或多个距离的压力传感器可能导致封装体应力进入所述压力传感器的相对更低的可能性。例如，前述距离中的任一个或多个距离可以小于或等于环绕矩形的更小边的长度的三分之一，所述环绕矩形是具有最小面积的矩形(在用来制造所述压力传感器的晶片的平面内)，所述最小面积包围所述压力容器的至少一部分悬挂在其中的空腔。所描述的压力传感器可能对温度变化不敏感。与常规的压力传感器相比，所描述的压力传感器的特征在于相对高的信噪比(snr)。
本文描述的示例压力传感器的特征在于相对低的制造成本。例如，所描述的压力传感器可以基于现有的制造技术被制造。所描述的压力传感器可以能够使用与用于制造惯性传感器(诸如加速度计和/几篇陀螺仪)的工艺相似或相同的制造工艺被制造。例如，在相同晶片上(例如，同时地)建立压力传感器(诸如加速度计和/或陀螺仪)可以降低压力传感器的成本。压力传感器可以与加速度计和/或陀螺仪共享共同的感测原理(例如，基于可变电容的运动感测)。从而，压力传感器、加速度计、和/或陀螺仪可以共享电路，从而使得在相同晶片上制造它们可以引起在其上制造的晶片或设备的相对小的增量成本。
图1至图3示出了根据本文描述的实施例的用于展示制造压力容器的晶片的横截面100、200和300。制造可以基于用于构建微机械设备的工艺(如在题为“trenchisolationformicromechanicaldevices(用于微机械设备的沟槽隔离)”的美国专利号6,239,473中描述的)，尽管示例实施例的范围不限于此方面。图1至图3中描绘了美国专利号6,239,473中所描述的工艺的一部分。
如图1所示，在晶片102中形成沟槽104。应当注意的是，本文讨论的晶片可以出于说明性目的而被称为硅晶片并且不旨在是限制性的。将认识到的是，每个晶片(例如，晶片102)可以包括任何合适类型的材料，包括但不限于硅、砷化镓等。可以通过使用高蚀刻速率的深反应离子蚀刻、高选择性蚀刻来形成沟槽104，尽管示例实施例的范围不限于此方面。例如，可以使用sf6气体混合物在高密度等离子体中蚀刻沟槽104。在题为“methodofanisotropicallyetchingsilicon(各向异性蚀刻硅的方法)”的美国专利号5,501,893中描述了一种用于使用sf6气体混合物在高密度等离子体中对沟槽进行蚀刻的技术。
沟槽104可以在沿着轴线115的相应点处具有各种宽度，所述轴线垂直于沟槽104的横截面上、晶片102的顶表面116。可以控制用于形成沟槽104的蚀刻，从而使得沟槽104的轮廓是凹形的或锥形的，沟槽104的开口106具有宽度w1，所述宽度比沟槽104的底部108的宽度w2更窄。这种变尖可以增加在后续加工中实现电隔离的可能性。轮廓变尖可在反应离子蚀刻中通过调整钝化的程度来实现、或者在蚀刻的过程中通过改变放电的(多个)参数(例如，功率、气流、和/或压力)来实现。由于沟槽104至少部分地填充有电介质，因此开口106的宽度w1可以被选择为相对较小(例如，小于2微米(μm))。沟槽104的深度d可以在10-50μm的范围内。沟槽104的底部108的宽度w2可以在2-3μm的范围内。以上提及的示例宽度和深度测量出于说明性目的而被提供并且不旨在是限制性的。将认识到的是，可以使用任何合适的宽度和深度值。
沟槽104的最大宽度wtr被限定为沟槽104在沿着所述轴线115的点处的宽度，所述宽度不小于沟槽104在沿着所述轴线115的任何其他点处的宽度。沟槽104的最大宽度wtr可以基本上小于沟槽104的深度d，尽管示例实施例的范围不限于此方面。沟槽104的纵横比被限定为d/wtr(即沟槽104的深度除以沟槽104的最大宽度)。所述纵横比可以是任何合适的值(例如，大于三、大于3.5、大于四、大于五等)。例如，沟槽104可以被配置为具有大于四的纵横比以便促进本文描述的示例压力传感器的可制造性和/或压力感测性能。
蚀刻沟槽104可以包括：在电感耦合等离子体(sf6和氩混合物)中将蚀刻步骤(具有氩的氟里昂)与钝化步骤进行交替以便以高选择性实现到光阻剂(>50:1)和氧化物(>100:1)的超过2μm/分的蚀刻速率。蚀刻循环的功率和持续时间可以随着沟槽104的加深而增加以实现变尖的轮廓。虽然沟槽104的几何形状被示出为是凹形的，但是任意的沟槽轮廓可与微结构加工中的调整相适应。可利用多种已知的沟槽蚀刻化学中的任一种来实现适当的隔离结果。
如图2所示，晶片102被氧化。通过对晶片102进行氧化，在晶片102的顶表面116并且沿着沟槽104的侧壁218和底部108设置二氧化硅层210(或其他合适的绝缘电介质材料)。例如，所述二氧化硅层210可以形成沿着沟槽104的侧壁218和底部108的二氧化硅内衬。二氧化硅层210的厚度可以例如超过1μm。可以使用化学气相沉积(cvd)技术或者在相对高的温度下利用硅氧化来完成二氧化硅层210的设置在热氧化中，晶片102可以暴露于温度范围在900-1150℃的富氧环境下。在此示例中，氧化工艺消耗硅表面以便形成二氧化硅层210。将认识到的是，晶片可以由任何合适类型的半导体材料形成，并且其表面可以被消耗以便形成除二氧化硅之外的氧化物层。由此工艺产生的体积膨胀使得沟槽104的侧壁218彼此侵犯，并且二氧化硅层210在位置214处密封，从而关闭开口106。
由于沟槽104的开口106的宽度w1比沟槽104的底部108的宽度w2窄，因此形成空隙212。所述空隙212在制造中通常可能是非期望的；然而，本文描述的实施例中，所述空隙212被用作压力传感器设计的基础。
所述空隙212可以在沿着轴线215的相应点处具有各种宽度，所述轴线垂直于所述空隙212的横截面上、晶片102的顶表面116。所述空隙212的最大宽度wmax被限定为所述空隙212在沿着所述轴线215的点处的宽度，所述宽度不小于所述空隙212在沿着所述轴线215的任何其他点处的宽度。所述空隙212可以被形成为具有小于指定距离的最大宽度。例如，所述空隙可以被形成为具有小于2μm、小于1μm、小于0.3μm、或小于任何其他合适距离的最大宽度。
在示例实施例中，对晶片102进行氧化使得在轴线215的相反侧形成第一氧化物壁217a和第二氧化物壁217b以便限定所述第一氧化物壁217a与所述第二氧化物壁217b之间的所述空隙212。
如图3所示，通过后续的图案化和释放步骤，释放二氧化硅层210与晶片102的接触以便提供压力容器320。所述空隙212中的压力与环绕区域322中的压力之间的差使得压力容器320在结构上发生变形(例如，弯曲、剪切、拉长等)。将认识到的是，这类差异可以使得空隙212的形状发生变化，尽管示例实施例的范围不限于此方面。
压力容器320发生变形的程度与所述空隙212的最大宽度成比例；而压力容器320的刚度随所述空隙212的最大宽度的立方而增加。从而，利用具有限定相对较小尺寸的空隙的横截面的压力容器320能够提供期望的压力感测功能可能是不直观的。例如，与相对更小的结构相比，可以期望的是相对更大的结构(例如，许多常规压力传感器的隔膜)提供更大的顺应性(即更小的刚度)。然而，压力传感器320的尺寸范围可以足够小，以使得所产生的压力传感器320的顺应性的增加胜过所产生的压力传感器320的变形的减少。压力容器320可以被配置为具有小于50μm、小于40μm、小于30μm、小于20μm的高度h1、或任何其他合适的高度。所述空隙212可以被配置为具有小于30μm、小于20μm、小于10μm、小于5μm的高度h2、或任何其他合适的高度。
图4是根据本文描述的实施例的具有镰刀形形状的示例可变形压力容器420的顶视图。压力容器420被示出为悬挂在从晶片458蚀刻出的空腔486中。压力容器420在位置407处由空腔486支撑。可以在平面403处限定压力容器420的横截面。将认识到的是，在平面403处限定的横截面可以被描绘为图3中示出的横截面300。在图4的实施例中，当压力容器420中的容器压力等于空腔486中的空腔压力时，压力容器420具有非变形的形状401。当所述容器压力变得大于所述空腔压力时，压力容器420在结构上发生变形(如由箭头405描绘的)，从而使得压力容器420具有变形的形状402。在空腔486外部的压力在容器压力端口404处设置压力容器420中的容器压力。
容器压力端口404是压力容器420中的开口，所述开口将压力容器420中的容器压力暴露于压力容器420外部的环境下。压力端口是将一个或多个环境暴露于一个或多个其他环境下的开口。从而，容器压力端口404构成压力端口。容器压力端口是将一个或多个环境暴露于一个或多个其他环境下的压力容器中的开口。从而，容器压力端口404还构成容器压力端口。
出于说明性目的，压力容器420被示出为具有镰刀形形状并且不旨在是限制性的。将认识到的是，压力容器420可以具有任何合适的形状。例如，压力容器可以包括曲折形状、螺旋形状、半圆形形状，多个同心半圆形部分各自具有半圆形形状、能够拉长的线性形状等、或其任意组合。
图5示出了根据本文描述的实施例的包括可变形压力容器520的压力传感器500。如图5所示，压力传感器500进一步包括换能器503，所述换能器通过中间结构元件502(亦称为机械耦合件)机械地耦合至压力传感器520。压力容器520、换能器503、以及中间结构元件502(或者其至少一部分)悬挂在从晶片558蚀刻出的空腔586中。压力容器520在点507处由晶片558的半导体衬底580支撑。如图5中所描绘的，换能器503主要是从晶片558蚀刻出的硅结构。换能器503包括第一组电容器板511a-511j、第二组电容器板512a-512j、以及第三组电容器板509a-509k。电容器板511a和512a定位在电容器板509a与电容器板509b之间；电容器板511b和512b定位在电容器板509b与电容器板509c之间；电容器板511c和512c定位在电容器板509c与电容器板509d之间，依此类推。电容器板511a在电容器板509a与电容器板512a之间；电容器板511b在电容器板509b与电容器板512b之间，依此类推。电容器板512a在电容器板511a与电容器板509b之间；电容器板512b在电容器板511b与电容器板509c之间，依此类推。
所述第一组中的所述电容器板511a-511j使用电迹线513和过孔523来电耦合。例如，过孔523将电迹线513电耦合至相应的电容器板511a-511j。所述第二组中的所述电容器板512a-512j电耦合。例如，过孔524将电迹线514电耦合至相应的电容器板512a-512j。所述第三组中的所述电容器板509a-509k电耦合。
所述第一组电容器板511a-511j与所述第二组电容器板512a-512j以及所述第三组电容器板509a-509k电隔离。例如，隔离分割部519将所述第一组电容器板511a-511j与所述第二组电容器板512a-512j隔离，并且隔离分割部515a将所述第一组电容器板511a-511j与所述第三组电容器板509a-509k隔离。所述第二组电容器板512a-512j也与所述第三组电容器板509a-509k电隔离。例如，隔离分割部515b将所述第二组电容器板512a-512j与所述第三组电容器板509a-509k隔离。从而，可见利用隔离分割部(例如，隔离分割部515a-515b和519)可以使得换能器503的各区域机械连接但电隔离。
基于所述第一组中的电容器板511a-511j与所述第三组中的相应电容器板509a-509j的接近度来提供第一电容。基于所述第二组中的电容器板512a-512j与所述第三组中的相应电容器板509b-509k的接近度来提供第二电容。所述第三组中的电容器板509a-509j可以被称为所述第三组的第一子组，并且所述第三组中的电容器板509b-509k可以被称为所述第三组的第二子组。所述第一子组与所述第二子组中的每一者可以被称为组本身。应当注意的是，所述第一组中的电容器板511a-511j被认为与所述第三组中的电容器板509a-509k交错，即使所述第二组中的电容器板512a-512j也与电容器板509a-509k交错。类似地，所述第二组中的电容器板512a-512j被认为与所述第三组中的电容器板509a-509k交错，即使所述第一组中的电容器板511a-511j也与电容器板509a-509k交错。
随着压力容器520中的容器压力与空腔586中的空腔压力之间的压差发生变化，压力容器520在结构上发生变形。由于压力容器520发生变形，压力容器520的结构变形通过中间结构元件502耦合至换能器503，这使得所述第一组电容器板511a-511j和所述第二组电容器板512a-512j参照所述第三组电容器板509a-509k进行移动，如由箭头521指示的。例如，弹簧525a和525b使得所述第一组电容器板511a-511j和所述第二组电容器板512a-512j参照所述第三组电容器板509a-509k进行移动。与换能器503的其他部分相比，弹簧525a和525b相对是柔性的。注意的是，与换能器503的其他部分相比，曲折挠性引线517a和517b也相对是柔性的。以下进一步详细地讨论了曲折挠性引线517a和517b。
所述第一组电容器板511a-511j和所述第二组电容器板512a-512j在箭头521方向上(即到图5中的左边)的移动使得电容器板511a-511j与相应的电容器板509a-590j之间的距离减小，这使得第一电容(即电容器板511a-511j与相应的电容器板509a-590j之间的电容)增加。前述的移动还使得电容器板512a-512j与相应的电容器板509b-590k之间的距离增加，这使得第二电容(即电容器板512a-512j与相应的电容器板509b-590k之间的电容)减小。从而，在图5的实施例中，所述第一电容的变化与所述第二电容的变化相反。
曲折挠性引线517a和517b提供换能器503与半导体衬底580之间的相应挠性机械连接。例如，曲折挠性引线517a和517b的使用可以阻碍封装体应力影响所述第一组电容器板511a-511j和所述第二组电容器板512a-512j相对于所述第三组电容器板509a-509k的运动。曲折挠性引线517a将与所述第一组电容器板511a-511j相关联的电特性(例如，电荷)电耦合至第一迹线516a。曲折挠性引线517b将与所述第二组电容器板512a-512j相关联的电特性(例如，电荷)电耦合至第二迹线516b。与所述第三组电容器板509a-509k相关联的电特性(例如，电荷)电耦合至第三迹线516c。
测量电路(例如，电气电路)可以电耦合至所述第一迹线516a、所述第二迹线516b、和/或所述第三迹线516c以便执行单端或差分电容测量，所述单端或差分电容测量表示压力容器520中的容器压力与空腔586中的空腔压力之间的压差。将认识到的是，多种公知的电容测量技术中的任何技术可以用于提供对压差的单端表示或差分表示。在一个示例中，多个(例如，两个)单端电容测量的组合可以用于提供差分电容测量。根据此示例，所述组合可以是求和以便获得压差的测量值；所述组合可以是减法以便获得加速度的测量值。将认识到的是，改变迹线516a-516c的路由可以改变求差或求和是用于获得前述的所述压差的测量值还是所述加速度的测量值。以下主要关于图10进一步详细地讨论了差分电容测量。
换能器503被示出为包括泵止挡件526，所述泵止挡件被配置成用于限制所述第一组电容器板511a-511j和所述第二组电容器板512a-512j参照所述第三组电容器板509a-509k进行移动的范围。迹线527a和527b设置在泵止挡件526上。迹线527a具有与所述第二组电容器板512a-512j和所述第二迹线516b相同的电势(例如，电压)。迹线527b具有与所述第一组电容器板511a-511j和所述第一迹线516a相同的电势。出于说明性目的，单个泵止挡件526示出在图5中并且不旨在是限制性的。将认识到的是，换能器503可以包括任何合适数量的泵止挡件(例如，没有、一个、两个、三个等)。
出于说明性目的，换能器503在图5中被描绘为可变形电容器结构并且不旨在是限制性的。换能器503可以是任何合适类型的换能器。例如，本领域普通技术人员将认识到的是，换能器503可以包括使用压电和/或压阻技术以便将压力容器520的运动转换成电信号的结构。例如，换能器503可以包括压电元件，所述压电元件被配置成用于基于由于压力容器520的结构变形而被施加到所述压电元件的力(例如，机械应力)来生成电荷(例如，电荷)。根据此示例，所述力可以引起压电元件的应力，所述应力使得所述压电元件生成电荷。在另一示例中，换能器503可以包括压阻元件，所述压阻元件具有基于由于压力容器520的变形而被施加到所述压阻元件的力(例如，机械应力)而发生变化的电阻(例如，电阻)。根据此示例，所述力可以引起压阻元件的应力，所述应力使得所述压阻元件的电阻发生变化。此外，光学和/或磁技术可以用于感测压力容器520的运动。将认识到的是，可以采用多种方式中的任何方式来制造换能器503，例如具有或不具有隔离分割部515。将进一步认识到的是，可以使用绝缘体上硅(soi)晶片或外延硅来制造换能器503。
在示例实施例中，使用相同的工艺来形成换能器503和可变形压力容器520。例如，所述工艺可以包括任何合适数量的蚀刻步骤和/或任何合适数量的光刻步骤。在此实施例的一个方面中，(多个)相同的蚀刻步骤可以用于形成换能器503和可变形压力容器520。在另一方面中，(多个)第一蚀刻步骤可以用于形成换能器503，并且与所述(多个)第一蚀刻步骤不同的(多个)第二蚀刻步骤可以用于形成压力容器520。根据此方面，所述(多个)第一蚀刻步骤可以针对换能器503的预期功能配置(例如，优化)换能器503的几何形状，并且所述(多个)第二蚀刻步骤可以针对压力容器520的预期功能配置(例如，优化)压力容器520的几何形状。换能器503或压力容器520的几何形状可以包括其中的电介质的形状、其中的电介质的厚度等、或其任意组合。例如，压力容器520的几何形状可以包括：在其中形成压力容器520的沟槽的最大宽度、在其中形成压力容器520的沟槽的深度、由形成压力容器520的电介质形成的空隙的最大宽度、由形成压力容器520的电介质形成的空隙的深度等、或其任意组合。
在此实施例的又另一方面中，(多个)相同的光刻步骤可以用于形成换能器503和可变形压力容器520。在仍另一方面中，(多个)第一光刻步骤可以用于形成换能器503，并且与所述(多个)第一光刻步骤不同的(多个)第二光刻步骤可以用于形成压力容器520。根据此方面，所述(多个)第一光刻步骤可以针对换能器503的预期功能配置(例如，优化)换能器503的几何形状，并且所述(多个)第二光刻步骤可以针对压力容器520的预期功能配置(例如，优化)压力容器520的几何形状。
在另一示例实施例中，换能器503和可变形压力容器520共享相同的电介质。在又另一示例实施例中，用于形成换能器503的电介质与用于形成可变形压力容器520的电介质不同。
在图5中，位置507是压力容器520耦合至半导体衬底580的位置(亦称为点)。位置528是压力容器520耦合至换能器503的位置。位置529是换能器503耦合至半导体衬底580的位置。通过减小(例如，最小化)位置507与位置528之间的距离，位置507与位置529之间的距离、和/或位置528与位置529之间的距离可能导致封装体应力进入压力传感器500的相对更低的可能性。而且，降低(多个)这种距离可以降低(例如，最小化)用于制造压力容器520的(多种)材料(例如，二氧化硅)与用于制造换能器503的(多种)材料(例如，硅)之间的固有热膨胀系数(cte)失配。
可以通过将前述距离中的任何一个或多个距离与包围空腔586的矩形的至少一条边的长度进行比较来建立用于确定封装体应力进入压力传感器500的可能性的一些指南。例如，在示例实施例中，压力传感器500的特征在于环绕矩形，所述环绕矩形由沿着x轴的长度以及沿着y轴的长度b来限定。环绕矩形被限定为在用来制造压力传感器的晶片的平面内环绕空腔的具有最小面积的矩形。从而，所述环绕矩形具有第一平行边以及与所述第一平行边垂直的第二平行边。所述第一平行边中的每个第一平行边具有第一长度。所述第二平行边中的每个第二平行边具有小于或等于所述第一长度的第二长度。
由图5中的x轴和y轴限定的平面表示用来制造压力传感器500的晶片558的平面。如图5所示，将具有最小面积的、包围晶片558的平面内的空腔586的矩形具有沿着x轴的长度a的第一平行边以及沿着y轴的长度b的第二平行边。从而，与压力传感器500相关联的环绕矩形具有等于a和b的乘积(即a乘以b)的面积。
在此实施例的方面中，位置507与位置529之间的距离可以小于或等于所述长度b的三分之一。在另一方面中，位置507与位置528之间的距离可以小于或等于所述长度b的三分之一。在又另一方面中，位置528与位置529之间的距离可以小于或等于所述长度b的三分之一。
迹线513、514、516a-516c和527a-527b中的每一条迹线可以包括金属，所述金属具有大约350纳米(nm)的深度以及大约2μm的宽度，尽管示例实施例的范围不限于此方面。将认识到的是，迹线513、514、516a-516c和527a-527b中的每一条迹线可以包括具有任何合适的深度和宽度的金属。空腔586可以具有大约1毫米(mm)的深度b以及大约2mm的宽度a，尽管示例实施例的范围不限于此方面。将认识到的是，空腔586可以具有任何合适的深度和宽度。
图6示出了根据本文描述的实施例的包括两个感测元件688a和688b的示例压力传感器600。如图6所示，压力传感器688a包括通过中间结构元件602a而机械耦合的压力容器620a和相应的换能器603a。压力传感器688b包括通过中间结构元件602b而机械耦合的压力容器620b和相应的换能器603b。压力容器620a和620b、换能器603a和603b、以及中间结构元件602a和602b(或者其至少一部分)悬挂在从半导体衬底680蚀刻出的空腔686中。出于图示的目的，压力容器620a被示出为包围换能器603a的至少一部分，并且压力容器620b被示出为包围换能器603b的至少一部分。压力容器620a在位置607a处由半导体衬底680支撑，并且压力容器620b在位置607b处由半导体衬底680支撑。
出于说明性目的，感测元件688a在图6中被示出为是感测元件688b的镜像，尽管示例实施例的范围不限于此方面。例如，这种对称性可以降低压力传感器600对加速度效应的敏感度。在示例实施例中，压力传感器600被配置为使得相应压力容器620a和620b中的容器压力基本上相等。根据此实施例，随着压力容器620a和620b中的容器压力增加至大于空腔686中的空腔压力，压力容器620a和620b朝向彼此发生变形(例如，沿着x轴)。进一步根据此实施例，换能器603a和603b被配置为使得与换能器603a相关联的电容增加并且与换能器603b相关联的电容随着变形减小，反之亦然。通过取电容之差，可以确定容器压力与空腔压力之间的压差。通过对电容进行求和，可以确定沿着x轴的压力传感器600的加速度。例如，换能器603a和603b中的每一个换能器包括加速度计的元件(即弹簧、块、以及将块的运动转换成例如电信号的换能器)。
图7示出了根据本文描述的实施例的包括两个感测元件788a和788b的另一示例压力传感器700。如图7所示，压力传感器788a包括通过中间结构元件702a而机械耦合的压力容器720a和相应的换能器703a。压力传感器788b包括通过中间结构元件702b而机械耦合的压力容器720b和相应的换能器703b。压力容器720a和720b、换能器703a和703b、以及中间结构元件702a和702b(或者其至少一部分)悬挂在从半导体衬底780蚀刻出的空腔786中。出于说明性目的，换能器703a和703b中的每一个换能器被示出为包括两个同心半圆形部分并且不旨在是限制性的。所述半圆形部分中的每个半圆形部分具有半圆形形状。将认识到的是，换能器703a和703b中的每一个换能器可以包括任何合适数量的半圆形部分(例如，一个、两个、三个、四个等)。而且，换能器703a和703b中的每一个换能器可以具有除一个或多个半圆形部分之外的形状。
出于说明性目的，感测元件788a在图7中被示出为是感测元件788b的镜像，尽管示例实施例的范围不限于此方面。在示例实施例中，压力传感器700被配置为使得相应压力容器720a和720b中的容器压力基本上相等。根据此实施例，随着压力容器720a和720b中的容器压力增加至大于空腔786中的空腔压力，压力容器720a和720b远离彼此而发生变形(例如，沿着x轴)。进一步根据此实施例，换能器703a和703b被配置为使得与换能器703a相关联的电容增加并且与换能器703b相关联的电容随着变形减小，反之亦然。通过取电容之差，可以确定容器压力与空腔压力之间的压差。通过对电容进行求和，可以确定沿着x轴的压力传感器700的加速度。
在图5中，出于非限制性说明目的，一个压力容器520被示出为悬挂在空腔586中。在图6中，出于非限制性说明目的，两个压力容器620a和620b被示出为悬挂在空腔686中。在图7中，出于非限制性说明目的，两个压力容器720a和720b被示出为悬挂在空腔786中。将认识到的是，任何合适数量的压力容器可以均可以悬挂在空腔586、686、和786中的每个空腔中。
在一些示例实施例中，盖件覆盖空腔586、686、或786。所述盖件可以是任何合适的材料，诸如另一晶片或其部分。例如，形成盖件的晶片或其部分可以通过隔离层与相应压力传感器500、600或700中的其他导电元件电隔离。在一个示例实施例中，所述盖件将空腔586、686、或786密封在真空中以便在空腔586、686、或786中提供指定压力。例如，所述指定压力可以是近似为零的大气压。根据此示例，所述指定压力可以在0.0-0.01大气压、0.0-0.05大气压、0.0-0.1大气压等的范围内。例如，如果所述指定压力是近似为零的大气压，则压力传感器500、600、或700可能对温度变化不敏感。在另一示例实施例中，所述盖件密封空腔586、686、或786以便提供近似为一的大气压的指定压力。例如，所述指定压力可以在0.99-1.01大气压、0.95-1.05大气压、0.9-1.1大气压等的范围内。
可以在将盖件放置在压力容器500、600、或700上的时间实例处确定指定压力。将认识到的是，可以在相对高的温度下执行对盖件的粘合。因此，在冷却过程中，指定压力的值可以根据压力与温度的关系从在将盖件放置在压力容器500、600、或700上的时间实例处的值减小。还将认识到的是，如果所述盖件将空腔586、686、或786密封在真空中，则所述指定压力在冷却过程中不发生变化。
图8a至图8c示出了根据本文描述的实施例的具有相应耦合安排的示例压力传感器830、860和890。如图8a所示，压力传感器830包括压力容器820，所述压力容器悬挂在空腔886中。压力容器820通过中间结构元件802a机械地耦合至换能器803。中间结构元件802a具有“v”形状。当压力容器820中的容器压力变得大于空腔886中的空腔压力时，压力容器发生变形，从而在正y方向延伸。压力容器820在正y方向上的延伸在连接点829a处向中间结构元件802a施加力。在连接点829a处施加力使得中间结构元件802a压缩(例如，折叠)，如由箭头831描绘的。中间结构元件802a的压缩使得在负x方向上在连接点829b处向换能器803施加力。
进入中间结构元件802a的工作等于从中间结构元件802a出来的工作。因此，win＝fin*din＝wout＝fout*dout，其中，win为进入的工作；wout为出来的工作；fin为由压力容器820在连接点829a处施加的力；din为连接点829a移动进入正y方向的距离；fout为由中间结构元件802a在连接点829b处施加的力；并且dout为连接点829b移动进入负x方向的距离。在示例实施例中，压力容器820的刚度以及换能器803的刚度被设置为使得dout大于din。根据此实施例，连接点829a的相对小的移动引起连接点829b的相对大的移动，从而使得中间结构元件802a用作运动放大器。在另一示例实施例中，压力容器820的刚度以及换能器803的刚度被设置为使得dout小于din。根据此实施例，连接点829a的相对大的移动引起连接点829b的相对小的移动，从而使得中间结构元件802a用作运动去放大器。
出于说明性目的，中间结构元件802b被描述为通过引起垂直于第一方向的第二方向上的另一运动而对所述第一方向上的运动做出响应，并且不旨在是限制性的。将认识到的是，中间结构元件(例如，中间结构元件802b)可以通过引起指定方向上的第二运动来放大或去放大指定方向上的第一运动，所述第二运动是所述第一方向的放大版本。
如图8b所示，压力传感器860包括压力容器820，所述压力容器通过中间结构元件802b机械地耦合至换能器803。中间结构元件802b被配置为在x方向上相对坚硬并且在y方向上相对顺应。从而，中间结构元件802b具有各向异性刚度(即至少两个正交方向上的不同刚度)并且将压力容器820各向异性地耦合至换能器803。将中间结构元件802b配置为顺应指定方向(例如，此示例中的y方向)可以阻碍(例如，减少)来自用于制造压力容器820的(多种)材料与用于制造换能器803的(多种)材料之间的热膨胀系数(cte)失配的封装体应力问题和/或效应。
可以针对多种原因中的任何原因来降低指定方向上的中间结构元件(例如，中间结构元件802b)的刚度。例如，如果在指定方向上推入所述中间结构元件，并且不期望所述中间结构元件在那个方向上作出响应，则可以降低所述中间结构元件在那个方向上的刚度。在另一示例中，如果两点之间存在相对较大的距离，则可以降低所述中间结构元件沿着由那些点限定的轴线的刚度。在又另一示例中，如果热效应引起压力容器在不期望响应的具体方向上发生变形，则可以降低所述中间结构元件在那个方向上的刚度。
如图8c所示，压力传感器890包括压力容器820，所述压力容器通过中间结构元件802c机械地耦合至换能器803。中间结构元件802c将压力容器820直接耦合至换能器803。从而，换能器803直接随着压力容器820的变形而移动。
待测量的压力可以以多种方式中的任何方式进入压力传感器。例如，压力容器可以被路由至晶片的侧边上的容器压力端口，并且所述压力可以通过所述容器压力端口进入所述压力传感器。例如，当所述压力传感器被单片化(例如，被切割)以便物理地将所述压力传感器与形成在晶片中的其他压力传感器分离时，可以形成所述容器压力端口。在另一示例中，可以通过被放置在晶片上的盖件对压力通道进行路由以便在所述盖件的顶部上设置压力端口(例如，而非将所述压力通道路由至晶片的侧边的压力端口)。图9展示了一个示例实现方式，其中，压力端口通过压力传感器的盖件被路由至所述盖件的顶部的压力端口。
具体地，图9是根据本文描述的实施例的压力传感器900的侧视图。压力传感器900包括衬底980(例如，感测晶片)和盖件990(例如，覆盖晶片)，所述盖件覆盖衬底980。衬底980包括空腔986，压力容器920被示出为悬挂在所述空腔中。压力容器920经由嵌入式压力容器983以及盖件990中的通道984对接至周围压力端口985。例如，周围压力端口985可以被创建以便连接至待测量的周围压力。如图9所示，硅通道984的方向变化可以通过将两个蚀刻晶片粘合在一起来完成。示出方向变化的目的是为了指示：周围压力端口985的位置可以按照需要布置在盖件990上并且不局限于以上垂直于到嵌入式压力容器983的连接的位置。此外，多个压力容器可以被构建为具有多个周围端口以便创建压力传感器阵列。
图10是根据本文描述的实施例的多腔压力传感器1000的简化顶视图。压力传感器1000包括第一感测元件1088a、第二感测元件1088b、第三感测元件1088c、以及第四感测元件1088d。第一感测元件1088a包括第一空腔1086a以及第一压力容器1020a，所述第一压力容器悬挂在第一空腔1086a中。第二感测元件1088b包括第二空腔1086b以及第二压力容器1020b，所述第二压力容器悬挂在第二空腔1086b中。第三感测元件1088c包括第三空腔1086c以及第三压力容器1020c，所述第三压力容器悬挂在第三空腔1086c中。第四感测元件1088d包括第四空腔1086d以及第四压力容器1020d，所述第四压力容器悬挂在第四空腔1086d中。
第一压力p1被示出为在第二压力容器1020b和第三压力容器1020c中并且在第一空腔1086a和第四空腔1086d中(但是在第一压力容器1020a和第四压力容器1020d的外部)。第二压力p2被示出为在第一压力容器1020a和第四压力容器1020d中并且在第二空腔1086b和第三空腔1086c中(但是在第二压力容器1020b和第三压力容器1020c的外部)。从而，第一感测元件1088a和第四感测元件1088d具有类似的配置。第二感测元件1088b和第三感测元件1088c具有类似的配置。
如图10所示，第一、第二、第三和第四感测元件1088a-1088d被配置为如上所述以便补偿(例如，取消)在x方向和y方向上加工时的梯度。例如，如果x方向上存在梯度(例如，如果与具有相对较小的y值的区域相比，在具有相对较大的y值的区域中每单位面积沉积稍微更多的金属)，则第一、第二、第三和第四感测元件1088a-1088d的前述配置补偿这种梯度。同样地，如果y方向上存在梯度(例如，与具有相对较大的x值的区域相比，具有相对较小的x值的区域中的蚀刻更大)，则前述配置补偿这种梯度。
压力传感器1000包括第一运输容器1092a、第二运输容器1092b、第三运输容器1092c、第四运输容器1092d、以及第五运输容器1092e、其中的每个运输容器出于说明性目的被配置为压力容器。运输容器1092a-1092e被配置在晶片的平面内，在所述晶片上制造压力感测元件1088a-1088d。晶片的平面由如图10中示出的x轴和y轴来限定。第一运输容器1092a连接在第一压力容器1020a与第三空腔1086c之间。第一运输容器1092a的一部分被移除以便在第三空腔1086c中设置开口1094a，所述开口将第一压力容器1020a中的环境暴露于第三空腔1086c中的环境下。第二运输容器1092b连接在第二压力容器1020b与歧管1096之间。第二运输容器1092b的一部分被移除以便在歧管1096中设置开口1094b，所述开口将第二压力容器1020b中的环境暴露于歧管1096中的环境下。
第三运输容器1092c连接在第三压力容器1020c与歧管1096之间。第三运输容器1092c的一部分被移除以便在歧管1096中设置开口1094c，所述开口将第三压力容器1020c中的环境暴露于歧管1096中的环境下。第四运输容器1092d连接在第四压力容器1020d与第二空腔1086b之间。第四运输容器1092d的一部分被移除以便在第二空腔1086b中设置开口1094d，所述开口将第四压力容器1020d中的环境暴露于第二空腔1086b中的环境下。
第五运输容器1092e连接在第一空腔1086a、第四空腔1086d与歧管1096之间。第五运输容器1092e的第一部分被包括在歧管1096中。第五运输容器1092e的第二部分被包括在第一空腔1086a中。第五运输容器1092e的第三部分被包括在第四空腔1086d中。第五运输容器1092e的所述第一部分的一部分被移除以便在歧管1096中设置开口1094e。第五运输容器1092e的所述第二部分的一部分被移除以便在第一空腔1086a中设置开口1094f。第五运输容器1092e的所述第三部分的一部分被移除以便在第四空腔1086d中设置开口1094g。开口1094e、1094f和1094g将歧管1096中的环境暴露于第一空腔1086a和第四空腔1086d的环境下。以下参考图12更详细地描述了具有开口的示例压力容器。
压力测量端口1098将歧管1096的环境暴露于压力传感器1000外部的环境(例如，周围环境)下。例如，所述第一压力p1可以通过压力测量端口1098进入歧管1096。所述第一压力p1可以通过第三运输容器1092c从歧管1096端接到第三压力容器1020c、通过第二运输容器1092b端接到第二压力容器1020b、以及通过第五运输容器1092e端接到第一空腔1086a和第四空腔1086d。在一个示例中，所述第一压力p1可以是待测量的压力，并且所述第二压力p2可以是参考压力。在另一示例中，所述第一压力p1可以是参考压力，并且所述第二压力p2可以是待测量的压力。将认识到的是，开口1094a-1094g构成相应的容器压力端口。
可以通过将所述第一压力p1与所述第二压力p2进行比较来执行差分测量(例如，从所述第一压力中减去所述第二压力，反之亦然)。将认识到的是，多个感测元件可以被包括在所述空腔1086a-1086d中的每个空腔中，以便增大表示所述第一压力p1与所述第二压力p2之差的信号幅度和/或增大与所述信号相关联的信噪比(snr)。
第一感测元件1088a、第二感测元件1088b、第三感测元件1088c、以及第四感测元件1088d分别包括第一换能器1003a、第二换能器1003b、第三换能器1003c、以及第四换能器1003d。感测元件1088a-1088d(包括其相应的换能器1003a-1003d)在图10中被示出为配置在具有第一对角和第二对角的网格中。例如，所述第一对角可以包括所述换能器1003a-1003d的第一子组(例如，所述第一换能器1003a和所述第四换能器1003d)。所述第二对角可以包括所述换能器1003a-1003d的第二子组(例如，所述第二换能器1003b和所述第三换能器1003c)。所述第一子组中的换能器可以具有随着所述第一压力p1(例如，相对于所述第二压力p2)的增大而增大的第一电容。所述第二子组中的换能器可以具有随着所述第一压力p1的增大而减小的第二电容。换能器1003a-1003d可以被配置成用于基于所述第一电容与所述第二电容之差来提供差分电容。
图11a至图11o示出了根据本文描述的实施例的用于展示制造压力传感器1100的晶片的横截面。如图11a所示，压力传感器1100的制造开始于硅晶片1106。通过使用氧化物掩模和光刻，在晶片1106中蚀刻沟槽1102a和1102b，其方式为使得相应的沟槽开口1101a和1101b小于相应的沟槽底部宽度1104a和1104b。所述氧化物掩模可以具有任何合适的厚度(例如，0.5微米的量级)。在硅蚀刻之后采用缓冲氧化物蚀刻来剥离所述氧化物掩模，从而产生图11a中示出的硅结构。
现在参考图11b，在对晶片1106进行蚀刻之后，将晶片1106放置在相对高的温度(例如，1100℃)下的热氧化炉中，所述热氧化炉足够长以便生长合适厚度(例如，大约2.2微米)的热氧化物。在执行此氧化时，所述沟槽1102a和1102b中的每个沟槽的上部部分箍断并形成相应的接缝1116a和1116b、相应的侧壁氧化物1121a和1121b、以及顶部氧化物1114。如图11b所示，在相应的沟槽1102a和1102b内部形成空隙1115a和1115b。虽然沟槽的顶部通过相应的接缝1116a和1116b被密封，但是接缝1116a和1116b是所述结构中的弱点。除非在比通常的石英炉可承受的更高温度下实施氧化，否则所述接缝不会熔断。
如图11c所示，可以沉积具有合适厚度(例如，大约0.5微米的厚度)的多晶硅层1130以便促进接缝1116a和1116b的熔断。可使用低压化学气相沉积(lpcvd)或其他合适类型的沉积来无掺杂的沉积多晶硅1130，并且结果可以基本上是保形的。将认识到的是，接缝1116a不一定需要熔断或者甚至在侧壁1121a和1121b的生长过程中完全闭合(如果沉积附加多晶硅层)。多晶硅1130既可以桥接间隙也可以熔断所述接缝1116a和1116b。
参考图11d，一旦晶片经受第二氧化，则多晶硅1130变成二氧化硅1131，从而密封接缝1116a和1116b。如果需要，化学机械抛光步骤可用于平坦化二氧化硅1131并且产生平坦表面1132，如图11e所示。出于说明性目的，所述晶片被描述为由硅形成，并且所产生的氧化物被描述为是二氧化硅。将认识到的是，所述晶片可以由任何合适的半导体材料形成，并且所产生的氧化物可以是任何合适的电介质。
如图11f所示，光刻和氧化物蚀刻的组合可以用于蚀刻过孔1140。然后可使用薄屏蔽氧化、注入、缓冲氧化物蚀刻、铝沉积、光刻、以及金属蚀刻的后续组合来制作标准硅接触(或其他类型的接触)。例如，前述的制造工艺步骤可以引起金属(例如，铝)迹线1141。
图11g示出了在迹线1141和相邻的二氧化硅层上保形沉积的金属间电介质(imd)1142。如图11h所示，形成另一条铝迹线1151和过孔1156。在此情况下，在金属沉积之前使用粒子束清洗来简单准备铝-铝接口。出于说明性目的，图11h中还示出了顶部氧化物1152，利用化学机械平面化(cmp)来平坦化所述顶部氧化物以便形成顶部平坦表面1153。将认识到的是，所述顶部氧化物1152不一定需要利用cmp来平坦化。实际上，所述顶部氧化物1152根本不需要平坦化。
在图11i中，示出了开发的光阻剂图案1160、1161和1162。光阻剂图案1160、1161和1162被创建以便限定硅台面、压力感测元件、以及硅连接点。应当注意的是，表面1163不受光阻剂图案的保护。在使用二氧化硅蚀刻和深硅蚀刻的组合将光阻剂图案1160、1161和1162转移至底层硅中之后，产生了图11j中示出的结构。如图11j所示，压力容器1173的顶部部分被蚀刻掉，因为压力容器1173不受光阻剂图案的保护。光阻剂图案1160、1161和1162稍大于底层结构(例如，压力容器1172和硅连接器1170)，它们暴露以允许制造中的典型未对准。从而，硅纵梁1171可以在压力容器1172和1173的侧壁上产生。通过使用湿法和/或干法化学来执行相对简单的各向同性硅蚀刻，可移除硅纵梁1171。如果未移除硅纵梁1171，则它们可以产生由于硅纵梁1171与底层二氧化硅之间的热膨胀系数(cte)的失配而造成的不期望的不对称性和/或不期望的信号变化。各向同性硅蚀刻的结果应当是如图11k所示的干净侧壁1175和1176。
如图11l所示，使用溅射沉积系统来沉积二氧化硅保形层1177。例如，可以使用基于等离子增强型化学气相沉积(pecvd)硅烷的沉积或四乙氧基硅烷(teos)来沉积二氧化硅1177。通过对二氧化硅执行后续的各向异性蚀刻以便移除二氧化硅的全部水平表面，产生了图11m中示出的设备。剩余的二氧化硅侧壁1184涂覆硅连接器1170以及压力容器1172和1173的侧边。
图11n示出了在sf6等离子体中执行各向同性硅释放之后晶片的横截面。注意的是，隔离沟槽1191的底部1195以及压力容器1172和1173的下侧1190是干净的硅。在每个结构(即硅梁1185以及压力容器1172和1173)下的硅衬底底板1196上产生蚀刻伪像1192。在硅梁1185的下侧产生相似的伪像1183。
如图11o所示，制造顺序可以以相对简单的
出于说明性目的，图11a至图11o已经参考标准硅晶片被描述并且不旨在是限制性的。如本领域技术人员充分意识到的，使用绝缘体上硅或沉积在氧化物上的外延硅的变体在本文描述的实施例的范围内。将认识到的是，出于成本原因，可以期望的是由标准硅晶片制作压力传感器。
将认识到的是，可以使用本文描述的横截面中示出的元件来制造(多个)压力容器和(多个)换能器两者。
图12描绘了根据本文描述的实施例的具有开口1294的压力容器1200。压力容器1200包括第一部分1278a和第二部分1278b。如图12所示，在蚀刻步骤中蚀刻掉所述第二部分1278b的顶部。所述第二部分1278b的所述顶部被限定为是所述第二部分1178b的一部分，所述部分沿着图12中示出的y轴驻留在指定y值yd之上。例如，可以仅通过改变用于制造工艺的掩模之一来蚀刻掉作为所述制造工艺的自然部分的所述第二部分1278b的所述顶部，所述制造工艺用于制造惯性传感器，诸如加速度计或陀螺仪。例如，返回参考图11i，光阻剂可以用于限定待被蚀刻的图案(例如，1160、1161、和1162)。所述图案旨在保护在所述图案下方的层。如在从图11i到图11j的过渡中展示的，在不受所述图案保护的区域中，蚀刻通过未受保护的掩模氧化物并且进入晶片而发生。
因此，如果光阻剂放置在压力容器(例如，压力容器1200)之上，则所述光阻剂之下的氧化物保持完整，并且粗略地雕刻所述压力容器，一些残余(例如，硅纵梁1171)留在所述压力容器的侧边。然而，如果光阻剂未放置在压力容器上(如关于图11i中的压力容器1173所示出的)，则蚀刻掉顶部掩模氧化物，但是所述压力容器包括如此多的氧化物以至于仍存在大量的氧化物(如关于图11j中的压力容器1173所示出的)。从而，通过将光阻剂放置在压力容器1200的所述第一部分1278a上并且不将光阻剂放置在压力容器1200的所述第二部分1278b上，可以蚀刻掉所述第二部分1278b的所述顶部，从而在所述第二部分1278b中留下开口1294。将认识到的是，所述蚀刻步骤也可以蚀刻围绕压力容器1200的晶片。开口1294为图10中示出的开口1094a-1094g中的任一个或多个开口的示例实现方式。开口1294可以被称为压力容器端口。
图13描绘了根据本文描述的实施例的用于制造压力传感器的示例方法的流程图1300。出于说明性目的，关于图14中示出的制造系统1400对流程图1300进行描述。如图14所示，制造系统1400包括空腔逻辑1402、容器逻辑1404、以及换能器逻辑1406。基于有关流程图1300的讨论，进一步结构及操作的实施例对于相关领域的技术人员将是明显的。
如图13所示，流程图1300的方法在步骤1302处开始。在步骤1302中，提供包括空腔的半导体衬底。在示例实现方式中，空腔逻辑1402提供包括所述空腔的所述半导体衬底。
在步骤1304处，制造具有限定空隙的横截面的压力容器。所述压力容器具有至少一个弯曲部分，所述至少一个弯曲部分被配置为基于所述空腔中的空腔压力与所述压力容器中的容器压力之间的压差而在结构上发生变形。所述压力容器的至少一部分悬挂在所述空腔中。在示例实现方式中，容器逻辑1404制造所述压力容器。
在示例实施例中，步骤1304进一步包括：将所述压力容器的至少支撑部分嵌入在所述空腔外部的所述半导体衬底中。所述支撑部分物理上支撑所述压力容器。例如，所述支撑部分可以使得所述压力容器悬挂在所述空腔中。
在步骤1306处，制造耦合至所述压力容器的所述部分的换能器。所述换能器具有随着所述压力容器的结构变形而发生变化的属性。在示例实现方式中，换能器逻辑1406制造所述换能器。
在某些示例实施例中，可以不执行流程图1300的一个或多个步骤1302、1304和/或1306。此外，可以执行除步骤1302、1304、和/或1306以外的或代替这些步骤的步骤。例如，在示例实施例中，所述压力容器由电介质(例如，电介质内衬)制成，所述电介质在所述半导体衬底的加工过程中被形成。根据此实施例，流程图1300的方法可以包括：在所述半导体衬底上形成所述电介质。将认识到的是，任何合适的半导体加工逻辑(例如，氧化逻辑)可以用于在所述半导体衬底上形成所述电介质。将进一步认识到的是，可以由除了电介质之外的(多种)材料来制造所述压力容器。例如，可以由硅而非电介质来制造所述压力容器；然而，在硅中蚀刻的通道有可能相对较大，并且与所述硅对准可能是具有挑战性的。
将认识到的是，制造系统1400可以不包括图14中示出的逻辑的全部。例如，制造系统1400可以不包括空腔逻辑1402、容器逻辑1404、14和/或换能器逻辑1506中的一项或多项。此外，制造系统1400可以包括除了或代替空腔逻辑1402、容器逻辑1404、和/或换能器逻辑1406的逻辑。
图15描绘了根据本文描述的实施例的用于使用压力传感器的示例方法的流程图1500。出于说明性目的，关于图5中示出的压力传感器500以及图16中示出的测量系统1600对流程图1500进行描述。如图16所示，测量系统1600包括测量逻辑1602。基于有关流程图1500的讨论，进一步结构及操作的实施例对于相关领域的技术人员将是明显的。
如图15所示，流程图1500的方法在步骤1502处开始。在步骤1502中，接收空腔中的空腔压力，所述空腔被包括在压力传感器的半导体衬底中。在示例实现方式中，被包括在压力传感器500的半导体衬底580中的空腔586接收所述空腔压力。
在步骤1504处，接收所述压力传感器的压力容器中的容器压力。所述压力容器具有限定空隙的横截面。所述压力容器具有至少一个弯曲部分，所述至少一个弯曲部分被配置为基于所述空腔压力与所述容器压力之间的压差而在结构上发生变形。所述压力容器的至少一部分悬挂在所述空腔中。所述压力容器可以由电介质(例如，电介质内衬)制成，所述电介质在所述半导体衬底的加工过程中被形成，尽管示例实施例的范围不限于此方面。在示例实现方式中，压力容器520接收所述容器压力。
在步骤1506处，对耦合至所述压力容器的所述部分的换能器的属性进行测量。所述属性随着所述压力容器的结构变形而发生变化。在示例实现方式中，测量逻辑1602测量换能器503的属性。
在示例实施例中，所述换能器包括可变形电容性结构。根据此实施例，所述属性包括与所述电容性结构相关联的电容。进一步根据此实施例，步骤1506包括：对与所述电容性结构相关联的所述电容进行测量。
在另一示例实施例中，所述换能器包括压电材料。根据此实施例，所述属性包括由所述压电材料生成的电荷。进一步根据此实施例，步骤1506包括：对由所述压电材料生成的所述电荷进行测量。
在又另一示例实施例中，所述换能器包括压阻材料。根据此实施例，所述属性包括所述压阻材料的电阻。进一步根据此实施例，步骤1506包括：测量所述压阻材料的所述电阻。
在某些示例实施例中，可以不执行流程图1500的一个或多个步骤1502、1504和/或1506。此外，可以执行除步骤1502、1504、和/或1506以外的或代替这些步骤的步骤。
将认识的是，测量系统1600可以包括除了或代替测量逻辑1602的逻辑。例如，测量系统1600可以包括压力传感器或其一部分。
本文描述的材料、其相应的形状和尺寸及其在附图中示出的相对位置在本质上是示例性的并且并不旨在为限制性的。预期各种修改，如对受益于本公开的相关领域的技术人员将是明显的。
iii.示例计算系统实现方式
本文描述的示例实施例、系统、部件、子部件、设备、方法、流程图、步骤等(包括但不限于制造系统1400、测量系统1600、流程图1300和1500)可以以硬件(例如，硬件逻辑/电气电路)、或硬件与软件(被配置成用于在一个或多个处理器或处理设备中执行的计算机程序代码)和/或固件的任意组合来实现。可以使用公知的计算设备(诸如图17中示出的计算机1700)来实现本文描述的包括系统、方法/过程、和/或装置的实施例。例如，可以使用一个或多个计算机1700来实现制造系统1400、测量系统1600、流程图1300的步骤中的每个步骤、以及流程图1500的步骤中的每个步骤。
计算机1700可以是任何可商购且公知的、能够执行本文描述的功能的通信设备、处理设备、和/或计算机，诸如可从internationalbusiness
计算机1700包括一个或多个处理器(还被称作中央处理单元或cpu)，诸如处理器1706。处理器1706连接至通信基础设施1702，诸如通信总线。在一些实施例中，处理器1706可同时操作多个计算线程。计算机1700还包括主要或主存储器1708，诸如随机存取存储器(ram)。主存储器1708中存储有控制逻辑1724(计算机软件)和数据。
计算机1700还包括一个或多个辅助存储设备1710。辅助存储设备1710包括例如：硬盘驱动器1712和/或可移除存储设备或驱动器1714、以及其他类型的存储设备(诸如存储器卡和记忆棒)。例如，计算机1700可以包括工业标准接口，诸如用于与设备(诸如记忆棒)进行对接的通用串行总线(usb)接口。可移除存储驱动器1714表示软盘驱动器、磁带驱动器、致密盘驱动器、光学存储设备、磁带备份等。
可移除存储驱动器1714与可移除存储单元1716进行交互。可移除存储单元1716包括具有被存储在其中的计算机软件1726(控制逻辑)和/或数据的计算机可用或可读存储介质1718。可移除存储单元1716表示软盘、磁带、致密盘(cd)、数字通用光盘(dvd)、蓝光光盘、光学存储盘、记忆棒、存储器卡、或任何其他计算机数据存储设备。可移除存储驱动器1714以公知的方式从可移除存储单元1716读取和/或写入可移除存储单元。
计算机1700还包括输入/输出/显示设备1704，诸如触摸屏、led和lcd显示器、键盘、指点设备等。
计算机1700进一步包括通信或网络接口1720。通信接口1720使得计算机1700能够与远程设备进行通信。例如，通信接口1720允许计算机1700通过通信网络或介质1722(表示计算机可用或可读介质的形式)进行通信，诸如局域网(lan)、广域网(wan)、因特网等。网络接口1720可以经由有线或无线连接与远程站点或网络进行对接。通信接口722的示例包括但不限于调制解调器(例如，针对3g和/或4g通信)、网络接口卡(例如，针对wi-fi和/或其他协议的以太网卡)、通信端口、个人计算机存储卡国际协会(pcmcia)卡、有线或无线usb端口等。可以经由通信介质1722向和从计算机1700传输控制逻辑1728。
被包括在其中存储有控制逻辑(软件)的计算机可用或可读介质的任何装置或制造在此被称为计算机程序产品或程序存储设备。计算机程序产品的示例包括但不限于主存储器1708、辅助存储设备1710(例如，硬盘驱动器1712)、以及可移除存储单元1716。在其中存储有控制逻辑的、当由一个或多个数据处理设备来执行时使这种数据处理设备如本文描述的进行操作的这种计算机程序产品表示实施例。例如，这种计算机程序产品当由处理器1706来执行时可以使处理器1706执行图13的流程图1300和/或图15的流程图1500的步骤中的任何步骤。
可以实现实施例的设备可以包括存储装置，诸如存储驱动器、存储器设备、以及进一步类型的计算机可读介质。这种计算机可读存储介质的示例包括：硬盘、可移除磁盘、可移除光盘、闪存卡、数字视频盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)等。如在此使用的，术语“计算机程序介质”和“计算机可读介质”通常用于指代与以下各项相关联的硬盘：硬盘驱动器、可移除磁盘、可移除光盘(例如，cdrom、dvdrom等)、压缩盘、磁带、磁存储设备、光学存储设备、基于mems的存储设备、基于纳米技术的存储设备、以及其他介质(诸如闪存卡、数字视频盘、ram设备、rom设备等)。这种计算机可读存储介质可以存储程序模块，所述程序模块包括用于实现例如在此描述(如以上指出的)的实施例、系统、部件、子部件、设备、方法、流程、步骤等的程序逻辑、和/或本文描述的进一步实施例。实施例涉及计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在任何计算机可用介质上的这种逻辑(例如，采用程序代码、指令或软件的形式)。这种程序代码当在一个或多个处理器中被执行时使设备如本文描述的进行操作。
注意的是，这种计算机可读存储介质与通信介质区分开并且不发生重叠(不包括通信介质)。通信介质在诸如载波的调制数据信号中具体化计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据。术语“已调制的数据信号”是指以编码信号中的信息的这种方式使其特性中的一个或多个特性被设置或改变的信号。通过示例而非限制的方式，通信介质包括无线介质(诸如声学、rf、红外和其他的无线介质)以及有线介质。各实施例还涉及这种通信介质。
可使用除本文描述的之外的软件、固件和/或硬件实现方式来实施所公开的技术。可使用适合用于执行本文描述的功能的任何软件、固件和硬件实现方式。
iv.结论
尽管以上已经描述了各实施例，但应当理解的是，它们仅是通过示例而非限制的方式来呈现。对相关领域的技术人员而言将明显的是，在不背离本实施例的精神和范围的情况下，可以在此做出形式上和细节上的各种变化。因此，本实施例的宽度和范围不应由以上描述的示例性实施例中的任何一个实施例来限制，而应当仅根据以下的权利要求书及其等同物来限定。
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