用于测量压力的mems芯片、测量元件和压力传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微机电系统芯片(MEMS芯片)，其用于测量压力腔中的压力，该微机电系统芯片包括MEMS衬底和载体衬底，所述MEMS衬底和载体衬底沿着它们的纵向轴线A平面地以彼此叠置方式接合，其中，所述MEMS芯片具有带电子机械式测量装置的测量区域并具有通过线路与所述测量区域连接的、带触点的接触区域。MEMS芯片设计成棒形，并且所述测量区域和接触区域沿纵向轴线方向被套管区域彼此间隔开。
[0002]本发明同样涉及一种测量元件以及一种压力传感器，所述测量元件和压力传感器包括这种MEMS芯片。
【背景技术】
[0003]MEMS芯片(微机电系统)使电子装置元件和微机械结构在一个半导体芯片上共存并且可以处理电方面和机械方面的信息。因此，这些MEMS芯片被适用于传感器、致动器等。
[0004]在运行状态下，上述类形的MEMS芯片将它们的测量区域暴露在压力腔中，其中，在压力腔中记录到的相应测量信号能够由触点接收。这类MEMS芯片适用于密封地布置在套管部中，可以通过套管区域11的表面的垂直于纵向轴线A的全周向包裹来构成该套管部。
[0005]这种MEMS芯片的已知实施方式例如在WO 2004/081510 Al中被描述或也在Birkelund K等人的著作:，，Hi gh pressure silicon sensor with low-costpackaging",SENSORS AND ACTUATORS A,ELSEVIER SEQUOIA S.A.,LAUSANNE,CH,Bd.92,Nr.1-3，第16-22页中被描述。这种MEMS芯片在测量区域中具有在载体衬底中的空腔，该空腔由绝缘体上娃(5;11;[(3011-011-;[11811131:01')(301)晶片封闭，其中，测量桥在空腔内部安置在SOI晶片上。所述SOI晶片还在MEMS芯片的整个前区域中设有减少的厚度，使得该前区域在那里作为膜片起作用。
[0006]所述膜片的刚性，负责MEMS芯片的或测量元件的敏感性，现在通过所述SOI晶片在所述测量区域中留下的剩余厚度来适配该刚性。这是相对昂贵的，因为一般通过有目的地蚀刻掉硅层来获得厚度减少:蚀刻时间越长，膜片层变得越薄。但是，因为所述蚀刻时间非常短，所以预设的膜片刚性的准确再现极其难以形成。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供在高的环境温度下、特别是超过200°C的高的环境温度下用于测量压力的MEMS芯片、测量元件和压力传感器，其中，这种MEMS芯片的制造应当在同时改善了预设的敏感性的再现的情况下被简化。
[0008]该目的通过根据权利要求1、13和19的特征的MEMS芯片、测量元件和压力传感器来实现。
[0009]根据本发明给出一种开头所描述的MEMS芯片，该MEMS芯片的电子机械式测量装置通过如下方式来设计，即，所述MEMS衬底具有形成盲孔的空腔，该盲孔的边缘构成MEMS衬底中的膜片，并且由压阻元件制成的测量桥布置在该膜片的背离所述空腔的侧上，其中，所述MEMS衬底以所述空腔的面朝所述载体衬底的侧接合到所述载体衬底上，使得所述载体衬底构成所述膜片下方形成的空腔的底壁。
[0010]通过形成SOI层的MEMS衬底中的盲孔的大小、相应的面积，可以由此准确地调整膜片的所述刚性。所述膜片的厚度始终一致，这是因为所述盲孔延伸直至MEMS衬底中的氧化层，该氧化层作为蚀刻终止部起作用。
[0011]另一优点是:在载体衬底中不必构成空腔。此外，线路可以布置在MEMS衬底的表面上，这已证实比这些线路在两个层之间引导更简单。
[0012]这种MEMS芯片可以简单地生产为晶片并被锯开成单个的部件，这就造成具有矩形横截面的芯片，其能够被容易地使用。
[0013]有利的实施方式在从属权利要求中公开。借助于根据本发明的MEMS芯片可以构成测量元件以及由此构成压力传感器。
[0014]因而得出MEMS芯片的以及由此所构成的测量元件的紧凑结构，其中，封闭空腔的膜片被用作电子机械式测量装置。为了确定主要的压力，使用了由于所述膜片的偏移而感应出的机械应力。该膜片可以为此目的而弯曲，因为该膜片毗邻所述空腔并且没有平放到所述空腔上。通过借助于所述膜片来进行的所述压力测量，仅需在测量区域中构成所述测量元件之后将所述MEMS芯片的很小的部分自由暴露在压力腔中进而暴露在介质中。通过空腔的敞开面来限定所述膜片的刚性，膜片毗邻该敞开面。
[0015]介质分离和钝化作用被明显简化。在测量元件装入时，在保持环的区域中进行介质分离，该保持环是测量元件的部件。
[0016]根据本发明的测量元件此外尤其是能够用于汽车制造中的高温压力传感器、航空交通中的高温压力传感器，用于天然气和油开采中的技术过程中的燃气轮机、地热能领域中的燃气轮机。
【附图说明】
[0017]下面结合附图来描述本发明主题的优选实施例。其中:
[0018]图1在俯视图中示出了根据本发明的MEMS芯片；
[0019]图2a示出了根据本发明的具有被抽真空的空腔的MEMS芯片的纵剖面图，其适用于绝对压力测量；
[0020]图2b示出了另一根据本发明的具有通道的MEMS芯片的纵剖面图，其适用于相对压力测量；
[0021]图2c示出了另一根据本发明的具有通道和另外的封闭的空腔的MEMS芯片的纵剖面图；
[0022]图3a示出了根据本发明的具有MEMS芯片和保持环的测量元件的俯视图；
[0023]图3b示出了就像由图3a中的箭头所示的那样从接触区域观察根据图3a的测量元件的前视图；
[0024]图3c示出了穿过根据本发明的压力传感器的部分剖面图，其中，壳体包围根据本发明的测量元件并且连接缆线从接触区域铺设到壳体外；
[0025]图4a示出了根据本发明的具有空腔和固定的夹卡触点的测量元件的纵剖面图；
[0026]图4b示出了根据本发明的测量元件的纵剖面图，该测量元件具有连接于空腔的通道以及具有固定的夹卡触点。
【具体实施方式】
[0027]在这里所提出的根据本发明的用于在高温、优选大于200°C的高温下测量压力的测量元件的部件是就像在图1中示出那样的MEMS芯片3，该MEMS芯片基本上构造为棒形。MEMS芯片3在第一端部的区域中包括测量区域4并且在第二端部的区域中包括接触区域6。在测量区域4中，在MEMS芯片3的纵向侧平面上布置电子机械式测量装置。所述电子机械式测量装置在这里包括膜片7，该膜片配有多个压阻元件2，这些压阻元件构造成测量桥19。从所述测量桥19，多个线路8从测量区域4直到接触区域6，沿着MEMS芯片3的所述纵向侧平面连续地布置。这些线路8汇入接触区域6中的多个触点16。在使用状态下，接触区域6处在应确定其压力的压力腔D之外。
[0028]在沿着MEMS芯片3的纵轴线A的剖视图中，在图2中示出了MEMS芯片3的各种实施方式。所有MEMS芯片3分别由MEMS衬底30和载体衬底31构成。在这里，MEMS芯片3是SO1-硅芯片，其由优选实施为SOI衬底30的MEMS衬底30和呈硅载体衬底31形式的载体衬底31构成。但是，同样可以由玻璃、尤其是由硼硅玻璃来制造载体衬底31。
[0029]MEMS衬底30和载体衬底31沿着它们的纵轴线A平面地以彼此叠置接合方式布置。
[0030]所有MEMS芯片3具有布置在测量区域4中的空腔5，从所述MEMS衬底30中空出该空腔或从该MEMS衬底中蚀刻出该空腔。通过衬底30、31的蚀刻、掺杂和/或覆层来制造空腔5、膜片7以及压阻元件2。
[0031]根据本发明，膜片7形成空腔5的顶面以及因此将所述空腔5密封地在背离衬底31的侧上封闭。膜片7连续地布置在平行于MEMS芯片3的纵轴线A的平面中。所述空腔5的底壁50由所述载体衬底31形成。因为两个衬底30、31彼此叠置密封地不可脱开地连接，所以该空腔5是封闭的。所述底壁50的壁厚比所述膜片7厚很多倍。具有测量桥19的膜片7优选构造为具有压阻2的薄膜-SOI膜片。所述测量桥19布置在空腔5之外，在膜片7的背离所述衬底31的外表面上。
[0032]为了测量绝对压力，根据图2a的MEMS芯片3，在封闭的空腔5中形成真空。在制造MEMS芯片3时，为此目的而将制造室抽真空并设置利用其来长期保持空腔中的真空的装置。
[0033]在MEMS芯片3的根据图2b的实施方案中，空腔5没有抽真空，而是朝接触区域6方向连续地设有通道21，该通道通过开口 210对大