專利名稱：在所測量的壓力和參考室之間的壓力均衡減少的硅壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓力傳感器，特別地，本發(fā)明涉及一種包括第一晶片部件和第二晶片部件的壓力傳感器。晶片部件之一包括用于檢測第一環(huán)境空間的壓力與參考室的壓力之間的差值的壓電電阻部件。這兩個晶片部件具有結(jié)合在一起的接觸表面來形成壓力傳感器。
背景技術(shù)：
存在由包括兩個晶片的層疊結(jié)構(gòu)制備的絕對傳感器。在這些傳感器中，在所檢測的環(huán)境壓力與參考壓力室的壓力之間的壓力差使室的側(cè)壁偏轉(zhuǎn)，并且將該偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榇碓搲毫Σ畹碾娦盘枴Ｍǔ?，參考壓力室被抽真空以消除室?nèi)殘余氣體的熱效應。
為了保持來自傳感器讀出值之間給定的相關(guān)性，重要的是要維持密封腔內(nèi)部的真空。但是，測試已經(jīng)顯示無論結(jié)合了多少層，仍然經(jīng)常發(fā)生從環(huán)境到密封腔的泄漏。通常，泄漏發(fā)生為分子通過結(jié)合的層的橫向滲透。
分子橫向滲透具有這樣的效果，即在密封腔內(nèi)的壓力將從真空向環(huán)境壓力上升。壓力隨時間上升導致密封腔和所檢測壓力之間的壓力均衡。對于高壓應用，該均衡發(fā)生最快，且對傳感器有最大的影響。
在“High pressure sensor based on fusion bonding”中公開了這樣的硅傳感器，該文獻公開于“Proceedings of the Sixth International symposium onSemiconductor Wafer bonding；Science，Technology and Applications in SanFrancisco，Califomia September 2-7，2001”(對比文獻1)。在“High-pressuresilicon sensor with low-cost packaging”中公開一種絕對傳感器，該文獻公開于“Sensors and Actuators APhysical 92(2001)16-22”(對比文獻2)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種絕對硅高壓傳感器，該絕對硅高壓傳感器更加可靠并且需要更少校正時間。因此，本發(fā)明在第一方面提供了一種傳感器，其中，當接觸表面被結(jié)合來形成壓力傳感器時，至少一個接觸表面中的表面結(jié)構(gòu)形成參考室和緩沖室。
由于除參考室外至少還形成緩沖室，至少部分的通過晶片之間的結(jié)合層滲透的分子可以由緩沖室收集。這些收集的分子將不會促成參考室中的壓力的升高，并且緩沖室因此有助于使得壓力傳感器對密封腔和檢測到壓力之間的壓力均衡更具抵抗力，并有助于使得傳感器在時間上更可靠。
晶片中的一個或兩個可以由硅或玻璃制備。參考室和/或緩沖室可以通過在接觸表面被結(jié)合在一起之前在一個或兩個接觸表面中形成凹入來制備。作為一種替換，一個或兩個室可以這樣形成通過一個表面的平面中進行平移(shift)，例如，通過在它們結(jié)合之前在一個表面上放置電極。由于晶片的非柔性防止表面在平面中的平移上緊密粘附，所以可以在平移附近的區(qū)域中于兩個晶片之間形成間隙。
優(yōu)選的是，緩沖室形成一種溝道布置，其位于參考室和第一環(huán)境空間之間。因此，可以實現(xiàn)分子滲透將發(fā)生在環(huán)境壓力和該溝道布置之間。
為了進一步增加傳感器在時間上的可靠性，緩沖室可以與一開口流體連通，該開口通入周圍的的第二環(huán)境空間中，例如其處于常規(guī)大氣壓力。因此，滲透分子可以流出緩沖室，進入周圍的氣氛中。
傳感器可以包括位于一表面中的線路連接區(qū)域，該表面暴露于第二環(huán)境空間的壓力。建立起緩沖室和第二環(huán)境空間之間的該開口可以位于線路連接附近。
在第二方面，本發(fā)明提供了一種減少第一環(huán)境空間和參考室之間的分子滲透的方法，參考室位于壓力傳感器的部件之間。根據(jù)該方法，緩沖室形成在壓力傳感器中、于第一環(huán)境空間和參考壓力室之間，來收集滲透分子。該方法可以與結(jié)合本發(fā)明的第一方面所述的任何特征相組合，具體而言，收集的分子可以被引導至第二環(huán)境空間，例如周圍的大氣。


現(xiàn)在已經(jīng)從總的方面對本發(fā)明進行了說明，下面將參考附圖對本發(fā)明的一個實施例進行詳細地說明，在附圖中圖1示出了硅壓力傳感器的側(cè)視圖；圖2示出了標準晶片的結(jié)合區(qū)域的俯視圖；
圖3示出了標準晶片的橫截面視圖；圖4示出了傳感器更詳細的橫截面視圖；圖5示出了包括用于將傳感器插入受壓系統(tǒng)中的密封裝置的傳感器；具體實施方式
圖1示出了由第一晶片1和第二晶片2構(gòu)成的硅壓力傳感器的側(cè)視圖。在第二晶片中，如圖2所示，當晶片被結(jié)合在一起時，表面結(jié)構(gòu)形成了緩沖室8以及參考室4。第一晶片1是部件晶片，具體而言是SOI(絕緣體上硅)晶片，其上設置有至少一個壓電電阻器形式的傳感結(jié)構(gòu)，這通常為壓電電阻部件的網(wǎng)絡形式。在參考文獻1和2中可以找到第一晶片1的總的方面。
第二晶片2是標準晶片，并且是基于其中所要檢測壓力的介質(zhì)而選擇的材料制成。它可以僅僅是玻璃晶片。
第一表面部分形成傳感器的檢測部分10。該表面暴露于在虛線12右側(cè)存在的第一環(huán)境空間的壓力，即相對于參考壓力室被檢測的壓力。第二表面部分11暴露于在虛線12左側(cè)存在的第二環(huán)境空間的壓力，即周圍大氣壓力。用于線路連接的區(qū)域位于第二表面部分中。虛線12表示邊界，例如，將第一環(huán)境空間從第二環(huán)境空間分開的壓力室的壁。通常，傳感器將與促進密封附著的設備相配合。該配合可以包括外部密封裝置以防止兩個空間之間的流體連通。如圖5所詳細示出的那樣，該密封例如可以包括外表面的螺紋部分和例如O型圈的襯墊以實現(xiàn)傳感器和壓力系統(tǒng)的壁之間的密封嚙合。
圖1中的線2-2表示兩個晶片相結(jié)合的部分，圖2示出了沿該結(jié)合線從上看的橫截面視圖，即第二晶片2的俯視圖。如圖2所示，第二晶片2具有在晶片的端部5附近形成參考室4的凹入。當將晶片結(jié)合時，參考室4放置于形成在第一晶片1中的檢測區(qū)域10之下，參考圖1。
圖2還示出了為溝道布置8形式的緩沖室，呈從第一端部9沿側(cè)邊部分7、第二端部5、側(cè)邊部分6返回到第一端部9的U型。溝道布置因此位于第一參考室和第一環(huán)境空間之間的位置，晶片之間通過結(jié)合部分滲透的分子因此由緩沖室收集。
由于溝道布置8具有兩個開口13、14，它們位于虛邊界指示線12的左側(cè)，所以滲透的分子可以釋放到第二環(huán)境空間。對第二環(huán)境空間的開口防止緩沖室中的壓力上升。但是，這些開口是可選的。
圖3示出了沿圖2的線3-3橫截面視圖，其清楚地示出了參考壓力室4和緩沖室8形成為第二晶片2的結(jié)合表面15中的凹入。
圖4示出了傳感器更加詳細的橫截面視圖。外面的線16表示由例如石英制成的保護涂層。參考室17含有壓電電阻器18以及互連19，其用于該電阻器和設置在傳感器外的調(diào)節(jié)電子器件之間的電連接。該緩沖室20位于環(huán)境空間和參考室之間。
圖5示出了在完成后的組件中的傳感器。該傳感器21經(jīng)套管23被密封地固定到壓力系統(tǒng)的壁22。將套管和傳感器成型以通過玻璃釉料24接觸，并且套管被襯套26推入壁的開口25。該襯套包括螺紋部分27，O型圈28提供密封。在襯套內(nèi)，線29連接到傳感器的表面30，該表面也包括對傳感器的緩沖室的開口。
權(quán)利要求
1.一種壓力傳感器，包括第一晶片部件和第二晶片部件，二者之一包括至少一個壓電電阻部件用于檢測第一環(huán)境空間的壓力和參考室的壓力之間的差值，所述兩個晶片具有接觸表面，其中，當所述接觸表面被結(jié)合來形成所述壓力傳感器時，所述接觸表面中至少一個的表面結(jié)構(gòu)形成所述參考室和緩沖室。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的壓力傳感器，其中，所述表面結(jié)構(gòu)包括凹入，當所述晶片結(jié)合在一起時，所述凹入在所述晶片之間形成至少一個所述室。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的壓力傳感器，其中，所述緩沖室溝道布置，其位于所述參考室和所述第一環(huán)境空間之間
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一的壓力傳感器，還包括附著裝置，用于將所述傳感器附著到所述第一環(huán)境空間和第二環(huán)境空間之間，所述附著裝置將所述傳感器的外表面分為暴露于所述第一環(huán)境空間的壓力的第一表面部分和暴露于所述第二環(huán)境空間的壓力的第二表面部分，其中，所述緩沖室與所述第二表面部分中的開口處于流體連通以均衡所述緩沖室和所述第二環(huán)境空間之間的壓力差。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的壓力傳感器，其中，所述壓電電阻部件電連接到位于所述第二表面部分中的線路連接區(qū)域。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一的壓力傳感器，其中，所述第一晶片是由硅制成，所述第二晶片是由選自玻璃和硅的材料制成。
7.一種用于位于減少壓力傳感器部件之間的第一環(huán)境空間和參考室之間的分子滲透的方法，其中，在所述壓力傳感器中、于所述第一環(huán)境空間和參考壓力室之間形成緩沖室來收集滲透的分子。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，所述被收集的分子被引導到第二環(huán)境空間。
全文摘要
本發(fā)明涉及絕對壓力傳感器，該壓力傳感器具有兩片相結(jié)合的晶片，其含有壓力檢測結(jié)構(gòu)和形成參考壓力室和緩沖室。由于緩沖室收集通過晶片之間的結(jié)合層滲透的分子，所以可以避免參考室中的壓力升高。所以，該傳感器更耐受壓力室和周圍的壓力即所檢測的壓力之間的壓力均衡，并且避免了對傳感器反復的校正。
文檔編號G01L9/00GK1751232SQ200480004776
公開日2006年3月22日 申請日期2004年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月10日
發(fā)明者卡倫·伯克倫德, 克里斯托弗·格雷森, 皮明·龍巴克 申請人:丹佛斯公司