本發(fā)明涉及一種具有第一基體的電容式壓力傳感器，該第一基體具有兩個(gè)導(dǎo)電層和被布置在這兩層之間的絕緣層，該絕緣層使這兩層彼此電絕緣；導(dǎo)電測量膜，該導(dǎo)電測量膜被布置在包含壓力室的第一基體上，該測量膜可以載以要測量的壓力；以及電極，該電極設(shè)置在面向膜的層中并且與所述測量膜間隔開，所述電極與測量膜一起形成電容器，該電容器具有隨作用在測量膜上的壓力而變化的電容；以及其制造方法。

背景技術(shù)：

電容式壓力傳感器用于工業(yè)計(jì)量以測量壓力。例如，被指定為半導(dǎo)體傳感器或傳感器芯片的壓力傳感器被用作壓力傳感器，其可以使用半導(dǎo)體技術(shù)已知的方法在晶片結(jié)構(gòu)中成本有效地制造。被設(shè)計(jì)為絕對或相對壓力傳感器的壓力傳感器通常具有施加到包含壓力室的基體上的測量膜，在測量操作中該測量膜的外側(cè)載以要測量的壓力。絕對壓力傳感器測量相對于在壓力室中占大部分的真空作用在測量膜上的壓力。相對壓力傳感器測量相對于提供給壓力室的參考壓力的壓力，參考壓力例如當(dāng)前的大氣壓力。

被設(shè)計(jì)為差壓傳感器的壓力傳感器通常具有兩個(gè)基體，在這兩個(gè)基體之間布置有測量膜。在這些傳感器中，在測量膜下方包括的壓力室也分別設(shè)置在兩個(gè)基體中的每一個(gè)中。在測量操作中，測量膜的第一側(cè)經(jīng)由第一基體中的凹部載以第一壓力，并且測量膜的第二側(cè)經(jīng)由第二基體中的凹部載以第二壓力。

電容式壓力傳感器包括至少一個(gè)電容式機(jī)電轉(zhuǎn)換器，其取決于作用在所述測量膜上的壓力來檢測測量膜的偏轉(zhuǎn)，并且將所述偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成反映要測量的壓力的電信號。半導(dǎo)體傳感器通常具有導(dǎo)電測量膜，該導(dǎo)電測量膜與電極一起集成到基體中并且與測量膜電絕緣，形成具有取決于要測量的壓力的電容的電容器。

在de10393943b3中描述了被設(shè)計(jì)為電容差壓傳感器的差壓傳感器。這包括安裝在第一基體和第二基體之間的測量膜，所述測量膜連接成與每個(gè)基體壓力密封，并且相應(yīng)地包含壓力室，所述測量膜的第一側(cè)能夠經(jīng)由第一基體中的凹部載以第一壓力，并且所述測量膜的第二側(cè)能夠經(jīng)由第二基體中的凹部載以第二壓力。基體分別包括背離膜的導(dǎo)電層和面向膜的導(dǎo)電層，以及布置在兩層之間并且使兩層彼此絕緣的絕緣層。在基體的面向膜的層中設(shè)置有與測量膜隔開的相應(yīng)電極，該電極與測量膜一起形成電容器，該電容器具有隨作用在測量膜上的壓力而變化的電容。為此，電極經(jīng)由溝槽與相應(yīng)的面向膜的層的外邊緣區(qū)域電絕緣，所述邊緣區(qū)域與測量膜連接。

原則上，可以使用兩個(gè)測量電容c1、c2中的每一個(gè)來確定壓差。然而，壓差確定優(yōu)選地不是使用單獨(dú)測量的電容而是使用兩個(gè)電容c1、c2中的差分變化f而發(fā)生。例如，根據(jù)f＝k(1/c1-1/c2)，可以將差分變化f確定為常數(shù)k和電容c1、c2的倒數(shù)值之差的乘積，并且表現(xiàn)出對要測量的壓差的線性依賴性。

對于電容式壓力傳感器，存在的問題是相應(yīng)的電容耦合不僅在測量膜的根據(jù)壓力變形的區(qū)域和與其相對的電極之間存在，而且在電極和它們的周圍環(huán)境之間以及在測量膜和其周圍環(huán)境存在。因此，除了根據(jù)壓力變化的電容之外，在電極中的一個(gè)和測量膜之間測量的電容還包括由于相對于環(huán)境的電容耦合的寄生電容。與壓力相關(guān)電容的電容變化相比，寄生電容越大，所述變化取決于要被計(jì)量檢測的測量膜的壓力相關(guān)偏轉(zhuǎn)，測量效果越小，因此可實(shí)現(xiàn)的測量精度也越小。

此外，寄生電容導(dǎo)致非線性效應(yīng)，其阻礙使用所測量的電容來確定要測量的壓力。特別地，差壓傳感器中的寄生電容產(chǎn)生差分變化f對要測量的壓力差的非線性依賴性，所述依賴性取決于差壓傳感器的大小。此外，寄生電容的不可重現(xiàn)的變化可能導(dǎo)致電容測量信號的失真。

為了減小寄生電容的負(fù)面影響，de10393943b3描述了分別通過背離膜的層和相應(yīng)基體的絕緣層，在集成到基體內(nèi)的電極之間建立接觸，并且將電極與差壓傳感器的環(huán)境屏蔽，因?yàn)閰⒖茧妱萁?jīng)由施加到差壓傳感器外部的導(dǎo)電涂層施加到測量膜、面向膜的層的邊緣區(qū)域和背離膜的層。為此，涂層優(yōu)選地接地?？商孢x地，描述了連接到前述模塊的電路，其將所有這些模塊保持在接地電勢或所連接電路的參考電勢。然而，在壓力傳感器的個(gè)體化之后，隨后僅可能涂覆在晶片結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的壓力傳感器的外部。每一個(gè)壓力傳感器的涂層是復(fù)雜的，并且與在晶片結(jié)構(gòu)上可以經(jīng)濟(jì)有效地執(zhí)行的工藝相比，精度更低。

假設(shè)所引用的部件被設(shè)定為相同的電勢，則產(chǎn)生與壓力傳感器相對于所述壓力傳感器的環(huán)境的屏蔽，類似于利用法拉第籠的屏蔽，并且在壓力傳感器內(nèi)部電極的直接環(huán)境中的電勢關(guān)系保持穩(wěn)定。然而，這不可避免地具有如下結(jié)果：電極及其通過跨相應(yīng)的基體的連接線位于電極電勢，隨著時(shí)間的推移隨待測量的壓力而變化，不同于圍繞它的模塊的電勢并且相對于這些而變化。由于在差壓傳感器內(nèi)，相對于圍繞它們的模塊，在電極及其連接線之間存在電容耦合，電極電勢的任何變化都會在電極及其連接線的直接環(huán)境中產(chǎn)生電荷偏移，所述電荷偏移立即對經(jīng)由電極端子分接的測量信號起反作用。因此，它們導(dǎo)致測量信號的失真，因此對測量精度產(chǎn)生負(fù)面影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是指定高精度壓力傳感器及其制造方法。

根據(jù)本發(fā)明，該目的通過一種壓力傳感器實(shí)現(xiàn)，該壓力傳感器具有：

-第一基體，

--該第一基體具有兩個(gè)導(dǎo)電層和一個(gè)絕緣層，該絕緣層布置在這兩個(gè)層之間并且使所述兩個(gè)層彼此電絕緣，

-導(dǎo)電測量膜，該導(dǎo)電測量膜布置在包括壓力室的第一基體上，并且可以載以要測量的壓力，以及

-電極，該電極被設(shè)置在面向膜的層中并且與測量膜間隔開，該電極與測量膜一起形成電容器，該電容器具有隨作用在測量膜上的壓力而變化的電容，

其特征在于，壓力傳感器

-具有測量膜端子，經(jīng)由該測量膜端子可以將參考電勢施加到測量膜，

-具有電極端子，電極的電極電位可以經(jīng)由該電極端子分接，

-屏蔽端子，經(jīng)由該屏蔽端子可以將能夠獨(dú)立于參考電勢預(yù)先確定的屏蔽電勢，尤其是對應(yīng)于電極電勢的屏蔽電勢施加到遠(yuǎn)離膜的層。

發(fā)展的特征在于，提供了在輸入側(cè)連接到電極端子并且在輸出側(cè)連接到屏蔽端子的電路(尤其是具有緩沖放大器，尤其是阻抗轉(zhuǎn)換器的電路)，該電路在測量操作中，

-通過在輸入側(cè)處與其連接的電極端子分接電極電勢，

-生成與所分接的電極電勢相對應(yīng)的屏蔽電勢，以及

-將屏蔽電勢施加到在輸出側(cè)與其連接的屏蔽端子。

根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，參考電勢為地，或者連接到電極端子，尤其是連接到電極端子和屏蔽端子的電路的參考電勢。

第一變體的特征在于，

-面向膜的層具有與測量膜連接并且與電極電絕緣的外邊緣區(qū)域，

-在邊緣區(qū)域和測量膜之間設(shè)置有附加絕緣層，其使邊緣區(qū)域與測量膜電絕緣，以及

-邊緣區(qū)域經(jīng)由導(dǎo)電連接與屏蔽端子連接。

第二變體的特征在于，

-面向膜的層具有與測量膜連接并且與電極電絕緣的外邊緣區(qū)域，并且

-邊緣區(qū)域經(jīng)由導(dǎo)電連接與膜端子連接。

優(yōu)選的發(fā)展的特征在于

-膜端子包括膜端子線，所述膜端子線沿著設(shè)置在第一基體中的凹部(尤其是設(shè)置在第一基體的邊緣處的凹部)的所生成的表面從背離膜的層的正側(cè)(所述正側(cè)背離膜)延伸到測量膜，所述膜端子線與所述測量膜導(dǎo)電連接，以及

-屏蔽端子具有屏蔽端子線，尤其是跨首先設(shè)置在基體中的凹部的所生成的表面延伸的屏蔽端子線，所述屏蔽端子線與背離膜的層導(dǎo)電連接。

進(jìn)一步發(fā)展的特征在于，

-面向膜的層具有外邊緣區(qū)域，其與測量膜連接并且與電極電絕緣，以及

-電極端子包括電極端子線，該電極端子線沿著設(shè)置在第一基體中的凹部的所生成的表面從背離膜的層的正側(cè)(所述正側(cè)背離膜)一直延伸到電極，所述電極端子線通過絕緣層與背離膜的層電絕緣，該絕緣層布置在電極端子線和背離膜的層之間。

第一個(gè)變體的發(fā)展的特征在于，

-第一基體具有第一凹部，該第一凹部延伸通過背離膜的層和布置在背離膜的層與面向膜的層之間的絕緣層，直到面向膜的層的邊緣區(qū)域，以及

-屏蔽端子包括沿著第一凹部的所生成的表面延續(xù)的屏蔽線，并且在所生成的表面，屏蔽線與面向膜的層的邊緣區(qū)域和背離膜的層導(dǎo)電連接，

-第一基體具有第二凹部，該第二凹部延伸通過背離膜的層、絕緣層、面向膜的層的邊緣區(qū)域和附加絕緣層，直到測量膜，

-膜端子包括膜端子線，該膜端子線

--沿著第二凹部的所生成的表面延續(xù)通過背離膜的層、絕緣層、和面向膜的層的邊緣區(qū)域，到達(dá)測量膜，

--經(jīng)由布置在膜端子線和所生成的表面之間的絕緣層，與面向膜的層的邊緣區(qū)域以及背離膜的層電絕緣，以及

--與測量膜的通過凹部可接近的區(qū)域?qū)щ娊佑|。

第二變體的發(fā)展的特征在于，

-屏蔽端子包括屏蔽線，該屏蔽線跨背離膜的層的所生成的表面延伸，

-其中所生成的表面特別地包括設(shè)置在第一基體中的第一凹部的所生成的表面，其從背離膜的正側(cè)通入第一基體，并且最大延伸到絕緣層，

-邊緣區(qū)域與測量膜連接，經(jīng)由附加絕緣層與所述測量膜電絕緣，

-第一基體具有第二凹部，該第二凹部從第一基體的正側(cè)(所述正側(cè)背離膜)，延伸通過背離膜的層、絕緣層、面向膜的層的邊緣區(qū)域和附加絕緣層，直到測量膜，以及

-膜端子包括膜端子線，該膜端子線

--沿著第二凹部的所生成的表面，延續(xù)通過背離膜的層、絕緣層和面向膜的層的邊緣區(qū)域，到達(dá)測量膜，

--經(jīng)由布置在膜端子線和所生成的表面之間的絕緣層與背離膜的層電絕緣，以及

--與面向膜的層的邊緣區(qū)域以及測量膜的通過凹部可接近的區(qū)域?qū)щ娊佑|。

本發(fā)明還包括根據(jù)本發(fā)明的壓力傳感器，所述壓力傳感器的特征在于，

-與測量膜連接并且包括壓力室的第二基體設(shè)置在測量膜的與第一基體相反的一側(cè)上，

-第一側(cè)測量膜可以經(jīng)由在第一基體中的通向第一基體的壓力室的凹部載以第一壓力，并且測量膜的第二側(cè)可以經(jīng)由在第二基體中的通向第二基體的壓力室的凹部載以第二壓力，以及

-第二基體

--具有兩個(gè)導(dǎo)電層和一個(gè)絕緣層，該絕緣層被布置在這兩個(gè)層之間并且使這兩個(gè)層彼此絕緣，

--具有電極，該電極設(shè)置在面向膜的層中并且與測量膜間隔開，該電極與測量膜一起形成電容器，該電容器具有隨作用在測量膜上的壓力而變化的電容，

--具有電極端子，經(jīng)由該電極端子，其電極所在的電極電勢被分接，以及

--具有屏蔽端子，經(jīng)由該屏蔽端子，可以將屏蔽電勢，尤其是對應(yīng)于其電極的電極電勢的屏蔽電勢施加到背離膜的層。

最后引用的變體的發(fā)展的特征在于，

-第二基體的面向膜的層具有與測量膜連接并且與電極電絕緣的外邊緣區(qū)域，該外邊緣區(qū)域

--與測量膜電絕緣，并且經(jīng)由導(dǎo)電連接部與第二基體的屏蔽端子連接，或

--經(jīng)由導(dǎo)電連接部與通過第二基體的膜端子連接。

本發(fā)明還包括操作根據(jù)本發(fā)明的壓力傳感器的方法，其特征在于，

-測量膜載以要測量的壓力

-通過由(設(shè)置在基體中的一個(gè)中的)電極和測量膜形成的至少一個(gè)電容器來測量取決于作用在測量膜上的壓力的電容，

-在相應(yīng)電容的測量期間，將參考電勢，尤其是接地電勢或連接到壓力傳感器的電路——尤其是包括電容測量電路的電路——的參考電勢施加到測量膜，以及

-在相應(yīng)電容的測量期間，將屏蔽電勢施加到基體的包括具有此電容器的電極(17)的層(所述層背離膜)，該屏蔽電勢對應(yīng)于該電容器的電極的電極電勢。

本發(fā)明還包括根據(jù)優(yōu)選發(fā)展的用于制造壓力傳感器或差壓傳感器的方法，該方法的特征在于，

-制造在晶片結(jié)構(gòu)中發(fā)生，

-基體由晶片，尤其是soi晶片制造，所述晶片具有導(dǎo)電襯底層、布置在導(dǎo)電襯底層上的絕緣層和布置在其絕緣層上的導(dǎo)電覆蓋層，其中

--從襯底層生成基體的背離膜的層，從晶片的絕緣層產(chǎn)生基體的絕緣層，以及從晶片的覆蓋層產(chǎn)生面向膜的層，

--要設(shè)置在基體中的凹部由在晶片的對應(yīng)層中生成的凹陷(relief)，尤其是由蝕刻工藝生成的凹陷生成，

--在制造具有膜端子的基體時(shí)，在膜端子線與背離膜的層之間，或在膜端子線與背離以及面向膜的層之間施加絕緣層，所述絕緣層尤其是經(jīng)由氧化工藝施加，以及

--屏蔽線，以及在具有膜端子的基體的制造中，還有膜端子線作為金屬涂層施加(尤其是濺射)。

這種制造差壓傳感器的方法的發(fā)展的特征在于，

-通過相應(yīng)的方法在晶片結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生第一基體和第二基體，

-在第一基體和第二基體的面向膜的層上生成附加絕緣層，最終的壓力傳感器中的絕緣層產(chǎn)生面向膜的層的外邊緣區(qū)域(所述外邊緣區(qū)域與測量膜連接)與相應(yīng)的測量膜絕緣，

-設(shè)置有附加絕緣層的第一基體在晶片結(jié)構(gòu)中尤其是經(jīng)由直接硅鍵合(硅熔融鍵合)與具有導(dǎo)電覆蓋層的第二晶片連接，使得第二晶片的覆蓋層位于絕緣層之上，

-除了形成測量膜的覆蓋層之外，去除第二晶片，以及

-設(shè)置有附加絕緣層的第二基體在晶片結(jié)構(gòu)中尤其是經(jīng)由直接硅鍵合(硅熔融鍵合)與形成測量膜的覆蓋層連接，使得施加在第一基體和第二基體上的絕緣層相對地定位。

附圖說明

現(xiàn)在將使用附圖中的圖形詳細(xì)說明本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，附圖中示出兩個(gè)示例性實(shí)施例。相同的元件在附圖中由相同的附圖標(biāo)記表示。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的壓力傳感器的平面圖；

圖2-4示出圖1中的壓力傳感器的剖面圖；

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的壓力傳感器和與其連接的電路的示意圖；

圖6-8示出圖1的壓力傳感器的替選實(shí)施例的截面圖；

圖9示出用于根據(jù)圖1-4的壓力傳感器的制造的方法步驟。

具體實(shí)施方式

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的壓力傳感器的平面圖，壓力傳感器在這里被設(shè)計(jì)為差壓傳感器。圖2-4示出該壓力傳感器沿圖1中繪出的剖面a-a'、b-b'、c-c'的截面圖。

壓力傳感器包括布置在第一基體和第二基體1、3之間的壓敏導(dǎo)電測量膜5，該測量膜5的第一側(cè)可以經(jīng)由第一基體1中的凹部7載以第一壓力p1，測量膜5的第二側(cè)可以經(jīng)由第二基體3中的凹部7載第二壓力p2。為此，在兩個(gè)基體1、3中的每一個(gè)中設(shè)置有壓力室9，該壓力室9在測量膜5下方封閉，第一或第二壓力p1、p2可以經(jīng)由相應(yīng)基體1、3中的凹部7供應(yīng)到壓力室9。

第一基體1包括兩個(gè)導(dǎo)電層11、13，導(dǎo)電層11、13之間布置有使這兩個(gè)層11、13彼此電絕緣的絕緣層15。面向膜的層11包括與測量膜5間隔開的內(nèi)部電極17，該電極17被面向膜的層11的與測量膜5的外邊緣連接的外邊緣區(qū)域19包圍。電極17和邊緣區(qū)域19通過設(shè)置在面向膜的層11中并且通向絕緣層15的溝槽21彼此電絕緣。溝槽21的位置在圖1的平面圖中用虛線表示。

第二基體3也優(yōu)選地具有通過布置在兩個(gè)層11、13之間的絕緣層15彼此絕緣的兩個(gè)導(dǎo)電層11、13。此外，在第二基體3中還優(yōu)選地設(shè)置與測量膜5間隔開的至少一個(gè)內(nèi)部電極17，該電極17優(yōu)選地同樣由面向膜的層11的內(nèi)部區(qū)域形成，該內(nèi)部區(qū)域通過溝槽21與面向膜的層11的外邊緣區(qū)域19電絕緣，所述外邊緣區(qū)域19與測量膜5的外邊緣連接。

兩個(gè)電極17中的每一個(gè)與導(dǎo)電測量膜5一起形成電容器，該電容器具有隨作用在測量膜5上的壓差δp而變化的電容。

根據(jù)本發(fā)明，壓力傳感器具有與測量膜5連接以導(dǎo)電的膜端子23，并且具有電極17的每個(gè)基體1、3具有：電極端子25，其與相應(yīng)電極連接以便導(dǎo)電；以及屏蔽端子27，其與相應(yīng)基體1、3的層13連接以便導(dǎo)電，所述層13背離膜。電極17所在的可變電極電勢e1、e2可以通過電極端子25進(jìn)行分接。此外，測量信號的轉(zhuǎn)移也分別經(jīng)由電極端子25進(jìn)行，使用該測量信號來確定由相應(yīng)電極17和測量膜5形成的電容器的壓力依賴電容c1、c2。與此相反，膜端子23用于將參考電勢u0施加到測量膜5。參考電勢u0優(yōu)選地是穩(wěn)定的、可預(yù)定的電勢，其最好是隨著時(shí)間的推移不變的，例如地或連接到壓力傳感器的電路的參考電勢。屏蔽端子27用于將屏蔽電勢ue1、ue2施加到相應(yīng)的基體1、3的層13，所述層13背離膜。因此，屏蔽電勢ue1、ue2可以獨(dú)立于施加到測量膜5的參考電勢u0來提供。在測量操作中，屏蔽電勢ue1、ue2被施加到配備有電極15的每個(gè)基體1、3的層13(所述層13背離膜)，該屏蔽電勢ue1、ue2對應(yīng)于設(shè)置在各個(gè)基體1、3中的電極17的電極電勢e1、e2，電極電勢e1、e2經(jīng)由相應(yīng)基體1、3的電極端子25分接。

相應(yīng)的屏蔽電勢ue1、ue2不僅施加到背離膜的層13，而且并行施加到圍繞相應(yīng)電極17的相應(yīng)基體1、3的邊緣區(qū)域19。在圖2-4中所描繪的示例性實(shí)施例中，這是由于在邊緣區(qū)域19和測量膜5之間設(shè)置相應(yīng)的絕緣層29，并且以導(dǎo)電方式與背離膜的層13連接的屏蔽端子27被引導(dǎo)跨越相應(yīng)的背離膜的層13，通過附加絕緣層29，直到相應(yīng)的基體1、3的邊緣區(qū)域19，在邊緣區(qū)域19處屏蔽端子27與相應(yīng)的邊緣區(qū)域19以導(dǎo)電方式連接?？商孢x地，外邊緣區(qū)域19可以經(jīng)由以導(dǎo)電方式連接的單獨(dú)的屏蔽端子分別接觸，并且被保持在對應(yīng)于相應(yīng)電極電勢e1、e2的屏蔽電勢ue1、ue2。

經(jīng)由將對應(yīng)于相應(yīng)電極電勢e1、e2的屏蔽電勢ue1、ue2施加到背離膜的層13，實(shí)現(xiàn)的是，在測量期間，背離膜的層13與電極17及其電極端子25處于相同的電勢。在每個(gè)基體1、3中，其電極17與其背離膜的層13之間的寄生電容以及其電極端子25與其背離膜的層13之間的寄生電容由此短路。自然地，這也適用于邊緣區(qū)域19，只要它們同樣經(jīng)由屏蔽端子27保持在相應(yīng)的屏蔽電勢ue1、ue2處即可。

圖5示出圖1至圖4的壓力傳感器連同連接到壓力傳感器的端子的電路的框圖的示意圖。對于具有電極17的每個(gè)基體1、3，電路分別包括電容測量電路和生成與相應(yīng)電極電勢e1、e2相對應(yīng)的屏蔽電勢ue1、ue2的電路。根據(jù)電荷轉(zhuǎn)移原理工作的電容測量電路，例如，如在de10134680a1中所描述的，優(yōu)選地用作電容測量電路。這種電容測量電路分別包括第一緩沖放大器ov1、ov2，尤其是阻抗轉(zhuǎn)換器，其在輸入側(cè)連接到相應(yīng)電極17的電極端子25，并且在輸出側(cè)供應(yīng)與相應(yīng)電極17的電極電勢e1、e2相對應(yīng)的時(shí)鐘和周期性更新的信號電壓us1、us2。此外，它們分別具有已知電容cref1、cref2的參考電容器k1、k2，電容器k1、k2的第一側(cè)經(jīng)由第一開關(guān)s1與電壓源連接，該電壓源生成優(yōu)選地相對于在測量膜5處存在的參考電勢u0的充電電壓ul。相應(yīng)參考電容器k1、k2的第二側(cè)與第一緩沖放大器ov1、ov2的輸出連接；因此，不斷地施加與各電極電勢e1、e2相對應(yīng)的信號電壓us1、us2。電極端子25分別經(jīng)由第二開關(guān)s2以及經(jīng)由第三開關(guān)s3連接到參考電勢u0，且連接點(diǎn)被布置在第一開關(guān)s1和相應(yīng)的參考電容器k1、k2的第一側(cè)之間，該連接點(diǎn)與相應(yīng)的參考電容器k1、k2的第一側(cè)連接。電容測量在測量循環(huán)中進(jìn)行，其中在第一階段中，由相應(yīng)電極17和測量膜5形成的電容器被放電，并且用限定的參考電荷對相關(guān)聯(lián)的參考電容器k1、k2充電。在由相應(yīng)電極17和測量膜5形成的與壓力相關(guān)的電容器放電期間，第二開關(guān)s2閉合，第三開關(guān)s3斷開。在參考電容器k1、k2的充電期間，第一開關(guān)s1閉合，第三開關(guān)s3斷開，使得充電電壓ul分別被施加到參考電容器k1、k2的第一側(cè)，并且信號電壓us1、us2分別被施加到參考電容器k1、k2的第二側(cè)。然后，進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移，將參考電荷轉(zhuǎn)移到由相應(yīng)電極17和測量膜5形成的電容器，并且與相應(yīng)的參考電容器k1、k2連接。在測量周期的這個(gè)階段期間，第一開關(guān)s1和第二開關(guān)s2斷開，第三開關(guān)s3閉合，使得參考電荷橫跨位于參考電容器k1、k2的第一側(cè)之間的、由于第三開關(guān)s3的閉合而存在的連接被提取到相應(yīng)電極17。由于電荷轉(zhuǎn)移，電極電勢e1、e2分別出現(xiàn)在電極17處，該電極電勢e1、e2對應(yīng)于各個(gè)參考電容k1、k2與要測量的電容c1、c2的比率。因此，在緩沖放大器ov1、ov2的輸出處可用的信號電壓us1、us2與要測量的各個(gè)電容c1、c2的倒數(shù)成比例，并且被供應(yīng)至電子評估單元31，其在輸出側(cè)連接到緩沖器放大器ov1、ov2，該電子評估單元31使用信號電壓us1、us2來確定要測量的壓差δp。

這種根據(jù)電荷轉(zhuǎn)移原理操作的電容測量電路具有以下優(yōu)點(diǎn)：所產(chǎn)生的信號電壓us1、us2對應(yīng)于電極電勢e1、e2，因此可以直接用作屏蔽電勢，因?yàn)榫彌_放大器ov1、ov2在輸出側(cè)連接到各個(gè)屏蔽端子27。如果需要，為了進(jìn)一步放大，緩沖放大器ov1、ov2的輸出信號可以分別被供應(yīng)給這些附加的下游緩沖放大器ov3、ov4，例如，阻抗轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)，然后在輸出側(cè)饋送到相應(yīng)的屏蔽端子27。

可替選地，也可以使用從現(xiàn)有技術(shù)已知的其它電容測量電路。只要所使用的電容測量電路不包括生成對應(yīng)于相應(yīng)電極電勢e1、e2的信號的子電路，則提供附加電路以生成屏蔽電勢。例如，適合于此的緩沖放大器將在輸入側(cè)連接到相應(yīng)電極端子25，例如在輸出側(cè)連接到相應(yīng)的屏蔽端子27的阻抗轉(zhuǎn)換器。

因?yàn)楸畴x膜的層13以及優(yōu)選地還有基體1、3的邊緣區(qū)19被保持在與相應(yīng)電極電勢e1、e2相對應(yīng)的屏蔽電勢ue1、ue2，避免了壓力傳感器的這些區(qū)域內(nèi)的電荷移動(dòng)，所述電荷移動(dòng)歸因于相應(yīng)電極17和屬于同一基體1、3的背離膜的層13之間的寄生電容耦合，以及每個(gè)基體1、3的相應(yīng)電極17和屬于相同的基體1、3邊緣區(qū)域19之間的寄生電容耦合。這提供了如下優(yōu)點(diǎn)：要經(jīng)由電極端子25接收的測量信號被保護(hù)防止不依賴于要測量的壓力但仍然改變所述測量信號的電荷移動(dòng)。因此，可以通過本發(fā)明的壓力傳感器實(shí)現(xiàn)的測量精度得到改善。

此外，屏蔽電勢ue1、ue2的施加也具有與上述現(xiàn)有技術(shù)完全相同的效果：相應(yīng)電極17與壓力傳感器的外部環(huán)境的屏蔽。因此，因此保護(hù)壓力傳感器不受來自外部的作用于其上的干擾信號的影響，以及不受依賴于壓力傳感器集成在諸如電極17和圍繞壓力傳感器的金屬殼體之間的使用位置處的電容耦合的影響。

圖6至圖8示出壓力傳感器的可替選實(shí)施例，該壓力傳感器在這里同樣被設(shè)計(jì)為差壓傳感器。它與圖2-4中所描述的差壓傳感器的不同之處在于，具有電極17的基體1、3的邊緣區(qū)域19不保持在相關(guān)聯(lián)的屏蔽電勢ue1、ue2，而是保持在施加到測量膜5的參考電勢u0。為此，圖6-8中描繪的差壓傳感器的屏蔽端子27'相應(yīng)地縮短，使得只有背離膜的層13與相應(yīng)的屏蔽端子27'導(dǎo)電連接。與前面所述的示例性實(shí)施例相比，這里，兩個(gè)基體1、3中的每一個(gè)都將配備有膜端子23'，其與相應(yīng)的背離膜的層13電絕緣，跨相應(yīng)的邊緣區(qū)域19延伸到測量膜5，并且與相應(yīng)的邊緣區(qū)域19和測量膜5導(dǎo)電連接。作為替選，外邊緣區(qū)域19在這里自然也可以分別通過以導(dǎo)電方式與其連接的單獨(dú)的端子接觸，并且保持在參考電勢u0，或者邊緣區(qū)域19中的一個(gè)可以經(jīng)由膜端子23'以圖8所示的方式接觸，而另一個(gè)經(jīng)由單獨(dú)的端子接觸并且保持在參考電勢u0。除了所引用的差異之外，圖6至圖8中所描繪的差壓傳感器與圖2至圖4中所描述的示例性實(shí)施例一致，使得以上描述在這方面因此被引用。由于這些實(shí)施例中的邊緣區(qū)域19保持在與測量膜5相同的參考電勢u0，所以不要求測量膜5經(jīng)由絕緣層29與邊緣區(qū)域19絕緣。然而，如這里所示，可以用于實(shí)現(xiàn)測量膜5和兩個(gè)電極17之間的分離?？商孢x地，也可以自然地省略絕緣層29，并且測量膜5和兩個(gè)電極17之間的分離可以另外產(chǎn)生，例如，因?yàn)槭褂门c測量膜5直接連接的邊緣區(qū)域，該邊緣區(qū)域表現(xiàn)出比電極的結(jié)構(gòu)高度更大的結(jié)構(gòu)高度。

本發(fā)明不限于這里描述的差壓傳感器，而是可以完全類似地結(jié)合本文所描述的壓力傳感器的實(shí)施例的修改來使用。作為示例，引用與本文所描述的示例性實(shí)施例不同的差壓傳感器，其中僅兩個(gè)基體中的一個(gè)具有電極，或者兩個(gè)基體中的至少一個(gè)具有兩個(gè)或更多個(gè)電極。另外一個(gè)示例是僅具有一個(gè)基體的相對壓力傳感器，測量膜在所述一個(gè)基體上被布置成包含壓力室。在這種情況下，省略了設(shè)置在所描述的差壓傳感器中的第二基體3。在測量操作中，然后在測量膜5的外部載以要測量的壓力p，同時(shí)經(jīng)由第一基體1中的凹部7向壓力室9供應(yīng)的參考壓力被施加到測量膜5的內(nèi)部。自然地，絕對壓力傳感器也可以完全類似于這些相對壓力傳感器構(gòu)造，因?yàn)樗枋龅南鄬毫鞲衅鞯膲毫κ?被排空。在絕對壓力傳感器中，集成到基體1中的電極15優(yōu)選地通過基體的背離膜的層接觸，其中所評估的壓力室相對于在背離膜的層13中的對應(yīng)凹部由電極15密封。

根據(jù)本發(fā)明的壓力傳感器的膜端子23、23'和屏蔽端子27、27'優(yōu)選地分別具有屏蔽端子或膜端子線33、35、33'、35'，所述屏蔽端子或膜端子線33、35、33'、35'被施加到設(shè)置在各個(gè)基體1、3中的對應(yīng)位置的凹部37、39、37'、39'的所生成的表面。

在圖2至圖4中所描繪的示例性實(shí)施例中，為此，基體1、3分別具有設(shè)置在相應(yīng)基體1、3的邊緣上的第一凹部37，該凹部37通過相應(yīng)的背離膜的層13和絕緣層15通向面向膜的層11。為此，屏蔽端子27分別包括布置在相應(yīng)凹部37的所生成的表面上的屏蔽線33，該屏蔽線33從邊緣區(qū)域19的背離膜的一側(cè)的區(qū)域——所述區(qū)域被凹部37覆蓋——通向到相應(yīng)的背離膜的層13的正側(cè)，所述正側(cè)背離膜。例如，屏蔽線33是直接施加到凹部37的對應(yīng)的所產(chǎn)生的表面以及相應(yīng)的背離膜的層13的正側(cè)上的金屬涂層，所述正側(cè)背離膜，其中屏蔽線33與相應(yīng)的背離膜的層13和相應(yīng)的邊緣區(qū)域19導(dǎo)電接觸。

此外，至少第一基體1具有設(shè)置在第一基體1的邊緣的第二凹部39，該凹部39延伸通過相應(yīng)的背離膜的層13、絕緣層15、以及面向膜的層11的邊緣區(qū)域19到達(dá)測量膜5。膜端子23還包括布置在該凹部39的所生成的表面上的端子線35，該端子線35從測量膜5的未被凹部39覆蓋的區(qū)域沿著邊緣區(qū)域19的外表面和背離膜的層13，延伸直到相應(yīng)層13的背離膜的正側(cè)，所述正側(cè)背離膜。該端子線35與測量膜5直接導(dǎo)電接觸，并且通過布置在端子線35與端子線35跨其延伸的邊緣區(qū)域19的外表面以及背離膜的層13的外表面之間的絕緣層41，端子線35與邊緣區(qū)域19和背離膜的層13電絕緣。

圖6-8中所描繪的差壓傳感器的屏蔽端子27'和兩個(gè)膜端子23'是根據(jù)相同的基本原理設(shè)計(jì)的。與圖2-4所描繪的示例性實(shí)施例相反，這里，在基體1、3的邊緣為屏蔽端子27'設(shè)置的凹部37'延伸到基體1、3中，但僅延伸直到相應(yīng)基體1、3的絕緣層15，使得這里的屏蔽端子27'通過絕緣層15與相應(yīng)的基體1、3的邊緣區(qū)域19電絕緣?？商孢x地，在本實(shí)施例中，屏蔽端子也可以是屏蔽端子線，或者也可以僅僅是屏蔽端子觸點(diǎn)，其僅在背離膜的層13的正側(cè)的區(qū)域上延伸，所述正側(cè)背離膜。在此實(shí)例中，省略了凹部37'。

在圖6至圖8中所描繪的壓力傳感器中，在基體1、3的邊緣為兩個(gè)膜端子23'設(shè)置的凹部39'如在圖2-4中所示的壓力傳感器那樣精確地延伸通過相應(yīng)的背離膜的層13、絕緣層15、以及面向膜的層11的邊緣區(qū)域19，直到相應(yīng)基體1、3的測量膜5。與在圖2-4中所描繪的示例性實(shí)施例相反，這里的膜端子線35'與測量膜5和相應(yīng)的邊緣區(qū)域19直接導(dǎo)電接觸，并且通過布置在端子線35'和膜端子線35'跨其延伸的相應(yīng)的背離膜的層13的外表面之間的絕緣層41'，膜端子線35'與相應(yīng)的背離膜的層13電絕緣。

在這兩個(gè)實(shí)施例中，電極17的連接也優(yōu)選地通過設(shè)置在基體1、3中的相應(yīng)的凹部進(jìn)行。為此，優(yōu)選地使用以任何方式存在的用于壓力室9的壓力加載的凹部7。為此，凹部7在它們的從背離測量膜5的一側(cè)直接鄰接相應(yīng)的電極17的區(qū)域中比在它們的通向相應(yīng)電極17的區(qū)域中具有更大的內(nèi)直徑。相應(yīng)電極17的背離膜的一側(cè)的部分區(qū)域因此通過凹部7可自由接近。因此，電極端子25分別具有從相應(yīng)電極17的部分區(qū)域——所述部分區(qū)域未被相應(yīng)的凹部覆蓋——延伸直到相應(yīng)的背離膜的層13的背側(cè)的電極端子線43，所述背側(cè)背離膜，該電極端子線43與部分區(qū)域直接導(dǎo)電接觸，并且通過布置在電極端子線43和該電極端子線43跨其延伸的背離膜的層13的所生成的表面之間的絕緣層45，電極端子線43與背離膜的層13電絕緣。

相對于壓力傳感器的外部所生成表面上的對應(yīng)模塊之間的接觸，根據(jù)本發(fā)明的膜端子23、23'和屏蔽端子27、27'的實(shí)施例具有的優(yōu)點(diǎn)是，它們可以以高精度和經(jīng)濟(jì)有效地使用在晶片結(jié)構(gòu)中可行的mems工藝來制造。

下面在圖2-4中所描繪的差壓傳感器的示例中解釋在用于制造根據(jù)本發(fā)明的壓力傳感器的晶片結(jié)構(gòu)中可行的相應(yīng)方法。在這點(diǎn)上，圖9示出在方法步驟a)-j)中生成的、相應(yīng)地在圖1所示的截面a-a'、b-b'、c-c'中彼此相鄰的各個(gè)中間制品。為了制造差壓傳感器，使用3個(gè)soi晶片，其分別具有由硅制成的導(dǎo)電襯底層t、布置在導(dǎo)電襯底層t上的氧化硅絕緣層i、以及布置在絕緣層i上的硅導(dǎo)電覆蓋層d。

最初，從晶片結(jié)構(gòu)的第一soi晶片生成第一基體1。因此，從晶片的基板層t制成背離膜的層13，從其覆蓋層d制成面向膜的層11，并且從其絕緣層i制成第一基體1的絕緣層15。

在第一種方法步驟a)中，為此，在襯底層t中為電極端子25、膜端子23和屏蔽端子27提供的位置處生成一直延伸到晶片的絕緣層i的凹陷(由圖2中的箭頭標(biāo)記)，在相應(yīng)的基體1中該凹陷形成電極端子25、屏蔽端子37和膜端子23所需的凹部7、37、39的部分區(qū)域，所述部分區(qū)域在背離膜的層13中延續(xù)。為此，例如，可以在例如用氫氧化鉀(koh)執(zhí)行的蝕刻方法中的相應(yīng)位置處將形成凹陷的凹坑蝕刻到襯底層t中。

在這之后的方法步驟b)中，去除soi晶片的絕緣層i的那些部分區(qū)域(再次由圖2中的箭頭標(biāo)記)，在第一基體1中形成電極端子25、屏蔽端子37和膜端子23所需的凹部7、37、39的部分區(qū)域，所述部分區(qū)域延續(xù)通過絕緣層15。為此，使用適于選擇性去除氧化硅的蝕刻方法，例如反應(yīng)離子蝕刻(rie)。

在以下方法步驟c)中，在晶片的頂側(cè)和下側(cè)上，屏蔽端子27與背離膜的層13和面向膜的層11的邊緣區(qū)域19導(dǎo)電連接所需的表面、以及電極端子25與電極15的導(dǎo)電連接所需的表面與絕緣層47一起設(shè)置在凹陷下方。例如，為此，可以使用濕式氧化法，通過該方法可以將硅氧化物層施加到相應(yīng)的表面上。

在方法步驟d)中，除了稍后在面向膜的層11的邊緣區(qū)域19與測量膜5之間形成絕緣層29的壓力傳感器中的區(qū)域之外，隨后去除施加到覆蓋層d上的絕緣層47。同時(shí)，絕緣層47的如下區(qū)域因此被去除：在壓力傳感器中，形成為膜端子線23所設(shè)置的凹部39的部分區(qū)域(在這里通過箭頭突出)的區(qū)域，所述部分區(qū)域位于絕緣層29的平面中。例如，這可以通過干蝕刻進(jìn)行。

在這之后，在方法步驟e)中，面向膜的層11被構(gòu)造成去除覆蓋層的如下區(qū)域：在電極15和面向膜的層11的邊緣區(qū)域19之間形成凹坑21的區(qū)域、以及形成為膜端子23設(shè)置的凹部39的部分區(qū)域的區(qū)域，所述部分區(qū)域延續(xù)通過面向膜的層11。再次通過圖9d)中的箭頭強(qiáng)調(diào)后者。這些區(qū)域的去除經(jīng)由深反應(yīng)離子蝕刻(drie)來進(jìn)行。

在這之后，在方法步驟f)中，將絕緣層施加到與為膜端子23設(shè)置的凹部39鄰接的面向膜的層11的所生成表面上，該絕緣層與在方法步驟c)中施加到襯底層13的絕緣層47的部分區(qū)域一起在最終壓力傳感器中形成膜端子線35與邊緣區(qū)域19之間、以及膜端子線35與背離膜的層13之間的絕緣層41。例如，為此可以使用干法氧化法。

在方法步驟g)中，第二soi晶片隨后與根據(jù)方法步驟a)-f)處理的第一晶片接合，使得第二晶片的覆蓋層d位于附加絕緣層29上。在方法步驟h)，隨后去除襯底層t和第二soi的絕緣層i。蝕刻方法，例如深反應(yīng)離子蝕刻(drie)，適用于去除襯底層。例如，干蝕刻方法適用于去除絕緣層i。第二晶片的剩余覆蓋層d形成壓力傳感器的測量膜5。

與根據(jù)方法步驟a)至f)從第一晶片制造第一基體1類似，相關(guān)聯(lián)的第二基體3由第三soi晶片制成。只要第二基體3也應(yīng)該具有膜端子23，就可以使用方法步驟a)-f)描述的方法。只要第二基體3不應(yīng)該具有膜端子23，將在用于生成膜端子23所需的凹部39、以及使膜端子線35與面向膜的層11絕緣所需的絕緣層41的測量服務(wù)的范圍內(nèi)修改該方法。

如方法步驟i)所示，以這種方式處理的第三soi晶片隨后例如經(jīng)由直接硅鍵合(硅熔融鍵合)與在方法步驟h)結(jié)束時(shí)提供的復(fù)合物接合，使得施加到第一和第二基體1、3上的額外的絕緣層以及因此還有電極17分別相對地定位。

最后，在方法步驟j)中，屏蔽端子線33、膜端子線35和電極端子線43被施加到凹部33、35、7的對應(yīng)的所生成的表面上。這優(yōu)選地發(fā)生為將金屬涂層施加例如濺射到對應(yīng)的所生成的表面上。最后，以這種方式制成的差壓傳感器通過沿著各個(gè)差壓傳感器的外部所生成表面鋸切來個(gè)體化。

附圖標(biāo)記列表

1第一基體

3第二基體

5測量膜

7凹部

9壓力室

11面向膜的導(dǎo)電層

13背離膜的導(dǎo)電層

15絕緣層

17電極

19邊緣區(qū)域

21溝槽

23膜端子

23'膜端子

25電極端子

27屏蔽端子

27'屏蔽端子

29絕緣層

31電子評估單元

33屏蔽端子線

33'屏蔽端子線

35膜端子線

35'膜端子線

37第一凹部

37'第一凹部

39第二凹部

39'第二凹部

41絕緣層

43電極端子線

45絕緣層

47絕緣層