包括基板的傳感器的制造方法
【專利說明】包括基板的傳感器發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種傳感器(如壓力傳感器)，該傳感器包括基板，該基板上安排有多個測量電子器件，這些測量電子器件包括惠斯通電橋。
[0002]發(fā)明背景
[0003]基于壓阻式MEMS傳感器芯片的傳感器(如壓力傳送器)是已知的。例如，US6, 933，582披露了一種半導(dǎo)體傳感器，該半導(dǎo)體傳感器包括:p型半導(dǎo)體基板，該P型半導(dǎo)體基板具有安置在該基板的一個表面上的η型半導(dǎo)體層以及安置在該η型半導(dǎo)體層中的P型擴散電阻器。第一電壓被施加到η型半導(dǎo)體層上，第二電壓被施加到基板上，第三電壓被施加到P型擴散電阻器上。該第一電壓高于該第二和第三電壓。因為形成了兩個耗盡層，所以傳感器確保穩(wěn)定操作免遭漏電并且確保強噪聲保護。
[0004]US5, 681，997披露了一種多晶壓力傳感器，該多晶壓力傳感器是通過將多個多晶硅壓敏電阻器沉積在多晶感測膜片上而形成。壓敏電阻器以惠斯通電橋構(gòu)形進行安排。在操作過程中，交流差分信號被施加到惠斯通電橋的輸入端上?；菟雇姌虻妮敵龆俗又g的測量電壓差用于檢測電壓敏電阻器中的不均衡，該不均衡與施加到傳感器上的壓力相對應(yīng)。
[0005]發(fā)明描述
[0006]本發(fā)明的實施例的目標是提供一種以比現(xiàn)有技術(shù)傳感器更可靠的方式操作的傳感器。
[0007]本發(fā)明的實施例的進一步的目標是提供一種相對于現(xiàn)有技術(shù)傳感器電磁干擾(EMI)效應(yīng)被降低的傳感器。
[0008]本發(fā)明的實施例的更進一步的目標是提供一種與現(xiàn)有技術(shù)傳感器相比隨著時間推移在高溫下具有增加的穩(wěn)定性的傳感器。
[0009]根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供了一種傳感器，該傳感器包括:
[0010]-一個η摻雜基板，
[0011]-多個測量電子器件，這些測量電子器件至少部分地被安排在該基板上，所述測量電子器件包括一個惠斯通電橋，
[0012]-一個場屏蔽，該場屏蔽被安排在該基板上，其方式為該場屏蔽覆蓋該惠斯通電橋，
[0013]-一個電源，該電源被安排成用于將電壓供應(yīng)到該基板和這些測量電子器件上，其方式為:
[0014]-將一個準直流電壓供應(yīng)到該惠斯通電橋上，并且
[0015]-將一個直流電壓供應(yīng)到該基板上，所述直流電壓的電平高于或等于所述供應(yīng)到該惠斯通電橋上的準直流電壓。
[0016]根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供了一種傳感器，該傳感器包括:
[0017]-一個P摻雜基板，
[0018]-多個測量電子器件，這些測量電子器件至少部分地被安排在該基板上，所述測量電子器件包括一個惠斯通電橋，
[0019]-一個場屏蔽，該場屏蔽被安排在基板上，其方式為該場屏蔽覆蓋該惠斯通電橋，
[0020]-一個電源，該電源被安排成用于將電壓供應(yīng)到該基板和這些測量電子器件上，其方式為:
[0021 ]-將一個準直流電壓供應(yīng)到該惠斯通電橋上，并且
[0022]-將一個直流電壓供應(yīng)到該基板上，所述直流電壓的電平低于或等于所述供應(yīng)到該惠斯通電橋上的準直流電壓。
[0023]該傳感器包括基板。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，該基板是η摻雜基板；并且根據(jù)本發(fā)明的第二方面，該基板是P摻雜基板。該基板可以例如由半導(dǎo)體材料制成，如硅、鍺、砷化鎵、碳化硅等。
[0024]該傳感器進一步包括多個測量電子器件，這些測量電子器件至少部分安排在該基板上。因此，所有測量電子器件可以被安排在該基板上。替代地，這些測量電子器件的某些零件或部件可以被安排在基板上，而這些測量電子器件的其他零件或部件可以被安排在傳感器的其他部分上，和/或被安排在傳感器的外部并且簡單地連接到測量電子器件的安排在基板上的零件或部件上。
[0025]這些測量電子器件包括惠斯通電橋。該惠斯通電橋優(yōu)選地被安排在基板上。該惠斯通電橋提供由傳感器執(zhí)行的實際測量。這將在以下進一步詳細描述。
[0026]該傳感器進一步包括一個場屏蔽，該場屏蔽被安排在基板上，其方式為該場屏蔽覆蓋該惠斯通電橋。由此，場屏蔽為惠斯通電橋提供屏蔽以免受外部電磁場影響，這些外部電磁場可能潛在地干擾借助惠斯通電橋執(zhí)行的測量。場屏蔽優(yōu)選地由如鋁等金屬制成。
[0027]最后，該傳感器包括一個電源，該電源被安排成用于將電壓供應(yīng)到該基板和這些測量電子器件上，具體地供應(yīng)到惠斯通電橋上。
[0028]該電源將準直流電壓供應(yīng)到惠斯通電橋上。在本上下文中，術(shù)語‘準直流電壓’應(yīng)當被解釋成是指電壓信號，該電壓信號在高電壓電平和低電壓電平之間交替地切換，其方式為當將低電壓電平供應(yīng)到惠斯通電橋的一個節(jié)點上時，將高電壓電平供應(yīng)到惠斯通電橋的另一個節(jié)點上，并且反之亦然。以特定的時間間隔，反轉(zhuǎn)電壓電平，這樣使得供應(yīng)到一個節(jié)點上的電壓電平從高電平切換至低電平，而供應(yīng)到另一節(jié)點上的電壓電平從低電平切換至高電平等。
[0029]此外，電源將直流電壓供應(yīng)到基板上。在傳感器是根據(jù)本發(fā)明的第一方面的傳感器的情況下，即，在基板是η摻雜基板的情況下，供應(yīng)到基板上的直流電壓的電平高于或等于供應(yīng)到惠斯通電橋上的準直流電壓。類似地，在傳感器是根據(jù)本發(fā)明的第二方面的傳感器的情況下，即，在基板是P摻雜基板的情況下，供應(yīng)到基板上的直流電壓的電平低于或等于供應(yīng)到惠斯通電橋上的準直流電壓。由此，確保了供應(yīng)到基板上的電壓與供應(yīng)到惠斯通電橋上的電壓之間存在電壓差，至少在由準直流電壓所限定的時期的一部分內(nèi)。這具有以下結(jié)果:與在任何時間供應(yīng)到惠斯通電橋上的電壓等于供應(yīng)到基板上的電壓的情形相比，電子泄漏以及惠斯通電橋的四個節(jié)點與傳感器的外殼或機殼之間的電容減少。耗盡層的厚度隨著電壓而增加，從而使電容最小化。最小化感測元件與傳感器的外殼或者機殼之間的電容耦合將使傳感器的電磁干擾(EMI)效應(yīng)最小化，由此提高EMC共模性能。此外，傳感器以非?？煽康姆绞讲僮?。這是因為傳感器的溫度穩(wěn)定性通過使由自由離子的直流電壓引起的擴散最小化而得到提高，從而使壓敏電阻特性的變化最小化。
[0030]電源可以進一步被安排成用于將電壓供應(yīng)到場屏蔽上。在傳感器是根據(jù)本發(fā)明的第一方面的傳感器的情況下，即，在基板是η摻雜基板的情況下，供應(yīng)到場屏蔽上的電壓的電平高于或等于供應(yīng)到惠斯通電橋上的準直流電壓。類似地，在傳感器是根據(jù)本發(fā)明的第二方面的傳感器的情況下，即，在基板是P摻雜基板的情況下，供應(yīng)到場屏蔽上的電壓的電平低于或等于供應(yīng)到惠斯通電橋上的準直流電壓。因此，根據(jù)本實施例，供應(yīng)到場屏蔽上的電壓和或者供應(yīng)到惠斯通電橋上的電壓或者供應(yīng)到基板上的電壓之間存在電壓差。由此，傳感器與外部電場高效地屏蔽開，并且傳感器以非?？煽康姆绞讲僮?。
[0031 ] 供應(yīng)到基板上的直流電壓的電平可以等于供應(yīng)到場屏蔽上的電壓的電平。這可以例如通過在場屏蔽和基板之間提供直接電連接來獲得。根據(jù)本實施例，供應(yīng)到場屏蔽上的電壓是直流電壓。
[0032]作為替代方案，供應(yīng)到場屏蔽上的電壓可以跟隨著供應(yīng)到惠斯通電橋上的準直流電壓。這可以例如通過在場屏蔽和惠斯通電橋之間提供直接電連接來獲得。根據(jù)本實施例，供應(yīng)到場屏蔽上的電壓是準直流電壓。
[0033]供應(yīng)到基板上的直流電壓電平與供應(yīng)到惠斯通電橋上的準直流電壓之間的差值可以至少為0.5V，如至少1.0V，如至少3.0V，如至少5.0V，如至少7.0V，如至少10.0Vo這是優(yōu)勢，因為電壓電平之間的大的差值使惠斯通電橋的四個節(jié)點與傳感器的外殼或機殼之間的電容最小化。然而，由于供應(yīng)到惠斯通電橋上的準直流電壓使得電子泄漏和擴散最小化，在將直流電壓供應(yīng)到惠斯通電橋上和供應(yīng)到基板上的情況下，電子泄漏和擴散在大的電壓差下將是個冋題。
[0034]測量電子器件可以進一步包括一個或多個電阻器，每個電阻器電連接在電源與惠斯通電橋的激勵節(jié)點之間。由電阻器所提供的電壓降在反方向上偏壓惠斯通電橋的二極管。在傳感器是根據(jù)本發(fā)明的第一方面的傳感器的情況下，即，在基板是η摻雜基板的情況下，這降低了電源所供應(yīng)的電壓電平，并且由此，與由電源所提供的原始直流電壓電平相比，供應(yīng)到惠斯通電橋上(并且還供應(yīng)到基板上)的準直流電壓電平降低。類似地，在傳感器是根據(jù)本發(fā)明的第二方面的傳感器的情況下，即，在基板是P摻雜基板的情況下，這增加了電源所供應(yīng)的電壓電平，并且由此，與電源所提供的原始直流電壓電平相比，供應(yīng)到惠斯通電橋上(并且還供應(yīng)到基板上)的準直流電壓電平增加。因此，根據(jù)本實施例，在由供應(yīng)到惠斯通電橋上的準直流電壓所限定的整個時期內(nèi)，在基板與惠斯通電橋之間存在電壓電平差。
[0035]在傳感器是根據(jù)本發(fā)明的第一方面的傳感器的情況下，即，在基板是η摻雜基板的情況下，惠斯通電橋可以由在基板內(nèi)實現(xiàn)的P摻雜電阻器形成。類似地，在傳感器是根據(jù)本發(fā)明的第二方面的傳感器的情況下，即，在基板是P摻雜基板的情況下，惠斯通電橋可以由在基板內(nèi)實現(xiàn)的η摻雜電阻器形成。根據(jù)本實施例，惠斯通電橋直接形成到基板中。
[0036]傳感器可以是壓阻式MEMS傳感器芯片。
[0037]測量電子器件可進一步包括開關(guān)裝置，所述開關(guān)裝置被安排成用于生成準直流電壓信號并且將所生成的準直流電壓信號供應(yīng)到惠斯通電橋上。根據(jù)本實施例，該電源是直流電源，并且該開關(guān)裝置確保了供應(yīng)到惠斯通電橋上的電壓是準直流電壓。
[0038]傳感器可以是壓力傳感器。作為替代方案，該傳感器可以是溫度傳感器、應(yīng)變儀、應(yīng)力儀或任何其他適當類型的傳感器。
[0039]附圖簡要說明
[0040]現(xiàn)在將參照附圖更加詳細地描述本發(fā)明，在附圖中:
[0041]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的傳感器的示意圖，
[0042]圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的傳感器的示意圖，
[0043]圖3展示了供應(yīng)到圖1的傳感器上的電壓，并且
[0044]圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的傳感器的橫截面視圖。
[0045]附圖詳細說明
[0046]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的傳感器I的示意圖。傳感器I包括η摻雜基板2。應(yīng)當注意的是，盡管圖1所展示的基板2是η摻雜基板，但是在本發(fā)明的范圍內(nèi)基板2可以是P摻雜基板。在