[发明专利]压阻压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种压阻压力传感器以及一种用于制造压阻压力传感器的方法。

背景技术

已经已知作为加速度传感器和压力传感器实施的机电系统（MEMS）。

大多数MEMS压力传感器按照相同的根本作用原理工作，其中薄膜片上的压力差导致该薄膜片的变形。压阻分析证明适用于测量技术地检测与压力差成比例的膜片变形。在此利用硅的高压阻效应，以便将膜片的机械张紧状态或膜片上的压电电阻转换成可以电学方式分析的量。

因为压阻效应在p掺杂硅中比在n掺杂硅中大，所以一般可以通过掺杂将压阻作为所谓的n阱的p+掺杂区域来施加。这种传感器的经常应用的运行温度位于约150℃的范围中。对于更高的温度，例如直至约500℃，可以使用以SOI（Silicon on Insulator，绝缘体上硅）技术制造的压阻压力传感器。在此，微机械的压力传感器的膜片典型地是10-100μm厚。

发明内容

本发明的主题是一种压阻压力传感器，包括硅衬底，在该硅衬底上布置有构造膜片的碳化硅层，其中还在硅衬底的与碳化硅层相对的那侧上布置有电绝缘层，在电绝缘层的与膜片相对的那侧上布置有压电电阻和具有金属接触部的印制导线以用于以压阻方式检测膜片的压力引起的变形。

因此根据本发明设置硅衬底，使得在高温时也作为基体给予压力传感器足够的稳定性。碳化硅（SiC）层用作为膜片，该碳化硅层布置在衬底上。衬底因此具有空缺，在该空缺中碳化硅层作为膜片可弹性变形，以便对压力进行反应。

根据本发明的压阻压力传感器的碳化硅层以可作为膜片使用的厚度直至超过1000℃也表现为弹性的。因此可以制造允许远高于500℃的使用温度的碳化硅传感器。因为根据本发明碳化硅不具有电学功能而是仅具有机械功能，因此可以放弃费用高的单晶碳化硅晶片。因为单晶碳化硅的晶片费用例如是硅的大约200倍高。

因此根据本发明的压力传感器所提供的优点是，其可以用于压力传感器的众多应用领域，尤其是用于要求非常高使用温度的机动车中的应用。例如在气缸压力测量或者沿着废气区段的压力测量中是这种情况，其对于满足未来废气标准可能是必要的。在这里在压力传感器元件处存在的温度对于气缸压力测量达到大约600℃的值并且对于在废气歧管处的压力测量甚至达到1100℃。

通过压电电阻下面的电绝缘层还几乎完全避免泄漏电流。该绝缘层在此不损害或仅微小地损害膜片的可变形性。

设置由碳化硅构成的膜片所具有的优点还有：与纯硅相比，碳化硅表现出明显减小的老化效应。膜片和传感器的耐用性由此可以显著提高。

因此利用根据本发明的压阻压力传感器可以对于在远高于500℃温度时的使用费用低地制造微机电压力传感器。

在一个优选扩展方案的范围内，碳化硅层具有1μm至20μm的厚度。以该厚度，碳化硅层具有足够的稳定性，以便即使在高温时也没有不期望的变形或以其他方式不利地受到损害。除此之外，弹性变形在整个温度范围内、尤其是直至1000℃的环境温度是可能的，使得膜片是充分敏感的。这样根据本发明的压力传感器优选可以在1巴至5000巴的压力范围内使用。

在另一有利的扩展方案的范围内，碳化硅层由多晶碳化硅（poly-SiC）构造。这种层例如以CVD方法费用非常低地制造。

在另一优选的扩展方案的范围内，压电电阻和印制导线由p+掺杂的硅构造。由此，电阻的压阻效应是特别高的。例如，压阻效应在p掺杂的硅中比在n掺杂的硅中高。在本发明的范围内的P+掺杂意味着，外来原子或晶格缺陷（Stoerstellen）尤其是以0.1ppb与100ppm之间的量被引入到硅晶格中。这些外来原子有针对性地改变初始材料的特征。在p+掺杂的硅的情况下，三价元素、所谓的受主被引入到硅晶格中并且为此代替四价硅原子。因此产生正的空隙，其也被称为孔或空穴。

根据本发明还有利的是，电绝缘层由二氧化硅（SiO₂）构造。二氧化硅在高温时也是合适的绝缘体并且因此可以在整个期望的温度范围内有效地减小或防止泄漏电流。

本发明还涉及一种用于制造压阻压力传感器的方法，包括步骤：

-使用硅衬底，该硅衬底通过电绝缘层与硅膜分离；

-对硅膜进行结构化以生成压电电阻和印制导线；

-部分地去除硅衬底直至电绝缘层以生成膜片几何结构；

-在膜片几何结构上沉积碳化硅层；

-在印制导线上布置金属接触部。

利用根据本发明的方法可以特别简单地制造压阻压力传感器，使得利用所制造的传感器可以获得根据本发明的以及关于该传感器所述的优点。