[发明专利]具有应力均衡器的CSOI MEMS压力感测元件

说明书

本发明涉及压力感测元件，其包括支撑衬底，该支撑衬底包括腔。装置层结合到支撑衬底，其中装置层的隔膜以密封方式覆盖腔。多个压电电阻器联接到隔膜。多个金属应力均衡器安置在装置层上，使得每个应力均衡器大致邻近于对应的压电电阻器但与其分离。多个金属结合焊盘安置在装置层上。多个应力均衡器被构造和布置成减小由在压力感测元件的冷却和加热循环期间金属结合焊盘的应力松弛所导致的压力感测元件的热滞后。

本申请要求2018年6月4日提交的美国临时申请62/680,326号的权益，该文献的内容据此通过引用并入到本说明书中。

技术领域

本发明总体上涉及压力感测元件，其包括至少一个应力均衡器以最小化线结合焊盘（wire bond pad）金属化的热机械效应并因此使热滞后最小化。

背景技术

微机电系统（MEMS）压力感测元件是众所周知的并且被广泛使用。腔绝缘体上硅（Cavity silicon-on-insulator, C-SOI）晶片是尖端SOI技术，其中操纵晶片（或支撑晶片）包含预蚀刻的腔。一种类型的腔绝缘体上硅（CSOI）MEMS压力感测元件是绝对压力感测元件，其包括硅装置层，该硅装置层融合结合到包含预蚀刻的腔的硅支撑衬底上以在腔中形成参考真空。压力感测元件包括连接成所谓的“惠斯通电桥”构型的四个压电电阻器。压电电阻器被掺入在安置于腔上方的隔膜上，以便检测由于压力变化所引起的隔膜的偏转。

这些MEMS压力感测元件以不同尺寸制造并且被用于各种应用。然而，在减小尺寸的MEMS压力感测元件中的线结合焊盘金属化导致了热滞后，其是无法校准的。

参考图1中所示的滞后回线，在减小尺寸的MEMS压力感测元件的热冷却和加热过程期间，并未维持电压输出。在约22℃的室温下测量在初始点处的输出电压（V_I）。然后，将MEMS压力感测元件的温度降低到-40 ^oC，并且然后增加回到22 ^oC，并且测量在该中点处的电压输出（V_M），且该电压输出高于在初始点处的输出电压（V_I）。然后，将MEMS压力感测元件的温度增加到150 ^oC，并且然后降低回到室温，并且测量MEMS压力感测元件在该终点处的输出电压（V_F）。冷滞后电压= V_M - V_I。热滞后电压= V_F - V_I。最坏电压差= V_F – V_M同此被视为热滞后电压。热滞后被限定为热滞后电压除以跨度（span）并以％表达。存在如下的情况：热滞后太高，并且MEMS压力感测元件可能未被校准。

MEMS压力感测元件的热滞后的根本原因是由于在沉积于硅上的铝结合焊盘的冷却和加热过程中铝应力松弛（粘塑性）所引起的。双轴铝应力不能恢复到原始残余应力状态。热残余应力差导致输出电压偏移（被称为“热滞后电压”）。

因此，存在对于如下的需求：减少或消除在具有这样的结合焊盘的MEMS压力感测元件中的热滞后。

发明内容

实施例的目的是满足上文提到的需求。根据实施例的原理，该目的通过提供压力感测元件来达到，该压力感测元件包括具有腔的支撑衬底。装置层结合到支撑衬底，其中装置层的隔膜以密封方式覆盖腔。多个压电电阻器联接到隔膜。多个金属应力均衡器安置在装置层上，使得每个应力均衡器大致邻近于对应的压电电阻器但与其分离。多个金属结合焊盘安置在装置层上。多个应力均衡器被构造和布置成减小由在压力感测元件的冷却和加热循环期间金属结合焊盘的应力松弛所导致的压力感测元件的热滞后。