[发明专利]用于压电电阻器传感器的N型注入电屏蔽件

说明书

本申请公开了用于压电电阻器传感器的N型注入电屏蔽件。本发明涉及基于压电电阻器的传感器以及用于制造此类传感器的方法。该传感器至少包括被设置在柔性结构上的感测元件，该柔性结构诸如膜或悬臂等等，该感测元件包括至少一个压电电阻器，该压电电阻器至少包括柔性结构的掺杂有第一类型的掺杂剂原子的第一区域。柔性结构还包括该柔性结构内的第二掺杂区域，该第二掺杂区域至少部分地与第一掺杂区域重叠，由此形成屏蔽件，用于屏蔽感测元件免受外部电场干扰，其中，第二掺杂区域的掺杂剂原子具有与第一掺杂区域的掺杂剂原子的类型相反的第二类型，以供在该第一掺杂区域与第二掺杂区域之间的重叠区域处在柔性结构内生成电荷耗尽层。

技术领域

本发明涉及压电电阻传感器的领域。更具体地，其涉及用于压电电阻压力传感器的屏蔽。

背景技术

传感器的灵敏度指示相对于刺激的响应水平。理想地，灵敏度在传感器的整个使用寿命中应当是常数。然而，一些类型的压力传感器的灵敏度可能遭受随时间的改变。例如，包括膜和随膜的变形而改变其电特性的元件的针对气体的压力传感器通常由于可能影响该元件的外部电场或表面电荷而遭受漂移。具体而言，硅压电电阻压力传感器由于外部电场、感测元件上的表面电荷或静电荷累积以及由此引起的压电电阻器的掺杂剂分布的改变而遭受启动漂移。这在汽车应用中尤其成问题。电荷可能来自与压力传感器接触的环境，例如来自充满离子的油，或者可能由于外部电场或热能而在钝化层中产生。电荷迁移到压电元件，导致有效电阻改变，并且因此导致传感器输出漂移。

通常，可以在膜的顶部上沉积额外的屏蔽材料层，以减少EM干扰和/或落在元件的敏感部分(诸如，膜和/或压电元件)上的电荷。然而，材料(例如，多晶硅)的沉积通常在非常高的温度下进行，这可能在冷却期间引起机械应力。这可能影响膜初始应力，由此引入初始偏移，这会影响灵敏度。例如，由于机械应力，对于7μm的Si膜，100-150nm的金属可降低高达5％的灵敏度。另外，由于屏蔽件的厚度，膜的厚度增加了同样多，这通常增加膜的刚度并进一步降低其灵敏度。还可能出现非线性行为和迟滞问题。

US6952042公开了一种膜的顶部上的金属屏蔽件。该屏蔽件包括预定厚度的所沉积的掺杂多晶硅。不仅膜的厚度增加(伴有灵敏度的对应的降低)，而且通常还要求屏蔽件与感测元件电隔离。该电隔离甚至进一步地增加了厚度，由此甚至更降低了灵敏度。此外，需要具有漫长制造路线的复杂加工，包括图案化、掩模、蚀刻等许多步骤，以便尽可能地减少屏蔽对传感器的有害影响。

发明内容

本发明的实施例的目的在于提供抵抗外部干扰的有效保护并降低表面电荷对压力传感器的影响，其中较少需要或不需要增加感测元件的厚度。

在第一方面，本发明涉及一种基于压电电阻器的传感器，该传感器至少包括被设置在柔性结构上的感测元件，该柔性结构例如，诸如膜或悬臂之类的可移动结构。感测元件包括至少一个压电电阻器，该压电电阻器至少包括柔性结构的掺杂有第一类型的掺杂剂原子的第一区域。柔性结构还包括该柔性结构内的第二掺杂区域，该第二掺杂区域至少部分地与第一掺杂区域重叠，由此形成屏蔽件，用于屏蔽感测元件免受外部电场干扰，其中，第二掺杂区域的掺杂剂原子具有与第一掺杂区域的掺杂剂原子的类型相反的第二类型，以供在该第一掺杂区域与第二掺杂区域之间的重叠区域处在柔性结构内生成电荷耗尽层。

本发明的实施例的优势在于，获得具有非常低的或者不具有残余应力和输出漂移的传感器。进一步的优势在于，柔性结构(例如，膜)由于屏蔽而不增加其厚度，从而保持其灵敏度。

在本发明的实施例中，第二掺杂区域在柔性结构的、在第一掺杂区域之外的区域上方延伸，从而与柔性结构的、在压电电阻器的第一掺杂区域之外的至少部分重叠。

本发明的实施例的优势在于，可以同时在多于一个压电电阻器上提供屏蔽件。进一步的优势在于，可降低由于强掺杂梯度而导致的柔性结构上的不规律性。

在本发明的实施例中，感测元件包括第一掺杂区域，该第一掺杂区域包括掺杂有硼的硅，并且屏蔽件包括第二掺杂区域(例如，掺杂有磷，本发明不限于此)。