Dünnschicht-Absolutdrucksensoren und deren Herstellverfahren

Thin-film absolute-pressure sensors and methods of manufacturing same

Capteurs de pression absolue à couche mince et leurs méthodes de fabrication

Abstract

Bei mit den Mitteln der Oberflächen-Mikromechanik in Dünnschichttechnik hergestellten resistiven bzw. kapazitiven Absolutdrucksensoren haben im Falle eines kapazitiven Sensors die Elektroden einen hohen Isolationswiderstand gegen einander, unterliegt die Membran im fertigen Zustand nur einer geringen Zugspannung, ist zur Verhinderung des Anklebens der Membran am Grundkörper kein Sublimationsschritt erforderlich, liefert die Membran auch noch, wenn sie am Grundkörper anliegt, ein Meßsignal in einem weiten Druckbereich, ist das Meßsignal praktisch temperatur-unabhängig, und es sind nur wenige Chemical-Vapour-Deposition- und Photolithographie-Schritte erforderlich. Ein kapazitiver Dünnschicht-Absolutdrucksensor (10, 20, 30, 40) hat hierzu ein Glassubstrat (11, 21, 31, 41) als Grundkörper und eine Membran (15', 25', 35', 45'), die einen hermetisch verschlossenen Hohlraum (18, 28, 38, 48) begrenzen, wobei, der Grundkörper hohlraumseitig eine Grundelektrode (12', 22', 32', 42') mit anschließenden ersten Leitbahnen (14, 34, 44) bzw. Eckenpads (24) trägt, die Membran aus dem Material einer ersten Isolierschicht (15, 25, 35, 45) besteht, die am Rande des Hohlraums auf dem Grundkörper mindestens teilweise fest haftet, die Membran hohlraum-abgewandt eine Deck-Elektrode (16', 26', 36', 46') und eine diese sowie die Membran vollständig überdeckende und den Hohlraum hermetisch verschließende zweite Isolierschicht (19, 29, 39, 49) trägt und die Deck-Elektrode sich außerhalb der Membran in auf die erste Isolierschicht erstreckende zweite Leitbahnen (17, 27, 37, 47) fortsetzt. Bei einem resistiven Sensor entfällt die Grundelektrode und die Deck-Elektrode ist durch eine Halb- oder eine Vollbrücke aus piezoelektrischen Widerständen ersetzt. Es sind vier Verfahrens-Varianten zur Herstellung offenbart.
In resistive or capacitive absolute pressure sensors produced in thin-layer technology using the means of surface micro-mechanics, in the case of a capacitive sensor the electrodes have a high insulation resistance with respect to one another, the diaphragm is subjected, in the finished condition, only to a low tensile stress, no sublimation step is necessary to prevent the adhesion of the diaphragm to the base body, the diaphragm supplies a measuring signal in a further pressure range, even when it is resting on the base body, the measuring signal is practically temperature-independent and only a few chemical vapour deposition and photolithography steps are necessary. A capacitive thin-layer absolute pressure sensor (10, 20, 30, 40) has, for this purpose, a glass substrate (11, 21, 31, 41) as base body and a diaphragm (15', 25', 35', 45') which bound a hermetically closed cavity (18, 28, 38, 48), the base body carrying, on the side of the cavity, a base electrode (12', 22', 32', 42') with connecting first conductive tracks (14, 34, 44) or corner pads (24), the diaphragm consists of the material of a first insulating layer (15, 25, 35, 45) which at least partially sticks fast to the base body at the edge of the cavity, carries on that side of the diaphragm facing away from the cavity a covering electrode (16', 26', 36', 46') and a second insulating layer (19, 29, 39, 49) which completely covers the covering electrode and the diaphragm and hermetically seals the cavity and the covering electrode is extended, outside the diaphragm, in second conductive tracks (17, 27, 37, 47) which extend on the first insulating layer. In the case of a resistive sensor, the base electrode is omitted and the covering electrode is replaced by a half-bridge or a full bridge made of piezoelectric resistors. Four production method versions are disclosed. <IMAGE>

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