專(zhuān)利名稱(chēng)：壓阻應(yīng)變集中器的制作方法
壓阻應(yīng)變集中器背景技術(shù)在壓力和加速傳感器中，希望通過(guò)從介質(zhì)吸收的相對(duì)少量的能量產(chǎn)生相 對(duì)大的信號(hào)能量。這一目標(biāo)是為了最小化產(chǎn)生理想輸出信號(hào)所需的機(jī)械能。 在壓力傳感器中，隨著壓力使隔膜偏轉(zhuǎn)，能量從介質(zhì)吸入。 一般地，設(shè)置一 桿穿過(guò)隔膜，該桿的中心和其端部具有深的凹口。計(jì)量器設(shè)置在與凹口底部 相對(duì)的平面上。彎折桿的應(yīng)變集中在凹口的底部。在加速傳感器中，隨著地 震波相對(duì)于其參考框架偏轉(zhuǎn)，能量從加速區(qū)域吸入。例如，所使用的結(jié)構(gòu)的特征在于在彈性鉸鏈上從基板蝕刻的無(wú)標(biāo)記計(jì)量器(gages that are etched free from the substrate over an elastic hinge ),所謂的"無(wú)標(biāo)i己計(jì)量器，，(freed-gage )。 當(dāng)鉸鏈承載橫向負(fù)載并且計(jì)量器比鉸鏈的外表更遠(yuǎn)離彎折中性軸時(shí)，計(jì)量器 變?yōu)樽畲蟪潭鹊膽?yīng)變材料。在加速和壓力傳感器二者中，經(jīng)由小物理尺寸帶 來(lái)高敏感度，即具有效率。傳感器生產(chǎn)商采取的通用方法是形成大區(qū)域的應(yīng)變表面并且將適當(dāng)尺 寸的應(yīng)變計(jì)量器設(shè)置到更多的應(yīng)變區(qū)域上?？蛇x擇地，已經(jīng)使用結(jié)構(gòu)性裝置 將應(yīng)變集中在壓敏電阻中。在壓阻傳感器中，通過(guò)改變由電流激發(fā)的一個(gè)或 多個(gè)應(yīng)變-敏感電阻器的電阻來(lái)產(chǎn)生信號(hào)。因此，在具有嵌入計(jì)量器的簡(jiǎn)單 平面隔膜壓力傳感器中，中心的外周和寬展面積的大部分形成提供計(jì)量器中 的信號(hào)所需的應(yīng)變狀態(tài)。雖然計(jì)量器位于最大應(yīng)變的區(qū)域中，但是大部分應(yīng) 變能量在缺少應(yīng)變計(jì)量器的外周和中心區(qū)域被消耗掉。在無(wú)標(biāo)記計(jì)量器結(jié)構(gòu)中，只有壓阻材料可檢測(cè)到完整程度的應(yīng)變；鉸鏈 和力集中結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)變更少。雖然無(wú)標(biāo)記計(jì)量器是對(duì)先前應(yīng)變計(jì)量器進(jìn)行 的改進(jìn)，但是它還不是檢測(cè)應(yīng)變的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。制造公差會(huì)在無(wú)標(biāo)記計(jì)量器上 產(chǎn)生最小的橫截面；因此，對(duì)于所需的信號(hào)能量來(lái)說(shuō)， 一些最少量的材料必 須產(chǎn)生應(yīng)變。制造過(guò)程也會(huì)在無(wú)標(biāo)記計(jì)量器中的電阻上施加上限，這樣將限 制計(jì)量器因數(shù)以及因此的計(jì)量器敏感度。另外，熱量消耗會(huì)限制該裝置的長(zhǎng) 度，使得計(jì)量器必須在鉸鏈上跨過(guò)間隙來(lái)回移動(dòng)，直到具有足夠完整的長(zhǎng)度 形成所需的電阻。因此，仍然需要應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)來(lái)克服無(wú)標(biāo)記計(jì)量器結(jié)構(gòu)的這些缺點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)機(jī)械輸入并且將至少兩個(gè)相對(duì)可移動(dòng)部件的 機(jī)械移動(dòng)轉(zhuǎn)換為電輸出的裝置。該裝置包括由硅晶體材料組成的基板。該基 板包括延伸跨過(guò)基板的限定相對(duì)可移動(dòng)部件的 一部分的間隙以及在其間延 伸的彈性橫截面。至少一個(gè)應(yīng)變感應(yīng)元件設(shè)置在硅基板表面上，具有兩個(gè)端部和延伸3爭(zhēng)過(guò)該間隙的頸部。該應(yīng)變感應(yīng)元件的頸部支岸義在同樣延伸跨過(guò)該 間隙的應(yīng)變集中結(jié)構(gòu)上。該應(yīng)變集中具有延伸至間隙基部處的橫截面的垂直 壁，并且采用與基板相同的材料制成。電極裝置電性連接至端部，用于檢測(cè) 端部之間的電阻的變化，此時(shí)頸部經(jīng)受沿穿過(guò)應(yīng)變感應(yīng)元件的電流的方向 的、由各基板部件的相對(duì)移動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力。在一項(xiàng)實(shí)施例中，硅基板在(110)平面中定向，并且包括n型雜質(zhì)，應(yīng)變感應(yīng)元件沿[lll]方向?qū)R并且包括p 型雜質(zhì)。在另一實(shí)施例中，硅基板在(100)平面中定向，并且包括p型雜 質(zhì)，應(yīng)變感應(yīng)元件沿
方向?qū)R并且包括n型雜質(zhì)。在本發(fā)明的另 一方面中，串聯(lián)連接的至少兩個(gè)應(yīng)變感應(yīng)元件設(shè)置在硅基 板表面上，并且由檢測(cè)至少兩個(gè)相對(duì)可移動(dòng)部件的機(jī)械移動(dòng)并且將該移動(dòng)轉(zhuǎn) 換為電輸出的裝置的對(duì)應(yīng)應(yīng)變集中結(jié)構(gòu)支承。在另一實(shí)施例中，串聯(lián)連接的 六個(gè)應(yīng)變感應(yīng)元件設(shè)置在硅基板表面上并且由對(duì)應(yīng)的應(yīng)變集中結(jié)構(gòu)支承。該 應(yīng)變感應(yīng)元件包括深攙雜的硼并且具有d 、的橫截面寬度。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明的裝置由在(110)平面中定向的n型半導(dǎo)體 材料獲得的硅基板制成。基板的一個(gè)表面包括三凸臺(tái)隔膜。該基板的另一表 面包括延伸跨過(guò)基板的限定柔性橫截面和相對(duì)可移動(dòng)部件的基板的一部分 的四個(gè)間隙。四個(gè)應(yīng)變感應(yīng)元件對(duì)設(shè)置在硅基板表面上的該間隙附近，每個(gè) 應(yīng)變感應(yīng)元件包括由延伸^爭(zhēng)過(guò)該間隙的中間頸部相互連4妄的兩個(gè)端部。每個(gè) 頸部支承在延伸跨過(guò)該間隙的對(duì)應(yīng)應(yīng)變集中結(jié)構(gòu)上，并且具有延伸至間隙基 部處的橫截面的垂直壁，并且由與基板相同的材料制成。四個(gè)應(yīng)變感應(yīng)元件 由p型半導(dǎo)體材料形成并且沿[lll]方向定向，并且連接為電橋電路。在一項(xiàng) 優(yōu)選實(shí)施例中，電橋電路是惠司通電橋電路。電性連接至應(yīng)變感應(yīng)元件的端 部的電極裝置用于檢測(cè)端部之間的電阻的變化，此時(shí)頸部經(jīng)受沿穿過(guò)應(yīng)變感 應(yīng)元件的電流的方向的、由各基板部件的相對(duì)移動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力?；迳咸幱?br> 計(jì)量器高度的絕緣跨接橋，使得應(yīng)變感應(yīng)元件以電橋電路的順序連接至邊緣 的角部處的端部，使得電橋的鄰近腿檢測(cè)到相反的應(yīng)變。在另 一實(shí)施例中，該裝置包括保持參考?jí)毫Φ膮⒖及疾圻m于在測(cè)量流體 壓力的導(dǎo)管上的沉積物。部件的機(jī)械移動(dòng)轉(zhuǎn)換為電輸出的裝置的方法。該方法包括制造傳感器薄片 和支承薄片；將制造隔膜和應(yīng)變感應(yīng)元件所采用的傳感器薄片對(duì)齊用于保證 傳感器機(jī)械剛度和其電連接的支承薄片；粘和所對(duì)齊的支承薄片和傳感器薄 片；以及深活性粒子蝕刻(DRIE)隔膜和應(yīng)變感應(yīng)元件區(qū)域。在本發(fā)明的 一項(xiàng)實(shí)施例中，傳感器薄片是包括n型雜質(zhì)的單硅晶體，其主平面采用(110) 定向并且沿[lll]方向，兩個(gè)平的拋光側(cè)具有在兩個(gè)平面上熱形成的氧化層。 一種制造傳感器薄片包括:使p型硼深擴(kuò)散入傳感器表面上的傳導(dǎo)區(qū)域； 對(duì)該表面進(jìn)行光照形成圖案并且連4妄至應(yīng)變感應(yīng)元件；通過(guò)在該表面上敞開(kāi) 的區(qū)域?qū)型硼淺擴(kuò)散至應(yīng)變感應(yīng)元件上；對(duì)光照?qǐng)D案區(qū)域進(jìn)行深活性粒子 蝕刻而形成支^c應(yīng)變感應(yīng)元件的結(jié)構(gòu)和隔膜。


本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)勢(shì)將通過(guò)參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例 的詳細(xì)說(shuō)明并且如附圖所示而變得清楚明了 ，其中，在所有的不同的視圖中， 類(lèi)似的附圖標(biāo)記表示相同的部件。這些附圖并非為了準(zhǔn)確地表示尺寸，重點(diǎn) 在于示出本發(fā)明的原理。圖1A是根據(jù)本發(fā)明的壓阻裝置的透視圖，其中在基板上示出單應(yīng)變感 應(yīng)元件和應(yīng)變集中支承結(jié)構(gòu)。圖1B是圖1A的實(shí)施例的透視圖，在該裝置的固定側(cè)上具有兩個(gè)電連接。圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例的透視圖，其中串聯(lián)的兩個(gè)應(yīng)變感應(yīng)元件和它 們對(duì)應(yīng)的應(yīng)變集中支承結(jié)構(gòu)如圖所示處于該基板上。圖3A是本發(fā)明第三實(shí)施例的透視圖，其中四對(duì)應(yīng)變敏感元件和它們對(duì) 應(yīng)的應(yīng)變集中支承結(jié)構(gòu)分別延伸跨過(guò)四個(gè)間隙，這些間隙跨過(guò)基板形成并且 以電橋電路的形式連接。圖3B是圖3A的實(shí)施例沿3B線的側(cè)剖視圖。 圖3C是圖3A的實(shí)施例沿3C線的側(cè)剖視圖。 圖4A - 4F是示出制造傳感器薄片的順序過(guò)程的透視圖。 圖5A是具有測(cè)量流體壓力的壓力傳感器的導(dǎo)管的本發(fā)明的第四實(shí)施例 的剖視圖。圖5B是圖5A中的實(shí)施例的后端的視圖。圖6是本發(fā)明一項(xiàng)實(shí)施例的剖視圖，其中串聯(lián)的六個(gè)應(yīng)變感應(yīng)元件和它 們對(duì)應(yīng)的應(yīng)變集中支承結(jié)構(gòu)如圖所示處于該基板上。
具體實(shí)施方式
下面將說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。參照?qǐng)D1A,示出本發(fā)明的壓阻裝置 10,并且具有硅基板1，該硅基板中的間隙2將相對(duì)可移動(dòng)的基板端部12 和13分離開(kāi)。限定在間隙2中的是跨過(guò)間隙2的彈性橫截面3。如圖1A所 示，應(yīng)變感應(yīng)元件14的頸部4在間隙2上方延伸，并且支承在應(yīng)變集中結(jié) 構(gòu)5上。應(yīng)變感應(yīng)元件14通過(guò)p-n結(jié)與基^^反的主體隔離開(kāi)。應(yīng)變感應(yīng)元件 14可以輕微地?cái)v雜例如硼，并且到達(dá)適當(dāng)?shù)纳疃?，諸如大約2微米。應(yīng)變感 應(yīng)元件14的頸部4在其每個(gè)端部連接至電襯墊6和9?？蛇x擇地，在圖1B 中，兩個(gè)電連接形成在該裝置的固定端上，基板端12。電阻觸頭7和11分 別接近基板端12和13附近，在它們之間的基板具有傳導(dǎo)性。在基板的可移 動(dòng)端上，基板端13,壓敏電阻14連接至鄰近的電阻觸頭8。然后，基板端 13上的電阻觸頭11和8功能性地連接至壓敏電阻14。應(yīng)該理解，彈性鉸鏈15具有柔性橫截面3，其平行于基板1并且確定可 移動(dòng)基板端12和13的彈性的方向。施加至基板1平面的力使得基板端12 和13圍繞具有橫截面3的鉸鏈15彼此相對(duì)地傾斜，在應(yīng)變集中結(jié)構(gòu)5上產(chǎn) 生應(yīng)變，并傳送至應(yīng)變感應(yīng)元件14的頸部4并且經(jīng)由電襯墊6和9電性感 應(yīng)。尤其，當(dāng)頸部經(jīng)受沿穿過(guò)應(yīng)變感應(yīng)元件的電流的方向、導(dǎo)致各部件的相 對(duì)移動(dòng)的應(yīng)力時(shí)，檢測(cè)到電阻中產(chǎn)生變化。參照?qǐng)D2,壓阻裝置16如圖所示具有以與上述方式類(lèi)似的方式布置的兩 個(gè)應(yīng)變感應(yīng)元件23。基板17具有間隙20,應(yīng)變感應(yīng)元件23 ^爭(zhēng)過(guò)該間隙并 且由垂直于柔性橫截面21的應(yīng)變集中結(jié)構(gòu)24支承，該橫截面21限定彈性 鉸鏈25。兩個(gè)應(yīng)變感應(yīng)元件23可輕微地?cái)v雜達(dá)到大約2樣i米的深度。雙應(yīng) 變感應(yīng)元件23在基板端18上具有獨(dú)立電子襯墊26,在基板端19上具有電
子襯墊29。電子襯墊26具有位于其上的電子觸頭端27，電子襯墊29包含 電子觸頭端28。電子觸頭端28和27可包括金屬。圖6示出壓阻裝置73的橫截面，其如圖所示具有六個(gè)應(yīng)變感應(yīng)元件75。 每個(gè)應(yīng)變感應(yīng)元件支壽義在對(duì)應(yīng)的應(yīng)變集中結(jié)構(gòu)74上。在該實(shí)施例中，應(yīng)變 感應(yīng)元件75優(yōu)選地大程度地?cái)v雜硼，達(dá)到大概0.3微米的深度，允許應(yīng)變感 應(yīng)元件具有例如大約4微米的寬度為C2的非常小的橫截面。在壓阻裝置IO、 16和73中，硅基板可在(110)平面中定向并且包括n 型雜質(zhì)，應(yīng)變感應(yīng)元件沿[lll]方向?qū)R并且包括p型雜質(zhì)。可選擇地，該裝 置的硅基板可在(100)平面中定向并且包括平p型雜質(zhì)，應(yīng)變感應(yīng)元件沿 [OOl]方向?qū)R并且包括n型雜質(zhì)?，F(xiàn)在參照?qǐng)D3A-3C，圖中示出壓阻應(yīng)力集中器30,該裝置由硅基板31 制成。在功能上，應(yīng)力集中器30包括四個(gè)圖2所示類(lèi)型的應(yīng)力集中器，它 們結(jié)合入一個(gè)壓力傳感器。如圖3B所示，基板31的一側(cè)上刻有三凸臺(tái)的隔 膜50,包括中心凸臺(tái)33和兩個(gè)外部凸臺(tái)34和35 。四個(gè)間隙跨過(guò)基板31的 一部分延伸，使得外間隙36位于外凸臺(tái)35的外部，內(nèi)間隙37位于外凸臺(tái) 35與中心凸臺(tái)33之間，內(nèi)間隙38位于中心凸臺(tái)33與外凸臺(tái)34之間，外間 隙39位于外凸臺(tái)34的外部。扭力桿式傳導(dǎo)路徑48沿著外凸臺(tái)34和35延 伸，到達(dá)延伸^,過(guò)隔膜50的邊纟彖32上的端子47。響應(yīng)于施加至一個(gè)表面的 壓力，隔膜50會(huì)偏轉(zhuǎn)，中心凸臺(tái)33的移動(dòng)平面平行于邊緣32,外凸臺(tái)34 和35相對(duì)于邊緣32翻轉(zhuǎn)。參見(jiàn)圖3A，柔性截面40限定在每個(gè)間隙中。四 個(gè)應(yīng)變感應(yīng)元件對(duì)41、42、43設(shè)置在基板31的外表面上并且分別在間隙36、 37、 38和39周?chē)?，每個(gè)應(yīng)變感應(yīng)元件處于支承在應(yīng)變集中結(jié)構(gòu)45上的感應(yīng) 元件對(duì)中。每個(gè)應(yīng)變感應(yīng)元件可攙雜硼，優(yōu)選地達(dá)到大概3 x 1018/立方厘米 的程度。應(yīng)變感應(yīng)元件對(duì)采用電橋電路順序連接，諸如惠斯特電橋，內(nèi)應(yīng)變 感應(yīng)元件42和43經(jīng)由扭桿式傳導(dǎo)路徑48連接至基板31角部處的端子47， 使得電橋的鄰近腿可相反地檢測(cè)應(yīng)變和電阻的變化。絕緣跨線橋46適應(yīng)該 裝置的物理尺寸，其涉及于電橋電路的形成。如圖3A所示，溝槽49在傳導(dǎo) 路徑的任一側(cè)上切割形成并且達(dá)到一深度，留下厚度T1，如圖3C所示。應(yīng) 力集中器可粘結(jié)至支承件并且連接至電路，或者支承和連接功能可通過(guò)應(yīng)用 至端子表面的單個(gè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)提供。當(dāng)壓力施加至平面上時(shí)，隔膜的凸臺(tái)的偏轉(zhuǎn)如上所述產(chǎn)生，使得外應(yīng)變感應(yīng)元件41和44受壓并且內(nèi)應(yīng)變感應(yīng)元件42和43受應(yīng)力，壓阻應(yīng)變感應(yīng) 元件檢測(cè)的機(jī)械移動(dòng)作為電阻的變化。在平衡的電橋電路中，由于偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生 的電阻變化使電橋不平衡，從而提供電輸出信號(hào)。現(xiàn)在參照?qǐng)D4A-4F，示出制造壓阻應(yīng)力集中器30的傳感器薄片部分的 步驟的順序。如圖4A所示，單個(gè)的晶體n型硅基板51具有方向(110)的 主表面，沿[lll]方向的兩個(gè)平拋光側(cè)54,并且已經(jīng)在上表面形成熱氧化層 52和在底表面形成氧化層53。在一項(xiàng)實(shí)施例中，傳感器薄片的總厚度誤差 為大約2微米。如圖4B所示，p型硼的初步深擴(kuò)散形成入?yún)^(qū)域53，其將用 做傳感器表面上的導(dǎo)體。圖4C示出對(duì)該表面光照形成圖案并且在氧化層上 形成開(kāi)口，用于將硼淺擴(kuò)散至應(yīng)變感應(yīng)元件56上。在一項(xiàng)實(shí)施例中，應(yīng)變 感應(yīng)元件56可采用至少3 x 1018的硼進(jìn)行淺擴(kuò)散，到達(dá)大約1.1微米的深度 以及265歐姆/平方。在圖4D中，基板51的表面采用噴射鋁60形成掩膜， 以進(jìn)行深活性離子蝕刻(DRIE)，在鋁中開(kāi)口以形成DRIE圖案從而形成隔 膜，應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)57在傳導(dǎo)路徑55的任一側(cè)上支承應(yīng)變感應(yīng)元件56、柔性 橫截面58和溝槽59。基板51采用DR正蝕刻的最終深度為大約原始薄片厚 度的28%。如圖4E所示，圖4D的噴射鋁60被卸下，薄氧化層61形成在 該表面上。傳導(dǎo)路徑62由光照形成圖案，穿過(guò)該氧化層開(kāi)口形成觸頭孔。 在圖4F中，鋁63沉積在基板51的表面上，深度到達(dá)大約0.7微米，該表 面經(jīng)過(guò)光照形成圖案^v而限定電性溝槽65和熱壓縮粘和處64。同樣制造為了機(jī)械剛度和電連接所必須的支承薄片。該支承薄片包括n 型雜質(zhì)的單個(gè)硅晶體。為了形成完整的壓阻裝置，傳感器薄片與支承薄片對(duì) 齊并且兩個(gè)薄片熱壓粘和。參照?qǐng)D5A和5B,本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例示出采用壓阻壓力傳感器72的 導(dǎo)管66。參考?jí)毫?1環(huán)氧樹(shù)脂密封至壓力傳感器72。硅彈性體69也將 壓力傳感器72密封至參考管71。鍍鋁的銅線70連接至壓力傳感器72的端 子。壓力傳感器72的表面68可采用鉭薄膜涂敷。支承薄片可粘和至壓力傳 感器72，其提供用于電子的電路徑(vias)和用于參考管71的鉛管裝置路 徑。導(dǎo)管可用于測(cè)量流體壓力。從上面的說(shuō)明可知，本發(fā)明提供一種裝置和過(guò)程，用于制造檢測(cè)機(jī)械移 動(dòng)并且將該移動(dòng)通過(guò)支承應(yīng)變感應(yīng)元件的應(yīng)變集中結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為電輸出的裝 置。本發(fā)明采用多種方式在先前的計(jì)量器結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)。例如，將應(yīng)變感
應(yīng)元件支承在應(yīng)變集中支承結(jié)構(gòu)上會(huì)消除電阻上的程序約束，允許電阻僅僅 由應(yīng)變感應(yīng)元件的可接受熱行為約束。受支承的應(yīng)變感應(yīng)元件可采用十分之 一或者小于無(wú)標(biāo)記計(jì)量器結(jié)構(gòu)中的程度的硼攙雜，得到對(duì)應(yīng)變的更高的敏感 度。不同于無(wú)標(biāo)記計(jì)量器結(jié)構(gòu)，受支承應(yīng)變感應(yīng)元件上的材料不需要耐得住 蝕刻，因此可選擇更理想的屬性，類(lèi)似高計(jì)量器因數(shù)和電阻與計(jì)量器因數(shù)的匹配的溫度系數(shù)。因此，受支承的應(yīng)變感應(yīng)元件通過(guò)其支撐件散熱；在該元 件中產(chǎn)生的電阻熱不僅沿著該元件的長(zhǎng)度散去，而且向下進(jìn)入該支撐件。最 后，應(yīng)變感應(yīng)元件的應(yīng)變集中結(jié)構(gòu)比無(wú)標(biāo)記計(jì)量器結(jié)構(gòu)更加抵抗壓縮負(fù)載下 的扭轉(zhuǎn)，使其不太易碎。雖然本發(fā)明已經(jīng)參照其優(yōu)選實(shí)施例具體示出并且進(jìn)行描述，但是，本領(lǐng) 域技術(shù)人員應(yīng)該理解可在不脫離由所附的權(quán)利要求概括的發(fā)明范圍的情況 下進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)的多種改變。
權(quán)利要求
1、一種用于檢測(cè)機(jī)械輸入并且將至少兩個(gè)相對(duì)可移動(dòng)部件的機(jī)械移動(dòng)轉(zhuǎn)換為電輸出的裝置，包括硅基板；延伸跨過(guò)基板的限定相對(duì)可移動(dòng)部件的一部分的間隙以及在其間延伸的彈性橫截面，該橫截面采用與基板相同的材料制成；設(shè)置在硅基板表面上的至少一個(gè)應(yīng)變感應(yīng)元件，所述應(yīng)變感應(yīng)元件具有由中間頸部相互連接的兩個(gè)端部，該頸部支承在使應(yīng)變集中的結(jié)構(gòu)上，該結(jié)構(gòu)延伸跨過(guò)該間隙并且具有延伸至間隙中橫截面的垂直壁，該結(jié)構(gòu)采用與基板相同的材料制成；以及電性連接至端部的電極裝置，用于檢測(cè)端部之間的電阻的變化，此時(shí)頸部經(jīng)受沿穿過(guò)應(yīng)變感應(yīng)元件的電流的方向的、由各基板部件的相對(duì)移動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，硅基板在(110)平面中定向， 并且包括n型雜質(zhì)，應(yīng)變感應(yīng)元件沿[lll]方向?qū)R并且包括p型雜質(zhì)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，硅基板在(100)平面中定向， 并且包括p型雜質(zhì)，應(yīng)變感應(yīng)元件沿
方向?qū)R并且包括n型雜質(zhì)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該橫截面限定平行于基板的彈 性鉸鏈。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，至少兩個(gè)相對(duì)可移動(dòng)的部件圍 繞該橫截面的彈性鉸鏈部分彼此相對(duì)地翻轉(zhuǎn)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，應(yīng)變感應(yīng)元件包括輕微攙雜的 硼，達(dá)到大約2微米的深度。轉(zhuǎn)換為電輸出的裝置，包括 硅基板；延伸跨過(guò)基板的限定相對(duì)可移動(dòng)部件的 一部分的間隙以及在其間延伸 的彈性橫截面，該橫截面采用與基板相同的材料制成；變感應(yīng)元件具有由中間頸部相互連接的兩個(gè)端部，每個(gè)頸部支承在使應(yīng)變集 中的對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)上，該結(jié)構(gòu)延伸跨過(guò)該間隙并且具有延伸至間隙中^f黃截面的垂直壁，該結(jié)構(gòu)采用與基板相同的材料制成；以及電性連接至端部的電極裝置，用于檢測(cè)端部之間的電阻的變化，此時(shí)頸 部經(jīng)受沿穿過(guò)應(yīng)變感應(yīng)元件的電流的方向的、由各基板部件的相對(duì)移動(dòng)產(chǎn)生 的應(yīng)力。
7.
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，硅基板在(110)平面中定向， 并且包括n型雜質(zhì)，應(yīng)變感應(yīng)元件沿[lll]方向?qū)R并且包括p型雜質(zhì)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，硅基板在(100)平面中定向， 并且包括p型雜質(zhì)，應(yīng)變感應(yīng)元件沿
方向?qū)R并且包括n型雜質(zhì)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，該橫截面限定平行于基板的彈 性鉸鏈。
11、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，至少兩個(gè)相對(duì)可移動(dòng)的部件圍 繞該橫截面的彈性鉸鏈部分彼此相對(duì)地翻轉(zhuǎn)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，每個(gè)應(yīng)變感應(yīng)元件包括輕微攙 雜的硼，達(dá)到大約2微米的深度。
13、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，六個(gè)應(yīng)變感應(yīng)元件設(shè)置在硅基 板表面上并且串聯(lián)連接。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中，每個(gè)應(yīng)變感應(yīng)元件包括深攙 雜的硼，達(dá)到大約0.3微米的深度。
15、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中，每個(gè)應(yīng)變感應(yīng)元件具有大約4 微米的小寬度。
16、 一種用于檢測(cè)機(jī)械輸入并且將至少兩個(gè)相對(duì)可移動(dòng)部件的機(jī)械移動(dòng) 轉(zhuǎn)換為電輸出的裝置，包括由在(110)平面中定向的n型半導(dǎo)體材料獲得的硅基板； 在基板一側(cè)上刻成的三凸臺(tái)隔膜，三凸臺(tái)隔膜包括邊緣，隔膜延伸跨過(guò)該邊*彖，在中心凸臺(tái)任一側(cè)上以及邊》彖內(nèi)部中的一個(gè)中心凸臺(tái)和兩個(gè)外凸臺(tái) 延伸^,過(guò)基板的限定相對(duì)可移動(dòng)部件的一部分的四個(gè)間隙以及在對(duì)應(yīng) 間隙之間延伸的柔性橫截面，使得其中兩個(gè)間隙位于外凸臺(tái)的外部，其中兩 個(gè)間隙位于中心凸臺(tái)的任一側(cè)上以及任意外凸臺(tái)的內(nèi)部；設(shè)置在硅基板表面上的該間隙附近的四個(gè)應(yīng)變感應(yīng)元件對(duì)，每對(duì)元件包 括串聯(lián)連接的兩個(gè)應(yīng)變感應(yīng)元件，每個(gè)應(yīng)變感應(yīng)元件具有由中間頸部相互連 接的兩個(gè)端部，頸部支承在使應(yīng)變集中的對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)上，該結(jié)構(gòu)延伸跨過(guò)該間 隙并且具有延伸至對(duì)應(yīng)間隙中的橫截面的垂直壁，應(yīng)變感應(yīng)元件由p型半導(dǎo)體材料形成并且沿[lll]方向定向，四個(gè)應(yīng)變感應(yīng)元件對(duì)連4妻為電橋電路；以 及電性連接至應(yīng)變感應(yīng)元件的端部的電極裝置，用于4全測(cè)端部之間的電阻 的變化，此時(shí)頸部經(jīng)受沿穿過(guò)應(yīng)變感應(yīng)元件的電流的方向的、由各基板部件 的相對(duì)移動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，該橫截面限定平行于基板的 彈性鉸鏈。
18、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，至少兩個(gè)相對(duì)可移動(dòng)的部件 彼此相對(duì)地在該橫截面的彈性鉸鏈部分附近偏轉(zhuǎn)。
19、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，還包括基板上處于計(jì)量器高度的絕 緣跨接橋，使得應(yīng)變感應(yīng)元件以電橋電路的順序連接至邊緣的角部處的端 部，使得電橋的鄰近腿檢測(cè)到相反的應(yīng)變。
20、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，還包括從偏轉(zhuǎn)凸臺(tái)到邊緣上的端子 的扭力桿式傳導(dǎo)路徑。
21、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，還包括通過(guò)熱壓縮粘和進(jìn)行密封以 保持參考?jí)毫Φ亩俗訅K中的參考凹槽。
22、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，應(yīng)變感應(yīng)元件通過(guò)熱壓縮粘 和而密封至表面安裝端子。
23、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，每個(gè)應(yīng)變感應(yīng)元件包括摻雜 的硼，摻雜程度為大概3 x 1018/立方厘米。
24、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，適于在測(cè)量流體壓力的導(dǎo)管上的沉 積物。
25、 一種制造用于檢測(cè)機(jī)械輸入并且將至少兩個(gè)相對(duì)可移動(dòng)部件的機(jī)械 移動(dòng)轉(zhuǎn)換為電輸出的裝置的方法，該方法包括制造傳感器薄片和支承薄片；將制造隔膜和應(yīng)變感應(yīng)元件所采用的傳感器薄片對(duì)齊用于保證傳感器 機(jī)械剛度和其電連接的支承薄片；粘和所對(duì)齊的支承薄片和傳感器薄片；以及娃深活性粒子蝕刻(DRIE)隔膜和應(yīng)變感應(yīng)元件區(qū)域。
26、 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，傳感器薄片是包括n型雜質(zhì) 的單硅晶體，其主平面采用(110)定向并且沿[lll]方向，兩個(gè)平的拋光側(cè) 具有在兩個(gè)平面上熱形成的氧化層。
27、 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，制造傳感器薄片包括 使p型硼深擴(kuò)散入傳感器表面上的傳導(dǎo)區(qū)域；對(duì)該表面進(jìn)行光照形成圖案并且連接至應(yīng)變感應(yīng)元件；-該衣囬工向又丌日3 -我付P 2 ，J'/: 對(duì)光照?qǐng)D案 構(gòu)和隔膜。
28、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，薄片的總體厚度誤差為大約2 微米。
29 、根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，應(yīng)變感應(yīng)元件采用大概3x1018 的硼進(jìn)行擴(kuò)散，達(dá)到大約1.1微米的深度和265歐姆/平方。
30、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，硅采用DRIE蝕刻，最終剩 余量為薄膜厚度的大約28 % 。
31、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，鋁沉積在傳感器表面上，其 深度為大約0.7微米，該表面經(jīng)光照形成圖案得到電子跡線和熱壓粘和處。
全文摘要
提供一種將機(jī)械移動(dòng)轉(zhuǎn)換為電輸出的壓阻應(yīng)變集中器和用于生產(chǎn)該集中器的過(guò)程。該裝置包括應(yīng)變檢測(cè)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有跨過(guò)基板中的間隙的壓阻應(yīng)變?cè)Ｔ搼?yīng)變檢測(cè)結(jié)構(gòu)支承在同樣跨過(guò)該間隙的應(yīng)變集中結(jié)構(gòu)上，該間隙具有延伸至間隙基部處的橫截面的垂直壁，兩個(gè)結(jié)構(gòu)都由基板蝕刻而成。用于應(yīng)變感應(yīng)元件的應(yīng)變集中支承結(jié)構(gòu)通過(guò)深活性離子蝕刻(DRIE)制造。與先前的應(yīng)變計(jì)量結(jié)構(gòu)相比，該應(yīng)變檢測(cè)結(jié)構(gòu)具有增強(qiáng)的敏感度、低計(jì)量因數(shù)并且更加能抵抗起皺和破碎。多個(gè)應(yīng)變檢測(cè)結(jié)構(gòu)可在電橋電路中順序連接。
文檔編號(hào)G01L9/16GK101111751SQ200580047276
公開(kāi)日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2005年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月30日
發(fā)明者萊斯利·B·威爾納 申請(qǐng)人:恩德夫科公司