CN101542258B

CN101542258B - 压力传感器及其制造方法

Info

Publication number: CN101542258B
Application number: CN200880000240.4A
Authority: CN
Inventors: 田中宏明; 藤井哲夫
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-02-16
Filing date: 2008-02-12
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2028-02-12
Also published as: US20090071259A1; EP2423657A1; US7762141B2; CN101542258A; JP2009080095A; EP2047224B1; WO2008099951A1; EP2047224A1; JP5142742B2

Abstract

一种用于压力介质的压力传感器包括：传感器芯片(3)，其包括半导体衬底(3a)、在衬底上的膜片(3b)和在膜片上的量规电阻器(3c)；覆盖膜片的保护罩(5)；用于容纳芯片、将压力介质引导到所述罩以及将大气引导到衬底的外壳(2)；终端(2c)；布线(4)；以及密封元件(7)。布线的嵌入部分(4a-4c，4e)与量规电阻器相连。布线的连接部分(4d，4f)与嵌入部分和终端相连。嵌入部分由所述罩覆盖以与压力介质隔离。密封元件布置在外壳与衬底之间以使连接部分与压力介质和大气隔离。

Description

压力传感器及其制造方法

相关申请交叉参考

本申请基于2007年2月16日提交的日本专利申请No.2007-36302、2007年9月7日提交的No.2007-232750以及2008年1月30日提交的No.2008-19203，这些申请的全部内容在此引入作为参考。

技术领域

本发明涉及压力传感器和压力传感器的制造方法。

背景技术

通常，在JP-A-2001-343298所示的压力传感器中，接合线由橡胶或凝胶覆盖，由此免受环境条件例如作为测量对象的压力介质的流动性和腐蚀性的影响，并且可以确保可靠性。

此外，在与美国专利No.5,591,679相对应的JP-3073442所示的压力传感器中，在硅片上，形成量规电阻器(压电元件)的区域由玻璃覆盖。

近年来，根据高精度和多功能车辆控制的改进，需要测量具有极高腐蚀性的压力介质的压力。然而，在JP-A-2001-343298公开的压力传感器中，由于接合线和外周连接结构仅仅由橡胶或凝聚覆盖，因此对高腐蚀性压力介质的所述压力测量会使橡胶或凝胶退化并且不能使接合线和外周连接结构受到保护。此外，在JP-3073442公开的压力传感器中，由于量规电阻器仅仅由玻璃覆盖并且这些导线外露，因此不能防止由压力介质导致的腐蚀。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种压力传感器。本发明的另一目的是提供一种压力传感器的制造方法。

根据本发明的第一方面，一种用于检测压力介质压力的压力传感器，包括：包括半导体衬底、第一膜片和量规电阻器的传感器芯片，其中半导体衬底具有第一和第二侧，半导体衬底还包括在第二侧的第一凹坑以及布置在第二侧的孔，第一凹坑提供作为第一膜片的薄部，并且量规电阻器布置在第一膜片上；覆盖第一膜片并结合在半导体衬底的第一侧的保护罩；外壳，其包括用于容纳具有保护罩的传感器芯片的空心部分以及用于安装传感器芯片的安装表面，其中外壳将压力介质引导到保护罩的压力接收表面，并且将大气引导到半导体衬底的第二侧；电连接在传感器芯片与外部电路之间的终端；电连接在量规电阻器与终端之间的布线；以及具有环形的密封元件。当保护罩根据被引导到压力接收表面的压力介质的压力而变形时，与保护罩的变形相对应的力从保护罩传递到第一膜片，量规电阻器的电阻改变，并且与电阻变化相对应的检测信号通过布线和终端被输出到外部电路。布线包括嵌入部分和连接部分。嵌入部分穿过内壁绝缘薄膜嵌入半导体衬底的孔中，使得嵌入部分利用内壁绝缘薄膜与半导体衬底绝缘，并且与量规电阻器电连接。连接部分布置在嵌入部分的一部分与终端的一部分之间，使得连接部分电连接在嵌入部分与终端之间，嵌入部分的该部分从半导体衬底的第二表面露出，而终端的该部分从外壳的安装表面露出。嵌入部分由保护罩覆盖，使得嵌入部分与压力介质隔离。密封元件布置在外壳的安装表面与半导体衬底的第二侧之间。空心部分包括第一空心部分和第二空心部分。压力介质被导入第一空心部分，并且大气被导入第二空心部分。密封元件将第一空心部分与第二空心部分分离，从而保持第一与第二空心部分之间的压差。密封元件使连接部分与压力介质和大气隔离。

在上述传感器中，嵌入部分由保护罩覆盖以与压力介质分离，并且连接部分利用密封元件与压力介质和大气分离。因而，防止嵌入部分和连接部分受到腐蚀。

根据本发明的第二方面，一种用于检测压力介质压力的压力传感器，包括：包括半导体衬底、第一膜片和量规电阻器的传感器芯片，其中半导体衬底具有第一和第二侧，半导体衬底还包括在第二侧的第一凹坑以及布置在第二侧的孔，第一凹坑提供作为第一膜片的薄部，并且量规电阻器布置在第一膜片上；具有板形并结合在半导体衬底的第二侧的底座，其中底座还包括第一通孔；覆盖第一膜片并结合在半导体衬底的第一侧的保护罩；外壳，其包括用于容纳具有保护罩和底座的传感器芯片的空心部分以及用于安装传感器芯片的安装表面，其中外壳将压力介质引导到保护罩的压力接收表面；电连接在传感器芯片与外部电路之间的终端；电连接在量规电阻器与终端之间的布线；以及具有环形的密封元件。当保护罩根据被引导到压力接收表面的压力介质的压力而变形时，与保护罩的变形相对应的力从保护罩传递到第一膜片，量规电阻器的电阻改变，并且与电阻变化相对应的检测信号通过布线和终端被输出到外部电路。布线包括嵌入部分和连接部分。嵌入部分穿过内壁绝缘薄膜嵌入半导体衬底的孔中，使得嵌入部分利用内壁绝缘薄膜与半导体衬底绝缘，穿过内壁绝缘薄膜嵌入底座的第一通孔中，并且与量规电阻器电连接。连接部分布置在嵌入部分的一部分与终端的一部分之间，使得连接部分连接在嵌入部分与终端之间，嵌入部分的该部分从半导体衬底的第二表面露出，而终端的该部分从外壳的安装表面露出。嵌入部分由保护罩覆盖，使得嵌入部分与压力介质隔离。密封元件布置在外壳的安装表面与底座之间。压力介质被导入空心部分。空心部分通过密封元件与连接部分分离，从而密封元件使连接部分与压力介质隔离。

在上述传感器中，嵌入部分由保护罩覆盖以与压力介质分离，并且连接部分利用密封元件与压力介质分离。因而，防止嵌入部分和连接部分受到腐蚀。在这种情况下，布线的高度可以等于或低于保护罩与半导体衬底之间的连接层的高度。在此，连接层可以由氧化物膜或金属膜制成。此外，压力传感器可以是相对压力传感器或绝对压力传感器。对于绝对压力传感器来说，底座由通过氧化物膜直接结合的硅或通过氧化物膜阳极结合的玻璃制成，并接触外壳的安装表面。在突出部得到连接之前，突出部可以具有布置在半导体衬底一侧的一部分以及布置在安装表面一侧的另一部分。

根据本发明的第三方面，一种用于检测压力介质压力的压力传感器，包括：包括半导体衬底、第一膜片和量规电阻器的传感器芯片，其中半导体衬底具有第一和第二侧，半导体衬底还包括在第二侧的第一凹坑以及布置在第二侧的孔，第一凹坑提供作为第一膜片的薄部，并且量规电阻器布置在第一膜片上；具有板形并结合在半导体衬底的第二侧的底座，其中底座还包括第一通孔；覆盖第一膜片并结合在半导体衬底的第一侧的保护罩；外壳，其包括用于容纳具有保护罩和底座的传感器芯片的空心部分以及用于安装传感器芯片的安装表面，其中外壳将压力介质引导到保护罩的压力接收表面；电连接在传感器芯片与外部电路之间的终端；以及电连接在量规电阻器与终端之间的布线。当保护罩根据被引导到压力接收表面的压力介质的压力而变形时，与保护罩的变形相对应的力从保护罩传递到第一膜片，量规电阻器的电阻改变，并且与电阻变化相对应的检测信号通过布线和终端被输出到外部电路。布线包括嵌入部分。嵌入部分穿过内壁绝缘薄膜嵌入半导体衬底的孔中，使得嵌入部分利用内壁绝缘薄膜与半导体衬底绝缘，穿过内壁绝缘薄膜嵌入底座的第一通孔中，并与量规电阻器电连接。嵌入部分由保护罩覆盖，使得嵌入部分与压力介质隔离。底座直接接触外壳的安装表面，使得嵌入部分与终端直接相连。压力介质被导入空心部分。嵌入部分与终端之间的连接部分与空心部分隔离。

在上述传感器中，嵌入部分由保护罩覆盖以与压力介质隔离，并且连接部分与压力介质分离。因而，防止嵌入部分和连接部分受到腐蚀。

根据本发明的第四方面，一种用于检测压力介质压力的压力传感器，包括：包括半导体衬底、第一膜片和量规电阻器的传感器芯片，其中半导体衬底具有第一和第二侧，半导体衬底还包括在第二侧的第一凹坑以及布置在第二侧的孔，第一凹坑提供作为第一膜片的薄部，量规电阻器布置在第一膜片上；衬底的孔从第一侧到第二侧穿透衬底；结合在半导体衬底的第一侧的保护罩，其中保护罩布置在第一膜片的外周，并且保护罩包括与第一膜片相对应的第二通孔；外壳，其包括用于容纳具有保护罩的传感器芯片的空心部分以及用于安装传感器芯片的安装表面，其中外壳将压力介质引导到第一膜片的压力接收表面，并且将大气引导到半导体衬底的第二侧；电连接在传感器芯片与外部电路之间的终端；电连接在量规电阻器与终端之间的布线；以及具有环形的密封元件。当第一膜片根据被引导到压力接收表面的压力介质的压力而变形时，量规电阻器的电阻改变，并且与电阻变化相对应的检测信号通过布线和终端被输出到外部电路，布线包括嵌入部分和连接部分。嵌入部分穿过内壁绝缘薄膜嵌入半导体衬底的孔中，使得嵌入部分利用内壁绝缘薄膜与半导体衬底绝缘，并且与量规电阻器电连接。连接部分布置在嵌入部分的一部分与终端的一部分之间，使得连接部分连接在嵌入部分与终端之间，嵌入部分的该部分从半导体衬底的第二表面露出，而终端的该部分从外壳的安装表面露出。嵌入部分由保护罩覆盖，使得嵌入部分与压力介质隔离。密封元件布置在外壳的安装表面与半导体衬底的第二侧之间。空心部分包括第一空心部分和第二空心部分。压力介质被导入第一空心部分，并且大气被导入第二空心部分。密封元件将第一空心部分与第二空心部分分离，从而保持第一与第二空心部分之间的压差。密封元件使连接部分与压力介质和大气隔离。

在上述传感器中，嵌入部分由保护罩覆盖以与压力介质分离，并且连接部分利用密封元件与压力介质和大气分离。因而，防止嵌入部分和连接部分发生腐蚀。

根据本发明的第五方面，一种用于检测压力介质压力的压力传感器，包括：包括半导体衬底、第一膜片和量规电阻器的传感器芯片，其中半导体衬底具有第一和第二侧，半导体衬底还包括在第二侧的第一凹坑以及布置在第二侧的孔，第一凹坑提供作为第一膜片的薄部，量规电阻器布置在第一膜片上；衬底的孔从第一侧到第二侧穿透衬底；具有板形并结合在半导体衬底的第二侧的底座，其中底座还包括第一通孔；结合在半导体衬底的第一侧的保护罩，其中保护罩布置在第一膜片的外周，并且保护罩包括与第一膜片相对应的第二通孔；外壳，其包括用于容纳具有保护罩和底座的传感器芯片的空心部分以及用于安装传感器芯片的安装表面，其中外壳将压力介质引导到第一膜片的压力接收表面；电连接在传感器芯片与外部电路之间的终端；电连接在量规电阻器与终端之间的布线；以及具有环形的密封元件。当第一膜片根据被引导到压力接收表面的压力介质的压力而变形时，量规电阻器的电阻改变，并且与电阻变化相对应的检测信号通过布线和终端被输出到外部电路。布线包括嵌入部分和连接部分。嵌入部分穿过内壁绝缘薄膜嵌入半导体衬底的孔中以使得嵌入部分利用内壁绝缘薄膜与半导体衬底绝缘，穿过内壁绝缘薄膜嵌入底座的第一通孔中，并与量规电阻器电连接。连接部分布置在嵌入部分的一部分与终端的一部分之间，使得连接部分连接在嵌入部分与终端之间，嵌入部分的该部分从半导体衬底的第二表面露出，而终端的该部分从外壳的安装表面露出。嵌入部分由保护罩覆盖，使得嵌入部分与压力介质隔离。密封元件布置在外壳的安装表面与底座之间。压力介质被导入空心部分。空心部分通过密封元件与连接部分分离，从而密封元件使连接部分与压力介质隔离。

在上述传感器中，嵌入部分由保护罩覆盖以与压力介质分离，并且连接部分利用密封元件与压力介质分离。因而，防止嵌入部分和连接部分发生腐蚀。

根据本发明的第六方面，一种用于检测压力介质压力的压力传感器，包括：包括半导体衬底、第一膜片和量规电阻器的传感器芯片，其中半导体衬底具有第一和第二侧，半导体衬底还包括在第二侧的第一凹坑以及布置在第二侧的孔，第一凹坑提供作为第一膜片的薄部，量规电阻器布置在第一膜片上，衬底的孔从第一侧到第二侧穿透衬底；具有板形并结合在半导体衬底的第二侧的底座，其中底座还包括第一通孔；结合在半导体衬底的第一侧的保护罩，其中保护罩布置在第一膜片的外周，并且保护罩包括与第一膜片相对应的第二通孔；外壳，其包括用于容纳具有保护罩和底座的传感器芯片的空心部分以及用于安装传感器芯片的安装表面，其中外壳将压力介质引导到第一膜片的压力接收表面；电连接在传感器芯片与外部电路之间的终端；以及电连接在量规电阻器与终端之间的布线。当第一膜片根据被引导到压力接收表面的压力介质的压力而变形时，量规电阻器的电阻改变，并且与电阻变化相对应的检测信号通过布线和终端被输出到外部电路。布线包括嵌入部分。嵌入部分穿过内壁绝缘薄膜嵌入半导体衬底的孔中以使得嵌入部分利用内壁绝缘薄膜与半导体衬底绝缘，穿过内壁绝缘薄膜嵌入底座的第一通孔中，并与量规电阻器电连接。嵌入部分由保护罩覆盖，使得嵌入部分与压力介质隔离。底座直接接触外壳的安装表面，使得嵌入部分与终端直接相连。压力介质被导入空心部分。嵌入部分与终端之间的连接部分与空心部分隔离。

在上述传感器中，嵌入部分由保护罩覆盖以与压力介质分离，并且连接部分与压力介质分离。因而，防止嵌入部分和连接部分发生腐蚀。

根据本发明的第七方面，一种制造用于检测压力介质压力的压力传感器的方法，该方法包括：形成传感器芯片，该传感器芯片包括半导体衬底、第一膜片和量规电阻器，其中半导体衬底具有第一和第二侧，半导体衬底还包括在第二侧的第一凹坑，第一凹坑提供作为第一膜片的薄部，并且量规电阻器布置在第一膜片上；在衬底上形成孔，其中孔从第一侧到第二侧穿透衬底；在孔的内壁上形成内壁绝缘薄膜；穿过内壁绝缘薄膜在衬底的孔中形成布线的嵌入部分，使得嵌入部分利用内壁绝缘薄膜与半导体衬底绝缘并且嵌入部分与量规电阻器电连接；在量规电阻器上形成中间层绝缘薄膜，并且在中间层绝缘薄膜中形成接触孔；在接触孔中以及在中间层绝缘薄膜上形成布线的表面部分以在量规电阻器与嵌入部分之间实现电连接；在具有表面部分和量规电阻器的半导体衬底上形成包括氧化物膜和氮化物膜中的至少一个的保护膜；形成具有第二膜片的保护罩，第二膜片通过使保护罩变薄以具有第二凹坑来形成，其中第二凹坑提供该第二膜片；以如下方式通过由SiO₂膜或金属膜制成的连接层将保护罩结合在衬底的第一侧，即，使第二膜片面对量规电阻器并且第二凹坑容纳第一膜片和布线的嵌入部分；形成外壳，该外壳包括用于容纳具有保护罩的传感器芯片的空心部分以及用于安装传感器芯片的安装表面，其中外壳还包括在安装表面上的空气引入端口，外壳还包括终端，其一部分从安装表面露出，其中该空心部分包括第一空心部分和第二空心部分，并且压力介质被导入第一空心部分，大气穿过空气引入端口被导入第二空心部分；将具有保护罩的传感器芯片以如下方式安装在外壳的安装表面上，即，使突出部夹在安装表面与衬底的第二侧之间，其中突出部由密封元件环绕，并且其中具有环形的密封元件环绕空气引入端口；用突出部使布线的嵌入部分的一部分和终端的一部分电连接，其中嵌入部分的所述部分在衬底的第二侧露出，并且终端的所述部分从外壳的安装表面露出；以及利用密封元件使第一空心部分与第二空心部分分离。

上述方法提供了具有嵌入部分和连接部分的传感器。嵌入部分由保护罩覆盖以与压力介质分离，并且连接部分与压力介质分离。因而，防止嵌入部分和连接部分发生腐蚀。

在上述方法中，量规电阻器可以在用于穿过氧化物膜的杂质扩散过程中形成。作为绝缘薄膜的氧化物膜可以在氧化过程中形成在孔的内壁上。布线用于连接在量规电阻器与嵌入部分之间的一部分可以与形成接触部分一起形成。在半导体衬底由氧化物膜覆盖之后，第一膜片可以形成在半导体衬底上。此时，可以去除布置在保护罩的连接部分的氮化物膜。备选地，以如下方式形成导电突出部，即，用于形成突出部的材料的一半施加在半导体衬底的后侧，并且材料的另一半施加在安装表面上，随后，材料的一半和材料的另一半得到加热并相互结合。

根据本发明的第八方面，一种制造用于检测压力介质压力的压力传感器的方法，该方法包括：形成传感器芯片，该传感器芯片包括半导体衬底、第一膜片和量规电阻器，其中半导体衬底具有第一和第二侧，半导体衬底还包括在第二侧的第一凹坑，第一凹坑提供作为第一膜片的薄部，并且量规电阻器布置在第一膜片上；在衬底上形成孔，其中孔从第一侧到第二侧穿透衬底；在量规电阻器的表面上形成凹坑；在衬底的孔中并在量规电阻器的凹坑上形成内壁绝缘薄膜；在量规电阻器的内壁绝缘薄膜上形成接触孔；穿过内壁绝缘薄膜在衬底的孔中以及穿过内壁绝缘薄膜在接触孔中形成布线的嵌入部分，使得嵌入部分利用内壁绝缘薄膜与半导体衬底绝缘并且嵌入部分与量规电阻器电连接；形成具有通孔的保护罩，所述通孔穿过保护罩；以如下方式通过由SiO₂膜或金属膜制成的连接层将保护罩结合在衬底的第一侧，即，使第一膜片面对保护罩的通孔，并且保护罩覆盖布线的嵌入部分；形成外壳，该外壳包括用于容纳具有保护罩的传感器芯片的空心部分以及用于安装传感器芯片的安装表面，其中外壳还包括在安装表面上的空气引入端，外壳还包括终端，其一部分从安装表面露出，空心部分包括第一空心部分和第二空心部分，并且压力介质被导入第一空心部分，大气穿过空气引入端口被导入第二空心部分；将具有保护罩的传感器芯片以如下方式安装在外壳的安装表面上，即，突出部夹在安装表面与衬底的第二侧之间，其中突出部由密封元件环绕，并且具有环形的密封元件环绕空气引入端口；用突出部使布线的嵌入部分的一部分和终端的一部分电连接，其中嵌入部分的所述部分在衬底的第二侧露出，并且终端的所述部分从外壳的安装表面露出；以及利用密封元件使第一空心部分与第二空心部分分离。

在上述方法中，量规电阻器可以在用于穿过氧化物膜的杂质扩散过程中形成在半导体衬底上。之后，氧化物膜得到沉积，随后在衬底上形成孔。在氧化过程中，可以在孔的内壁上形成作为绝缘薄膜的氧化物膜，随后利用导电材料填充孔。接着，布线的用于连接在量规电阻器与嵌入部分之间的一部分可以形成在接触部分，之后可以在半导体衬底上形成作为保护膜的氧化物膜。随后，可以去除在保护罩连接部分上氮化物膜的一部分。保护罩和半导体衬底得到结合以覆盖布线的布置在芯片和嵌入部分上的部分。而后，可以在半导体衬底上形成第一膜片。

根据本发明的第九方面，一种制造用于检测压力介质压力的压力传感器的方法，该方法包括：形成传感器芯片，该传感器芯片包括半导体衬底、第一膜片和量规电阻器，其中半导体衬底具有第一和第二侧，半导体衬底还包括在第二侧的第一凹坑，第一凹坑提供作为第一膜片的薄部，并且量规电阻器布置在第一膜片上；在衬底上形成孔，其中孔从第一侧到第二侧穿透衬底以达到量规电阻器；在孔的内壁上形成内壁绝缘薄膜；穿过内壁绝缘薄膜在衬底的孔中形成布线的嵌入部分，使得嵌入部分利用内壁绝缘薄膜与半导体衬底绝缘并且嵌入部分与量规电阻器电连接；形成用于覆盖衬底的第一侧的保护罩，其中保护罩由外延生长层或氮化硅覆盖薄膜制成；形成外壳，其包括用于容纳具有保护罩的传感器芯片的空心部分以及用于安装传感器芯片的安装表面，其中外壳还包括在安装表面上的空气引入端口，外壳还包括终端，其一部分从安装表面露出，空心部分包括第一空心部分和第二空心部分，并且压力介质被导入第一空心部分，大气穿过空气引入端口被导入第二空心部分；将具有保护罩的传感器芯片以如下方式安装在外壳的安装表面上，即，突出部夹在安装表面与衬底的第二侧之间，其中突出部由密封元件环绕，并且具有环形的密封元件环绕空气引入端口；用突出部使布线的嵌入部分的一部分和终端的一部分电连接，其中嵌入部分的所述部分在衬底的第二侧露出，并且终端的所述部分从外壳的安装表面露出；以及利用密封元件使第一空心部分与第二空心部分分离。

在上述方法中，量规电阻器可以在用于穿过氧化物膜的杂质扩散过程中形成在半导体衬底上。之后，作为保护膜的氧化物膜得到沉积。随后在衬底上形成孔，并且可以去除在量规电阻器的端部布置的过量硅成分。在氧化过程中，可以在孔的内壁上和去除过量硅成分的空间中形成氧化物膜。随后利用导电材料填充孔。可以在形成接触部分的同时在量规电阻器与嵌入部分之间形成厚度比去除的硅成分更薄的连接布线。接着，可以在整个半导体衬底上形成起到连接元件作用的氧化物膜，使得氧化物膜覆盖整个芯片。此后，衬底得到结合。备选地，可以形成由N导电型外延生长薄膜或氮化硅膜制成的保护罩。之后，可以在衬底上形成第一膜片。

附图说明

从以下参照附图做出的详细描述中将会更清楚地了解到本发明的以上以及其它目的、特征和优点。图中：

图1A是表示根据本发明第一实施方式的压力传感器的示意性结构的横截面图(沿图1B中的线IA-IA)；

图1B是表示压力传感器的布置的正视图；

图2A-2F是表示图1A和1B中所示的压力传感器的制造过程的横截面图；

图3A-3E是表示在图2A-2F之后的压力传感器的制造过程的横截面图；

图4是根据本发明第二实施方式的压力传感器的横截面图；

图5A-5F是表示图4中所示的压力传感器的制造过程的横截面图；

图6A-6F是表示图5A-5F之后的压力传感器的制造过程的横截面图；

图7是根据本发明第三实施方式的压力传感器的横截面图；

图8A-8D是表示图7中所示的压力传感器的制造过程的横截面图；

图9是根据本发明第四实施方式的压力传感器的横截面图；

图10是根据本发明第五实施方式的压力传感器的横截面图；

图11A是表示根据本发明第六实施方式的压力传感器的示意性结构的横截面图(沿图11B中的线XIA-XIA)；

图11B是表示压力传感器的布置的正视图；

图12A是表示根据本发明第七实施方式的压力传感器的示意性结构的横截面图(沿图12B中的线XIIA-XIIA)；

图12B是表示压力传感器的布置的正视图；

图13A是表示根据本发明第八实施方式的压力传感器的示意性结构的横截面图(沿图13B中的线XIIIA-XIIIA)；

图13B是表示压力传感器的布置的正视图；

图14是根据本发明第九实施方式的压力传感器的横截面图；

图15A-15E是表示根据本发明第十实施方式的压力传感器的制造过程的横截面图；

图16A-16C是表示在图15A-15E之后的压力传感器的制造过程的横截面图；

图17是根据本发明另一实施方式的压力传感器的横截面图；以及

图18是根据本发明另一实施方式的压力传感器的横截面图。

具体实施方式

(第一实施方式)

将对应用第一实施方式的压力传感器进行描述。在本实施方式中描述的压力传感器被用作例如车辆中的排气压力传感器。

图1A和1B表示本实施方式的压力传感器1的示意性结构。图1A是压力传感器1的横截面图(与图1B中的IA-IA截面相对应)。图1B是表示压力传感器1的布置的正视图。下文将采用这些图对本实施方式的压力传感器1进行描述。

如图1A所示，压力传感器1具有外壳2、传感器芯片3、布线4、保护罩5、压力传递介质6、密封元件7、保护材料8等等。

外壳2构成了压力传感器1的外部形状，并在内部具有空间9。传感器芯片3等容纳在外壳2的空间9内。形成外壳2的空间9的壁表面之一(图中下侧的表面)被用作传感器芯片3的安装表面2a。在例如安装表面2a的中心位置，形成大气引入孔2b，并且传感器芯片3的后表面安装在与大气引入孔2b相对应的位置。

终端2c用于与布线4电连接的一端在外壳2的安装表面2a上露出。此外，外壳2具有接头2d。终端2c的另一端从接头2d露出，由此能够在压力传感器1与外部之间形成电连接。此外，在外壳2中，在与大气引入孔2b相反的位置，形成压力引入孔2e。穿过压力引入孔2e导入压力介质。当传感器芯片3等被安装在安装表面2a上时，空间9被分成空间9a和空间9b，压力介质穿过压力引入孔2e被导入空间9a内，大气穿过大气引入孔2b被导入空间9b内。

具有例如n型硅半导体衬底3a的传感器芯片3具有作为通过蚀刻或类似方式在半导体衬底3a的后表面上形成的凹坑的薄膜片3b，以及包括在膜片3b上形成的p型量规电阻器3c的电路。量规电阻器3c的表面覆盖有由绝缘膜例如氮化物膜17和氧化物膜16加上氧化物膜13制成的保护膜。当传感器芯片3的后表面一侧与外壳2的安装表面2a相对并且大气从传感器芯片3的后表面一侧穿过大气引入孔2b被导入膜片3b时，作为参考压力的大气压力施加在膜片3b上。在该结构中，可以测量压力介质相对于大气压力的压力也就是相对压力。

布线4通过接触孔13a与量规电阻器3c电连接(或与包括量规电阻器3c的电路连接)。接触孔13a形成在作为中间层绝缘薄膜的氧化硅薄膜13上。布线4被用于通过终端2c在包括量规电阻器3c的电路与外部之间进行电连接。更具体地，布线4包括穿过氧化硅薄膜13在半导体衬底3a的表面上通过布图而形成的表面构图4a、嵌入在从半导体衬底3a的前表面一侧形成的第一孔中的第一嵌入布线4b、嵌入在穿过内壁绝缘薄膜18从半导体衬底3a的后表面一侧形成的第二孔中的第二嵌入布线4c、以及作为连接元件设置在半导体衬底3a的后表面与外壳2的安装表面2a之间的突出部4d。内壁绝缘薄膜18形成在第一和第二孔中的每个的内壁上。突出部4d是导电的。

在半导体衬底3a上，第一孔和第二孔作为通孔得到连接，并且穿过内壁绝缘薄膜18形成在这些第一和第二孔中的第一嵌入布线4b和第二嵌入布线4c在半导体衬底3a内得到连接。突出部4d设置成与第二嵌入布线4c和从外壳2的安装表面2a露出的终端2c接触。因而，包括量规电阻器3c的电路和终端2c通过表面构图4a、第一和第二嵌入布线4b和4c以及突出部4d相互电连接。

保护罩5封盖传感器芯片3，由此保护布线4等，并且还接收压力介质。在保护罩5上，在与传感器芯片3的前表面一侧相对的后表面上形成凹形元件5a，并且凹形元件5a的一部分被用作薄膜片5b。此外，在保护罩5中，位于凹形元件5a外部的部分与传感器芯片3在前表面一侧的外边缘接合。当量规电阻器3c和布线4包含在保护罩5的凹形元件5a中时，保护罩5防止量规电阻器3c和布线4与压力介质接触。保护罩5由半导体材料例如Si、陶瓷或类似材料制成。当保护罩5由半导体材料制成时，凹形元件5a可以通过蚀刻形成。当保护罩5由陶瓷或类似材料制成时，凹形元件5a可以根据成型模具的形状形成。在此，传感器芯片3和保护罩5可以无需任何连接中间层的情况下相互结合。备选地，传感器芯片3可以通过连接中间层例如氧化物膜和金属膜与保护罩5结合。当连接中间层被用于连接时，表面保护膜例如氧化物膜16和氮化物膜17可以不形成在传感器芯片3的表面上。因此，如果未形成表面保护膜，则减少了在传感器芯片一侧上的装置的制造过程。

压力传递介质6起到了对在传感器芯片3与保护罩5之间也就是在保护罩5的凹形元件5a上填充的压力进行传递的作用。当利用保护罩5的膜片5b接收压力介质时，膜片5b的变形被传递到压力传递介质6，由此与压力介质的压力相对应的压力通过压力传递介质6被施加在传感器芯片3一侧的膜片5b上。对于压力传递介质6，可以采用液体例如油或水、气态物质例如氢或稀有气体、或树脂凝胶或类似物质。

密封元件7将空间9分成其中导入压力介质的空间9a和其中导入大气的空间9b，并保持它们之间的压差。在本实施方式中，密封元件7具有环绕膜片3b的两个环形元件7a和7b。一个环形元件7a设置在突出部4d内侧的一个位置上，并且另一环形元件7b设置在突出部4d外侧的一个位置上，以环绕环形元件7a。一个环形元件7a防止大气进入突出部4d一侧，并且另一环形元件7b防止压力介质和保护材料8进入突出部4d一侧。至于密封元件7，可以采用密封非导电薄膜(NCF)或类似材料。

保护材料8防止密封元件7承受具有高腐蚀性的压力介质例如废气。保护材料8填充在外壳2、传感器芯片3和密封元件7之间。对于保护材料8，可以采用硅酮凝胶、氯硅酮凝胶或类似材料。在本实施方式的压力传感器1中，由于布线4不由接合线制成，因此可以采用树脂作为保护材料8。

在具有以上结构的压力传感器1中，布线4由保护罩5覆盖，并利用密封元件7与压力介质和大气分离。在布线4不露出以达到与压力介质接触的结构中，可以防止布线4的腐蚀。应该指出在本实施方式中，如图1A所示，终端2c的一部分设置在环形元件7b的外侧，也就是与保护材料8接触的一侧。然而，在与薄元件例如接合线不同的终端2c上，不会很容易地通过腐蚀引起接触失效。此外，当终端2c的所有露出部分均设置在环形元件7b内时，可以进一步减小腐蚀问题。

下面，对本实施方式的压力传感器1的制造方法进行描述。图2A-2F和图3A-3E是表示本实施方式的压力传感器1的制造过程的横截面图。

首先，在图2A所示的过程中，制备硅衬底10作为形成保护罩5所用的衬底。接着，在图2B所示的过程中，氮化硅膜或类似材料的掩模11设置在硅衬底10的后表面一侧。而抗蚀剂12设置在掩模11的表面上。此外，在图2C所示的过程中，通过光刻在抗蚀剂12上实现构图，并且在形成凹形元件5a的位置上去除抗蚀剂12。

接着，在图2D所示的过程中，在以抗蚀剂12作为掩模的情况下在掩模11中形成开口。在图2E所示的过程中，利用掩模11通过蚀刻在硅衬底10的后表面上形成凹形元件5a。因而凹形元件5a上变薄的部分变成膜片5b。如图2F所示，当去除掩模11时，制成保护罩5。

接着，在图3A所示的过程中，制备n型硅衬底作为半导体衬底3a。在图3B所示的过程中，通过对半导体衬底3a的表面进行氧化来形成氧化硅膜13。此外，在氧化硅膜13上提供抗蚀剂12(未示出)或类似物。随后p型杂质得到离子注入而后得到激活，由此形成量规电阻器3c。

接着，在图3C所示的过程中，在半导体衬底3a的后表面上形成掩模14，随后通过光蚀刻在掩模14上的形成膜片3b的位置形成开口。而后，利用掩模14通过蚀刻在半导体衬底3a的后表面上形成凹坑，由此形成膜片3b。而后，去除掩模14，由此制成传感器芯片3。

此外，在图3D所示的过程中，利用掩模(未示出)覆盖半导体衬底3a的表面，而后在掩模上与第一孔相对应的位置形成开口。随后，利用掩模通过蚀刻从半导体衬底3a的前表面形成第一孔。接着，去除掩模，随后通过热氧化方法或沉积方法在第一孔的内壁上形成内壁绝缘薄膜18。沉积Al或类似物质以穿过内壁绝缘薄膜18填充第一孔，并在Al上完成构图。此外，另一掩模(未示出)被形成为具有与量规电阻器3c的预定位置相对应的开口。利用这一掩模，通过蚀刻方法在氧化硅膜13上形成接触孔13a。之后，在氧化硅膜13上沉积Al，并对Al进行构图。因而，就提供了布线4的表面构图4a和第一嵌入布线4b。

此外，利用掩模(未示出)覆盖半导体衬底3a的后表面，而后在掩模上与第二孔相对应的位置上形成开口。而后，利用掩模通过蚀刻从半导体衬底3a的后表面形成第二孔。接着，去除掩模，随后通过利用热氧化方法或沉积方法在第二孔的内壁上形成内壁绝缘薄膜18。沉积Al或类似物质以穿过内壁绝缘薄膜18填充第二孔。Al得到回蚀，使得Al仅保留在第二孔中。因而可提供布线4的第二嵌入布线4c。

随后，在图3E所示的过程中，通过热氧化方法、沉积方法或类似方法在包括量规电阻器3c和表面构图4a的半导体衬底3a的整个表面上形成氧化物膜16。此外，通过沉积方法或类似方法在氧化物膜16上形成氮化物膜17。去除氮化物膜17的外周区域，该区域是半导体衬底3a上的接触保护罩5的区域。备选地，如果在保护膜17的外周区域上形成由氧化物膜或金属膜制成的连接中间层，则不必去除氮化物膜17的外周区域。

在通过图3A-3D中的过程形成的传感器芯片3和通过图2A-2E中的过程形成的保护罩5放置在由氢、稀有气体或类似气体填充的腔(未示出)中的情形下，保护罩5与半导体衬底3a的表面接合，由此在它们之间填充有氢、稀有气体或类似气体的压力传递介质6。应该指出当压力传递介质6是液体时，在保护罩5的后表面向上翻转时，该液体被注入凹形元件5a内，随后半导体衬底3a从保护罩5上方的位置与保护罩5接合。

此后，制备其中内嵌模压有终端2c的外壳2。在外壳2的安装表面2a上设置突出部4d和密封元件7，随后在安装表面2a上设置与保护罩5接合的传感器芯片3。而后，保护罩5和传感器芯片3压靠在安装表面2a一侧，由此突出部4d与终端2c和第二嵌入布线4c接合，并且密封元件7达到与半导体衬底3a的安装表面2a和后表面紧密接触。之后，在外壳2、传感器芯片3和密封元件7之间的间隙中填充保护材料8。由此制成图1A和1B所示的压力传感器1。

应该指出在图1中，外壳2被示为一体元件。然而，外壳2也可以由两部分形成。例如，两部分可以在容纳由保护罩5覆盖的传感器芯片3之后结合成一体。另外，压力引入孔2e的宽度被设计成可以插入由保护罩5覆盖的传感器芯片3。

(第二实施方式)

下面，对第二实施方式进行描述。在本实施方式中，保护罩5的结构与第一实施方式相比有所变化。因为其它元件与第一实施方式相同，因此仅对与第一实施方式的不同之处进行描述。

图4是根据本实施方式的压力传感器1的横截面图。如图4所示，在本实施方式中，在半导体衬底3a的表面上形成凹形元件3d，并且在凹形元件3d中嵌入布线4的表面构图4a。此外，保护罩5与半导体衬底3a的表面紧密接触，并且压力介质通过在保护罩5上形成的通孔5c与传感器芯片3的膜片3b直接接触。表面构图4a的表面完全由保护罩5覆盖，由此防止其与压力介质接触。

在该结构中，由于可以防止通过压力介质腐蚀表面构图4，因此可以获得与第一实施方式类似的优点。

下面，对本实施方式的压力传感器1的制造方法进行描述。图5A-5F和图6A和6F是表示本实施方式的压力传感器1的制造过程的横截面图。

首先，在图5A-5D中，执行图2A-2D所示的过程。应该指出优选的是被用作形成保护罩5的硅衬底10与图2A相比变薄。随后在图5E所示的过程中，利用掩模11通过蚀刻从硅衬底10的后表面到前表面形成通孔5c。之后在图5F所示的过程中，去除掩模11。由此制成保护罩5。

下面，在图6A-6C中，执行图3A-3C所示的过程。随后，在图6D所示的过程中，由掩模(未示出)覆盖半导体衬底3a的表面，随后在与表面构图4a相对应的位置，更具体地在膜片3b外的所需位置形成开口。之后，利用掩模通过蚀刻形成凹形元件3d。

此后，在图6E中，执行图3D所示的过程。形成第一和第二孔，并且还在第一和第二孔中形成内壁绝缘薄膜18。此外，在凹坑3d上形成内壁绝缘薄膜18。掩模(未示出)形成在内壁绝缘薄膜18上以具有与量规电阻器3c的预定位置相对应的开口。之后，利用掩模通过蚀刻方法或类似方法形成接触孔18a。凹形元件3d的内部填充沉积Al，并且完成构图使得表面构图4a的上表面和半导体衬底3a的表面变为平齐安装状态。

此后，在图6F中，在半导体衬底3a的包含在表面构图4a和量规电阻器3c的表面上形成保护膜例如氧化物膜16和氮化物膜17。去除氮化物膜17的外周区域。而后，保护罩5与传感器芯片3接合以覆盖表面构图4a。之后，在外壳2、传感器芯片3和密封元件7之间的间隙中填充保护材料8，由此制成图4所示的压力传感器1。

(第三实施方式)

下面，对第三实施方式进行描述。在本实施方式中，保护罩5和布线4的结构与第一实施方式相比有所变化。由于其它元件与第一实施方式相同，因此仅描述与第一实施方式的不同之处。

图7是本实施方式的压力传感器1的横截面图。如图7所示，在本实施方式中，仅利用从半导体衬底3a的后表面设置的嵌入布线4e和突出部4d组成布线4。嵌入布线4e达到量规电阻器3c。此外，在半导体衬底3a的表面上形成的外延生长层20被用作保护罩5。也就是未延长到半导体衬底3a的表面的嵌入布线4e与量规电阻器3c接触。因此，还通过在半导体衬底3a包含量规电阻器3c的表面上设置外延生长层20来使包含量规电阻器3c的电路免受压力介质的影响。外延生长层20具有不同于量规电阻器3c的导电型。也就是，当量规电阻器3c为P型电阻器时，外延生长层具有N导电型，并且当量规电阻器3c为N型电阻器时，外延生长层具有P导电型。此外，在其中形成嵌入布线4e的孔的内壁上形成内壁绝缘薄膜18。嵌入布线4e穿过内壁绝缘薄膜18嵌入孔中。因而，嵌入布线4e与半导体衬底3a在量规电阻器3c之外的部分绝缘。

在该结构中，由于可以防止压力介质对表面构图4a的腐蚀，因此可以获得与第一实施方式类似的优点。应该指出在本实施方式的结构中，外延生长层20的厚度也被加在膜片3b的厚度上。在这种情况下，要考虑外延生长层20的厚度来控制在半导体衬底3a的后表面一侧进行蚀刻的量。

在此，形成外延生长层20作为覆盖半导体衬底3a的表面的覆盖薄膜。备选地，可以采用氮化硅膜代替外延生长层20作为覆盖薄膜。此外，可以采用用于结合的硅层作为覆盖薄膜。当采用用于结合的硅层作为覆盖薄膜时，在衬底3a的表面上形成氧化物膜以保护整个传感器芯片3，而后，在整个氧化物膜上采用用于结合的硅层。当采用氮化物膜和硅层和/或氧化物膜作为覆盖薄膜时，氧化物膜的厚度被加在膜片3b的厚度上。考虑到膜片3b的厚度，当从衬底3a的后侧对衬底3a进行蚀刻时衬底3a的蚀刻量得到控制。

下面，对本实施方式的压力传感器1的制造方法进行描述。图8A-8D是表示本实施方式的压力传感器1的制造过程的横截面图。

首先，在图8A中，执行图3A和3B所示的过程。应该指出在本实施方式中，量规电阻器3c延伸到膜片3b的外部。接着，在图8C所示的过程中，利用掩模(未示出)覆盖半导体衬底3a的后表面，随后在掩模上与嵌入布线4e相对应的位置形成开口。之后，利用掩模通过蚀刻从半导体衬底3a的后表面形成达到量规电阻器3c的孔。接着，去除掩模，通过热氧化方法或沉积方法在孔中形成内壁绝缘薄膜18。此外，在半导体衬底3a的后表面穿过内壁绝缘薄膜18沉积Al或类似物质以填充所述孔，并且Al得到回蚀，使得Al仅保留在孔中。由此设置布线4的嵌入布线4e。如果在形成嵌入布线4e之后在高于500℃的高温下执行热处理，则嵌入布线4e可以由高熔点金属例如钨制成。此外，在后侧而不是接触孔上形成绝缘薄膜例如SiO₂，从而提高电绝缘性能。在本实施方式中，在外延生长之前，形成孔，并且形成内壁绝缘薄膜18和嵌入布线4e。备选地，可以在形成孔、内壁绝缘薄膜18和嵌入布线4e之前形成外延生长层20。在这种情况下，尽管Al具有低熔点，但可以很容易形成Al而不会遇到任何困难。

此后，在图8C中，执行图3C所示的过程。如果需要，可以在量规电阻器3c上形成与氧化物膜16和氮化物膜17类似的保护膜。在图8D所示的过程中，通过在半导体衬底3a的表面上外延生长硅来形成外延生长层20。而后，在外壳2、传感器芯片3和密封元件7之间的间隙中填充保护材料8。之后，终端2c通过突出部4d得到连接，并且完成退火。由此制成图7所示的压力传感器1。

(第四实施方式)

下面，对第四实施方式进行描述。在本实施方式中，密封元件7的结构与第一实施方式相比有所变化。由于其它元件与第一实施方式相同，因此仅描述与第一实施方式不同之处。

图9是本实施方式的压力传感器1的横截面图。如图9所示，在本实施方式中，密封元件7由一个部件构成，并且突出部4d嵌入密封元件7内。当由保护罩5覆盖的传感器芯片3安装在外壳2的安装表面2a上时，密封元件7被挤压，使得突出部4d与第二嵌入布线4c和终端2c形成接触。这样，可以由一个部件构成密封元件7。

(第五实施方式)

下面，对第五实施方式进行描述。在本实施方式中，第一实施方式的结构应用于用于测量绝对压力的压力传感器上。由于其它元件与第一实施方式相同，因此仅描述与第一实施方式不同之处。

图10是本实施方式的压力传感器的横截面图。如图10所示，由玻璃、Si或类似材料制成的底座15连接在半导体衬底3a的后表面一侧。穿过底座15形成第二孔，并且穿过内壁绝缘薄膜18在第二孔中设置第二嵌入布线4c。底座15紧密封闭形成在半导体衬底3a的后表面一侧的凹坑，也就是用于形成膜片3b的凹坑，由此形成参考压力腔3e。应该指出在本实施方式中，由于压力传感器1被用于测量绝对压力，因此未形成第一实施方式的大气引入孔2b(参见图1)。

本实施方式的压力传感器1具有上述结构。这样，压力传感器1可以被用于测量绝对压力，并且可以获得与第一实施方式类似的优点。在此，在图10中，底座15由硅制成，通过热氧化方法形成内壁绝缘薄膜18。备选地，底座15可以由玻璃制成，并且可以通过其它方法例如沉积方法形成内壁绝缘薄膜18。在这种情况下，第一孔的侧壁和第二孔的侧壁不通过热氧化来得到氧化。因此，在第一和第二孔的内壁上形成内壁绝缘薄膜18。

(第六实施方式)

下面，对第六实施方式进行描述。在本实施方式中，具有第二实施方式中所述结构的压力传感器1被用于像第五实施方式的情况那样测量绝对压力。此外，密封结构和用于与外部电连接的结构相比有所变化。由于其它元件与第二和第五实施方式相同，因此仅描述与第二和第五实施方式的不同之处。

图11A和11B表示本实施方式的压力传感器1的示意性结构。图11A是压力传感器1的横截面图(与图11B中的XIA-XIA截面相对应)。图11B是表示压力传感器1的布置的正视图。

如图11A所示，外壳2具有形成空间9以容纳传感器芯片3和底座15的上壳体21以及具有终端2c的下壳体22。对于传感器芯片3和底座15的结构来说，由于在第五实施方式中所示的底座15连接在第二实施方式中所示的传感器芯片3的后表面上，因此没有任何特别的不同。不同之处在于在上壳体21的安装表面2a上形成与第二嵌入布线4c相对应的孔21a。终端2c的一部分穿过孔21a露出，由此在第二嵌入布线4c与终端2c之间形成电连接，并且由设置在底座15的后表面与上壳体21的安装表面2a之间的一个密封元件7环绕所有第二嵌入布线4c。

如图11B所示，在与用于与外部连接的多个所需位置相对应的多个位置形成孔21a。在图11B中，为电源供电、接地和传感器输出设置三个孔21a。图11B中的孔21a的布置仅仅是示例，并且孔21a的数量可以少于三个或多于三个。

在终端2c上，至少与第二嵌入布线4c电连接的部分从下壳体22的表面露出。当上壳体21和下壳体22相互接合时，终端2c与第二嵌入布线4c接合的相应部分位于在上壳体21上形成的相应孔21a中。利用由接合线、涂敷树脂的布线或导电弹簧元件制成并构成布线4的一部分的接合元件4f在终端2c与第二嵌入布线4c之间形成电连接。当接合元件4f由接合线制成时，第二嵌入布线4c在上壳体21和下壳体22相互连接之前结合在终端2c上。当接合元件4f由涂敷树脂的布线制成时，布线在上壳体21和下壳体22相互连接之前通过采用突出部或焊接结合在第二嵌入布线4c和终端2c上。当接合元件4f由导电弹簧元件制成时，上壳体21和下壳体22相互接合，同时导电弹簧元件在第二嵌入布线4c与终端2c之间弹性变形。应该指出上壳体1和下壳体22也可以通过例如粘合剂相互接合。

这样，在上壳体21的安装表面2a上形成用于外部连接的孔21a，并且第二嵌入布线4c和终端2c通过孔21a电连接。在这一结构中，可以获得与第一实施方式类似的优点。

(第七实施方式)

下面，对第七实施方式进行描述。在本实施方式中，密封元件7的结构与第六实施方式有所不同。由于其它元件与第六实施方式相同，仅描述与第六实施方式不同之处。

图12A和12B表示本实施方式的压力传感器1的示意性结构。图12A是压力传感器1的横截面图(与图12B中的XIIA-XIIA截面相对应)。图12B是表示压力传感器1的布置的正视图。

如图12A和12B所示，在本实施方式中，与孔21a的数量相对应地设置密封元件7。每个孔21a由一个密封元件7环绕，由此每个孔21a得到密封。

这样，在一个孔21a由一个密封元件7密封的结构中，可以获得与第六实施方式类似的优点。

(第八实施方式)

下面，对第八实施方式进行描述。在本实施方式中，密封元件7的结构与第六实施方式相比有所变化。由于其它元件与第六实施方式相同，因此仅描述与第六实施方式不同之处。

图13A和13B表示本实施方式的压力传感器1的示意性结构。图13A是压力传感器1的横截面图(与图13B中的XIIIA-XIIIA截面相对应)。图13B是表示压力传感器1的布置的正视图。

如图13A和13B所示，在本实施方式中，在多个位置设置密封元件7，然而，密封元件7的数量小于孔21a的数量。一个或多个孔21a由一个密封元件7环绕。

这样，在其中一个密封元件7密封一个或多个孔21a的结构中，可以获得与第六实施方式类似的优点。

(第九实施方式)

下面，对第九实施方式进行描述。在本实施方式中，不采用第六实施方式中的密封元件7。由于其它元件与第六实施方式相同，因此仅描述与第六实施方式不同之处。

图14是本实施方式的压力传感器1的横截面图。如图14所示，底座15的后表面与上壳体21的安装表面2a直接接触。由于底座15的后表面是平的，因此当底座15被放置在安装表面2a上时，底座15与上壳体21的安装表面2a形成紧密接触。当底座15由Si制成时，优选利用绝缘薄膜或类似材料涂敷底座15以提高粘着力。通过将底座15与传感器芯片3接合随后在上壳体21的空间9中填充保护材料8同时底座15的后表面与上壳体21的安装表面2a紧密接触来制成具有上述结构的压力传感器1。例如，在传感器芯片3和底座15穿过孔21a被吸入(sucked)的状态下填充保护材料8。由于膜片直接被吸入，因此吸入对于测量相对压力的结构来说不是优选。然而，对于测量绝对压力的结构来说，由于膜片不直接被吸入，因此在吸入方面不存在任何问题。

这样，在底座15的后表面与上壳体21的安装表面2a直接接触的结构中，可以获得与第六实施方式类似的优点。

(第十实施方式)

下面，对第十实施方式进行描述。在本实施方式中，传感器3的制造方法与第一和第二实施方式不同。由于其它制造方法与第一和第二实施方式相同，因此仅描述与第一和第二实施方式不同之处。

在第一和第二实施方式中，当形成传感器芯片3时，在形成膜片3b之后形成布线4的第一和第二嵌入布线4b，4c。在本实施方式中，在形成膜片3b之前形成布线4的第一和第二嵌入布线4b，4c。作为示例传感器的图1所示的压力传感器1通过本实施方式的制造方法来制造。图15A-15E和16A-16C表示本实施方式的制造方法。

在图15A所示的步骤中，在衬底3a上形成氧化硅膜13，并根据图3A和3B所示的步骤形成量规电阻器3c。在图15B所示的步骤中，在氧化硅膜13的表面上形成掩模(未示出)。而后，掩模与第一孔相对应的部分被开口。之后，采用掩模，在半导体衬底3a上通过蚀刻方法从氧化硅膜13的表面形成第一孔。因此，第一孔和第二孔被形成为穿过衬底3a的通孔。

在图15C所示的步骤中，去除用于形成第一和第二孔的掩模。而后，通过热氧化方法或沉积方法在第一和第二孔的内壁上形成内壁绝缘薄膜18。之后，在图15D所示的步骤中，通过采用掩模(未示出)部分去除氧化硅膜13，使得量规电阻器3c从氧化硅膜13中部分露出。由此形成接触孔13a。随后，金属层例如Al层从衬底3a的表面一侧和后侧部分地插入孔内，使得第一和第二嵌入布线4b，4c穿过内壁绝缘薄膜18嵌入孔中。之后，在衬底3a的表面上形成另一金属层例如Al层，然后，对金属层进行构图。由此，形成表面构图4a。表面构图4a通过接触孔13a与量规电阻器3c电连接。此外，表面构图4a将第一和第二嵌入布线4b，4c与量规电阻器3c相连。

在图15E所示的步骤中，衬底3a包含量规电阻器3c和表面构图4a的整个表面由保护膜覆盖，该保护膜由氧化物膜16和氮化物膜17构成。保护膜也可以由氧化物膜16和氮化物膜17中的至少一个构成。无需氧化物膜16和氮化物膜17都形成。

在图16A所示的步骤中，在衬底3a的后侧形成掩模(未示出)。随后，通过光蚀刻方法对掩模上与形成膜片的区域相对应的部分进行开口。通过采用掩模，使衬底3a的后侧被凹进，从而形成膜片3b。之后，去除掩模，并制成传感器芯片3。

在图16B所示的步骤中，去除保护膜上的作为氮化物膜17的外周区域并与接触保护罩5的区域相对应的部分。在图16C所示的步骤中，保护罩5结合在从氮化物膜17露出的氧化物膜16的表面上。此时，氧化物膜16作为连接中间层，使得保护罩5很容易结合在衬底3a上。此外，当保护罩5在填充氢气和/或惰性气体的某一腔(未示出)中结合在衬底3a上时，由氢气和/或惰性气体组成的压力传递介质填充在保护罩5与衬底3a之间。此外，当保护罩5的后侧上翻时，液体填充在凹坑5a中，从而液体提供压力传递介质。

因此，可在形成膜片3b之前，形成第一和第二嵌入布线4b，4c。通过以这一次序执行操作，在没有膜片3b的情况下形成第一和第二嵌入布线4b，4c。因此，在形成第一和第二嵌入布线4b，4c的步骤中，由于膜片3b还没有布置在传感器1上，因此不会破坏膜片3b。

尽管图1所示的传感器1通过本实施方式的制造方法来制造，但也可以通过本制造方法制造第二实施方式或其它实施方式的传感器1。

(其它实施方式)

在上述实施方式中，通过采用突出部4d在从传感器芯片3的后表面露出的第二嵌入布线4c或嵌入布线4e与从外壳2的安装表面2a露出的终端2c之间形成电连接。然而，也可以采用除突出部之外的其他导电接合元件例如导电粘合剂来实现上述电连接。

此外，在第四实施方式中，密封元件7与第一实施方式相比有所变化，然而，密封元件7也可以与第二和第三实施方式有所不同。

此外，在上述第六到第八实施方式中，通过接合元件4f在第二嵌入布线4c与终端2c之间形成电连接。也可以布置成终端2c得到弯曲加工，随后利用弯曲加工的部分形成接合元件，由此当上壳体21和下壳体22相互接合时该得到弯曲加工的部分(接合元件)与第二嵌入布线4c电连接。

此外，在上述第六到第九实施方式中，当在用于测量绝对压力的压力传感器1中采用具有第二实施方式的结构的传感器芯片3时，可采用相应实施方式的结构。也可以将第六到第九实施方式的结构用于第一实施方式(也就是第五实施方式)和第三实施方式的结构。

此外，在上述第六到第九实施方式中，通过采用接合元件4f在终端2c与嵌入布线4c之间形成电连接。当接合元件4f是接合线时，优选的是所述结构被制成很容易完成结合。为此，例如图15的横截面图所示，终端2c在上壳体21的下表面露出，并且在第二嵌入布线4c的表面和终端2c的表面上的从相同方向完成结合。这样便于通过结合进行电连接。

在第六到第九实施方式中，底座15被用于作为绝对压力传感器的压力传感器1。备选地，底座15也可以用于作为根据第一实施方式的相对压力传感器的压力传感器1。图18表示采用第六实施方式的结构的相对压力传感器。形成穿过底座15的大气压力孔15a，并且还在外壳2上形成大气压力引入孔2b。因此，大气压力穿过大气压力孔15a和大气压力引入孔2b被引导到膜片3b的后侧。由此，形成相对压力传感器。备选地，根据第七到第九实施方式的传感器可以被形成为相对压力传感器。

尽管已经参照本发明的优选实施方式对其进行了描述，但将会认识到本发明并不局限于所优选的实施方式和构造。本发明意欲覆盖多种变化和等效布置。另外，尽管有优选的多种组合和构造，但包括更多、更少或仅仅单个元件的其它组合和构造也落入本发明的精神和范围内。

Claims

1.一种用于检测压力介质压力的压力传感器，包括：

包括半导体衬底、第一膜片和量规电阻器的传感器芯片，其中半导体衬底具有第一和第二侧，半导体衬底还包括在第二侧的第一凹坑以及布置在第二侧的孔，第一凹坑提供作为第一膜片的薄部，并且量规电阻器布置在第一膜片上；

覆盖第一膜片并结合在半导体衬底的第一侧的保护罩；

外壳，其包括用于容纳具有保护罩的传感器芯片的空心部分以及用于安装传感器芯片的安装表面，其中外壳将压力介质引导到保护罩的压力接收表面，并且将大气引导到半导体衬底的第二侧；

电连接在传感器芯片与外部电路之间的终端；

电连接在量规电阻器与终端之间的布线；以及

具有环形形状的密封元件，其中

当保护罩根据被引导到压力接收表面的压力介质的压力而变形时，与保护罩的变形相对应的力从保护罩传递到第一膜片，量规电阻器的电阻改变，并且与电阻变化相对应的检测信号通过布线和终端被输出到外部电路，

布线包括嵌入部分和连接部分，

嵌入部分穿过内壁绝缘薄膜嵌入半导体衬底的孔中，使得嵌入部分利用内壁绝缘薄膜与半导体衬底绝缘，并且与量规电阻器电连接，

连接部分布置在嵌入部分的一部分与终端的一部分之间，使得连接部分电连接在嵌入部分与终端之间，嵌入部分的该部分从半导体衬底的第二表面露出，而终端的该部分从外壳的安装表面露出，

嵌入部分由保护罩覆盖，使得嵌入部分与压力介质隔离，

密封元件布置在外壳的安装表面与半导体衬底的第二侧之间，

空心部分包括第一空心部分和第二空心部分，

压力介质被导入第一空心部分，并且大气被导入第二空心部分，

密封元件将第一空心部分与第二空心部分分离，从而保持第一与第二空心部分之间的压差，并且

密封元件使连接部分与压力介质和大气隔离，

其中该半导体衬底由硅形成，以及

其中该保护罩由硅、外延生长层或氮化硅薄膜形成。

2.一种用于检测压力介质压力的压力传感器，包括：

具有板形形状并结合在半导体衬底的第二侧的底座，其中底座还包括第一通孔；

覆盖第一膜片并结合在半导体衬底的第一侧的保护罩；

外壳，其包括用于容纳具有保护罩和底座的传感器芯片的空心部分以及用于安装传感器芯片的安装表面，其中外壳将压力介质引导到保护罩的压力接收表面；

电连接在传感器芯片与外部电路之间的终端；

电连接在量规电阻器与终端之间的布线；以及

具有环形形状的密封元件，其中

布线包括嵌入部分和连接部分，

嵌入部分穿过内壁绝缘薄膜嵌入半导体衬底的孔中以使得嵌入部分利用内壁绝缘薄膜与半导体衬底绝缘，穿过内壁绝缘薄膜嵌入底座的第一通孔中，并且与量规电阻器电连接，

连接部分布置在嵌入部分的一部分与终端的一部分之间，使得连接部分连接在嵌入部分与终端之间，嵌入部分的该部分从半导体衬底的第二表面露出，而终端的该部分从外壳的安装表面露出，

嵌入部分由保护罩覆盖，使得嵌入部分与压力介质隔离，

密封元件布置在外壳的安装表面与底座之间，

压力介质被导入空心部分，并且

空心部分通过密封元件与连接部分分离，从而密封元件使连接部分与压力介质隔离，

其中该半导体衬底由硅形成，以及

其中该保护罩由硅、外延生长层或氮化硅薄膜形成。

3.一种用于检测压力介质压力的压力传感器，包括：

覆盖第一膜片并结合在半导体衬底的第一侧的保护罩；

电连接在传感器芯片与外部电路之间的终端；

电连接在量规电阻器与终端之间的布线；其中

布线包括嵌入部分，

嵌入部分穿过内壁绝缘薄膜嵌入半导体衬底的孔中，使得嵌入部分利用内壁绝缘薄膜与半导体衬底绝缘，穿过内壁绝缘薄膜嵌入底座的第一通孔中，并与量规电阻器电连接，

嵌入部分由保护罩覆盖，使得嵌入部分与压力介质隔离，

底座直接接触外壳的安装表面，使得嵌入部分与终端直接相连，

压力介质被导入空心部分，并且

嵌入部分与终端之间的连接部分与空心部分隔离，

其中该半导体衬底由硅形成，以及

其中该保护罩由硅、外延生长层或氮化硅薄膜形成。

4.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

布线还包括穿过中间层绝缘薄膜布置在半导体衬底的第一侧的表面部分，

嵌入部分与表面部分电连接，

表面部分由氧化物膜或氮化物膜中的至少一个覆盖，

中间层绝缘薄膜包括接触孔，并且

表面部分布置在接触孔中，使得表面部分穿过接触孔与量规电阻器电连接。

5.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，还包括：

用于从保护罩到第一膜片传递力的压力传递介质，其中

保护罩包括面对半导体衬底的第二凹坑，使得第二凹坑提供作为第二膜片的薄部，

第二凹坑覆盖第一膜片，

压力传递介质布置在第二膜片与半导体衬底的第一侧之间，

保护罩的第二膜片根据压力介质的压力而变形，并且

与保护罩的变形相对应的力通过压力传递介质从保护罩传递到第一膜片。

6.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

嵌入部分没有达到衬底的第一侧，

保护罩是布置在衬底的第一侧的外延生长层或氮化硅覆盖薄膜，并且

外延生长层对于P型量规电阻器来说具有N导电型或者对于N型量规电阻器来说具有P导电型。

7.一种用于检测压力介质压力的压力传感器，包括：

包括半导体衬底、第一膜片和量规电阻器的传感器芯片，其中半导体衬底具有第一和第二侧，半导体衬底还包括在第二侧的第一凹坑以及布置在第二侧的孔，第一凹坑提供作为第一膜片的薄部，量规电阻器布置在第一膜片上；且其中衬底的孔从第一侧到第二侧穿透衬底；

结合在半导体衬底的第一侧的保护罩，其中保护罩布置在第一膜片的周边，并且保护罩包括与第一膜片相对应的第二通孔；

外壳，其包括用于容纳具有保护罩的传感器芯片的空心部分以及用于安装传感器芯片的安装表面，其中外壳将压力介质引导到第一膜片的压力接收表面，并且将大气引导到半导体衬底的第二侧；

电连接在传感器芯片与外部电路之间的终端；

电连接在量规电阻器与终端之间的布线；以及

具有环形形状的密封元件，其中

当第一膜片根据被引导到压力接收表面的压力介质的压力而变形时，量规电阻器的电阻改变，并且与电阻变化相对应的检测信号通过布线和终端被输出到外部电路，

布线包括嵌入部分和连接部分，

嵌入部分由保护罩覆盖，使得嵌入部分与压力介质隔离，

空心部分包括第一空心部分和第二空心部分，

密封元件使连接部分与压力介质和大气隔离，

其中该半导体衬底由硅形成，以及

其中该保护罩由硅、外延生长层或氮化硅薄膜形成。

8.一种用于检测压力介质压力的压力传感器，包括：

包括半导体衬底、第一膜片和量规电阻器的传感器芯片，其中半导体衬底具有第一和第二侧，半导体衬底还包括在第二侧的第一凹坑以及布置在第二侧的孔，第一凹坑提供作为第一膜片的薄部，量规电阻器布置在第一膜片上；衬底的孔从第一侧到第二侧穿透衬底；

外壳，其包括用于容纳具有保护罩和底座的传感器芯片的空心部分以及用于安装传感器芯片的安装表面，其中外壳将压力介质引导到第一膜片的压力接收表面；

电连接在传感器芯片与外部电路之间的终端；

电连接在量规电阻器与终端之间的布线；以及

具有环形形状的密封元件，其中

布线包括嵌入部分和连接部分，

嵌入部分由保护罩覆盖，使得嵌入部分与压力介质隔离，

密封元件布置在外壳的安装表面与底座之间，

压力介质被导入空心部分，

其中该半导体衬底由硅形成，以及

其中该保护罩由硅、外延生长层或氮化硅薄膜形成。

9.一种用于检测压力介质压力的压力传感器，包括：

电连接在传感器芯片与外部电路之间的终端；以及

电连接在量规电阻器与终端之间的布线，其中

布线包括嵌入部分，

嵌入部分由保护罩覆盖，使得嵌入部分与压力介质隔离，

压力介质被导入空心部分，并且

嵌入部分与终端之间的连接部分与空心部分隔离，

其中该半导体衬底由硅形成，以及

其中该保护罩由硅、外延生长层或氮化硅薄膜形成。

10.如权利要求7所述的压力传感器，其特征在于，

布线还包括穿过内壁绝缘薄膜布置在量规电阻器的凹坑上的表面部分，

嵌入部分与表面部分电连接，

表面部分由氧化物膜或氮化物膜中的至少一个覆盖，

内壁绝缘薄膜包括接触孔，并且

11.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

保护罩穿过由氧化物膜或金属膜制成的连接层结合在半导体衬底上。

12.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

密封元件包括第一密封元件和第二密封元件，

第二密封元件环绕第一密封元件，并且

连接部分布置在第一与第二密封元件之间。

13.如权利要求12所述的压力传感器，其特征在于，

外壳还包括在安装表面上的空气引入端口，

空气引入端口将大气导入空心部分，并且

第一密封元件环绕空气引入端口。

14.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

仅通过一个环来提供密封元件，并且

连接部分包括嵌入所述一个环中的突出部。

15.如权利要求14所述的压力传感器，其特征在于，

外壳还包括在安装表面上的空气引入端口，

空气引入端口将大气导入空心部分，并且

密封元件布置在突出部的两侧。

16.如权利要求3所述的压力传感器，其特征在于，

外壳包括第一壳体和第二壳体，

第一壳体提供空心部分和安装表面，

第二壳体布置在第一壳体上并与传感器芯片相对，

终端嵌入第二壳体中，

第一壳体包括与布线的嵌入部分相对应的第二孔，

终端穿过第二孔露出，并且

连接部分布置在第二孔中，使得嵌入部分通过连接部分与终端电连接。

17.如权利要求16所述的压力传感器，其特征在于，

布线包括多个布线零件，

第二孔包括多个孔部，它们各自与相应的布线零件相对应，并且

密封元件环绕所有的孔部。

18.如权利要求16所述压力传感器，其特征在于，

布线包括多个布线零件，

第二孔包括多个孔部，它们各自与相应布线零件相对应，

密封元件环绕所有的孔部，

密封元件包括多个密封零件，它们各自与相应孔部相对应，并且

每个密封零件环绕相应的孔部。

19.如权利要求16所述的压力传感器，其特征在于，

布线包括多个布线零件，

第二孔包括多个孔部，它们各自与相应的布线零件相对应，

密封元件包括多个密封零件，

密封零件的数量小于孔部的数量，并且

密封零件中的一个环绕两个或更多个孔部。

20.如权利要求1-19中的任意一项所述的压力传感器，其特征在于，还包括：

布置在外壳、传感器芯片与密封元件之间的空心部分中的保护元件，从而保护元件对密封零件进行保护。

21.一种制造用于检测压力介质压力的压力传感器的方法，该方法包括：

形成传感器芯片，其包括半导体衬底、第一膜片和量规电阻器，其中半导体衬底具有第一和第二侧，半导体衬底还包括在第二侧的第一凹坑，第一凹坑提供作为第一膜片的薄部，并且量规电阻器布置在第一膜片上；

在衬底上形成孔，其中孔从第一侧到第二侧穿透衬底；

在孔的内壁上形成内壁绝缘薄膜；

穿过内壁绝缘薄膜在衬底的孔中形成布线的嵌入部分，使得嵌入部分利用内壁绝缘薄膜与半导体衬底绝缘并且嵌入部分与量规电阻器电连接；

在量规电阻器上形成中间层绝缘薄膜，并且在中间层绝缘薄膜上形成接触孔；

在接触孔中以及在中间层绝缘薄膜上形成布线的表面部分以在量规电阻器与嵌入部分之间实现电连接；

在具有表面部分和量规电阻器的半导体衬底上形成包括氧化物膜和氮化物膜中的至少一个的保护膜；

形成具有第二膜片的保护罩，第二膜片通过使保护罩变薄以具有第二凹坑来形成，其中第二凹坑提供第二膜片；

以如下方式通过由SiO₂膜或金属膜制成的连接层将保护罩结合在衬底的第一侧，即，使第二膜片面对量规电阻器并且第二凹坑容纳第一膜片和布线的嵌入部分；

形成外壳，其包括用于容纳具有保护罩的传感器芯片的空心部分以及用于安装传感器芯片的安装表面，其中外壳还包括在安装表面上的空气引入端口，外壳还包括终端，终端的一部分从安装表面露出，空心部分包括第一空心部分和第二空心部分，并且压力介质被导入第一空心部分，大气穿过空气引入端口被导入第二空心部分；

将具有保护罩的传感器芯片以如下方式安装在外壳的安装表面上，即，使突出部夹在安装表面与衬底的第二侧之间，其中突出部由密封元件环绕，并且具有环形形状的密封元件环绕空气引入端口；

用突出部使布线的嵌入部分的一部分和终端的一部分电连接，其中嵌入部分的所述部分在衬底的第二侧露出，并且终端的所述部分从外壳的安装表面露出；以及

利用密封元件使第一空心部分与第二空心部分分离，

其中该半导体衬底由硅形成，以及

其中该保护罩由硅、外延生长层或氮化硅薄膜形成。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，

外壳将压力介质引导到保护罩的压力接收表面，并且将大气引导到半导体衬底的第二侧；

嵌入部分由保护罩覆盖，使得嵌入部分与压力介质隔离，并且

密封元件布置在外壳的安装表面与半导体衬底的第二侧之间，从而密封元件使突出部与压力介质和大气隔离。

23.一种制造用于检测压力介质压力的压力传感器的方法，该方法包括：

在衬底上形成孔，其中孔从第一侧到第二侧穿透衬底；

在量规电阻器的表面上形成凹坑；

在衬底的孔中并在量规电阻器的凹坑上形成内壁绝缘薄膜；

在量规电阻器上的内壁绝缘薄膜中形成接触孔；

穿过内壁绝缘薄膜在衬底的孔中以及穿过内壁绝缘薄膜在接触孔中形成布线的嵌入部分，使得嵌入部分利用内壁绝缘薄膜与半导体衬底绝缘并且嵌入部分与量规电阻器电连接；

形成具有通孔的保护罩，所述通孔贯穿保护罩；

以如下方式通过由SiO₂膜或金属膜制成的连接层将保护罩结合在衬底的第一侧，即，使第一膜片面对保护罩的通孔，并且保护罩覆盖布线的嵌入部分；

利用密封元件使第一空心部分与第二空心部分分离，

其中该半导体衬底由硅形成，以及

其中该保护罩由硅、外延生长层或氮化硅薄膜形成。

24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，

外壳将压力介质引导到第一膜片的压力接收表面，并将大气引导到半导体衬底的第二侧；

25.一种制造用于检测压力介质压力的压力传感器的方法，该方法包括：

在衬底上形成孔，其中孔从第一侧到第二侧穿透衬底以达到量规电阻器；

在孔的内壁上形成内壁绝缘薄膜；

形成用于覆盖衬底的第一侧的保护罩，其中保护罩由外延生长层或氮化硅覆盖薄膜制成；

利用密封元件使第一空心部分与第二空心部分分离，

其中该半导体衬底由硅形成，以及

其中该保护罩由硅、外延生长层或氮化硅薄膜形成。

26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，

外壳将压力介质引导到保护罩的压力接收表面，并将大气引导到半导体衬底的第二侧；

嵌入部分由保护罩覆盖，使得嵌入部分与压力介质隔离，

密封元件布置在外壳的安装表面与半导体衬底的第二侧之间，从而密封元件使突出部与压力介质和大气隔离，并且

嵌入部分没有达到衬底的第一侧。