CN113396323B - 压力传感器装置以及用于制造压力传感器装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于压力传感器(1)、尤其是电容式压力传感器(1)的压力传感器装置(10)，所述压力传感器装置具有由所述压力传感器装置(10)的能够运动的感测膜片(178)和位置固定的对应电极(132)限界的压力空间(12)，其中，所述感测膜片(178)和所述对应电极(132)分别在所述压力传感器装置(10)的纵向方向(Lr)和横向方向(Qr)上走向，其中，所述感测膜片(178)相对于所述对应电极(132)借助于至少一个微机械的弹簧元件(155)、尤其是多个微机械的弹簧元件(155)直接地或者间接地弹动支承、尤其是平面地弹动支承在所述压力空间(12)中。

Description

压力传感器装置以及用于制造压力传感器装置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于压力传感器、尤其是电容式压力传感器的压力传感器装置。此外，本发明涉及一种用于制造压力传感器装置、尤其是电容式压力传感器装置的方法。另外，本发明涉及一种压力传感器、尤其是电容式压力传感器以及具有这种压力传感器装置或者这种压力传感器的实体。

背景技术

已知电容式压力传感器装置或者说具有压力传感器装置的电容式压力传感器，其中，通过能够运动的电极相对于与感测膜片对置的对应电极的电容的变化，能够确定由于所产生的流体压力差造成的、作为电极的或者具有电极的能够运动的感测膜片的挠曲。为此，在对应电极与感测膜片之间的空腔中包围参考压力、通常是真空。

在这样的压力传感器装置中，例如通常在硅衬底上相对于对应电极布置多晶硅膜片。通过牺牲层蚀刻方法，通过蚀刻进口部穿过感测膜片移除感测膜片与对应电极之间的牺牲层。然后，通常借助层沉积来封闭蚀刻进口部，并且这样在包围膜片下方包围参考压力。

常规的压力传感器的缺点是(也参见对绘图的图1、图2和图5的阐述)，需要分别将许多小的压力传感器元件组合成用于压力传感器的较大的压力传感器装置，以便能够应对压力传感器的所谓的总体的双金属效应(外部压力，参见图5)。小的压力传感器元件相对于其面积而言具有相对地说大的边缘区域，所述边缘区域对于真正的感测功能没有贡献并且因此增大该压力传感器。此外，有关的感测膜片的可能的冲程由此减小，这对压力传感器的感测能力产生负面的影响。

为了补偿大的边缘区域，通常减小感测膜片与对应电极之间的基本间距和工作间距(在标称压力的情况下的间距)，但是这又反映出对机械弯曲(总体的双金属效应)的灵敏度增加。即，总是需要在压力传感器的尺寸和其对外部压力的灵敏度之间寻找妥协。——此外，感测膜片的封闭区域中的不同的材料导致产生压力传感器的不期望的局部的双金属效应(内部压力)。

发明内容

本发明的任务在于，给出一种改进的压力传感器装置、一种用于其制造的方法以及一种改进的压力传感器。在这种情况下，与现有技术中的类似的压力传感器装置对照，尤其应该减小压力传感器装置的总体的双金属效应的影响。此外，根据本发明的压力传感器装置或者说根据本发明的压力传感器应该简单并且牢固地构造以及在该压力传感器装置的或者说该压力传感器的制造方面是成本有利的。

本发明的任务借助于用于压力传感器、尤其是电容式压力传感器的压力传感器装置来解决；通过用于制造压力传感器装置、尤其是电容式压力传感器装置的方法来解决；并且借助于压力传感器、尤其是电容式压力传感器以及借助于具有这种压力传感器装置或者这种压力传感器的实体来解决。——本发明的有利的扩展方案、附加的特征和/或优点从从属权利要求和下面的说明书中得出。

根据本方面的压力传感器装置包括由能够运动的感测膜片和位置固定的(衬底)对应电极限界的(参考)压力空间，其中，感测膜片和对应电极分别在压力传感器装置的纵向方向和横向方向上走向，并且感测膜片相对于对应电极借助于至少一个微机械的弹簧元件、尤其是多个(很多的)微机械的弹簧元件直接地或者间接地弹动支承在(参考)压力空间中、尤其是平面地弹动支承在压力空间中。

(参考)压力空间(空腔、空穴、间隙)构造为压力传感器装置中的空腔，其中，在那里设置定义的压力、尤其是真空(“流体压力”为0巴)或者必要时设置流体过压(关于预期的感测环境)。此外，感测膜片和对应电极优选分别仅在纵向方向和有关的横向方向上走向，这也适用于感测膜片的和对应电极的延伸。在此，除了其相应的厚度(在高度方向的延伸)之外，感测膜片和对应电极均不在压力传感器装置的高度方向上走向。在此，能够直接地或者间接地通过至少一个弹簧元件弹动支承感测膜片。在此，对应电极优选构造为结构化的对应电极。

能够运动的感测膜片能够具有由此能运动的电极，其中，该电极借助于至少一个弹簧元件、尤其是多个(很多的)弹簧元件直接地或者间接地弹动支承在(参考)压力空间中、尤其是平面地弹动支承在(参考)压力空间中。在感测膜片与电极之间能够设置有另外的层、尤其是牺牲层，所述另外的层提高电极的刚性(加固元件)。也就是说，对于这种情况，优选直接地弹动支承电极，并且优选间接地通过至少一个弹簧元件弹动支承感测膜片。在此，电极优选与对应电极类似地构造为分段的电极。

弹簧元件应理解为如下元件，该元件作为压力传感器装置的通常由多晶硅构造成的区段在压力传感器装置的预期的、实际的使用中至少局部地至少足够弹性地变形(真正的弹簧参见下文)。在这种情况下，弹簧元件能够尤其在其纵向端部区段中的至少一个纵向端部区段处具有弹簧刚性的区段，该区段必要时借助压力传感器装置的粘附在其上的横切面(Anschnitt)才变得弹簧刚性，即在那里必要时构造有压力传感器装置的另外的区域(参见下文)。在此，弹簧元件的真正的弹簧构造为弹簧柔性的(参见下文)。

在本发明的实施方式中，电极和至少一个弹簧元件、尤其是多个(很多的)弹簧元件通过压力传感器装置的唯一的层构建，其中，所述层优选构造为辅助层。也就是说，电极或者说结构化的电极和至少一个弹簧元件或者说多个(很多的)弹簧元件以相互整体式地生长的方式构造或者以构成整体地连接的方式构造。尤其地，层或者说辅助层能够构造为多晶硅层。

有关的弹簧元件能够具有一个或者恰好一个第一元件区域，所述有关的弹簧元件借助该第一元件区域机械地直接地或者间接地与对应电极耦合(位置固定的轴承)。根据本发明，对于每个弹簧元件，都能够应用恰好一个第一元件区域。在这种情况下，第一元件区域能够尤其构造为棒形或者支柱形。此外，有关的弹簧元件能够具有至少一个第二元件区域，所述有关的弹簧元件借助该第二元件区域机械地直接地或者间接地与感测膜片或者电极耦合(能够运动的轴承)。根据本发明，对于每个弹簧元件，能够应用两个、三个、四个、五个或者多个这样的第二元件区域。

此外，有关的弹簧元件能够在第一元件区域/所述第一元件区域与第二元件区域/所述第二元件区域之间或者仅在第一元件区域/所述第一元件区域或者第二元件区域/所述第二元件区域处具有恰好一个或者至少一个真正的弹簧。优选地，对于每个第二元件区域，应用恰好一个真正的弹簧。在此，有关的连接是整体式的或者构成整体的构造或者说连接。

有关的弹簧元件的所述有关的真正的弹簧/有关的真正的弹簧能够机械地直接地或者间接地与感测膜片或者电极耦合。在这种情况下，真正的弹簧能够与弹簧元件相同。此外，有关的弹簧元件的所述有关的真正的弹簧/有关的真正的弹簧能够机械地直接地或者间接地与对应电极耦合。在这种情况下，真正的弹簧也能够与弹簧元件相同。——当然，这些实施方式在运动学上是能够反转的，即例如通过互换电极和对应电极。

在本发明的实施方式中，真正的对应电极能够构造为弹簧刚性的，第一元件区域能够构造为弹簧刚性的，真正的弹簧能够构造为弹簧柔性的，第二元件区域能够构造为弹簧刚性的和/或真正的电极能够构造为弹簧刚性的。术语“弹簧柔性”和“弹簧刚性”在其含义方面相互构建。在此，“弹簧柔性”指的是与“弹簧刚性”相比更能够至少足够弹性地变形，或者说反之亦然。弹簧柔性的同义词例如基本上是：柔韧的、能够运动的、能够弯曲的、弹性的、铰接的、挠曲的、可适配的、能够改变的；然而不是弹簧松弛的或者柔顺的。弹簧刚性的同义词例如基本上是：不柔韧的、静态的、不能够运动的、僵硬的、不挠曲的、不弹性的、弹簧刚硬的等等。类似地，这用于术语“扭转柔软”和“扭转刚性”(参见下文)。

对于弹性的、弹簧柔性的变形，可以考虑真正的弹簧的重要的外部的形状变化和/或真正的弹簧的重要的内部的材料变化，其中，重要的内部的材料变化能够导致重要的外部的形状变化(真正的弹簧的长度)。重要的外部的形状变化是真正的弹簧的机械的形状变化，该真正的弹簧在此设计为机械弹簧，其中，机械弹簧的拉伸/压缩基于真正的弹簧的形状来实现。重要的内部的形状变化是真正的弹簧的弹性的形状变化，该真正的弹簧在此设计为弹性弹簧，其中，弹性弹簧的拉伸/压缩基于真正的弹簧的材料(而不是其形状，只要弹簧能够完成其功能，所述形状就不重要)来实现。

所述弹簧元件能够构造为机械弹簧和/或弹性弹簧。也就是说，整个弹簧元件构建为至少一个真正的弹簧。此外，弹簧元件的真正的弹簧能够构造为机械弹簧和/或弹性弹簧。也就是说，弹簧元件仅局部地(一个或者多个区段)构建为至少一个真正的弹簧。弹簧元件或者真正的弹簧能够在至少一个纵向端部区段处具有整体铰链或者薄膜铰链。

整体铰链(也能够被称为整体枢转轴承)应理解为在弹簧元件的材料层中/处的至少一个整体式的或者构成整体的弯曲区域，弹簧元件的区段(真正的弹簧)在该弯曲区域中能够彼此相对地弹性地弯曲或者弹簧元件的机械的进一步连接(弹簧元件)在该弯曲区域处能够弹性地弯曲(围绕横向轴线和/或纵向轴线的俯仰运动)。在此，弯曲区域的弯曲轴线在弹簧元件的横向方向和/或纵向方向上延伸。整体铰链也能够以如下方式来定义。在作用到弹簧元件上的破坏性负载的情况下，弹簧元件在其整体铰链的区域中裂开，其中，整体铰链在这种情况中用作额定断裂点。

在本发明的实施方式中，弹簧元件或者真正的弹簧能够构造为基本上在两个或者三个维度中延伸的弹簧。如果真正的弹簧构造为基本上在三个维度中延伸的弹簧，则其在高度方向上的延伸比其在纵向方向和/或横向方向上的延伸更大。此外，弹簧元件或者真正的弹簧能够构造为拉力弹簧、弯曲弹簧和/或优选扭转弹簧。

另外，弹簧元件或者真正的弹簧能够构造为波纹弹簧和/或能够梯形展开的弹簧(参见图4)。除此之外，弹簧元件或者真正的弹簧能够构造为异形弹簧。这种异形弹簧(术语“异形弹簧”来自于建筑型材的领域或者说型材几何形状的领域)能够在高度方向上的俯视图中(基态)例如优选基本上对齐地构造为i形(弹性弹簧)、o形(弹性弹簧和/或机械弹簧)、s形(弹性弹簧和/或机械弹簧)、v形(弹性弹簧)等等。

在本发明的实施方式中，弹簧元件能够构造为弯成角度的弹簧元件，其中，至少一个第二元件区域和/或电极相对于第一元件区域以小于135°的角度、尤其是以大约90°角度地布置。当然，这些实施方式在运动学上是能够反转的。——如果弹簧元件例如具有多于两个的第二元件区域，则这个弹簧元件在高度方向上的俯视图中具有基本上星形的配置。然后，二维地横向地在纵向方向上和/或在横向方向上看，弹簧元件具有基本上t形的配置。

在这种情况下，真正的弹簧能够与有关的第二元件区域布置在基本上一条线上，然后，第一元件区域从其上对应地弯成角度地突出(参见图3、图4和图6)。在这种情况下，对于每个第二元件区域，弹簧元件具有一个真正的弹簧。此外，真正的弹簧能够与第一元件区域布置在基本上一条线上，然后，有关的第二元件区域从其上弯成角度地突出。在这种情况下，无论第二元件区域的数量是多少，弹簧元件能够只具有唯一的真正的弹簧。

感测膜片能够构造为相对地说软的或者相对地说非常软的感测膜片。由现有技术已知这种软的或者非常软的感测膜片，并且与现有技术中的其他感测膜片区分开，与其相比，所述其他感测膜片构造得更硬或者说更脆。此外，感测膜片能够构造为相对地说薄的感测膜片。由现有技术已知这种薄的感测膜片，并且与现有技术中的其他感测膜片区分开，与其相比，所述其他感测膜片构造得更厚或者非常薄(参见下文)。

在本发明的实施方式中，感测膜片和/或电极能够构造为弹簧芯感测膜片和/或弹簧芯电极。这例如应该意味着，除了明显不同的尺寸之外，压力传感器装置的感测膜片和/或电极、弹簧元件和对应电极具有与弹簧芯软垫类似的构造。压力传感器能够这样构造，使得感测膜片在对应电极的区域中的最大的偏移位于80nm与1500nm之间。这个间距例如也能够通过对用于感测膜片的自由空间(参见下文)确定尺寸来调节。此外，压力传感器装置能够构造为参考压力传感器装置或者功能压力传感器装置。

在根据本发明的方法中，(首先)通过产生的压力传感器装置的衬底的位置固定的对应电极直接地或者间接地设置至少一个微机械的弹簧元件、尤其是多个(很多的)微机械的弹簧元件，并且按时间顺序，直接地或者间接地通过至少一个微机械的弹簧元件、尤其是多个(很多的)微机械的弹簧元件设置(产生的或者说几乎制成的)压力传感器装置的能够运动的感测膜片。

在设置至少一个弹簧元件、尤其是多个(很多的)弹簧元件时，同时设置压力传感器装置的能够运动的电极，其中，能够运动的电极和至少一个弹簧元件、尤其是多个(很多的)弹簧元件相互整体式地或者构成整体地构造。按时间顺序并且在设置感测膜片之前，能够在电极上设置另外的层、尤其是牺牲层，借助于所述另外的层能够提高感测膜片的和/或电极的后来的刚性(加固元件)。

为了设置至少一个弹簧元件、尤其是多个(很多的)弹簧元件和电极，首先使辅助层(优选多晶硅层)沉积，并且按时间顺序这样使辅助层结构化，使得由此暴露(蚀刻方法、尤其是沟槽方法)至少一个弹簧元件、尤其是多个(很多的)弹簧元件和电极。——在本发明的实施方式中，弹簧元件能够通过暴露在对应电极的层中的岛(不是半岛)直接地或者间接地支撑在衬底上。此外，在弹簧元件与感测膜片之间能够设置自由空间。

压力传感器装置具有一系列优点。根据本发明，能够制造特别小的压力传感器。尤其地，压力传感器装置对弯曲/扭转不敏感。此外，根据本发明，能够制造具有更小的温度偏移的压力传感器，因为能够制造好的参考电容，所述好的参考电容受到相同的电影响和机械影响。基于相对于类似的现有技术所应用的、总体上更薄的感测膜片，对于该感测膜片产生更小的重量，这导致感测膜片的更高的固有频率。这对压力传感器装置的易受振动影响性产生积极的影响。

在无附加的开销或者附加的面积的情况下，能够制造具有机械止挡的压力传感器。这个构想尤其(非常)好地适用于特别小的且高度敏感的压力传感器，所述压力传感器应该是对压力(非常)不敏感的。

附图说明

在下文中，根据实施例参考所附的示意性且不按正确比例的附图更详细地阐述本发明。具有相同的、单一意思的或者类似的构造和/或功能的区段、元件、构件、单元、图解和/或部件，在附图说明(参见下文)、权利要求和绘图的附图(Fig.)中用相同的附图标记表示。在本发明中，特征(区段、元件、构件、单元、部件、功能、尺寸等等)能够构型为肯定的(也就是存在的)或者否定的(也就是缺少的)，其中，否定的特征作为特征未明确地得到解释，如果根据本发明没有重视该特征的缺少，即没有重视实际做出的且不是通过现有技术构思的发明在于省略该特征。

这份详细说明(说明书(发明说明书(参见上文)、附图说明(参见下文))、权利要求、附图)不仅能够以所给出的方式和/或方法来应用，而且也能够以其他的方式和/或方法来应用(隔离、汇总、取代、补充、独有、省略等等)。尤其能够根据说明书、权利要求和/或附图中的附图标记和配属于该附图标记的特征来取代、补充或者省略权利要求和/或说明书中的特征，反之亦然。除此以外，由此能够设计并且/或者详细地说明权利要求中的特征。

说明书的特征(鉴于(首先通常未知)的现有技术)也能够被解释为可选的特征；也就是说，每个特征都能够被理解为选用性的、任意的或者优选的、即作为无约束性的特征来理解。因此，能够将一项特征(必要时包括其外延)从一种实施例中抽取出来，其中，这种特征而后能够套用到普遍化的发明构思上。实施例中的特征(否定的特征)的缺少表明，该特征关于本发明是可选的。此外，在用于一项特征的种类概念中也能够一同读出用于该特征的种属概念(必要时另外的阶层式的划分为子种属的做法等等)，由此例如能够在注意相同作用和/或等值的情况下实现所述特征的普遍化。——在仅示范性的附图中，在分别二维的、中央切开的侧视图中示出：

图1在基态中的、用于根据现有技术的压力传感器的、根据现有技术的压力传感器元件，

图2图1中的、在以外部流体压力加载的情况下的压力传感器元件，

图3在基态中的、用于根据本发明的压力传感器的、根据本发明的压力传感器元件的实施例，

图4图3中的、在以外部流体压力加载的情况下的压力传感器元件，

图5在总体的双金属效应的情况下图1中的根据现有技术的压力传感器元件的特性的示意图，和

图6在类似的总体的双金属效应的情况下图3中的根据本发明的压力传感器元件的特性的示意图。

具体实施方式

在绘图中仅示出本发明的主题的为了理解本发明而需要的那些空间区段。在这种情况下，在下文中，本发明的阐述参照用于压力传感器的根据本发明的压力传感器装置的一种实施方式的(坐标系)纵向方向Lr或者说纵向轴线Lr(两个纵向、长度)、横向方向Qr或者说横向轴线Qr(两个横向方向、宽度)和高度方向Hr或者说高度轴线Hr(两个高度方向、高度)。纵向方向Lr和有关的横向方向Qr在此能够构建直径。传感器和探测器、感测膜片和电极等等名称能够被解释为同义词，即必要时能够分别相互替换。

在下文中，根据用于电容式压力传感器的电容式压力传感器装置的一种变型的一种实施方式的实施例更详细地阐述本发明。然而，本发明不限于这样的实施方式和/或下面阐述的实施例，而是具有更基础的性质，使得本发明能够在本发明的意义上应用到全部压力传感器(例如传统的压力传感器、麦克风、超声波传感器、差压传感器、通过压力变化证明化学反应的化学传感器等等)上。——虽然具体通过优选的实施例更详细地描述和示出本发明，但本发明不限于所公开的实施例。由此能够推导出其他变体，而不离开本发明的保护范围。

电容式压力传感器应尽可能对外部影响不敏感。布置/设置在衬底上/中的、用于这种压力传感器的压力传感器装置通常集成到塑料壳体中，该塑料壳体例如钎焊到电路板上。压力传感器的不同的材料分别具有不同的热膨胀系数，所述不同的材料导致压力传感器的视温度而定地不同的机械弯曲(全局的双金属效应，参见图1和图2与图5)。因此，值得期望的是，压力传感器的电容信号可能只对压力变化、但不对压力传感器的或者说压力传感器装置的机械弯曲做出反应。

现有技术中的一种方案在于，将压力传感器元件构型得尽可能小，使得衬底的弯曲对压力传感器的电容信号只具有小的影响。为了仍获得大的电容信号，很多小的压力传感器元件相互耦合。这种方案的缺点是，感测膜片的厚度必须随着感测膜片的直径的减小而减小，一方面这在技术方面是昂贵的，另一方面非常薄的感测膜片随着时间的消逝不再能够密封地包围参考压力。此外，随着感测膜片的直径的减小和厚度的随之而来的减小，过程参数的相对离散越来越强烈地增加，并且获得具有定义的灵敏度的压力传感器变得越来越困难。

绘图的图1至图6分别示出用于装置、设备、模块、部件、器具、系统等等(实体)的压力传感器1的压力传感器装置10。压力传感器装置10在此构造为芯片或者说传感器芯片或者设置在芯片或者说传感器芯片中。在这种情况下，芯片能够设置在芯片封装处/中或者部分地或者完全地集成到芯片封装中。在压力传感器1的后来的运行中，流体压力作用到该压力传感器的感测侧上(分别参见图2和图4中的箭头)，也就是说，压力传感器装置10的感测侧面向压力传感器装置10的或者说压力传感器1的感测环境5，该感测环境具有待感测的液态的和/或气态的流体。例如，感测环境5能够是内部空间、(外部)空间或者大气。

图1(基态)和图2(以流体压力进行加载)示出根据现有技术的压力传感器装置10。在这种情况下，根据现有技术的压力传感器装置10的示意图、尺寸和几何形状适配于根据本发明的压力传感器装置10(图3和图4)的示意图、尺寸和几何形状。由此，在总体的双金属效应(图5对比图6)和有效电容面积(图2中的大括号，此外相对较大的边缘区域171对比图4中的大括号，此外相对较小的边缘区域171；与现有技术相比，本发明的增加：直至高于因数2，在当前情况下因数为1.8)或者说有效电容容积方面，能够明显地更好比较在这里假设性示出的现有技术和本发明。

根据现有技术的压力传感器装置10安装在硅衬底100上并且包括能够以流体压力(参见图2中的箭头)加载的、能够运动的、作为电极178的感测膜片178和通过压力空间12、尤其参考压力空间12与该电极间隔开的、(关于压力传感器装置10)位置固定的对应电极132。感测膜片172和电极172形成压力传感器装置10的单个的区段，其中，真正的电极通过框架与真正的感测膜片构成整体地或者在材料方面一件式地构造。

能够运动的电极172和对应电极132在此构成一种板式电容器，该板式电容器的电容根据能够运动的电极172与对应电极132的间距而变化并且与压力空间12中的(流体)压力一起是用于施加在感测膜片178上的流体压力的量度。这种压力传感器装置10存在上述问题(总体的双金属效应(参见图5)和局部的双金属效应；需要耦合很多小的压力传感器元件等等)。

根据本发明，提出压力传感器装置10(参见图2、图3和图6)，在所述压力传感器装置中，能够运动的感测膜片178不仅夹紧在环绕的外边缘处或者说在边缘处，还附加地直接地和/或间接地借助弹簧元件155加固和/或悬挂在这些弹簧元件处。优选地，为此使用软的或者非常软的感测膜片178。这种软的或者非常软的以及当然还有较硬的感测膜片是已知的。

用于感测流体压力的感测膜片178的刚性在此基本上由弹簧元件155来确保，所述弹簧元件布置在感测膜片178的下方并且直接地和/或间接地弹动地支承这些感测膜片，其中，必要时能够设置用于感测膜片178的止挡156。然后，在压力传感器装置10的多个(两个、三个、四个、五个、六个或者很多的)弹簧元件155之间的区域像单个的、小的压力传感器元件那样起作用(参见上文)。

弹簧元件155能够在考虑其尺寸、其几何形状、其材料等等的情况下在其性能或者说弹簧性能(弹簧常数、递增/递减等等)方面任意地调节。例如，弹簧元件155能够选择得相对地说小(与压力传感器装置10的尺寸相比)和/或软(与常规的、相对地说厚或者薄的感测膜片相比)，由此两个彼此直接相邻的弹簧元件155之间的间距能够选择得(非常)小。当然，也能够使用更大的和/或更刚性的弹簧元件155，例如当应该测量相对地说高的压力或者说压差时。

优选地，弹簧元件155制造或者说设置在辅助层150(弹簧结构层150)中，该辅助层布置在压力传感器装置10的感测膜片178与(硅)衬底100(层100)之间。由此，压力传感器装置10的在剖视图中的两个弹簧元件155之间的或者说在很多的、尤其是四个弹簧元件155之间的每个传感器子元件13对衬底100的弯曲都只具有低的灵敏度(总体的双金属效应，参见图6)。由于整体上使用大的感测膜片178，因此，边缘区域171(非常)强烈地减小，并且能够构造具有高灵敏度的、非常小的压力传感器装置10(总传感器模块)。

例如，根据本发明的压力传感器装置10(参见图3和图4)包括很多的层100、110、120、130、140、150、160、170(也参见下文)。在当前情况下，在(硅)衬底100上设置有可选的绝缘层110、优选氧化层110，并且在这个绝缘层上设置有可选的蚀刻停止层120。优选在蚀刻停止层120上，设置有导电层130、优选多晶硅层130。结构化的第一导电层130起分段的、位置固定的电极132的作用并且起导体电路134(、174)的作用。

在第一导电层130上设置有(第一)牺牲层140、优选氧化层140，借助于该牺牲层设置压力空间12和具有弹簧元件155和分段的、能够运动的电极158的辅助层150。在此，弹簧元件155弹动地支撑电极158的节段。在辅助层150上能够设置有(第二)牺牲层160、优选氧化层160(参见下文)，该牺牲层被结构化。最后，压力传感器装置10在辅助层150或者(第二)牺牲层160上具有膜片层170，该膜片层导电地或者优选不导电地构造。

此外，优选地，压力传感器装置10应该尽可能地对内部影响不敏感。尤其地，开头提到的、感测膜片178中的蚀刻进口部的封闭是关键的。这种封闭通常借助与感测膜片178的材料不同的材料来设置，以便能够选择性地、在不具有蚀刻进口部的区域中再次移除该材料。在感测膜片178中，在封闭的区域中的不同的材料导致局部的双金属效应，该局部的双金属效应是不期望的，并且感测膜片178越小和越薄，该局部的双金属效应就越强烈。

为了应对这个问题，根据本发明的压力传感器装置10能够在感测膜片178与(分段的)对应电极132之间具有辅助层160，该辅助层能够产生蚀刻通道并且这样从感测膜片178的区域中向外牵拉蚀刻通道并且在那里进行蚀刻进口部的封闭。进一步地，借助这种方案，感测膜片178能够在其中间的区域中被加固(加固元件162、用于电极158的节段的接触区域162和/或第二元件区域152)，这导致在相同的基本电容的情况下产生更大的信号并且由此能够实现对压力更敏感的压力传感器装置10。

在下文中，更详细地阐述示例性的用于制造压力传感器装置10的方法。——在准备的、可选的步骤中，能够在衬底100上使绝缘层110(层110)沉积并且必要时结构化，压力传感器装置10构造在该衬底上和/或压力传感器装置10设置在该衬底中。优选地，在此沉积氧化层110。此外，附加地或者替代地，能够在准备的、可选的步骤中为后来的牺牲层方法(牺牲层140)使蚀刻停止层120(层120)沉积并且必要时结构化。优选地，在此使尤其富含硅的氮化物层(SiN)沉积。

在真正的方法中，替代地或者能够附加地使第一导电层130(层130)沉积和结构化，该第一导电层主要能够用作对应电极132和导体电路134或者说导体电路134、139(参见下文)。优选地，在此沉积尤其掺杂的多晶硅层。——在第一导电层130或者说(分段的)对应电极132和导体电路134(、139)或者说其至少一个区段上，使牺牲层140(层140)、优选氧化层140沉积和结构化，其中，后来在这个氧化层140中设置、尤其是蚀刻压力空间12(在时间上在借助感测膜片178封闭之后)。

在这种情况下，尤其分别制造或者说设置用于弹簧元件155(参见下文)的有关的第一元件区域151的接触区域131。在这种情况下，为接触区域131和后来产生的元件区域151这样暴露导电层130，使得岛形的接触区域131不再具有与对应电极132的电连接。——可选地，附加地能够将另外的牺牲层沉积和结构化，以便例如制造具有感测膜片178与对应电极132之间的不同的间距的区域。取而代之地，也能够只进行到第一牺牲层140中的不完全的蚀刻，以便局部地在该第一牺牲层的厚度方面减小这个第一牺牲层。

按时间顺序、尤其是直接的时间顺序，使也能够被称为弹簧结构层150的辅助层150(层150)沉积和结构化。在使辅助层150结构化时，在辅助层150中制造或者说设置弹簧元件155或者说弹簧结构155(参见上文)。在这种情况下，在每个弹簧元件155中设置至少一个(真正的)弹簧153(参见上文)。尤其地，在每个弹簧元件155中设置用于电极158的节段的多个(两个、三个、四个、五个或者很多的)弹簧153。优选地，为辅助层150沉积多晶硅层。

尤其地，在使辅助层150结构化时还能够产生非常狭窄的沟，所述沟比辅助层150的厚度更狭窄，以便在在时间上随后的层沉积中能够容易产生空腔。优选地，应用蚀刻方法，该蚀刻方法产生垂直的侧翼，以便使辅助层150结构化。优选地，为此应用沟槽方法。

按时间顺序、尤其是直接的时间顺序，使(第二)牺牲层160(层160)、优选氧化层160沉积和结构化。在使牺牲层160结构化时，为至少一个有关的能够运动的电极158或者说其节段和/或有关的弹簧元件155的有关的第二元件区域152分别制造或者说设置至少一个接触区域162(用于后来待设置的感测膜片178的接触区域162)。

这种接触区域162能够作为用于电极158或者电极158的节段和/或有关的第二元件区域152的加固元件162起作用。此外，优选地，分别通过弹簧元件155设置自由空间145，后来待沉积的感测膜片178能够运动到该自由空间中。在这种情况下，弹簧元件155的自由端部后来能够作为用于感测膜片178或者说电极158(参见图4)的止挡156起作用，使得这个感测膜片或者说电极不能够运动到对应电极132上。

在这种情况下，在牺牲层160中能够产生狭窄的沟和/或缝隙，并且借助各向同性的蚀刻能够将牺牲层160或者说氧化层160的下方的辅助层150的部分蚀刻出来。然后，借助进一步的氧化物沉积能够封闭所述缝隙。因此，在各个区域中能够移除辅助层150，其中，产生膜片层170(层170)(参见下文)与导体电路134(、139)之间的相对地说(非常)大的间距，同时产生相对地说(非常)小的电容。产生另外的空腔，在蚀刻牺牲层160时，该另外的空腔同样能够用于蚀刻介质的有针对性的传播。在绝缘层110的上方的两个氧化层140、160被结构化。

按时间顺序、尤其是直接的时间顺序，使膜片层170沉积和结构化。优选地，应用多晶硅层。优选地，在能够运动的感测膜片178的悬挂结构之外施加蚀刻进口部。——按优选直接的时间顺序进行牺牲层140的蚀刻。优选地，使用借助氟化氢的气相蚀刻方法。优选完全地移除在感测膜片178的能够运动的区域中的辅助层150的下方的牺牲层140；产生(参考)压力空间12。

优选地，还完全地移除在感测膜片178的能够运动的区域中在辅助层150与膜片层170之间的氧化物。进行蚀刻进口部的封闭，并且调节在感测膜片178的能够运动的区域中的定义的内部压力(参考压力)。优选地，这借助LPCVD沉积方法或者PECVD沉积方法来进行。优选地，为此使氧化层或者富含硅的氮化物层(SiN)沉积。

根据本发明，在感测膜片178或者说电极158与对应电极132或者说(硅)衬底100之间设置有至少一个弹簧元件155，其中，至少一个弹簧元件155优选设置在参考压力空间12中。所有弹簧元件155的所有真正的弹簧153的和应该将感测膜片178的或者说电极158的偏移至少减小大约30％。

另外，根据本发明，能够使用参考电容，所述参考电容包括参考膜片(感测膜片158)或者说参考电极(电极158)和至少一个弹簧元件(弹簧元件155)。对于参考电容而言，这种参考膜片158能够与功能膜片158具有在几何形状方面相似的构造，其中，弹簧元件155的刚性比功能膜片158的弹簧元件155的刚性至少大大约40％。有利地，参考电容具有参考膜片158或者说电极158与对应电极132之间的小的基本间距，以便在工作压力的情况下大约提供相同的基本电容。

在弹簧元件155的悬挂结构(第二元件区域152)的区域中，牺牲层160的厚度优选选择得比感测膜片178或者说电极158与对应电极132之间的最小间距更小。由此实现：弹簧元件155同时也能够用作机械止挡156。因此，在流体过压的情况下，能够防止感测膜片178或者说电极158与对应电极132机械接触。——这个构想尤其(非常)好地适用于特别小的且高度敏感的压力传感器1，所述压力传感器应该是对压力(非常)不敏感的。

在先前描述的实施例中的另一个实施例或者说替代的构型中，能够提出，至少一个弹簧元件155在纵向方向Lr和/或横向方向Qr上延伸。在此，尤其提出，至少一个弹簧元件155在纵向方向LR和/或横向方向Qr上与电极158邻接并且与其连接。

本发明的在上文中阐述的和/或在下文中在从属权利要求中再现的、有利的构造方案和/或扩展方案能够——除了例如在明确的相关性或者不相符的替代方案的情况下之外——单独地或者以任意组合的方式应用。

Claims (20)

1.压力传感器装置（10），所述压力传感器装置具有：由所述压力传感器装置（10）的能够运动的感测膜片（178）和位置固定的对应电极（132）限界的压力空间（12），其中，所述感测膜片（178）和所述对应电极（132）分别在所述压力传感器装置（10）的纵向方向（Lr）和横向方向（Qr）上走向，其特征在于，所述感测膜片（178）相对于所述对应电极（132）借助于多个微机械的弹簧元件（155）直接地或者间接地弹动支承在所述压力空间（12）中，其中，能够运动的所述感测膜片（178）具有由此多个能够运动的电极（158），其中，所述多个能够运动的电极（158）中的每个能够运动的电极位于所述多个微机械的弹簧元件（155）的相应相邻的微机械的弹簧元件之间。

2.根据权利要求1所述的压力传感器装置（10），其特征在于，所述能够运动的电极（158）借助于所述多个弹簧元件（155）的至少一个弹簧元件直接地或者间接地弹动支承在所述压力空间（12）中，其中，在所述感测膜片（178）与所述能够运动的电极（158）之间能够设置有另外的层（160），所述另外的层提高所述能够运动的电极（158）的刚性。

3.根据权利要求1或2所述的压力传感器装置（10），其特征在于，所述能够运动的电极（158）和所述多个弹簧元件（155）的至少一个弹簧元件通过所述压力传感器装置（10）的唯一的层（150）构建。

4.根据权利要求1或2所述的压力传感器装置（10），其特征在于：有关的弹簧元件（155）具有一个或者恰好一个第一元件区域（151），所述有关的弹簧元件借助所述第一元件区域机械地直接地或者间接地与所述对应电极（132）耦合，有关的弹簧元件（155）具有至少一个第二元件区域（152），所述有关的弹簧元件借助所述第二元件区域机械地直接地或者间接地与所述感测膜片（178）或者所述能够运动的电极（158）耦合，有关的弹簧元件（155）在一个第一元件区域（151）/所述第一元件区域（151）与一个第二元件区域（152）/所述第二元件区域（152）之间或者仅在一个第一元件区域（151）/所述第一元件区域（151）或者一个第二元件区域（152）/所述第二元件区域（152）处具有恰好一个或者至少一个真正的弹簧（153），有关的弹簧元件（155）的有关的所述真正的弹簧（153）/有关的一个真正的弹簧（153）机械地直接地或者间接地与所述感测膜片（178）或者所述能够运动的电极（158）耦合，和/或有关的弹簧元件（155）的有关的所述真正的弹簧（153）/有关的一个真正的弹簧（153）机械地直接地或者间接地与所述对应电极（132）耦合。

5.根据权利要求4所述的压力传感器装置（10），其特征在于：所述弹簧元件（155）构造为机械弹簧和/或弹性弹簧，所述真正的弹簧（153）构造为机械弹簧和/或弹性弹簧，或者所述弹簧元件（155）或者真正的弹簧（153）在至少一个纵向端部区段处具有整体铰链或者薄膜铰链。

6.根据权利要求4所述的压力传感器装置（10），其特征在于，所述弹簧元件（155）或者所述真正的弹簧（153）：构造为基本上在两个或者三个维度中延伸的弹簧，构造为拉力弹簧、弯曲弹簧和/或扭转弹簧，构造为波纹弹簧和/或能够梯形展开的弹簧，和/或构造为异形弹簧。

7.根据权利要求4所述的压力传感器装置（10），其特征在于，所述弹簧元件（155）构造为弯成角度的弹簧元件，其中，至少一个第二元件区域（152）和/或所述能够运动的电极（158）相对于所述第一元件区域（151）以小于135°的角度布置。

8.根据权利要求1或2所述的压力传感器装置（10），其特征在于：所述感测膜片（178）构造为相对地说软的或者相对地说非常软的感测膜片，所述感测膜片（178）构造为相对地说薄的感测膜片，所述感测膜片（178）和/或所述能够运动的电极（158）构造为弹簧芯感测膜片和/或弹簧芯电极，和/或所述压力传感器装置（10）构造为参考压力传感器装置或者功能压力传感器装置。

9.根据权利要求1或2所述的压力传感器装置（10），其特征在于，所述压力传感器装置（10）构造用于电容式压力传感器。

10.根据权利要求1或2所述的压力传感器装置（10），其特征在于，所述感测膜片（178）相对于所述对应电极（132）借助于所述多个微机械的弹簧元件（155）平面地弹动支承在所述压力空间（12）中。

11.根据权利要求2所述的压力传感器装置（10），其特征在于，所述另外的层（160）构造为牺牲层。

12.根据权利要求3所述的压力传感器装置（10），其特征在于，所述层（150）构造为辅助层。

13.根据权利要求7所述的压力传感器装置（10），其特征在于，所述至少一个第二元件区域（152）和/或所述能够运动的电极（158）相对于所述第一元件区域（151）以90°的角度布置。

14.用于制造压力传感器装置（10）的方法，其特征在于，首先在产生的压力传感器装置（10）的衬底（100）的位置固定的对应电极（132）上方直接地或者间接地设置多个微机械的弹簧元件（155），其中，按时间顺序，直接地或者间接地在多个微机械的弹簧元件（155）的至少一个微机械的弹簧元件上方设置所述压力传感器装置（10）的能够运动的感测膜片（178），其中，能够运动的所述感测膜片（178）具有多个由此能够运动的电极（158），其中，所述多个能够运动的电极（158）中的每个能够运动的电极位于所述多个微机械的弹簧元件（155）的相应相邻的微机械的弹簧元件之间。

15.根据权利要求14所述的制造方法，其特征在于，在设置所述多个弹簧元件（155）时，同时设置所述压力传感器装置（10）的能够运动的电极（158），其中，所述能够运动的电极（158）和所述多个弹簧元件（155）的至少一个弹簧元件相互整体式地或者构成整体地构造。

16.根据权利要求14或15所述的制造方法，其特征在于，为了设置所述多个弹簧元件（155）的至少一个弹簧元件和所述能够运动的电极（158），首先使辅助层（150）沉积并且按时间顺序这样使所述辅助层（150）结构化，使得由此暴露所述多个弹簧元件（155）的至少一个弹簧元件和所述能够运动的电极（158）。

17.根据权利要求14或15所述的制造方法，其特征在于：弹簧元件（155）通过暴露在所述对应电极（132）的层（130）中的岛（131）直接地或者间接地支撑在所述衬底（100）上，在弹簧元件（155）与所述感测膜片（178）之间设置自由空间（145），和/或构造根据权利要求1至13中任一项所述的压力传感器装置（10）。

18.根据权利要求14或15所述的制造方法，其特征在于，所述压力传感器装置（10）构造为电容式压力传感器装置。

19.压力传感器（1），其特征在于，所述压力传感器（1）具有根据权利要求1至13中任一项所述的压力传感器装置（10）和/或根据权利要求14至18中任一项制造的压力传感器装置（10）。

20.实体，其特征在于，所述实体具有根据权利要求1至13中任一项所述的压力传感器装置（10）或者根据权利要求19所述的压力传感器（1）。