(57)【要約】【課題】半導体材料から成る少なくとも１つの基板１００を有しかつ基板は少なくとも２つのセンサエレメント１１０，１２０を有している、第１の媒体の少なくとも１つの第１の圧力を検出するためのマイクロメカニカルセンサから出発して、コストを高めることなく機能、信頼および利便性が拡張、改善されるようにする。【解決手段】第１のセンサエレメント１２０が第１の媒体の絶対圧力量を検出し、第２のセンサエレメント１１０が第１の媒体の相対圧力量を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の媒体の少なくとも１つの第１の圧力を検出するためのマイクロメカニカルセンサであって、
マイクロメカニカルセンサは有利には半導体材料から成る少なくとも１つの基板（１００）を有しかつ
基板（１００）は少なくとも２つのセンサエレメント（１１０，１２０）を有している
という形式のものにおいて、
第１のセンサエレメント（１２０）は第１の媒体の絶対圧力量を検出しかつ
第２のセンサエレメント（１１０）は第１の媒体の相対圧力量を検出する
ことを特徴とするマイクロメカニカルセンサ。
【請求項２】
絶対圧力量および相対圧力量は相互に無関係に検出可能および／または評価可能であり、ここで例えば圧力量の共通の評価が行われるようになっている
請求項１記載のマイクロメカニカルセンサ。
【請求項３】
第１のセンサエレメント（１２０）は少なくとも、
１つのダイヤフラム（１６０）および／または
１つの空洞（１４０）および／または
１つの圧電抵抗（１３０）および／または
１つの誘電体層（１６０，１７０）
を有しており、ここで例えば、空洞（１４０）が第１の媒体の周囲圧力に対して前以て決めることができる圧力、例えば真空状態を有しているように設定されている
請求項１記載のマイクロメカニカルセンサ。
【請求項４】
基板（１００）および／または少なくとも一方のダイヤフラム（１６０，１６５）は回路の少なくとも１つの部分（１３０，１３５，１５０，１５５，１８０）を有しており、ここで圧力量の少なくとも１つを検出および／または評価するための回路が設けられている
請求項１または３記載のマイクロメカニカルセンサ。
【請求項５】
第２のセンサエレメント（１１０）は少なくとも、
１つのダイヤフラム（１６５）および／または
１つの圧電抵抗（１３５）および／または
１つの開かれた空洞（１４５）
を有しており、ここで例えば、空洞（１４５）の開口が基板（１００）の、ダイヤフラム（１６５）とは相対向している側（１０４）にありおよび／または
開かれた空洞（１４５）が第２の圧力を有する第２の媒体を有しており、ここで相対圧力量は第１の圧力と第２の圧力との差圧を表している
請求項１記載のマイクロメカニカルセンサ。
【請求項６】
マイクロメカニカル圧力センサ、例えば第１の媒体の少なくとも１つの第１の圧力を検出するための、請求項１から６までのいずれか１項記載のセンサを製造するための方法であって、ここで有利には半導体材料から成っている基板（１００）に少なくとも
−絶対圧力量を検出するための１つの第１のセンサエレメント（１２０）と
−相対圧力量を検出するための１つの第２のセンサエレメント（１１０）と
を生成するという
マイクロメカニカルセンサの製造方法。
【請求項７】
第１のセンサエレメント（１２０）および第２のセンサエレメント（１１０）を空間的に相互に別個に基板（１００）上に生成し、ここで例えば、センサエレメント（１１０，１２０）はマイクロメカニカルプロセスによって生成されるようになっている
請求項６記載の製造方法。
【請求項８】
第１のセンサエレメント（１２０）の生成は少なくとも
−ダイヤフラム（１６０）および／または
−空洞（１４０）および／または
−圧電抵抗（１３０）および／または
−誘電体層（１６０，１７０）
の生成を有しており、ここで例えば、空洞（１４０）に第１の媒体の周囲圧力に対して前以て決めることができる圧力を生成するようになっている
請求項６記載の製造方法。
【請求項９】
−少なくとも回路の一部分（１３０，１３５，１５０，１５５，１８０）を基板（１００）上および／または少なくとも１つのダイヤフラム（１６０，１６５）にかつ
−前記回路から、２つのセンサエレメント（１１０，１２０）の少なくとも１つへの電気的な接続部
を生成する
請求項６または８記載の製造方法。
【請求項１０】
第２のセンサエレメント（１１０）の生成は少なくとも
−ダイヤフラム（１６５）および／または
−圧電抵抗（１３５）および／または
−開かれた空洞（１４５）
の生成を有しており、ここで例えば、空洞（１４５）はトレンチプロセスまたはエッチングプロセスによって基板（１００）の、ダイヤフラム（１６５）に相対向している側（１０４）から開口されるようになっている
請求項６記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板が少なくとも２つの圧力検出センサエレメントを有しているマイクロメカニカル圧力センサもしくは該マイクロメカニカル圧力センサの製造方法から出発している。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術
ＤＥ４２２７８９３Ａ１から、２つの半導体ダイヤフラムを有している差圧センサが公知である。半導体ダイヤフラムは上面にそれぞれ、相互に接続されている圧電抵抗性の抵抗を備えている。敏感なセンサ素子を保護するために、半導体ダイヤフラムの上面はハーメチックシールすることができる共通のリファレンスチャンバに配置されている。
【０００３】
差圧の検出の他に、従来技術から、マイクロメカニカル圧力センサを用いた絶対圧力の検出も公知である。すなわち例えばＤＥ１００３２５７９Ａ１からこの種の絶対圧力センサの製造が公知であり、ここでは空洞および空洞の上にあるダイヤフラムは気孔率が異なっている領域および引き続くこれらの熱処理によって生成される。この原理の拡張はＤＥ１０１３８７５９Ａ１に記載されており、ここでは空洞およびダイヤフラムを生成するために異なってドーピングされている領域が使用される。
【０００４】
差圧センサも絶対圧力センサも製造することができる方法はＤＥ１００３２５７９Ａ１から公知である。その際まず、第１のステップにおいて半導体基板に第１の多孔性の層が形成され、その際第２のステップにおいて外部の進入開口部を介して中空室もしくは空洞が第１の多孔性の層の下にまたは該層から半導体基体に形成される。
【０００５】
マイクロメカニカル圧力センサの圧力信号の検出は一般的には、ダイヤフラム上の容量性の誘電層並びに圧電抵抗性抵抗を介して行うことができる。その際圧力信号の検出のために必要であるセンサエレメントの直接近傍においてセンサエレメントと同じ基板上に評価回路が被着されるようにすることができる。
【特許文献１】ＤＥ４２２７８９３Ａ１
【特許文献２】ＤＥ１０１３８７５９Ａ１
【特許文献３】ＤＥ１００３２５７９Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、このような公知の圧力センサに鑑みて、機能、信頼性および利便性の一層の拡大をコストを高めることなく計る手法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は第１の媒体の少なくとも１つの第１の圧力を検出するためのマイクロメカニカルセンサもしくはこの形式のマイクロメカニカルセンサを製造するための方法を開示するものである。その際マイクロメカニカルセンサは有利には半導体材料から成っている少なくとも２つのセンサエレメントを有する少なくとも１つの基板を有しているようになっている。
【０００８】
本発明の要点は、基板は第１の媒体の絶対圧力量を検出するための少なくとも１つの第１のセンサエレメントと、第１の媒体の相対圧力量を検出するための第２のセンサエレメントとを有している点にある。
【０００９】
有利にも、集積された絶対／相対圧力センサによって、簡単な圧力センサに比して実現可能な機能拡張をコスト低減もしくは信頼性向上と組み合わされて実現することができる。すなわち、信頼性に関連した用途の場合、得られたデータの信頼性／合理性検査を実施する可能性が生じる。その際同じ場所で、相対圧力も絶対圧力も検出される。測定場所が異なっているおよび／または温度が異なっているということから生じる測定値の歪みは発生しない。このような測定値の歪みはセンサエレメントが１つの二重ケーシングまたは２つの別個のケーシングに離れて配置されている場合に起こりうるものである。２つのセンサエレメントの直接近傍配置によって同じ温度による圧力量の検出が可能になるので測定精度を「トゥー・チップ解決法」に比べて一層高めることができる。こうして、提案された集積が２つの個別センサに取って代わることができる。これにより、ビルドアップおよび接続技術において空間的にもチップコストにおいても節約に繋がる可能性は高いものがある。従ってトゥー・センサシステム（場合によっては２つの異なるケーシングを備えていることもある）に比べて、システムの信頼性の著しい改善が計られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の特別な実施形態において、絶対圧力量を検出する第１のセンサエレメントは相対圧力量を検出する第２のセンサエレメントとは無関係にドライブ制御できるようになっている。勿論、相対圧力量も絶対圧力量とは無関係に検出することができるようにしてもよい。評価回路の適当な割り当てによって、２つのセンサエレメントの検出された圧力量の評価も相互に独立して行うことができる。
【００１１】
有利には、２つのセンサエレメントを有している基板は回路の少なくとも一部分を有しているようになっている。回路もしくは回路の部分はセンサエレメントの少なくとも１つの作動のためおよび／または圧力量の少なくとも１つの検出および／または評価のために設定されている。その際本発明の特有の実施形態において、それぞれのセンサエレメントに回路の少なくとも部分が配属されているようにし、その結果２つのセンサエレメントの圧力量の検出および／または評価を相互に無関係に行うことができる。
【００１２】
本発明の発展形態において、第１のセンサエレメントは少なくとも１つのダイヤフラムおよび／または１つの空洞および／または１つの圧電抵抗および／または１つの誘電体層
を有しているようになっている。その際殊に、空洞が第１の媒体の周囲圧力に対して一定の圧力、有利には真空状態を有しているように設定されている。
【００１３】
更に、第２のセンサエレメントに対しては、これが少なくとも１つのダイヤフラムおよび／または１つの圧電感応式の抵抗および／または１つの開かれた空洞を有しているようになっている。その際殊に、空洞が基板の裏面から、すなわち基板の、ダイヤフラムとは相対向している側から開口されるようになっている。有利には、開かれた空洞が第２の圧力を有する第２の媒体を有しているように設定することができる。こうして例えば、空洞に接しているダイヤフラムに、第１の媒体の第１の圧力も第２の媒体の第２の圧力も加わるようにすることができる。その場合第１の圧力と第２の圧力との圧力差はダイヤフラムの位置変化もしくはたわみによって検出することができる。有利にはこのことは、ダイヤフラムに圧電抵抗式抵抗が被着されているようにして行われる。
【００１４】
有利には、絶対圧力センサは表面マイクロメカニック（ＯＭＭ）の製造プロセスを用いて生成されかつ相対圧力センサはバルクマイクロメカニック（ＢＭＭ）の製造プロセスを用いて生成される。こうして例えば、誘電体層を半導体基板の選択的なドーピングによって製造することが考えられる。第２のセンサエレメントの空洞の開口も、例えばトレンチエッチングプロセスまたは別の形式のエッチングプロセスのようなマイクロメカニカル製造プロセスによる製造が考えられる。しかしセンサエレメントの他に、回路もしくは回路の少なくとも部分もマイクロメカニカル製造プロセスによって生成することができる。
【００１５】
一般に、種々のセンサエレメントもしくは回路部分の製造のマイクロメカニカルステップが相互に調整されるようにすることができ、その際個別のプロセスステップは同時にまたは順次に実施することができる。
【００１６】
別の利点は以下の実施例の説明もしくは従属請求項から明らかである。
【実施例】
【００１７】
次に本発明を図示の実施例に付き図面を用いて詳細に説明する。
【００１８】
図１には、具体的な実施例において絶対圧力センサ１２０と相対圧力センサ１１０との本発明の組み合わせが図示されている。その際これは２つの圧力量の検出のために必要であるセンサエレメントは共通の基板１００内もしくは基板上に生成されているセンサエレメントである。相対圧力センサもしくは差圧センサ１１０を絶対圧力センサ１２０と同じようにマイクロメカニカル製造プロセスを用いて１つの共通の半導体基板１００から生成することは従来より既に公知であるので、以下の説明において２つの圧力センサの組み合わせにおける特殊性に限って詳細に説明することとする。その他、絶対圧力センサもしくは相対圧力センサの、マイクロメカニカル製造プロセスを用いた一般的な製造については冒頭に述べた従来技術を参照されたい。
【００１９】
相対圧力センサ１１０は、図１から分かるように、有利にはバルクマイクロメカニック（Bulk-Mikromechanik＝ＢＭＭ）を用いて生成されるダイヤフラム１６５および空洞１４５から成っている。その際空洞１４５は基板１００の裏面１０４に向かって開放されている。図１に図示されているようなこの形式の開口は適当なマイクロメカニカルエッチング法および／またはトレンチプロセスを用いて製造される。その際ＫＯＨエッチングプロセスを使用すれば、空洞の斜めの側面角が観察され、一方トレンチの場合、破線１９０によって示唆されているようにより急峻な空洞壁が形成される。圧力検出のためにもしくは圧力量の形成のためにダイヤフラム１６５に圧電抵抗性の抵抗１３５が被着されている。その際これらの圧電抵抗性の抵抗１３５はダイヤフラム１６５における基板１００の半導体材料内に製造してもいいし、基板１００の前面側１０２および／または裏面が１０４においてダイヤフラム１６５上の別の材料によって製造することもできる。
【００２０】
圧電抵抗性の抵抗１３５の接続もしくは検出された圧力量の評価を可能にするために、基板１００に回路１５５が生成されるようになっている。この回路１５５は基板１００に集積されていてよいが、基板１００に別個に被着されていてもよい。ダイヤフラム領域１６５に、回路を部分的に集積することも考えられる。圧電抵抗性の抵抗１３５によって検出される圧力量を外部の評価回路に送出するために基板１００に接続エレメントだけが設けられていることも考えられる。
【００２１】
絶対圧力センサ１２０は相対圧力センサ１１０に比べて有利には表面マイクロメカニカル（Oberflaechen-Mikromechanische＝ＯＭＭ）製造プロセスによって生成される。その際ダイヤフラム１６０の下方に空洞１４０が基板１００内に生成される。相対圧力センサ１１０の場合と同様に、ダイヤフラム１６０は圧電抵抗性の抵抗１３０を備えていることができる。
【００２２】
しかしこれに対して択一的に、絶対圧力センサ１２０において容量測定を用いた圧力量の検出を行うことができる。このために、ダイヤフラム１６０および該ダイヤフラム１６０に相対向している層１７０が誘電特性を有していることが必要である。更に、この択一的な測定原理の場合に必要なのは、絶対圧力センサ１２０に配属されている評価回路１５０が誘電体層１７０と別個の接続線路１８０を介して接続されていることである。
【００２３】
一般に、相対圧力センサ１１０における圧力測定は、前面１０２から圧力ｐ１を有する第１の媒体が加わりかつダイヤフラムの裏面１０４から圧力ｐ２を有する第２の媒体が加わるように行われる。その際第１および第２の媒体が同じであるが、異なっている圧力を有していることができるように設定することができる。２つの圧力の圧力差（ｐ１≠ｐ２）によってダイヤフラム１６５は低い方の圧力側に湾曲する。ダイヤフラム１６５と同時に、圧電抵抗性の抵抗１３５もしくはダイヤフラム１６５に存在している圧電抵抗性の抵抗回路もたわみかつこれによりこのたわみもしくは圧力差に比例している電気（圧力）量が生成される。その場合この電気的な圧力量は以下に評価回路１５５を用いて引き続き処理することができる。
【００２４】
絶対圧力センサ１２９の圧力量の検出は類似の方法で行われるが、チャンバ１４０は圧力センサの製造時に前以て決められている圧力ｐ０を有している。このことは、チャンバ１４０はダイヤフラム１６０もしくは基板１００によって周囲からハーメチックシールされるようにして実現される。その際有利には、チャンバ１４０は真空または規定の圧力（例えば固有のファンクションガスの使用下で）を含んでいるように設定されている。既述のように、ダイヤフラム１６０上の圧電式抵抗１３０は、ダイヤフラム１６０の前側１０２における第１の媒体の圧力ｐ１とチャンバ１４０における圧力ｐ０との圧力差に比例した圧力量を生成することができる。こうして生成された圧力量はそれから絶対圧力センサ１２０に配属されている評価回路１５０において更なる処理のために調製することができる。
【００２５】
ダイヤフラム１６０中またはダイヤフラム１６０上の圧電抵抗性の抵抗１３０もしくは圧電抵抗性の抵抗層を用いた圧力量の検出に対して択一的に、ダイヤフラムのたわみに依存した容量測定を行うこともできる。しかしその場合にダイヤフラムが少なくとも１つの導電性の（部分）層を有していることが必要である。その場合ダイヤフラムの圧力に依存したたわみによって、ダイヤフラム１６０に相対向している、同様に少なくとも１つの導電性の（部分）層を有している層１７０において容量の変化を検出することができる。
【００２６】
基板１００の半導体材料に適当なドーピングを行うことで、ダイヤフラム１６０内においても空洞１４０下にも相応の導電性の（部分）層を生成する可能性が生じる。
【００２７】
組み合わされた絶対圧力／相対圧力センサを製造するために、個々の圧力センサの製造のために必要であるメカニカル製造プロセスを組み合わせることができる。すなわち例えば、同じ製造ステップ内でダイヤフラム１６０およびダイヤフラム１６５を製造することが考えられる。同様に、圧電抵抗性の抵抗１３０および１３５もしくは回路１５０および１５５を平行して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の組み合わされた絶対圧力／相対圧力センサの実施例の断面略図
【符号の説明】
【００２９】
１００  基板、  １０２  基板の前側、  １０４  基板の、ダイヤフラムとは相対向している側、  １１０  第２のセンサエレメント、  １２０  第２のセンサエレメント、  １３０，１３５  抵抗、  １４０  空洞もしくはチャンバ、  １４５  空洞、  １５０，１５５  回路、  １６０，１６５  ダイヤフラム、  １８０  接続線路
【図１】
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