微機(jī)械壓力傳感器裝置以及相應(yīng)的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微機(jī)械壓力傳感器裝置以及相應(yīng)的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]雖然也可應(yīng)用任意的微機(jī)械構(gòu)件，但是根據(jù)基于硅的構(gòu)件闡述本發(fā)明和本發(fā)明所基于的問題。
[0003]用于測(cè)量例如加速度、轉(zhuǎn)速、磁場(chǎng)和壓力的微機(jī)械傳感器裝置是普遍已知的并且以批量生產(chǎn)制造用于車輛領(lǐng)域和消費(fèi)領(lǐng)域中的不同應(yīng)用。消費(fèi)電子中的趨勢(shì)尤其是構(gòu)件的微型化、功能集成和有效的成本降低。
[0004]現(xiàn)今，加速度與轉(zhuǎn)速傳感器和同樣加速度與磁場(chǎng)傳感器已經(jīng)制造為組合傳感器(6d)，此外存在第一 9d模塊，其中在一個(gè)唯一的傳感器裝置中分別組合三軸的加速度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和磁場(chǎng)傳感器。
[0005]與此相反，壓力傳感器現(xiàn)今與以上所述的6d模塊和9d模塊分開開發(fā)和生產(chǎn)。其重要原因是需要的介質(zhì)進(jìn)入(Medienzugang)，壓力傳感器與慣性傳感器和磁場(chǎng)傳感器相比需要所述介質(zhì)進(jìn)入，并且所述介質(zhì)進(jìn)入顯著增加封裝壓力傳感器的開銷和成本。分離壓力傳感器的其他原因是不同的MEMS生產(chǎn)工藝以及不同的分析處理方法。例如，壓力傳感器經(jīng)常利用壓阻電阻來分析處理，與此相反優(yōu)選容性地分析處理慣性傳感器。
[0006]但可看出的是，除慣性參量以外也能夠測(cè)量壓力的傳感器裝置尤其在消費(fèi)電子領(lǐng)域中體現(xiàn)用于功能集成的可能性的令人感興趣的擴(kuò)展。這種集成的7d模塊或在集成3軸磁場(chǎng)傳感器時(shí)的1d模塊例如可以用于導(dǎo)航應(yīng)用(室內(nèi)導(dǎo)航)。功能集成不僅允許成本降低而且允許應(yīng)用印制電路板上的降低的空間需求。
[0007]由DE 10 2006 011 545 Al和US 2012/0256282 Al已知具有壓力傳感器和慣性傳感器的微機(jī)械組合構(gòu)件。所有這些構(gòu)件共同的是容性的分析處理原理的使用，其中施加壓力的膜片隆起并且用作可移動(dòng)的電極面。在其上方或在其下方間隔開地存在平面的固定電極作為對(duì)應(yīng)電極。在所述布置中，膜片隆起在中央膜片區(qū)域中高并且向外顯著降低，以便最終在膜片區(qū)域的邊緣處變成O。因此，當(dāng)分析處理在膜片面上積分的電容變化時(shí)，邊緣區(qū)域中的基本膜片區(qū)域幾乎不為信號(hào)幅度做貢獻(xiàn)，而具有大的偏移(Auslenkung)的中央膜片區(qū)域構(gòu)成整個(gè)面的僅僅一小部分。
[0008]例如由US 7 250 353 B2或US 7 442 570 B2已知所謂的垂直集成或混合集成或3D集成的方法，其中至少一個(gè)MEMS晶片和分析處理ASIC晶片通過晶片鍵合方法機(jī)械地并且電地相互連接。結(jié)合硅貫通接觸和倒裝芯片技術(shù)的所述垂直集成方法是特別有吸引力的，由此外部接通可以實(shí)現(xiàn)為“bare die-Modul (裸芯片模塊)”或“chipscale package (芯片尺寸封裝)”、即沒有塑料封裝，例如由US 2012/0049299 Al或者US2012/0235251 Al已知的那樣。
[0009]US 2013/0001710 Al公開了用于構(gòu)造MEMS傳感器裝置的方法和系統(tǒng)，其中處理晶片通過介質(zhì)層鍵合在MEMS晶片上。在結(jié)構(gòu)化MEMS晶片以便構(gòu)造微機(jī)械傳感器裝置之后，借助傳感器裝置將CMOS晶片鍵合到MEMS晶片上。在工藝結(jié)束時(shí)，如果需要，則可以通過蝕刻或背側(cè)磨削(RUckschleifen)進(jìn)一步加工該處理晶片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)械壓力傳感器裝置和一種根據(jù)權(quán)利要求14所述的相應(yīng)的制造方法。
[0011]相應(yīng)的從屬權(quán)利要求的主題是優(yōu)選的擴(kuò)展方案。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
[0013]根據(jù)本發(fā)明的微機(jī)械壓力傳感器裝置和相應(yīng)的制造方法實(shí)現(xiàn)容性壓力傳感器裝置的更高的信號(hào)靈敏度。所述制造方法能夠?qū)崿F(xiàn)在同一芯片上同時(shí)制造容性的加速度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和/或磁場(chǎng)傳感器并且因此實(shí)現(xiàn)7D集成或1D集成。
[0014]本發(fā)明的核心是可偏移的平面的壓力探測(cè)電極的布置，所述壓力探測(cè)電極通過塞狀或銷狀的連接區(qū)域與彈性可偏移的膜片區(qū)域連接。因此，可偏轉(zhuǎn)的壓力探測(cè)電極能夠近似點(diǎn)狀地懸掛并且因此可完全隨膜片區(qū)域偏移。
[0015]通過可偏移的壓力探測(cè)電極在可移動(dòng)的膜片區(qū)域的中央的懸掛，膜片區(qū)域?qū)⑵渥畲笃普穹鶄鬟f到整個(gè)平面的可偏移的壓力探測(cè)電極上。由此得到與膜片區(qū)域自身用作可移動(dòng)的壓力探測(cè)電極的布置相比大得多的信號(hào)幅度(Signalhub)(通常大因數(shù)3以上)。
[0016]替代與已知的布置相比增大信號(hào)靈敏度以外，通過本發(fā)明可以顯著減小膜片區(qū)域的空間需求，即實(shí)現(xiàn)更高的集成化。
[0017]根據(jù)一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案，在膜片區(qū)域上在中央構(gòu)造有塞狀的連接區(qū)域，使得第一壓力探測(cè)電極可基本非傾斜地偏移。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)最大的信號(hào)幅度。
[0018]根據(jù)另一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案，膜片區(qū)域構(gòu)造在第三微機(jī)械功能層中，所述第三微機(jī)械功能層構(gòu)造在第一微機(jī)械功能層下方在MEMS晶片的正側(cè)上方。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)通過第三微機(jī)械功能層的電連接。
[0019]根據(jù)另一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案，可偏移的第一壓力探測(cè)電極構(gòu)造在第一微機(jī)械功能層中，其中固定的第二壓力探測(cè)電極構(gòu)造在第二微機(jī)械功能層中。
[0020]根據(jù)另一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案，可偏移的第一壓力探測(cè)電極構(gòu)造在第二微機(jī)械功能層中，其中固定的第二壓力探測(cè)電極構(gòu)造在第一微機(jī)械功能層中。
[0021]根據(jù)另一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案，可偏移的第一壓力探測(cè)電極構(gòu)造在第二微機(jī)械功能層中，其中固定的第二壓力探測(cè)電極構(gòu)造在封蓋裝置中，所述封蓋裝置鍵合在MEMS晶片上?？煞浅Ｈ菀字圃爝@種結(jié)構(gòu)。
[0022]根據(jù)另一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案，非中央地在膜片區(qū)域上構(gòu)造塞狀的連接區(qū)域，從而第一壓力探測(cè)電極可傾斜地偏移，其中與可偏移的第一壓力探測(cè)電極相對(duì)置地間隔開地構(gòu)造兩個(gè)相互電絕緣的固定的第二壓力探測(cè)電極，第一壓力探測(cè)電極可相對(duì)于所述第二壓力探測(cè)電極不同地偏移。因此，能夠制造差分布置。
[0023]根據(jù)另一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案，可偏移的第一壓力探測(cè)電極構(gòu)造在第一微機(jī)械功能層中，其中固定的第二壓力探測(cè)電極構(gòu)造在第二微機(jī)械功能層中，其中在第三微機(jī)械功能層中構(gòu)造另一個(gè)固定的第二壓力探測(cè)電極，所述第三微機(jī)械功能層構(gòu)造在第一微機(jī)械功能層下方在MEMS晶片的正側(cè)的上方。因此，能夠制造替代的差分布置。
[0024]根據(jù)另一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案，可偏移的第一壓力探測(cè)電極通過構(gòu)造在所屬的微機(jī)械功能層中的彈簧裝置電連接。因此，可以獨(dú)立地電連接可偏移的第一壓力探測(cè)電極。
[0025]根據(jù)另一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案，設(shè)有封蓋裝置，所述封蓋裝置鍵合到第二微機(jī)械功能層上以封閉具有所包含的預(yù)先確定的壓力的空腔。因此，可以調(diào)節(jié)任意的參考?jí)毫Α?br>[0026]根據(jù)另一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案，封蓋裝置是分析處理晶片。這導(dǎo)致非常緊湊的布置。
[0027]根據(jù)另一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案，進(jìn)入開口是MEMS晶片中的貫通開口，通過所述貫通開口膜片區(qū)域可從背側(cè)施加壓力。
[0028]根據(jù)另一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案，進(jìn)入開口是MEMS晶片的正側(cè)上的側(cè)面進(jìn)入開口。
【附圖說明】
[0029]以下根據(jù)實(shí)施方式參考附圖闡述本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)。
[0030]附圖示出:
[0031]圖la)，b):用于闡述根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的微機(jī)械壓力傳感器裝置和相應(yīng)的制造方法的示意性橫截面視圖；
[0032]圖2:用于闡述根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的微機(jī)械壓力傳感器裝置和相應(yīng)的制造方法的示意性橫截面視圖；
[0033]圖3a)，b):用于闡述根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的微機(jī)械壓力傳感器裝置和相應(yīng)的制造方法的示意性橫截面視圖；
[0034]圖4:用于闡述根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的微機(jī)械壓力傳感器裝置和相應(yīng)的制造方法的示意性橫截面視圖；
[0035]圖5a)，b):用于闡述根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方式的微機(jī)械壓力傳感器裝置和相應(yīng)的制造方法的示意性橫截面視圖；
[0036]圖6a)，b):用于闡述根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施方式的微機(jī)械壓力傳感器裝置和相應(yīng)的制造方法的示意性橫截面視圖；
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