具有多個膜片電極的mems壓力傳感器的制造方法
【專利說明】具有多個膜片電極的MEMS壓力傳感器
[0001]本發(fā)明要求獲得于2012年8月21日提交的美國臨時申請61/691，472的權益，其全部內容通過引用的方式并入本申請。
技術領域
[0002]本公開涉及MEMS裝置領域。
【背景技術】
[0003]MEMS傳感器通常使用可變形膜片，所述可變形膜片在施加壓力的情況下偏轉。對于電容式壓力傳感器，膜片上的電極在增大的壓力下朝固定電極偏轉，導致兩個電極之間的電容方面的變化。然后，測量電容以確定施加到可變形膜片上的壓力。類似地，電容式麥克風對導致電容方面的變化的聲學振動進行響應。
[0004]雖然上述的基本MEMS傳感器是可運行的，但所述基本裝置結構在很多應用中不提供足夠的精度需求。因此，一直研宄更復雜的結構以期望提供各種應用的更高精度需求。雖然在提高MEMS傳感器的精度方面有了一些成功，但遇到重大的挑戰(zhàn)。通常遇到的挑戰(zhàn)中的一些包括:傳感器的溫度敏感性；可變電容(膜片)的和參考電容(不受壓力影響)的溫度敏感性方面的差異；靜電致動或附加測量的需求；以及由MEMS傳感器結構的幾何形狀和材料特性設置的有限的可測量壓力范圍。
[0005]鑒于上述情況，提供對溫度方面的變化負責的MEMS壓力傳感器是有利的。如果所述壓力傳感器不需要顯著的附加空間，則是更有利的。對溫度方面的變化負責的、可以借助已知的制造技術制造的MEMS壓力傳感器是更有利的。附加地提供更大的運行范圍的壓力傳感器也是有利的。

【發(fā)明內容】

[0006]在一個實施例中，MEMS傳感器包括:第一層中的第一固定電極；限界在所述第一固定電極上方的空腔；在所述空腔上方延伸的膜片；限界在所述膜片中并且基本上直接位于所述第一固定電極上方的第一可移動電極；至少部分地限界在所述膜片內并且至少部分直接位于所述空腔上方的第二可移動電極。
[0007]在一個實施例中，一種形成MEMS傳感器的方法包括:在第一層中形成第一固定電極；在所述第一層上方形成膜片層；在所述膜片層中并且基本上直接位于所述第一固定電極上方地形成第一可移動電極；在所述膜片層中形成第二可移動電極；以及在所述第一層和所述膜片層之間形成空腔，所述空腔在所述第一可移動電極下方并且至少部分地在所述第二可移動電極方下延伸。
[0008]在另一個實施例中，MEMS壓力系統(tǒng)包括:MEMS傳感器，其具有第一層中的第一固定電極、限界在所述第一固定電極上方的空腔、在所述空腔上方延伸的膜片、限界在所述膜片中并且基本上直接位于所述第一固定膜片上方的第一可移動電極、至少部分地限界在所述膜片內并且至少部分直接位于所述空腔上方的第二可移動電極；包括存儲在其中的程序指令的存儲器；可操作地連接到MEMS傳感器和存儲器的處理器，其配置用于執(zhí)行程序指令以便在使用第一可移動電極的情況下從所述MEMS傳感器獲得第一信號，在使用第二可移動電極的情況下從所述MEMS傳感器獲得第二信號，以及基于所述第一信號和所述第二信號確定壓力。
【附圖說明】
[0009]圖1示出一種傳感器裝置的俯視圖，所述傳感器裝置包括定位在兩個固定電極上方的膜片中的兩個可移動電極；
[0010]圖2示出圖1的傳感器裝置的側剖視圖；
[0011]圖3示出圖1的傳感器裝置在側剖視圖，其中壓力施加到柔性膜片上以致使柔性膜片變形；
[0012]圖4示出在使用具有單個膜片中的至少兩個可移動電極的傳感器的情況下提供兩種不同的壓力機制的監(jiān)視的系統(tǒng)的示意圖；
[0013]圖5示出包括柔性膜片中的多個內部電極和多個外部電極的傳感器裝置的膜片部的俯視圖；
[0014]圖6示出包括柔性膜片中的兩個叉指型電極的傳感器裝置的膜片部的俯視圖；
[0015]圖7示出包括柔性膜片中的三個電極的傳感器裝置的膜片部的俯視圖；
[0016]圖8示出具有被蝕刻以限界兩個面內電極的裝置層的晶片的側剖視圖；
[0017]圖9不出圖8的晶片的俯視圖；
[0018]圖10示出圖8的晶片，其具有以氧化物材料填充的溝槽并且具有在裝置層上方形成的氧化物層；
[0019]圖11示出圖10的晶片的俯視圖；
[0020]圖12示出圖10的晶片，其具有在裝置層的接觸部上方在氧化物層中蝕刻的開P ；
[0021]圖13示出圖12的晶片的俯視圖；
[0022]圖14示出圖12的晶片，其具有在所述氧化物層上方形成的第一罩層部和在氧化物層中形成以限界直接在兩個面內電極上方的兩個面外電極的溝槽；
[0023]圖15示出圖14的晶片的俯視圖。
[0024]為了有助于本發(fā)明的原理的理解，現(xiàn)在將參考在附圖中示出的和以下書面說明中描述的實施例。應理解，不意圖藉此限制本發(fā)明的范圍。還應理解，本發(fā)明包括所描述的實施例的任何改變和改進并且包括本發(fā)明所屬領域的技術人員通常能想到的本發(fā)明的原理的其他應用。
【具體實施方式】
[0025]在這些實施例中的許多中，MEMS傳感器可以用于感測物理條件一一諸如聲、光、加速度、壓力或溫度并且用于提供代表所感測的物理條件的電信號。例如，MEMS傳感器可以是加速度儀傳感器、運動傳感器、傾斜傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、光學傳感器、IR傳感器、聲學傳感器——諸如MEMS麥克風、MEMS接收器/揚聲器或其組合。這些實施例可以在各種應用中實現(xiàn)或與其關聯(lián)，諸如汽車、家用器具、膝上型計算機、手持式或便攜式計算機、移動電話、智能手機、無線設備、平板計算機、個人數(shù)據助理(PDA)、MP3播放器、相機、GPS接收器或導航系統(tǒng)、電子閱讀顯示器、投影儀、駕駛艙控制器、游戲機、聽筒、耳機、助聽器、穿戴式顯示裝置、安全系統(tǒng)等。圖1和圖2示出MEMS傳感器100。MEMS傳感器100是電容式壓力傳感器并且包括裝置層102和氧化物層104，所述氧化物層將裝置層102與罩層106分開。
[0026]在裝置層102內，通常圓形的、固定的內部電極108由電絕緣部110限界。固定的外部電極112基本上完全在固定的內部電極108周圍延伸。外部電極112在其內側由絕緣部110限界并且在其外側由絕緣部114限界。內部電極108和外部電極112兩者都通過空腔116與罩層106分開。
[0027]在罩層106內，通常圓形的、可移動的內部電極128由電絕緣部130限界。與內部電極108基本上形狀相同的內部電極128基本上直接位于內部電極108上方?？梢苿拥耐獠侩姌O132基本上完全在可移動的內部電極128周圍延伸。外部電極132在其內側由絕緣部134限界并且在其外側由絕緣部136限界。由絕緣部130和絕緣部134限界的絕緣環(huán)138位于內部電極128和外部電極132之間。在一些實施例中，單個絕緣部是絕緣環(huán)。與外部電極112基本上形狀相同的外部電極132基本上直接位于外部電極112上方。膜片140限界為罩層106的直接位于空腔116上方的部分。在一個實施例中，柔性膜片140的直徑比外部電極132的直徑大。在一個實施例中，最外面的電極132延伸超過膜片140的邊緣。
[0028]內部電極108經由引線152與觸點150電連通?？梢苑侄鄠€步驟形成的引線152沿裝置層102向上穿過氧化物層104延伸到罩層106的上表面，觸點150位于所述上表面上。類似地，外部電極112經由引線156與觸點154電連通，所述引線沿裝置層102向上穿過氧化物層104延