抗?jié)駛鞲衅骱推渲圃旆椒?br>【專利說明】抗?jié)駛鞲衅骱推渲圃旆椒?br>[0001]相關(guān)申請的交叉引用
本申請要求保護在2014年4月9日提交的美國臨時申請N0.61/977,421的優(yōu)先權(quán)。上述申請的公開內(nèi)容以引用的方式并入到本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明大體而言涉及一種傳感器裝置，其包括至少一種鈍化材料，鈍化材料在具有高溫度和濕度水平的環(huán)境中抵抗水分暴露。
【背景技術(shù)】
[0003]由于過程成熟度和低制作成本，硼硅酸鹽玻璃與硅(Si)的陽極結(jié)合/鍵合廣泛地用于構(gòu)造當(dāng)前基于微機電系統(tǒng)(MEMS)的傳感器和促動器。使用這種技術(shù)的各種類型的壓力傳感器包括差壓傳感器、前側(cè)絕對壓力傳感器、和背側(cè)絕對壓力傳感器。
[0004]然而，硼硅酸鹽玻璃的表面層在升高的溫度，諸如在85%相對濕度和85°C溫度的環(huán)境(這是在汽車工業(yè)中典型測試條件之一)中與水分反應(yīng)。這種反應(yīng)導(dǎo)致裝置不穩(wěn)定性，造成輸出漂移。在某些情況下，這種輸出漂移是不可恢復(fù)的，并且變成永久輸出變化，而這意味著嚴(yán)重的可靠性問題。
[0005]這種不穩(wěn)定性的主要原因是由于玻璃表面與水分起反應(yīng)，形成高應(yīng)力表面層，而這種高應(yīng)力表面層可導(dǎo)致玻璃表面-塑料變形。在典型MEMS裝置中存在著可能造成顯著輸出不穩(wěn)定性問題的兩個主要反應(yīng)區(qū)，它們是管芯(die)附連表面和S1-玻璃界面。用于所有三種類型的壓力傳感器(差壓、前側(cè)絕對、和背側(cè)絕對)的玻璃底座的底表面通常通過使用管芯附連材料而附連到外殼基板上。在向熱和潮濕環(huán)境中長期暴露后，玻璃與管芯附連材料中的水分起反應(yīng)可能使與管芯附連材料的結(jié)合力降級，或者可能甚至造成與管芯附連材料的分層/層離。S1-玻璃結(jié)合界面通常向裝置的邊緣周圍的水分暴露，其中，暴露的玻璃也可能與水分起反應(yīng)，造成了在與Si的結(jié)合力方面的變化。所有這些變化可能造成隨著高熱滯現(xiàn)象的裝置輸出漂移，并且在許多情況下，變成了永久變化。
[0006]因此，存在對于MEMS裝置的需要，其在高溫下向高濕度暴露時減小或防止裝置輸出漂移。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明為一種傳感器裝置，其包括至少一種鈍化材料，鈍化材料在具有高溫度和濕度水平的環(huán)境中抵抗水分暴露。
[0008]在一實施例中，本發(fā)明為一種MEMS傳感器，其使用適當(dāng)鈍化材料/圖案來生成新傳感器結(jié)構(gòu)，新傳感器結(jié)構(gòu)在較寬溫度范圍下抵抗?jié)駳?。傳感器結(jié)構(gòu)使用了覆蓋著暴露玻璃區(qū)和結(jié)合界面的(多種)防潮鈍化材料以避免玻璃和結(jié)合界面吸收水分及與水分起反應(yīng)，因而在潮濕/熱環(huán)境中暴露之后維持了裝置輸出的完整性。用于本文所描述的MEMS裝置的這些鈍化材料/圖案可以適用于使用玻璃作為構(gòu)造材料之一的任何基于MEMS的傳感器和促動器。在一實施例中，壓力傳感器是差壓傳感器。在另一實施例中，壓力傳感器是前側(cè)絕對壓力傳感器，并且在又一實施例中，壓力傳感器是背側(cè)絕對壓力傳感器。
[0009]傳感器的玻璃底座的底表面通過管芯附連材料而附連到外殼上。Si玻璃底座結(jié)合界面通常是暴露的，并且有時可能甚至被覆蓋凝膠。玻璃底座的外側(cè)壁的分?jǐn)?shù)部分可能覆蓋有管芯附連材料。根據(jù)本發(fā)明的壓力傳感器的各種實施例以類似方式工作以當(dāng)向熱/潮濕環(huán)境暴露時用于抵抗輸出漂移。
[0010]在某些實施例中，抗水鈍化材料不僅覆蓋了朝向管芯附連材料的底座玻璃底表面，而且也覆蓋底座玻璃的側(cè)壁的至少部分，或者包括S1-玻璃底座結(jié)合界面的整個底座側(cè)壁，以及S1-腔的背側(cè)。具有覆蓋著暴露的玻璃區(qū)和S1-玻璃結(jié)合界面的鈍化材料的結(jié)構(gòu)提供了防止裝置向任何濕氣暴露的更全面防護。
[0011]在一實施例中，本發(fā)明是前側(cè)絕對壓力傳感器裝置，其具有:壓力感測元件；形成為壓力感測元件的部分的腔，腔具有多個內(nèi)表面；以及，底座。壓力感測元件在結(jié)合界面處被結(jié)合到底座。鈍化膜安置于底座的至少部分上；并且鈍化膜限制了底座和壓力感測元件向水分暴露。壓力傳感器包括了形成為底座的部分的至少一個外側(cè)壁，并且鈍化膜被淀積在底座外側(cè)壁的至少部分上。在一實施例中，鈍化膜被淀積在壓力感測元件的至少一部分上從而使得圍繞所述側(cè)壁的結(jié)合界面被鈍化材料所覆蓋。
[0012]在另一實施例中，壓力傳感器裝置是差壓傳感器，其包括上文所提到的元件、以及第一孔口，第一孔口具有內(nèi)側(cè)表面并且形成為底座的部分，其中第一孔口與形成為壓力感測元件的部分的腔成流體連通。壓力傳感器裝置還包括形成為底座的部分的底表面，并且防潮鈍化膜的至少一部分被安置于底表面上，形成為孔口的部分的內(nèi)側(cè)表面的部分上，和底座側(cè)壁的部分上或者包括S1-玻璃結(jié)合界面的底座的整個側(cè)壁上。
[0013]在又一實施例中，壓力傳感器是背側(cè)絕對壓力傳感器，其具有上文所提到的元件，并且還包括帽，所述帽覆蓋著Si頂表面的一部分以密封參考真空腔。所提到的背側(cè)絕對壓力傳感器由帽(Si或玻璃)、Si和玻璃底座所制成的夾層結(jié)構(gòu)形成。防潮鈍化膜被安置于玻璃底座的底表面上、形成為孔口的部分的內(nèi)側(cè)表面的部分上、和底座側(cè)壁的部分上或者底座的整個側(cè)壁上，包括S1-玻璃結(jié)合界面。
[0014]鈍化膜可以選自多種不同材料，諸如氮化硅、非晶硅或其組合，并且并不限于等離子體增強的化學(xué)氣相技術(shù)。
[0015]通過下文所提供的詳細描述，本公開的另外的適用領(lǐng)域?qū)⒆兊蔑@然。應(yīng)了解詳細描述和具體實例雖然示出本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其預(yù)期只是出于說明目的且預(yù)期并不限制本發(fā)明的范疇。
【附圖說明】
[0016]從詳細描述和附圖將變得更全面地理解本發(fā)明，在附圖中:
圖1A是根據(jù)本發(fā)明的實施例的差壓傳感器的截面?zhèn)纫晥D，該差壓傳感器具有在結(jié)合玻璃底座晶片與裝置硅晶片之前所涂覆/施加的至少一種鈍化材料；
圖1B是根據(jù)本發(fā)明的實施例的差壓傳感器的截面?zhèn)纫晥D，該差壓傳感器具有在單切/分離了通過結(jié)合玻璃底座晶片與裝置硅晶片而制成的完成/完全硅結(jié)合堆疊之后所涂覆/施加的至少一種鈍化材料； 圖2A是根據(jù)本發(fā)明的實施例的前側(cè)絕對壓力傳感器的截面?zhèn)纫晥D，該前側(cè)絕對壓力傳感器具有在結(jié)合玻璃底座晶片與裝置硅晶片之前所涂覆/施加的至少一種鈍化材料；
圖2B是根據(jù)本發(fā)明的實施例的前側(cè)絕對壓力傳感器的截面?zhèn)纫晥D，該前側(cè)絕對壓力傳感器具有在單切/分離了通過結(jié)合玻璃底座晶片與裝置硅晶片而制成的完成/完全硅結(jié)合堆疊之后所涂覆/施加的至少一種鈍化材料；
圖3A是根據(jù)本發(fā)明的實施例的背側(cè)絕對壓力傳感器的截面?zhèn)纫晥D，該背側(cè)絕對壓力傳感器具有晶片堆疊結(jié)合之前所涂覆/施加的至少一種鈍化材料；
圖3B是根據(jù)本發(fā)明的實施例的背側(cè)絕對壓力傳感器的截面?zhèn)纫晥D，該背側(cè)絕對壓力傳感器具有在單切/分離了完成的晶片結(jié)合堆疊之后所涂覆/施加的至少一種鈍化材料；圖4A至圖4C是根據(jù)本發(fā)明的實施例的背側(cè)絕對壓力傳感器在制作過程期間的截面?zhèn)纫晥D，其中，在形成晶片結(jié)合堆疊之前，水分鈍化材料被淀積到玻璃底座上；
圖5A至圖是根據(jù)本發(fā)明的實施例的背側(cè)絕對壓力傳感器在制作過程期間的截面?zhèn)纫晥D，其中，在形成并且單切了晶片結(jié)合堆疊之后，水分鈍化材料被淀積到玻璃底座上；
圖6A至圖6C是根據(jù)本發(fā)明的實施例的前側(cè)絕對壓力傳感器在制作過程期間的截面?zhèn)纫晥D，其中，在形成晶片結(jié)合堆疊之前，防潮材料被淀積到玻璃底座上；以及
圖7A至圖7D是根據(jù)本發(fā)明的實施例，結(jié)合到由硅制成的晶片、用于制成若干前側(cè)絕對壓力傳感器的硼硅酸鹽玻璃所制成的晶片的截面?zhèn)纫晥D。
【具體實施方式】
[0017]下文優(yōu)選實施例的描述在本質(zhì)上只是示例性的且絕不意圖限制本發(fā)明、其應(yīng)用或用途。
[0018]在圖1A和圖1B中總體上以10示出了 MEMS壓力傳感器的第一實施例。在此實施例中，壓力傳感器10是差壓傳感器10，其包括呈