微機(jī)械壓力傳感器裝置以及相應(yīng)的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微機(jī)械壓力傳感器裝置以及一種相應(yīng)的制造方法。微機(jī)械壓力傳感器裝置包括具有正面(VSa)和背面(RSa)的ASIC晶片(1a)以及在ASIC晶片(1a)正面(VSa)上形成的具有多個(gè)堆疊的印制導(dǎo)線層(LB0，LB1)和絕緣層(I)的再布線裝置(25a)。微機(jī)械壓力傳感器還包括具有正面(VS)和背面(RS)的MEMS晶片(1)、在MEMS晶片(1)的正面(VS)形成的第一微機(jī)械功能層(3)和在第一微機(jī)械功能層(3)上形成的第二微機(jī)械功能層(5)。在第一和第二微機(jī)械功能層(3；5)之一中形成可偏移的第一壓力探測(cè)電極的膜片區(qū)域(16；16a；16′)，該膜片區(qū)域可通過MEMS晶片(1)中的貫通開口(12；12′；12a′)加載壓力。在第一和第二微機(jī)械功能層(3；5)之另一個(gè)中形成與膜片區(qū)域(16；16a；16′)隔開間距對(duì)置的固定的第二壓力探測(cè)電極(11′；11″；11′″；11″″；11a′；111)。第二微機(jī)械功能層(5)通過鍵合連接(7；7，7a；7，7b)與再布線裝置(25a)連接，使得固定的第二探測(cè)電極(11′；11″；11′″；11″″；11a′；111)被包圍在空腔(9；9a)中。
【專利說明】
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)明涉及一種微機(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]雖然也可使用任意的微機(jī)械元件，但是本發(fā)明和本發(fā)明所基于的問題借助基于硅的元件來闡述。
[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公知的并且以批量生產(chǎn)制造用于汽車領(lǐng)域和消費(fèi)領(lǐng)域的不同應(yīng)用。消費(fèi)電子裝置的趨勢(shì)尤其是元件的微型化、功能的集成和有效的成本降低。
[0004]現(xiàn)在，加速度與轉(zhuǎn)速傳感器和加速度與磁場(chǎng)傳感器均已制造為組合傳感器(6d)，此外存在第一 9d模塊，其中分別將三軸的加速度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和磁場(chǎng)傳感器組合在唯一的一個(gè)傳感器裝置中。
[0005]與此相反，壓力傳感器現(xiàn)在與上述6d和9d模塊分開地開發(fā)和制造。其根本原因是需要介質(zhì)通道，壓力傳感器與慣性傳感器和磁場(chǎng)傳感器不同需要介質(zhì)通道，而且所述介質(zhì)通道顯著增加壓力傳感器封裝的花費(fèi)和成本。將壓力傳感器分開的其他原因是不同的MEMS制造工藝以及不同的分析處理方法。例如壓力傳感器經(jīng)常利用壓阻式電阻進(jìn)行分析處理，而慣性傳感器優(yōu)選進(jìn)行電容的分析處理。
[0006]但是可預(yù)見的是，除了慣性參量外也可測(cè)量壓力的傳感器裝置尤其在消費(fèi)電子領(lǐng)域中展現(xiàn)出令人感興趣的功能集成可能性擴(kuò)展。這種集成的7d模塊或者在集成三軸磁傳感器時(shí)的1d模塊可以用于例如導(dǎo)航應(yīng)用(室內(nèi)導(dǎo)航)。這種功能集成不僅實(shí)現(xiàn)成本的降低而且實(shí)現(xiàn)應(yīng)用電路板位置需求的降低。
[0007]例如由US 7 250 353 B2或者US 7 442 570 B2公知所謂垂直集成或者混合集成或者3D集成方法，其中，將至少一個(gè)MEMS晶片和一個(gè)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。尤其吸引人的是這種垂直集成方法與硅敷鍍通孔和倒裝芯片技術(shù)相結(jié)合，由此，外部接觸可作為“bare die_Modul(裸芯片模塊)”或“chip scale package(芯片級(jí)封裝)”進(jìn)行，即沒有塑料封裝。
[0008]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，處理晶片通過絕緣層鍵合在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)，如需要，可以將處理晶片通過蝕刻或背面磨削進(jìn)行進(jìn)一步加工。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提供一種根據(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)制造方法。
[0010]相應(yīng)的從屬權(quán)利要求的主題是優(yōu)選的擴(kuò)展方案。
[0011]根據(jù)本發(fā)明所基于的構(gòu)思在于，提供一種具有微機(jī)械壓力傳感器裝置的MEMS結(jié)構(gòu)，該微機(jī)械壓力傳感器裝置具有兩個(gè)集成于其中的壓力探測(cè)電極，該MEMS結(jié)構(gòu)用ASIC結(jié)構(gòu)封裝。
[0012]由于兩個(gè)壓力探測(cè)電極都在MEMS結(jié)構(gòu)中構(gòu)造，因此，與公知的解決方案相比，根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)提供了明顯改善的應(yīng)力脫耦。耦入到ASIC結(jié)構(gòu)中的裝配應(yīng)力僅可通過鍵合連接耦入到MEMS結(jié)構(gòu)中。因?yàn)樗鲦I合連接和電接觸能夠良好地與膜片區(qū)域分開，使得可能的彎曲效應(yīng)極大減弱。這導(dǎo)致在重要的基本參數(shù)方面的性能改善，例如壓力傳感器裝置的靈敏度和偏移。焊接應(yīng)力和溫度效應(yīng)明顯降低，壽命穩(wěn)定性得到改善。
[0013]根據(jù)一種優(yōu)選擴(kuò)展方案，膜片區(qū)域在第一微機(jī)械功能層中形成并且固定的第二壓力探測(cè)電極在第二微機(jī)械功能層中形成。這種布置能夠簡(jiǎn)單并且成本有利地實(shí)現(xiàn)。
[0014]根據(jù)另一種優(yōu)選擴(kuò)展方案，固定的第二壓力探測(cè)電極具有固定區(qū)域，該固定區(qū)域一方面固定在第一微機(jī)械功能層上并且另一方面通過鍵合連接區(qū)域與最上面的印制導(dǎo)線層形成電連接。由此能夠?qū)崿F(xiàn)該固定區(qū)域的雙重功能。
[0015]根據(jù)另一種優(yōu)選擴(kuò)展方案，固定的第二壓力探測(cè)電極具有至少一個(gè)固定在第一微機(jī)械功能層上的固定區(qū)域，其中，第二微機(jī)械功能層具有接觸區(qū)域，該接觸區(qū)域一方面固定在第一微機(jī)械功能層上并且另一方面通過鍵合連接區(qū)域與最上面的印制導(dǎo)線層形成電連接，其中，固定區(qū)域和接觸區(qū)域通過第一微機(jī)械功能層電連接。這種布置進(jìn)一步減少應(yīng)力耦入，因?yàn)楣潭▍^(qū)域沒有和ASIC結(jié)構(gòu)的再布線裝置連接。
[0016]根據(jù)另一種優(yōu)選擴(kuò)展方案，在所述至少一個(gè)固定區(qū)域和所述固定的第二壓力探測(cè)電極的其余部分之間設(shè)置一個(gè)彈簧元件。這也改善了應(yīng)力脫耦。
[0017]根據(jù)另一種優(yōu)選擴(kuò)展方案，設(shè)置一個(gè)環(huán)形的固定區(qū)域。這種固定特別牢固。
[0018]根據(jù)另一種優(yōu)選擴(kuò)展方案，第二微機(jī)械功能層中的膜片區(qū)域和第一微機(jī)械功能層中的固定的第二壓力探測(cè)電極構(gòu)造成穿孔的，其中，膜片區(qū)域環(huán)形閉合地固定在第一微機(jī)械功能層上。由此能夠?qū)崿F(xiàn)厚的、穩(wěn)定的膜片區(qū)域。
[0019]根據(jù)另一種優(yōu)選擴(kuò)展方案，在最上面的印制導(dǎo)線層中與膜片區(qū)域隔開間距對(duì)置地構(gòu)成一個(gè)固定的第三壓力探測(cè)電極。由此可對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行差分分析處理。
[0020]根據(jù)另一種優(yōu)選擴(kuò)展方案，第二微機(jī)械功能層具有一個(gè)接觸區(qū)域，該接觸區(qū)域一方面固定在第一微機(jī)械功能層上并且另一方面通過鍵合連接區(qū)域與最上面的印制導(dǎo)線層形成電連接，其中，固定的第二壓力探測(cè)電極和所述接觸區(qū)域通過第一微機(jī)械功能層電連接。由此改善了應(yīng)力脫耦。
[0021]根據(jù)另一種優(yōu)選擴(kuò)展方案，在第一微機(jī)械功能層中形成參考膜片區(qū)域并且在第二微機(jī)械功能層中與所述參考膜片區(qū)域隔開間距對(duì)置地形成固定的參考電極，其中，該參考膜片區(qū)域不能被以壓力加載。由此能夠通過差分減少由應(yīng)力耦入引起的漂移效應(yīng)。
[0022]根據(jù)另一種優(yōu)選擴(kuò)展方案，在第一微機(jī)械功能層中形成另一膜片區(qū)域并且與該另一膜片區(qū)域隔開間距對(duì)置地在第二微機(jī)械功能層中形成一個(gè)固定的參考電極，其中，所述另一膜片區(qū)域構(gòu)造為可偏移的濕度探測(cè)電極，該濕度探測(cè)電極由一個(gè)濕度敏感層覆蓋，該濕度敏感層能夠通過所述MEMS晶片中的另一貫通開口被加載以濕度。由此能夠?qū)崿F(xiàn)壓力傳感器和濕度傳感器在膜片技術(shù)上的組合。
[0023]根據(jù)另一種優(yōu)選擴(kuò)展方案，在第二微機(jī)械功能層中形成另一傳感器裝置，并且，所述鍵合連接具有與再布線裝置如此連接的區(qū)域:使得所述另一傳感器裝置被包圍在與所述空腔氣密地分隔開的另一空腔內(nèi)。由此能夠考慮不同的傳感器類型需要不同的工作氣氛的情況。
[0024]根據(jù)另一種優(yōu)選擴(kuò)展方案，所述膜片區(qū)域能夠通過所述MEMS晶片中的通入到所述空腔中的另一貫通開口以背壓加載。由此能夠?qū)崿F(xiàn)壓力差傳感器。
【附圖說明】
[0025]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)。
[0026]附圖示出:
[0027]圖1用于闡述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的微機(jī)械壓力傳感器裝置和相應(yīng)制造方法的示意性橫剖面視圖，
[0028]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剖面視圖，
[0029]圖3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剖面視圖，
[0030]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剖面視圖，
[0031]圖5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剖面視圖，
[0032]圖6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剖面視圖，
[0033]圖7用于闡述根據(jù)本發(fā)明的第七實(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剖面視圖，
[0034]圖8用于闡述根據(jù)本發(fā)明的第八實(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剖面視圖，
[0035]圖9用于闡述根據(jù)本發(fā)明的第九實(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剖面視圖，
[0036]圖10用于闡述根據(jù)本發(fā)明的第十實(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剖面視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]在附圖中，相同的參考標(biāo)記表示相同或者功能相同的元件。
[0038]圖1是用于闡述根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的微機(jī)械壓力傳感器裝置和相應(yīng)制造方法的示意性橫剖面視圖。
[0039]在圖1中參考標(biāo)記Ia表示具有多個(gè)CMOS電路100的ASIC晶片，所述CMOS電路例如包括用于要形成的微機(jī)械壓力傳感器裝置的分析處理電路。
[0040]ASIC晶片Ia具有正面VSa和背面RSa。在ASIC晶片I的正面VSa上構(gòu)造了再布線裝置25a，該再布線裝置具有多個(gè)印制導(dǎo)線層LB0、LB1和處于它們之間的絕緣層I。為了描述的簡(jiǎn)化未單獨(dú)描述將印制導(dǎo)線層LB0、LB1嵌入其中的絕緣層I。印制導(dǎo)線層LB0、LB1的印制導(dǎo)線區(qū)段通過可導(dǎo)電的過孔K相互電連接。[0041 ] 此外，參考標(biāo)記I表示具有正面VS和背面RS的MEMS晶片。在正面VS上覆蓋了第一絕緣層4a，例如氧化層。在第一絕緣層4a上設(shè)置了例如由多晶硅組成的第一微機(jī)械功能層3，該功能層具有膜片區(qū)域16，該膜片區(qū)域構(gòu)造為可偏移的第一壓力探測(cè)電極，該第一壓力探測(cè)電極可通過MEMS晶片I中的貫通開口 12被加載以壓力，該貫通開口在本實(shí)施方式中是槽柵。膜片區(qū)域16因此被固定在第一絕緣層4a上。
[0042]作為貫通開口的這種槽柵典型地具有帶隔板的蜂窩結(jié)構(gòu)，這些隔板在兩個(gè)垂直于晶片的法線方向上延伸。一方面可以通過槽柵結(jié)構(gòu)的開口區(qū)域在大的面積上施加用于蝕刻第一絕緣層4a的氧化蝕刻工藝，同時(shí)，該槽柵結(jié)構(gòu)的開口區(qū)域以后是用于壓力傳感器裝置的介質(zhì)進(jìn)入通道。該槽柵用于保護(hù)膜片區(qū)域16防止例如較大顆粒的侵害，所述顆粒例如會(huì)在用于分割元件的鋸切過程中產(chǎn)生并且不能通過小的開口區(qū)域。槽柵結(jié)構(gòu)的優(yōu)選幾何尺寸是隔板寬度為5到50μπι并且孔洞大小為5到50μπι，其中，隔板寬度和孔洞大小不是必須一致。
[0043]在第一微機(jī)械功能層3上在膜片區(qū)域16之外設(shè)置有第二絕緣層4b，例如同樣是氧化層，該第二絕緣層與第一絕緣層4a—樣根據(jù)要達(dá)到的功能來結(jié)構(gòu)化。
[0044]在第二絕緣層4b上有第二微機(jī)械功能層5，例如同樣是多晶硅。在第二微機(jī)械功能層5中構(gòu)造有固定的第二壓力探測(cè)電極11'，其與膜片區(qū)域16隔開間距地對(duì)置。第二微機(jī)械功能層5中的該固定的第二壓力探測(cè)電極11'具有穿孔P，因?yàn)檫@些穿孔要通過將第二絕緣層4b部分移除的犧牲層蝕刻工藝而現(xiàn)出。
[0045]此外，該固定的第二壓力探測(cè)電極11'在第二微機(jī)械功能層5中具有固定區(qū)域5a，通過該固定區(qū)域，第二壓力探測(cè)電極被固定在第一微機(jī)械功能層3上。
[0046]如此構(gòu)造的具有MEMS晶片1、絕緣層4a、4b以及第一和第二微機(jī)械功能層3、5的MEMS結(jié)構(gòu)通過鍵合連接7與具有ASIC晶片Ia和再布線裝置25a的ASIC結(jié)構(gòu)以這樣的方式連接，使得鍵合連接7將第二微機(jī)械功能層5的一部分與再布線裝置25a連接。在此，鍵合連接7的一個(gè)區(qū)域7a用于通過過孔K在所述固定的第二壓力探測(cè)電極11'與所述再布線裝置25a的最上層印制導(dǎo)線層LBO之間形成電連接。
[0047]鍵合連接7優(yōu)選通過金屬的鍵合方法來實(shí)現(xiàn)，例如鋁和鍺、銅和錫的共晶鍵合或者金屬的熱壓縮鍵合(鋁-鋁，銅-銅，…)。通過鍵合連接7可設(shè)置其他的電接觸，例如在圖1右側(cè)邊緣區(qū)域中示出的。
[0048]在根據(jù)圖1的第一實(shí)施方式中，不僅作為可偏移的第一壓力探測(cè)電極的膜片區(qū)域16、而且固定的第二壓力探測(cè)電極11'都設(shè)置在MEMS結(jié)構(gòu)中，因此相對(duì)較好地與ASIC結(jié)構(gòu)的可能的機(jī)械彎曲脫耦。
[0049]此外，ASIC結(jié)構(gòu)除了電連接功能、例如分析處理功能外，還承擔(dān)用于封閉空腔9的封裝功能。
[0050]如此構(gòu)造的壓力傳感器裝置通過例如電的敷鍍通孔26電附接到載體襯底30上，這些敷鍍通孔延伸穿過ASIC晶片la，并且，出于闡述簡(jiǎn)單的原因在圖1中只示出其中唯一一個(gè)敷鍍通孔。在ASIC晶片Ia的背面RSa上有第三絕緣層27，例如氧化層、氮化層或者聚酰亞胺層，印制導(dǎo)線區(qū)段28a、28b嵌入或者安置在該絕緣層，這些印制導(dǎo)線區(qū)段中的印制導(dǎo)線區(qū)段28b與敷鍍通孔26電連接。
[0051 ] 在印制導(dǎo)線28a、28b上設(shè)置有鍵合球29a及29b，例如釬焊小球，借助這些球建立與在載體襯底30內(nèi)或上的印制導(dǎo)線區(qū)段30a、30b的電連接。
[0052]圖2是用于闡述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的微機(jī)械壓力傳感器裝置和相應(yīng)制造方法的示意性橫剖面視圖。
[0053]在根據(jù)圖2的第二實(shí)施方式中，第二微機(jī)械功能層5中的用參考標(biāo)記11〃標(biāo)記的第二壓力探測(cè)電極的固定和電接觸是分開的。為此，固定的第二壓力探測(cè)電極11〃具有固定區(qū)域5Y，該固定區(qū)域僅固定在第一微機(jī)械功能層3上。
[0054]此外第二微機(jī)械功能層5具有接觸區(qū)域5b'，該接觸區(qū)域一方面固定在第一微機(jī)械功能層3上，另一方面通過鍵合連接7的區(qū)域7a具有與再布線裝置25a的最上層印制導(dǎo)線層LBO的電連接。
[0055]固定區(qū)域5Y和接觸區(qū)域51/通過第一微機(jī)械功能層3相互電連接。因此，通過區(qū)域7a從ASIC結(jié)構(gòu)傳遞到MEMS結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力導(dǎo)致固定的第二壓力探測(cè)電極11〃的彎曲與第一實(shí)施方式相比更強(qiáng)地減小。
[0056]圖3是用于闡述根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的微機(jī)械壓力傳感器裝置和相應(yīng)制造方法的示意性橫剖面視圖。
[0057]在根據(jù)圖3的第三實(shí)施方式中，固定的第二壓力探測(cè)電極用參考標(biāo)記11〃表示。固定的壓力探測(cè)電極11〃在多個(gè)固定區(qū)域5a〃、5b 〃上與第一微機(jī)械功能層3連接。這種構(gòu)造進(jìn)一步減小了固定壓力探測(cè)電極11〃的可能的彎曲并且改善了在高的機(jī)械過載情況下的機(jī)械穩(wěn)固性。當(dāng)然可以設(shè)置任意數(shù)量的固定區(qū)域，例如一個(gè)環(huán)形環(huán)繞的固定區(qū)域。
[0058]圖4是用于闡述根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方式的微機(jī)械壓力傳感器裝置和相應(yīng)制造方法的示意性橫剖面視圖。
[0059]在根據(jù)圖4的第四實(shí)施方式中，與第三實(shí)施方式不同，設(shè)置了彈簧元件5(/、5(/〃，這些彈簧元件將固定區(qū)域5a 〃或5a'"與固定的第二壓力探測(cè)電極11〃〃的其余部分連接起來。
[0060]圖5是用于闡述根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施方式的微機(jī)械壓力傳感器裝置和相應(yīng)制造方法的示意性橫剖面視圖。
[0061]在根據(jù)圖5的第五實(shí)施方式中，可被加載以壓力的膜片區(qū)域16a被作為第一壓力探測(cè)電極在第二微機(jī)械功能層5中結(jié)構(gòu)化，而固定的第二壓力探測(cè)電極Ila在第一微機(jī)械功能層3中被結(jié)構(gòu)化。
[0062]固定的第二壓力探測(cè)電極Ila具有穿孔K，以使得農(nóng)耕實(shí)現(xiàn)從MEMS晶片I中的貫通開口 12到膜片區(qū)域16a的壓力進(jìn)入通道。此外，為了移除膜片區(qū)域16a和固定的壓力探測(cè)電極Ila之間的兩個(gè)絕緣層4a、4b并從而建立功能能力，穿孔P'也是必要的。該氧化蝕刻過程從MEMS晶片I的背面RS進(jìn)行，更確切地說優(yōu)選用氣態(tài)氫氟酸(HF)進(jìn)行。
[0063]為了確保相對(duì)于貫通開口 12的氣密性，膜片區(qū)域16a的固定500、500a是環(huán)形實(shí)施的。所述固定500、500a具有至少一個(gè)絕緣的固定區(qū)域500a，該固定區(qū)域優(yōu)選由氧化物形成，以通過第一微機(jī)械功能層3的印制導(dǎo)線區(qū)域3a向內(nèi)到固定的壓力探測(cè)電極Ila進(jìn)行電的導(dǎo)入。當(dāng)然該電絕緣的固定區(qū)域500a也必須氣密地密封封閉。
[0064]圖6是用于闡述根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施方式的微機(jī)械壓力傳感器裝置和相應(yīng)制造方法的示意性橫剖面視圖。
[0065]在根據(jù)圖6的第六實(shí)施方式中，與第五實(shí)施方式相比，在再布線裝置25a的最上層印制導(dǎo)線層LBO中附加設(shè)置有固定的第三壓力探測(cè)電極lib。
[0066]因而在此涉及一種全差分的電極結(jié)構(gòu)，其中可以直接讀取兩個(gè)固定的壓力探測(cè)電極11a，Ilb之間的差分信號(hào)。這尤其有利于分析處理電路，因?yàn)閷?duì)于具有高的信號(hào)-噪聲比要求的分析處理電路優(yōu)選在輸入級(jí)使用差分放大器。此外，分析處理信號(hào)大致是單側(cè)電極結(jié)構(gòu)情況下的兩倍大，這總會(huì)導(dǎo)致信噪比改善。視耦入的彎曲而定，該結(jié)構(gòu)也會(huì)在應(yīng)力影響方面是有利的。
[0067]圖7是用于闡述根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施方式的微機(jī)械壓力傳感器裝置和相應(yīng)制造方法的示意性橫剖面視圖。
[0068]在第七實(shí)施方式中，參考標(biāo)記16'表示作為可偏移的第一壓力探測(cè)電極的膜片區(qū)域，該膜片區(qū)域可通過MEMS晶片中的貫通開口 12'被加載以壓力。固定的第二壓力探測(cè)電極111通過固定區(qū)域5Y固定在第一微機(jī)械功能層3上。
[0069]在第一微機(jī)械功能層3中形成了參考膜片區(qū)域16"，其中，固定的參考電極111'在第二微機(jī)械功能層5中與參考膜片區(qū)域16〃隔開間距對(duì)置地形成，并且通過固定區(qū)域5a'"固定在第一微機(jī)械功能層3中。
[0070]參考膜片區(qū)域16〃不能被加載以壓力，而是用于補(bǔ)償微機(jī)械壓力傳感器裝置的漂移效應(yīng)。該功能尤其在膜片區(qū)域16\16〃呈相同方式形式并且關(guān)于MEMS晶片I的主軸線對(duì)稱布置的情況下能夠可靠地實(shí)現(xiàn)。
[0071]在制造時(shí)，為了現(xiàn)出參考膜片區(qū)域16〃必須首先在MEMS晶片I中提供相應(yīng)的貫通開口 12"，這里也被描述為槽柵。該貫通開口 12〃在參考膜片區(qū)域16〃現(xiàn)出后又被封閉，具體說例如借助氧化填充物18和在它上面可選地附加沉積在背面RS上的金屬層19。為了使得用氧化層18進(jìn)行的氧化物封閉功能更有效，至少在要封閉的貫通開口 12〃的區(qū)域中通過氧化物格柵結(jié)構(gòu)進(jìn)行穿過MEMS晶片I的溝槽。由此能夠施加相對(duì)較寬的溝槽而仍可接著通過沉積薄的氧化層18而將溝槽氣密地封閉，并且可以使MEMS晶片I背面RS上的表面結(jié)構(gòu)最小化。
[0072]漂移效應(yīng)，例如封裝應(yīng)力，應(yīng)該以類似方式作用到兩個(gè)膜片區(qū)域16\16〃上并且提供相等信號(hào)。而壓力改變只在可被加載以壓力的膜片區(qū)域16'處導(dǎo)致拱曲。通過分析處理兩個(gè)膜片區(qū)域16\16〃的差分信號(hào)可消去由封裝應(yīng)力引起的所述相等信號(hào)，并且僅還余留希望的壓力傳感器信號(hào)作為測(cè)量值。
[0073]這種對(duì)電容信號(hào)進(jìn)行的差分分析處理是有利的，因?yàn)榇蟛糠钟糜诩铀俣葌鞲衅鞯那岸朔治鎏幚黼娐芬策M(jìn)行兩個(gè)電容的差分分析處理，在這兩個(gè)電容中一個(gè)在有加速時(shí)變大，而另一個(gè)變小。因此，當(dāng)前存在的或僅略微改變的加速度傳感器前端應(yīng)該也能以有利方式用于壓力傳感器信號(hào)的分析處理，由此降低開發(fā)費(fèi)用。
[0074]圖8是用于闡述根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施方式的微機(jī)械壓力傳感器裝置和相應(yīng)制造方法的示意性橫剖面視圖。
[0075]在第八實(shí)施方式中，微機(jī)械壓力傳感器裝置與微機(jī)械濕度傳感器裝置組合。
[0076]與以上闡述的七個(gè)實(shí)施方式類似，在第一微機(jī)械功能層3中構(gòu)造已闡述的膜片區(qū)域16'和另一膜片區(qū)域16〃。在本實(shí)施例中，壓力貫通開口 12a'不是槽柵，而是單個(gè)開口。另一貫通開口 12a〃用于現(xiàn)出另一膜片區(qū)域16〃，固定參考電極111'在第二微機(jī)械功能層5中隔開間距地與該另一膜片區(qū)域?qū)χ谩?br>[0077]在現(xiàn)出膜片區(qū)域16^16'"后，在貫通開口12a〃中沉積并回蝕一個(gè)濕度敏感層17，該濕度敏感層覆蓋貫通開口 12a〃的內(nèi)部和所述另一膜片區(qū)域16'〃。在環(huán)境濕度改變時(shí)，濕度敏感層17吸收或釋放附加的水分子。由此，濕度敏感層17的機(jī)械應(yīng)力改變，該改變傳遞到所述另一膜片區(qū)域16〃上并可以又被進(jìn)行電容的分析處理。在這種情況下，兩個(gè)膜片區(qū)域16^16'"的總和信號(hào)或第一膜片區(qū)域16'獨(dú)自的信號(hào)傳遞提供壓力信息，而差分信號(hào)提供濕度信息。在膜片區(qū)域16^16'"的布置充分對(duì)稱且結(jié)構(gòu)相同的情況下，基于封裝應(yīng)力的效應(yīng)至少在差分信號(hào)中應(yīng)當(dāng)又近似抵消。
[0078]圖9是用于闡述根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施方式的微機(jī)械壓力傳感器裝置和相應(yīng)制造方法的示意性橫剖面視圖。
[0079]在第九實(shí)施方式中，已闡述的微機(jī)械壓力傳感器裝置和一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器裝置SD組合，該轉(zhuǎn)速傳感器裝置在第二微機(jī)械功能層5中形成并且通過固定區(qū)域51/固定在第一微機(jī)械功能層3中。該轉(zhuǎn)速傳感器裝置SD在運(yùn)行中在有些情況下需要與壓力傳感器裝置不同的環(huán)境壓力。
[0080]鍵合連接7具有區(qū)域7b，該區(qū)域?qū)⒃俨季€裝置25a和第二微機(jī)械功能層5中的分隔區(qū)域50如此連接，使得轉(zhuǎn)速傳感器裝置SD被圍在分開的另一空腔9b中，該另一空腔與包圍第二固定壓力探測(cè)電極111的空腔9a氣密地分隔開。
[0081 ]為了降低第二空腔9b中的內(nèi)壓力，可以在為了建立MEMS結(jié)構(gòu)和AS IC結(jié)構(gòu)之間的鍵合連接7而進(jìn)行晶片鍵合后，通過相應(yīng)的蝕刻工藝施加穿過MEMS晶片I的進(jìn)入開口 15a以及穿過第一絕緣層4a和第一微機(jī)械功能層3的通道15b，以便通過進(jìn)入開口 15a和通道15b對(duì)空腔9b進(jìn)行栗吸，然后再類似于上述實(shí)施方式地通過氧化層18(選擇組合以金屬層19)來封閉。
[0082]替代方案也可以是，通過適宜的過程控制在封閉進(jìn)入開口 15a時(shí)設(shè)定提高的內(nèi)壓力，以便例如在空腔9b中取代轉(zhuǎn)速傳感器而使加速度傳感器運(yùn)行。此時(shí)，提高的內(nèi)壓力用于加速度傳感器的減振并且防止傳感器結(jié)構(gòu)由于振動(dòng)激勵(lì)而發(fā)生不希望的運(yùn)動(dòng)。
[0083]此外在圖9的結(jié)構(gòu)的意義上可能的是，在一個(gè)芯片上既布置壓力傳感器、也布置轉(zhuǎn)速傳感器和加速度傳感器，因此實(shí)現(xiàn)7d元件。此時(shí)可以將壓力傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器布置在一個(gè)共同的具有低內(nèi)壓力的空腔中，而將加速度傳感器通過分隔區(qū)域50分開地布置在具有高內(nèi)壓力的空腔中。在這里省去對(duì)該布置的單獨(dú)描述。
[0084]圖10是用于闡述根據(jù)本發(fā)明第十實(shí)施方式的微機(jī)械壓力傳感器裝置和相應(yīng)制造方法的示意性橫剖面視圖。
[0085]在圖10示出的第十實(shí)施方式中，MEMS晶片I具有不封閉的另一貫通開口15a，其通入空腔9中。通過該另一貫通開口 15a可以施加背壓p2，該背壓與通過貫通開口 12'作用的壓力Pl反向。膜片區(qū)域16'因而根據(jù)壓力差p2-pl發(fā)生拱曲。背壓p2可以例如通過帶有相應(yīng)密封裝置51的外部輸入裝置52施加到MEMS晶片I的背面RS上。
[0086]在該例中，第二微機(jī)械功能層5的用參考標(biāo)記55標(biāo)記的區(qū)域可以具有加速度傳感器的功能，該傳感器的性能僅受到P2的小的壓力改變的微弱影響。
[0087]雖然根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例闡述了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此。尤其所述材料和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只是舉例而且不局限于所闡述的例子。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.微機(jī)械壓力傳感器裝置，具有: ASIC晶片(Ia)，該ASIC晶片具有正面(VSa)和背面(RSa); 在所述ASIC晶片(Ia)的正面(VSa)上形成的再布線裝置(25a)，該再布線裝置具有多個(gè)堆疊的印制導(dǎo)線層(LB0，LB1)和絕緣層(I); MEMS晶片(I)，所述MEMS晶片具有正面(VS)和背面(RS); 在所述MEMS晶片(I)的正面(VS)上形成的第一微機(jī)械功能層(3); 在所述第一微機(jī)械功能層(3)上形成的第二微機(jī)械功能層(5); 其中，在所述第一和第二微機(jī)械功能層(3;5)中的一個(gè)微機(jī)械功能層中形成膜片區(qū)域(16; 16a; 160作為可偏移的第一壓力探測(cè)電極，所述膜片區(qū)域能夠通過所述MEMS晶片(I)中的貫通開口(12; 12' !WaQ被加載以壓力； 其中，在所述第一和第二微機(jī)械功能層(3;5)中的另一個(gè)微機(jī)械功能層中與所述膜片區(qū)域(16; 16a; 16')隔開間距對(duì)置地構(gòu)成固定的第二壓力探測(cè)電極(11' ; 11〃； 11〃； 11〃〃；lla;lll);并且， 所述第二微機(jī)械功能層(5)通過鍵合連接(7;7，7a;7，7b)與所述再布線裝置(25a)如此連接，使得所述固定的第二壓力探測(cè)電極(IV Jl^llM5IlM5Ila; 111)被包圍在一空腔(9;9a)中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)械壓力傳感器裝置，其中，所述膜片區(qū)域(16;160在所述第一微機(jī)械功能層(3)中形成并且所述固定的第二壓力探測(cè)電極(11' ; 11〃； 11'〃； 11〃〃；111)在所述第二微機(jī)械功能層(5)中形成。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微機(jī)械壓力傳感器裝置，其中，所述固定的第二壓力探測(cè)電極(11')具有固定區(qū)域(5a)，該固定區(qū)域一方面固定在所述第一微機(jī)械功能層(3)上并且另一方面通過所述鍵合連接(7;7，7a;7，7b)的區(qū)域(7a)形成與最上面的印制導(dǎo)線層(LBO)的電連接。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微機(jī)械壓力傳感器裝置，其中，所述固定的第二壓力探測(cè)電極(11/;11〃；11/〃；11〃〃)具有至少一個(gè)固定在第一微機(jī)械功能層(3)上的固定區(qū)域(5&/;5&〃；5a'")，其中，所述第二微機(jī)械功能層(5)具有接觸區(qū)域(5b')，該接觸區(qū)域一方面固定在所述第一微機(jī)械功能層(3)上并且另一方面通過鍵合連接(7;7，7a;7，7b)的區(qū)域(7a)形成與最上面的印制導(dǎo)線層(LBO)的電連接，其中，所述固定區(qū)域和所述接觸區(qū)域(5b7 )通過所述第一微機(jī)械功能層(3)電連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微機(jī)械壓力傳感器裝置，其中，在所述至少一個(gè)固定區(qū)域 和所述固定的第二壓力探測(cè)電極(11〃〃)的其余部分之間設(shè)置有彈簧元件(5c〃，5c,")。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微機(jī)械壓力傳感器裝置，其中，設(shè)置有環(huán)形的固定區(qū)域(5a〃；5a,")。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)械壓力傳感器裝置，其中，所述第二微機(jī)械功能層(5)中的所述膜片區(qū)域(16a)和所述第一微機(jī)械功能層(3)中的所述固定的第二壓力探測(cè)電極(Ila)構(gòu)造成穿孔的，并且，所述膜片區(qū)域(16a)環(huán)形閉合地固定在所述第一微機(jī)械功能層(3)上。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微機(jī)械壓力傳感器裝置，其中，在最上面的印制導(dǎo)線層(LBO)中與所述膜片區(qū)域(16a)隔開間距對(duì)置地構(gòu)成固定的第三壓力探測(cè)電極(lib)。9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的微機(jī)械壓力傳感器裝置，其中，所述第二微機(jī)械功能層(5)具有接觸區(qū)域(5K )，該接觸區(qū)域一方面固定在所述第一微機(jī)械功能層(3)上并且另一方面通過所述鍵合連接(7; 7，7a; 7，7b)的區(qū)域(7b)形成與最上面的印制導(dǎo)線層(LBO)的電連接，并且，所述固定的第二壓力探測(cè)電極(Ila)和所述接觸區(qū)域(5K)通過所述第一微機(jī)械功能層(3)電連接。10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微機(jī)械壓力傳感器裝置，其中，在所述第一微機(jī)械功能層(3)中形成一參考膜片區(qū)域(16〃)并且在所述第二微機(jī)械功能層(5)中與所述參考膜片區(qū)域(16〃)隔開間距對(duì)置地形成固定的參考電極(1110，其中，所述參考膜片區(qū)域(16〃)不能被加載以壓力。11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微機(jī)械壓力傳感器裝置，其中，在所述第一微機(jī)械功能層(3)中形成另外的膜片區(qū)域(16'")并且在所述第二微機(jī)械功能層(5)中與所述另外的膜片區(qū)域(16'")隔開間距對(duì)置地形成固定的參考電極(1110，其中，所述另外的膜片區(qū)域(16'")構(gòu)造為可偏移的濕度探測(cè)電極，該濕度探測(cè)電極用濕度敏感層(17)覆蓋，所述濕度敏感層能夠通過所述MEMS晶片(I)中的另外的貫通開口(12a〃)被加載以濕度。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)械壓力傳感器裝置，其中，在所述第二微機(jī)械功能層(5)中形成另外的傳感器裝置(SD)并且所述鍵合連接(7; 7，7a;7，7b)具有區(qū)域(7b)，該區(qū)域與所述再布線裝置(25a)如此連接，使得所述另外的傳感器裝置(SD)被包圍在與所述空腔(9;9a)氣密地分隔開的另外的空腔(9b)中。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)械壓力傳感器裝置，其中，所述膜片區(qū)域(16;16a; 160能夠通過所述MEMS晶片(I)中的另外的貫通開口(15a)被加載以背壓，所述另外的貫通開口通入所述空腔(9;9a)中。14.用于微機(jī)械壓力傳感器裝置的制造方法，具有如下步驟: 提供具有正面(VSa)和背面(RSa)的ASIC晶片(Ia)以及在所述ASIC晶片(Ia)的正面(VSa)上形成的再布線裝置(25a)，所述再布線裝置具有多個(gè)印制導(dǎo)線層(LB0，LB1)和處于它們之間的絕緣層(I); 提供具有正面(VS)和背面(RS)的MEMS晶片(1)、在所述MEMS晶片(I)的正面(VS)上形成的第一微機(jī)械功能層(3)、在所述第一微機(jī)械功能層(3)上形成的第二微機(jī)械功能層(5)，其中，在所述第一和第二微機(jī)械功能層(3;5)中的一個(gè)微機(jī)械功能層中構(gòu)成膜片區(qū)域(16;16a; 160作為可偏移的第一壓力探測(cè)電極，該膜片區(qū)域能夠通過所述MEMS晶片(I)中的貫通開口(12;12' ;12&0被加載以壓力，并且，在所述第一和第二微機(jī)械功能層(3;5)中的另一個(gè)微機(jī)械功能層中與所述膜片區(qū)域(16; 16a; 160隔開間距對(duì)置地形成固定的第二壓力探測(cè)電極(IV !IlMl7Ml77Mla7 ;111);并且 通過鍵合連接(7; 7，7a; 7，7b)將所述第二微機(jī)械功能層(5)和所述再布線裝置(25a)如此連接，使得所述固定的第二探測(cè)電極(If;111)被包圍在一空腔(9;9a)中。
【文檔編號(hào)】G01L13/02GK105940287SQ201480073182
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2014年11月17日
【發(fā)明人】J·克拉森, J·賴因穆特, A·克爾布爾
【申請(qǐng)人】羅伯特·博世有限公司