壓力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實(shí)用新型涉及壓力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]如已知的，壓力換能器或傳感器是將壓力的變化轉(zhuǎn)換成電量(電阻或電容)的變化的設(shè)備。在半導(dǎo)體傳感器的情況下，由于半導(dǎo)體材料的膜(或隔膜)的存在而檢測(cè)到壓力變化，半導(dǎo)體材料的膜(或隔膜)覆在腔的上面并且能夠在作用于其上的力的存在下經(jīng)受偏斜。例如，通過(guò)約束于膜本身的壓阻元件來(lái)測(cè)量膜的偏斜(即，基于一些材料根據(jù)它們受到的偏斜來(lái)改變它們的電阻率的能力)。
[0003]壓敏電阻器通常被提供在懸掛膜的邊緣和/或一起連接成惠斯通橋配置。施加壓力引起膜的偏斜，膜的偏斜轉(zhuǎn)而生成橋的偏移電壓的變化。通過(guò)利用適當(dāng)?shù)碾娐窓z測(cè)電壓的變化，因此可能獲得期望的壓力信息。
[0004]壓力傳感器需要在柔性膜的一側(cè)提供腔，以使得柔性膜能夠偏斜。該腔形成壓力基準(zhǔn)，并且被提供為使得所述壓力基準(zhǔn)是真空壓力。以這種方式，膜處于絕對(duì)壓力的影響下。這種類(lèi)型的壓力傳感器廣泛應(yīng)用于真空技術(shù)行業(yè)中、空間應(yīng)用中、以及其中興趣在于測(cè)量相對(duì)于最低限度地依賴于外部環(huán)境條件(例如傳感器本身的工作溫度)的絕對(duì)基準(zhǔn)的大氣壓力的所有方面中。
[0005]然而，絕對(duì)壓力傳感器的生產(chǎn)涉及高精度技術(shù)處理，以便在真空條件下將膜完美地耦合在腔上
[0006]目前，已經(jīng)提出了用于制造壓力傳感器的各種解決方案，其中:使用絕緣體上硅(301)基板;從前面濕法刻蝕(參見(jiàn)例如1^4，766，666);從背面濕法刻蝕；以及仍然有其它方法(參見(jiàn)例如US4，744，863)。
[0007]在所有已知的前述解決方案中，用于提供在懸掛結(jié)構(gòu)和層下方的腔的半導(dǎo)體技術(shù)的使用涉及復(fù)雜、昂貴、并且在一些情況下與當(dāng)前半導(dǎo)體行業(yè)中用于制造集成電路所使用的步驟幾乎不兼容的過(guò)程。
[0008]圖1是已知類(lèi)型的壓力傳感器10的側(cè)向剖視圖，其提供了上面闡述的問(wèn)題的解決方案。根據(jù)圖1的實(shí)施例，膜I在例如娃的半導(dǎo)體材料5的晶片的一個(gè)上側(cè)5a延伸。膜I懸掛在掩埋的腔2之上，腔2根據(jù)US 8，173，513中描述的制造方法形成。
[0009]US 8，173,513中描述的用于獲得掩埋的腔2的步驟設(shè)想在控制壓力(而非真空壓力)的環(huán)境下高溫處理晶片5。在封閉腔2(完成上覆膜I的形成)之后，接著冷卻晶片5，從而生成掩埋的腔2內(nèi)部的壓力的降低。然而，在使用如此獲得的傳感器10期間，其中傳感器10操作的環(huán)境的溫度增加引起隨之發(fā)生的掩埋的腔2內(nèi)部的壓力增加。同樣在無(wú)要測(cè)量的環(huán)境壓力的變化的情況下，由掩埋的腔2內(nèi)部的壓力提供的絕對(duì)基準(zhǔn)壓力的變化導(dǎo)致傳感器10的換能輸出信號(hào)的變化。輸出信號(hào)的這些變化可以至少部分地在處理輸出信號(hào)的步驟期間得到補(bǔ)償，但是然而輸出信號(hào)的這些變化是不期望的。【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0010]因此，本實(shí)用新型的目的是提供將克服已知解決方案的缺點(diǎn)的具有換能信號(hào)對(duì)溫度的降低的依賴性的壓力傳感器。
[0011]根據(jù)本實(shí)用新型，提供了一種壓力傳感器，其特征在于，適于檢測(cè)所述壓力傳感器外部的環(huán)境的環(huán)境壓力值，所述壓力傳感器包括:第一半導(dǎo)體本體，具有內(nèi)部掩埋腔和懸置在所述掩埋腔之上的膜;第二半導(dǎo)體本體，具有凹部，所述凹部氣密耦合到所述第一半導(dǎo)體本體，使得所述凹部面對(duì)所述膜，從而限定密封腔，所述密封腔的內(nèi)部壓力值提供壓力基準(zhǔn)值；以及通道，至少部分地形成在所述第一半導(dǎo)體本體中，并且被配置為將所述掩埋腔設(shè)置為與所述壓力傳感器外部的所述環(huán)境流體連通，所述膜被配置為經(jīng)受根據(jù)所述密封腔中的所述壓力基準(zhǔn)值和所述掩埋腔中的所述環(huán)境壓力值之間的壓力差的偏斜。
[0012]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述膜容納換能器組件，所述換能器組件被配置為根據(jù)所述膜的所述偏斜生成換能電信號(hào)，所述換能器組件被布置在所述膜的面對(duì)所述密封腔內(nèi)部的表面部分中。
[0013]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述通道在與所述掩埋腔的位置平面相同的位置平面中延伸作為所述掩埋腔的部分延長(zhǎng)，從而到達(dá)所述第一半導(dǎo)體本體的與所述位置平面正交的側(cè)壁。
[0014]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述通道部分沿著屬于所述掩埋腔的位置平面的第一方向并且部分沿著與所述第一方向正交的第二方向延伸作為所述掩埋腔的部分延長(zhǎng)，從而到達(dá)所述第一半導(dǎo)體本體的暴露于外部環(huán)境的側(cè)面。
[0015]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述通道部分沿著屬于所述掩埋腔的位置平面的第一方向并且部分沿著與所述第一方向正交的第二方向在所述第一半導(dǎo)體本體中延伸作為所述掩埋腔的部分延長(zhǎng)，從而到達(dá)所述第一半導(dǎo)體本體的面對(duì)所述第二半導(dǎo)體本體的側(cè)面，并且所述通道進(jìn)一步完全地延伸通過(guò)所述第二半導(dǎo)體本體，從而將所述掩埋腔設(shè)置為通過(guò)所述第二半導(dǎo)體本體與外部環(huán)境流體連通。
[0016]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述壓力傳感器進(jìn)一步包括完全圍繞所述膜的耦合區(qū)域，所述第一半導(dǎo)體本體和所述第二半導(dǎo)體本體經(jīng)由所述耦合區(qū)域氣密耦合在一起，所述通道在所述第一半導(dǎo)體本體的在所述耦合區(qū)域外部的部分中沿著所述第二方向延伸。
[0017]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述壓力傳感器進(jìn)一步包括完全圍繞所述膜的耦合區(qū)域，所述第一半導(dǎo)體本體和所述第二半導(dǎo)體本體經(jīng)由所述耦合區(qū)域氣密耦合在一起，所述通道進(jìn)一步在所述第二方向上延伸通過(guò)所述耦合區(qū)域。
[0018]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述凹部容納吸氣劑層，所述吸氣劑層被配置為當(dāng)被活化時(shí)降低所述密封腔內(nèi)部的壓力值。
[0019]根據(jù)本實(shí)用新型的方案，可以提供具有換能信號(hào)對(duì)溫度的降低的依賴性的壓力傳感器。
【附圖說(shuō)明】
[0020]為了理解本實(shí)用新型，現(xiàn)在僅通過(guò)非限制性示例的方式、參照附圖來(lái)描述其優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中:
[0021]-圖1示出已知類(lèi)型的壓力傳感器的橫截面；
[0022]-圖2和圖3分別在側(cè)向剖視圖和俯視圖中示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的壓力傳感器；
[0023]-圖4和圖5分別在側(cè)向剖視圖和俯視圖中示出根據(jù)本公開(kāi)的又一實(shí)施例的壓力傳感器；
[0024]-圖6在側(cè)向剖視圖中示出根據(jù)本公開(kāi)的又一實(shí)施例的壓力傳感器；
[0025]-圖7在側(cè)向剖視圖中示出根據(jù)本公開(kāi)的又一實(shí)施例的壓力傳感器；
[0026]-圖8A-8C和圖9-14在側(cè)向剖視圖中示出圖2和圖3的壓力傳感器的制造步驟;并且
[0027]-圖15示出用于獲得圖4和圖5的壓力傳感器的中間制造步驟。
【具體實(shí)施方式】
[0028]圖2示出根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面的以MEMS技術(shù)獲得的壓力換能器或傳感器11的側(cè)向剖視圖。圖2的橫截面被表示在相互正交的笛卡爾軸X、Y和Z的系統(tǒng)中，并且沿著圖3所示的區(qū)段II1-1II的線取得。壓力傳感器11包括本體，本體包括耦合到蓋部14的諸如硅的半導(dǎo)體材料的基板12，蓋部14也是諸如硅的半導(dǎo)體材料的?；?2具有沿著軸Z彼此相對(duì)的第一面12a和第二面12b。腔16延伸在基板12內(nèi)、通過(guò)基板12的薄部分與第一面12a分開(kāi)，該薄部分形成懸掛在腔16之上的膜18。膜18具有沿著軸Z的包括在4μπι和40μπι之間(例如6μπι)的厚度。
[0029]腔16具有沿著軸Z的比基板12沿Z的厚度小的厚度。換言之，腔16在基板12內(nèi)、在第一面12a和第二面12b之間掩埋延伸。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在平面XY的視圖中，腔16具有圓形或多邊形形狀，例如具有350μπι的邊的正方形。沿Z，腔16具有包括在Ιμπι和6μπι之間(例如4μπι)的深度。
[0030]蓋部14在膜18的外圍區(qū)域通過(guò)耦合區(qū)域20耦合到基板12的第一面12a。由于耦合區(qū)域20布置在膜18的外圍部分中，在使用期間，膜18自由經(jīng)受偏斜，而不會(huì)經(jīng)受由耦合區(qū)域20的存在所引起的干擾。耦合區(qū)域20沿著膜18的整個(gè)周界延伸，并且例如是玻璃熔塊類(lèi)型的?？梢允褂闷渌?lèi)型的鍵合，諸如例如金屬鍵合(例如金-金)、共晶鍵合(例如Al-Ge)。
[0031]蓋部14具有直接面對(duì)膜18的凹部14’。凹部14’容納吸氣劑層22。吸氣劑層22具有在使用中并且當(dāng)密封凹部14’時(shí)(S卩，當(dāng)蓋部14通過(guò)耦合區(qū)域20耦合到基板12時(shí))生成凹部14’內(nèi)的基準(zhǔn)壓力Pref的功能，基準(zhǔn)壓力Pref不同于(特別地，低于)凹部14’之外的環(huán)境中存在的壓力Pa。用作吸氣劑層22的材料是已知的，并且包括例如金屬或?qū)?yīng)混合物或合金，金屬諸如鋁(Al)、鋇(Ba)、鋯(Zr)、鈦(Ti)、釩(V)、鐵(Fe)，對(duì)應(yīng)混合物或合金諸如鋯-鋁、鋯-釩-鐵、鋯-鎳、和鋯-鈷(特別地，Zr/Co/Ο的合金)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，吸氣劑層22是非可蒸發(fā)吸氣劑(NEG)類(lèi)型的，在將蓋部14耦合到基板12的步驟前的制造步驟中，以凹部14 ’的暴露表面上的層的形式來(lái)提供。如已知的，在形成吸氣劑層22的步驟期間，制成吸氣劑層22的材料與周?chē)諝夥磻?yīng)，從而使得形成鈍化層(通常為氧化物或氧化物/氮化物)，鈍化層完全涂覆吸氣劑層22的表面面積，從而致使吸氣劑層22無(wú)活性。通過(guò)溫度的局部活化而發(fā)生吸氣劑層22的活化(在氣密密封凹部14’之后)，以便去除已形成在吸氣劑層22的表面上的鈍化層。以這種方式，吸氣劑層22被活化，并且通過(guò)與凹部14’內(nèi)的殘余氣體反應(yīng)并且使得能夠降低相對(duì)于環(huán)境壓力PA的基準(zhǔn)壓力Pref，而