一种封装的容性MEMS传感器装置100包括具有至少一个容性MEMS传感器单元100a的至少一个容性MEMS传感器元件，所述容性MEMS传感器单元100a包括具有厚电介质区域106和薄电介质区域107的第一衬底101。具有膜层120的第二衬底键合到厚电介质区域并在薄电介质区域上方以提供MEMS空腔114。膜层在MEMS空腔上方提供固定电极120a和释放的MEMS电极120b。第一穿透衬底通孔(TSV)111延伸通过MEME电极的顶侧并且第二TSV 112通过固定电极的顶侧。金属盖件132在第一TSV和第二TSV的顶部上。包括内部空腔144和给内部空腔加框的外部突出部分146的第三衬底140键合到厚电介质区域。第三衬底与第一衬底一起密封MEMS电极。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
所公开的实施例涉及容性微机电系统（MEMS)传感器装置及其制造方法。
技术介绍
已知的MEMS工艺在制造成本有效、小尺寸的封装MEMS传感器装置方面，以及限定 包含常规释放层（releaselayer)的稳健集成方案面临挑战。此外，在常规释放之后，MEMS 传感器装置中的MEMS传感器单元（一个或更多）需要在低压下真空密封以提供期望的高 Q传感器性能，这提出进一步的挑战。
技术实现思路
所公开的实施例描述通过增加穿透衬底通孔（TSV)(例如，在硅衬底的情况下，是 穿透硅通孔）解决常规容性微机电系统（MEMS)传感器装置的、由于使用释放层密封传感器 单元（一个或更多个）的MEMS空腔导致的问题的解决方案。TSV提供从MEMS传感器装置 的底侧到固定电极和释放的MEMS电极的入口。每个感测单元的MEMS空腔被密封（例如， 通过真空熔化键合）到容性MEMS传感器装置的完全释放的MEMS电极（一个或更多个）上 方的另一个衬底（例如，晶片）（被称为第三"覆盖"衬底），这消除了对常规钝化层的需要。 在工艺结束时，完成的容性MEMS传感器装置本身将提供封装。【附图说明】 图1A是根据一个示例性实施例的示例性容性MEMS装置的顶视图，该MEMS装置被 示为具有单个容性MEMS传感器单元的容性MEMS元件，其中第三覆盖衬底被移除以示出下 面的特征件以及下列描述的截面图的剖切线。 图1B是沿着剖切线A-A'示出的图1A中示出的示例性容性MEMS装置/元件/单 元的截面图； 图1C是根据一个示例性实施例的示例性容性MEMS装置的顶视图，该MEMS装置被 示为具有音叉谐振器单元的容性MEMS元件，其中第三覆盖衬底被移除以示出下面的特征 件。 图1D是根据一个示例性实施例的示例性容性MEMS装置的顶视图，该MEMS装置被 示为具有音叉谐振器单元的两个单元容性MEMS元件，其中第三覆盖衬底被移除以示出下 面的特征件。 图2A-2H是根据一个示例性实施例形成容性MEMS传感器装置的示例性方法的处 理过程的截面图。 图3是根据一个示例性实施例的示例性容性MEMS装置的顶视图，该MEMS装置包 括多个容性MEMS元件，每个容性MEMS元件包括多个图1A和图1B中所示的MEMS单元，所 述多个MEMS单元在每个元件中被親合在一起。【具体实施方式】 容性MEMS传感器单位实体是容性MEMS传感器单元。多个容性MEMS传感器单元 能够并联连接，例如，在管芯上使用电共用MEMS电极120b连接（通常通过在顶部上具有 金属的膜层120)以形成容性MEMS传感器元件。容性MEMS传感器元件能够具有任意数量 (大于等于1)的容性MEMS传感器单元。通常，元件中的容性MEMS传感器单元越多，元件能 够响应于给定激励生成的输出越大。容性MEMS传感器阵列（装置/管芯）能够具有任意 数量的容性MEMS传感器单元元件。各个CMUT元件的电极之一（例如，顶部电极）能够与 其他CMUT元件的其他电极（例如，顶部电极）电气隔离以允许每个CMUT元件独立连接从 而允许单独可寻址性。例如，如本文描述的，每个容性MEMS传感器元件的电共用MEMS电极 120b能够通过单个TSV寻址。 图1A示出根据一个示例性实施例的示例性封装的容性MEMS传感器装置（管 芯）100,该MEMS传感器装置100被示为具有单个容性MEMS传感器单元100a(被示为盘谐 振器）的容性MEMS元件。下文描述的第三覆盖衬底在图中被移除或为透明的以显示下面的 特征件。所示剖切线A-A'被用于下文描述的一些截面图，包括图1B中示出的截面图。尽 管图1A和图1B中的容性MEMS传感器单元100a被示为圆形特征几何形状（盘），但是可以 使用其他特征几何形状，例如，矩形。 容性MEMS传感器装置100/单元100a包括第一衬底101，其具有顶侧102,顶侧 102包括在其上的图案化电介质层，所述图案化电介质层包括如图1B中所示的厚电介质区 域106和薄电介质区域107,它们形成MEMS空腔114的底表面。容性MEMS传感器单元110a 包括多个TSV，所述多个TSV至少包括第一TSV111和第二TSV112,如图1B中所示，它们 被暴露在第一衬底101的底侧103上并延伸第一衬底101的整个厚度。第一TSV111和第 二TSV112被示出分别包括突出的TSV尖端111a和112a。TSV111和TSV112包括TSV 电介质内衬131。 容性MEMS传感器单元100a包括提供膜层120的第二衬底，所述膜层在厚电介质 区域106上并在薄电介质区域107上方。本文所用的膜层是指半导体层（例如，硅），其被 限定以形成容性MEMS传感器单元100a的固定电极120a和MEMS电极120b，并且膜层能够 可选地也在具有多个MEMS传感器元件的容性MEMS传感器装置的容性MEMS传感器元件内 的各个MEMES传感器单元的MEMS电极120b之间提供互连线（通常在其上具有金属层）。 膜层120不需要包括任何集成电路元件（例如，晶体管）。 膜层120包括提供固定电极120a的固定部分并包括封闭穿孔123,封闭穿孔123 在MEMS空腔114上方释放膜层120以提供可移动MEMS电极120b，所述可移动MEMS电极 120b用作容性MEMS传感器单元100a的谐振元件。多个TSV还延伸膜层120的整个厚度， 包括延伸通过MEMS电极120b的顶侧的第一TSV111和延伸通过固定电极120a的顶部的 第二TSV112。图案化金属层251包括在第一TSV111的顶部上的金属盖件132和在第二 TSV112上方的另一个金属盖件133。 如图1B所示，封装的容性MEMS传感器装置100/容性MEMS传感器单元100a包括 第三覆盖衬底140,其充当盖件以密封MEMS电极120b，具有底侧142,底侧142包括凹陷的 内部空腔144和给内部空腔144加框的外部突出部分146。第三覆盖衬底140与其底侧142 向下键合，其中如图所示，突出部分146键合（例如，真空熔化键合）到厚电介质区域106。 因此，容性MEMS传感器单元100a的最终空腔由第三覆盖衬底140和第一衬底101 (例如， 在制造期间由2个晶片）限定。第三覆盖衬底140与第一衬底101 -起能够真空密封MEMS 电极120b，从而第三覆盖衬底140完成封装的容性MEMS传感器装置100。 图1C示出根据一个示例性实施例的示例性封装的容性MEMS传感器装置180,该 MEMS传感器装置被示为具有音叉谐振器容性传感器单元180a的容性MEMS元件，其中第三 覆盖衬底140依然被移除以显示下面的特征件。封装的容性MEMS传感器装置180/音叉 谐振器容性感测单元170a包括MEMS空腔172和三个电极，它们被示为电极1 (170a)，电极 2 (170b)以及电极3 (用于第一衬底101)，电极170a和电极170b是多手指电极，其中MEMS 空腔172是位于电极1 (170a)和电极2(170b)的外边缘之间的横向空腔，而电极3由第一 衬底101提供。与图1A和图1B中示出的封装的容性MEMS装置/单元100类似，TSV176 和TSV177本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种封装的容性微机电系统传感器装置，即封装的容性MEMS传感器装置，包括：具有至少一个容性MEMS传感器单元的至少一个容性MEMS传感器元件，所述容性MEMS传感器单元包括：第一衬底，其具有顶侧和多个穿透衬底通孔即多个TSV，所述顶侧包括其上的图案化电介质层，所述图案化电介质层包括厚电介质区域和薄电介质区域，所述多个TSV至少包括延伸所述第一衬底的整个厚度的暴露在所述第一衬底的底侧上的第一TSV和第二TSV；第二衬底，其包括键合到所述厚电介质区域并在所述薄电介质区域上方以提供MEMS空腔的膜层和图案化金属层，所述膜层包括提供固定电极的固定部分和释放所述MEMS空腔上方的所述膜层的第一部分以提供MEMS电极的穿孔，其中所述多个TSV延伸所述第二衬底的整个厚度包括所述第一TSV通过所述MEMS电极的顶侧和所述第二TSV通过所述固定电极的顶侧，所述图案化金属层包括所述第一TSV的顶部上的金属盖件和所述第二TSV的顶部上的金属盖件，和第三衬底，其具有包括内部空腔和给所述内部空腔加框的外部突出部分的底侧，其中所述第三衬底与扩散键合到所述厚电介质区域的所述突出部分键合，并且其中所述第三衬底与所述第一衬底一起真空密封所述MEMS电极。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：I·O·伍感特，P·B·约翰逊，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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