具有较低的温度灵敏度的微机电型压力装置制造方法及图纸

本公开涉及具有较低的温度灵敏度的微机电型压力装置，提供了一种微机电压力传感器装置(100)，其由帽状件区域(102)和半导体材料的传感器区域(101)形成。气隙(107)在传感器区域(101)和帽状件区域(102；103)之间延伸；掩埋空腔(109)在传感器区域(101)中的气隙下方延伸，并且在底部限定薄膜(111)。贯通沟槽(110)在传感器区域(101)内延伸并且横向限定容纳薄膜的灵敏部分(121)、支撑部分(120)和弹簧部分(122)，弹簧部分将灵敏部分(121)连接至支撑部分(120)。通道(123)在弹簧部分(122)内延伸并且将掩埋空腔(109)连接到第二区域(101)的面(101A)。

MEMS pressure device with lower temperature sensitivity

The invention discloses a MEMS type pressure device with low temperature sensitivity, provides a MEMS pressure sensor device (100), the cap member area (102) and semiconductor sensor area (101) formed. The air gap (107) extends between the sensor region (101) and the cap region (102; 103); the buried cavity (109) extends below the air gap in the sensor region (101) and defines a film (111) at the bottom. Through groove (110) in the region of the sensor (101) extends and limited lateral accommodate film sensitive parts (121), (120) supporting part and a spring portion (122), spring (121) part of the sensitive part connected to the supporting part (120). The channel (123) extends within the spring portion (122) and connects the buried cavity (109) to the surface of the second region (101) (101A).

【技术实现步骤摘要】
具有较低的温度灵敏度的微机电型压力装置
本专利技术涉及一种具有较低的温度灵敏度的微机电压力传感器。
技术介绍
如已知的，包括至少部分地由半导体材料制成的微机械结构并且具有MEMS(微机电系统)技术的传感器由于其小尺寸、低制造成本和灵活性的有利特性而越来越多地被使用。MEMS传感器通常包括将待检测的物理或机械量转换成电量(例如，与电容的变化相关)的微机电结构和电子读取电路，该电子读取电路通常是ASIC(专用集成电路)，其执行电量的处理操作(放大和滤波之一)，并且输出电信号，该电信号是模拟信号(例如电压)或数字信号(例如PDM-脉冲密度调制信号)。在被电子接口电路进一步处理的情况下，电信号随后可用于外部电子系统，例如包含传感器的电子设备的微处理器控制电路。在微机电结构中，通过被形成在半导体芯片中或半导体芯片上的并且被悬置在空腔上的薄膜来获得期望的物理或机械量的检测。薄膜可以布置成面向外部环境或者通过流体通道与外部环境连通。例如，2013年6月28日提交的意大利专利申请TO2013A000540描述了一种MEMS装置，其中包括薄膜的装置的灵敏部分与芯片的其余部分分离并且被弹簧支撑。弹簧将灵敏部分与芯片的其余部分去耦并且吸收封装应力，而不将封装应力传递到灵敏部分。图1以简化的方式示出了被形成在例如硅的半导体材料的芯片10中的MEMS传感器1，其主题涉及上面提到的专利申请TO2013A000540，本文被示出为压力传感器。帽状件11通过第一间隔件22被固定到芯片10的第一面10A上，并且封闭区域12通过第二间隔件26被固定到芯片10的第二面10B上。芯片10包括通过沟槽14与芯片10的外围部分18分离的悬置区域13。弹性元件(也被称为弹簧15)支撑悬置区域13并且将其机械连接到外围部分18上。悬置区域13形成在底部由掩埋空腔16限定的薄膜19。在图1的压力传感器中，薄膜通过在掩埋空腔16上方的脱氧环境中外延生长来获得。因此，一定量的气体(通常为氢气)保留在掩埋空腔16内。随着温度变化，残余气体膨胀或收缩并可能对薄膜产生假压力。这可能导致读取错误，产生偏移。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种克服现有技术缺点的MEMS装置及相应的制造方法。根据本专利技术，如所附权利要求所限定的MEMS装置和相应的制造方法被提供。附图说明为了更好地理解本专利技术，现在仅通过非限制性示例的方式参考附图描述其优选实施例，其中：图1是已知的MEMS压力传感器的截面图；图2是该压力传感器的实施例的具有重影(ghost)部分的俯视图；图3是沿剖面III-III截取的图2的压力传感器的截面图；图4是沿剖面IV-IV截取的图2的压力传感器的截面图；图5A-图10A、图11、图12示出了在图2的传感器的连续制造步骤中对应于图3的截面图；图5B-图10B示出了与图5A-图10A相同的制造步骤中对应于图4的截面图；图13是该压力传感器的不同实施例的具有重影部分的俯视图；图14是沿剖面XIV-XIV截取的图13的压力传感器的截面图；图15是沿剖面XV-XV截取的图13的压力传感器的截面图；以及图16-图20示出了该压力传感器的变型的截面图的细节。图21示出了根据本实施例的框图。具体实施方式图2-图4示出了根据MEMS技术制造的压力传感器100的实施例。这里，压力传感器100包括具有第一面101A和第二面101B的传感器区域101。压力传感器100还包括面向传感器区域101的第一面101A的第一帽状件区域102和面向传感器区域101的第二面101B的第二帽状件区域103。第一帽状件区域102通过第一接合结构104被接合到传感器区域101的第一面101A上，并且第二帽状件区域103通过第二接合结构105被接合到传感器区域101的第二面101B上。第一接合结构104在这里由外围区域106A和密封区域106B形成，外围区域106A和密封区域106B在这里部分相同但可以完全不同。由于下面解释的原因，外围区域106A和密封区域106B具有封闭的形状，并且还形成了间隔件。例如，接合结构104、105可以由诸如金的热压材料、诸如铝-锗、锡、铜的共晶材料、聚合材料或玻璃料基材料制成。第一气隙107在传感器区域101的第一面101A和在那里延伸的第一帽状件区域102之间延伸，并且第二气隙108在传感器区域101的第二面101B和第二帽状件区域103之间延伸。沟槽110在传感器区域101内的第一气隙107和第二气隙108之间延伸，将它们流体连接。沟槽110具有五个边的方形螺旋形状，并且限定了在其外部的支撑部分120、在其内的灵敏部分121和将支撑部分120连接到灵敏部分121的弹簧部分122。以这种方式，灵敏部分121被容纳在由第一气隙107、第二气隙108和沟槽110形成的腔室中并且自由移动，从支撑部分120被机械地去耦。灵敏部分121形成在底部由掩埋空腔109限定的薄膜111。薄膜111在此被包括在掩埋空腔109和第一气隙107之间并且面向第一帽状件区域102。如图3-图4的部分所示，并且在图2的俯视平面图中(其中，为了清楚起见，第一帽状件区域102被示出为重影区域)以虚线示出，通道123在弹簧区域122内在掩埋空腔109和被形成在支撑区域120中的井部112之间延伸。继而，井部112通过开口124被连接到第一气隙107，开口124延伸穿过传感器区域101的第一面101A和井部112(特别地参见图4)之间的传感器区域101。如从图2和图4可以注意到的，密封区域106B在井部112上方延伸并且围绕开口124，限定出腔室126，腔室126因此与井部112连通并且通过密封区域106B与第一气隙107隔离。掩埋空腔109、通道123和井部112被形成在传感器区域101的第一面101A下方的同一水平面上，具有大致相同的高度并且被同时获得，如下文详细解释的。如图2和图3所示，具有外表面102A和内表面102B的第一帽状件区域102具有至少一个连通孔，这里是两个连通孔125，所述连通孔在第一帽状件区域102的外表面102A和内表面102B之间延伸。连通孔125将第一气隙107流体地连接到压力传感器100外部的环境，并且由此以本身已知的方式将薄膜111暴露于外部压力，使得能够对其进行检测。吸气剂(getter)区域128在第一帽状件区域102面向腔室126的内表面102B上延伸。吸气剂区域128由例如钡、铟、镁、钙或钠的金属薄层形成，其目的是收集在第一帽状件区域102接合到传感器区域101期间可能释放的残余气体。在下文中，将描述本制造方法以形成单个灵敏结构，其中应当理解，在切割之前，以本领域技术人员本身已知的方式，该结构在晶片中被复制多次。图2中的压力传感器100从例如单晶硅的半导体材料的第一晶片130开始被制造，如图5A-图5B所示。如图6A-图6B所示，例如使用EP1577656(对应于US8,173,513)中描述的制造方法，在第一晶片130中形成掩埋空腔109、通道123和井部112。该工艺包括形成具有适当深度、形状和宽度的多个沟槽，然后在还原环境中进行外延生长。以这种方式，硅层在第一晶片130上生长，在顶部封闭沟槽并形成薄膜111。随后，执行热退火，这导致倾向于移动到较低能量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机电压力传感器装置(100)，包括：第一区域(102；103)；具有第一面(101A；101B)和第二面(101B；101A)的半导体材料的第二区域(101；500)；所述第一区域(102；103)面向并被固定至所述第二区域(101；500)的第一面(101A；101B)；在所述第二区域(101；500)的第一面(101A；101B)和所述第一区域(102；103)之间延伸的第一气隙(107；108)；在所述第二区域(101；500)中延伸的掩埋空腔(109)；在所述第二区域(101；500)内位于所述掩埋空腔(109)与所述第二区域(101；500)的第一面(101A；101B)或者第二面(101B；101A)之间的薄膜(111)；在第二区域(101；500)内延伸并且横向限定出容纳所述薄膜的灵敏部分(121)、支撑部分(120)和弹簧部分(122)的贯通沟槽(110)，所述弹簧部分将所述灵敏部分(121)连接至所述支撑部分(120)；以及在所述弹簧部分(122)内延伸并将所述掩埋空腔(109)连接至所述第二区域(101；500)的第一面(101A；101B)的通道(123)；在所述掩埋空腔和所述第一气隙之间的一部分被流体地连接至所述装置的外部，在所述掩埋空腔和所述第一气隙之间的另一部分与外部隔离。...

【技术特征摘要】
2016.02.25 IT 1020160000197821.一种微机电压力传感器装置(100)，包括：第一区域(102；103)；具有第一面(101A；101B)和第二面(101B；101A)的半导体材料的第二区域(101；500)；所述第一区域(102；103)面向并被固定至所述第二区域(101；500)的第一面(101A；101B)；在所述第二区域(101；500)的第一面(101A；101B)和所述第一区域(102；103)之间延伸的第一气隙(107；108)；在所述第二区域(101；500)中延伸的掩埋空腔(109)；在所述第二区域(101；500)内位于所述掩埋空腔(109)与所述第二区域(101；500)的第一面(101A；101B)或者第二面(101B；101A)之间的薄膜(111)；在第二区域(101；500)内延伸并且横向限定出容纳所述薄膜的灵敏部分(121)、支撑部分(120)和弹簧部分(122)的贯通沟槽(110)，所述弹簧部分将所述灵敏部分(121)连接至所述支撑部分(120)；以及在所述弹簧部分(122)内延伸并将所述掩埋空腔(109)连接至所述第二区域(101；500)的第一面(101A；101B)的通道(123)；在所述掩埋空腔和所述第一气隙之间的一部分被流体地连接至所述装置的外部，在所述掩埋空腔和所述第一气隙之间的另一部分与外部隔离。2.根据权利要求1所述的装置，包括在所述第二区域(101；500)的第一面(101A；101B)和所述第一区域(102；103)之间延伸的密封区域(106B；306B)，所述密封区域将所述通道(123)与所述第一气隙(107；108)隔离。3.根据权利要求2所述的装置，其中所述通道(123)距所述第二区域(101；500)的第一面(101A；101B)一定距离而延伸，并且开口(124；324)在所述第二区域(101；500)内在第一面(101A；101B)和所述通道(123)之间延伸，所述密封区域(106B；306B)具有围绕腔室(126；326)的闭合形状，所述腔室(126；326)在所述第一区域和所述第二区域(102；103，101)之间延伸并且被连接至所述开口(124；324)。4.根据权利要求3所述的装置，其中所述第一区域(102；103)具有外表面(102A；103A)和内表面(102B；103B)，所述内表面(102B；103B)面向所述第二区域(101；500)，并且其中至少一个通孔(125；325)在所述腔室(126；326)外部的所述第一区域(102；103)的内表面(102B；103B)和外表面(102A；103A)之间延伸并且连接所述第一气隙(107；108)与所述第一区域(102；103)的外表面(102A；103A)。5.根据权利要求3所述的装置，还包括面向所述第二区域(101)的第二面(101A；101B)的第三区域(102；103)以及在所述第二区域(101)的第二面(101A；101B)和所述第三区域(102；103)之间延伸的第二气隙(107；108)，其中所述第三区域(102；103)具有外表面和内表面，所述内表面面向所述第二区域(101)，并且其中至少一个通孔(125；325)在所述第三区域(102；103)的内表面和外表面之间延伸，并且终止于所述第二气隙(107；108)，连接所述第二气隙(107；108)与所述第二区域(102；103)的外表面。6.根据权利要求3所述的装置，其中所述第一区域(102；103)具有外表面(102A；103A)和内表面(102B和103B)，所述内表面面向所述第二区域(101)，并且其中通孔(225；425)在所述密封区域(106B)内在所述第一区域(102；103)的外表面(102A；103A)和内表面(102B和103B)之间延伸，所述第一气隙(107；108)通过所述密封区域(106B；306B)与所述通孔(225；425)隔离。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·杜奇，S·康蒂，L·巴尔多，F·F·维拉，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT