包括参考电容器的微机电压力传感器制造技术

除了其他方面以外，本申请还讨论了一种装置，该装置包括：硅晶片，其包括振动隔膜，所述晶片具有：与硅晶片底部相对的硅晶片顶部；顶部硅晶片端口，其从所述硅晶片顶部穿过所述硅晶片延伸至所述振动隔膜的顶部；以及底部硅晶片端口，其从所述硅晶片底部延伸至所述振动隔膜的底部，其中，所述底部硅晶片端口的横截面面积比所述顶部硅晶片端口的横截面面积大；电容器电极，其被设置为沿着所述硅晶片的底部横跨所述底部硅晶片端口被沉积，所述电容器电极包括与所述顶部硅晶片端口共同延伸的第一信号产生部分和围绕所述第一部分的第二信号产生部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括参考电容器的微机电压力传感器要求优先权本申请要求享有2010年9月20日提交的标题为“ INTEGRATED PRESSURESENSOR(集成的压力传感器)”的美国临时专利申请N0.61/384，320的优先权，该专利申请以全文引用的方式并入本文中。本申请与以下专利申请相关:2010年8月3日提交的标题为“MICROMACHINEDINERTIAL SENSOR DEVICES (微机械惯性传感器设备)”的美国专利申请N0.12/849，742、2010 年 8 月 3 日提交的标题为 “MICROMACHINED DEVICES AND FABRICATING THE SAME (微机械设备及制造这种微机械设备)”的美国专利申请N0.12/849，787,2010年9月20日提交的标题为“TSV WITH REDUCED SHUNT CAPACITANCE (具有减小的并联电容的TSV) ”的美国临时专利申请N0.61/384，319、2011年9月18日提交的标题为“SEALED PACKAGINGFOR MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS (用于微机电系统的密封封装)”的PCT专利申请 N0.PCT/US2011/052060 以及 2010 年 9 月 18 日提交的标题为 “MICROMACHINEDM0N0LITHIC6-AXIS INERTIAL SENSOR(微机械单片六轴惯性传感器)”的美国临时专利申请N0.61/384，240，这些专利申请中的每个专利申请都以全文引用的方式并入本文中。
技术介绍
包括微机电系统(MEMS)压力换能器在内的压力换能器(例如，麦克风)可以被用在电子设备中以执行各种功能(例如，记录或播放声音)。随着技术发展，下一代电子设备的设计者需要更小的、更容易制造和使用的并且更便宜的压力换能器。附图说明在附图中(这些附图不一定是按照比例绘制的)，相同的数字能够描述不同视图中的类似部件。具有不同字母后缀的相同数字能够表示类似部件的不同示例。附图通过示例而非限制的方式概括地示例了本申请中所讨论的各个实施例。图1A是沿线1A—1A截取的图1B中的传感器的横截面。图1B是根据一个示例的压力传感器。图2示出了根据一个示例的活性电极(active electrode),该活性电极被粘合到晶圆(wafer)以形成竖直集成的压力传感器。图3示出了根据一个示例的经芯片级封装的压力传感器，该经芯片级封装的压力传感器将硅通孔晶圆当作衬底使用，并且使用焊接凸点(solder bump)将该传感器连接到集成电路晶圆并将该集成电路晶圆连接到印刷电路板。图4A是根据一个示例的未被加工的晶片(die)。图4B示出了根据一个示例的在将晶圆蚀刻成包括孔开口(via opening)之后的曰曰曰/T ο图4C示出了根据一个示例的在第一晶圆的已蚀刻部分上生长氧化物之后的晶片。图4D示出了根据一个示例的在已生长的氧化物上沉积薄膜之后的晶片。图4E示出了根据一个示例的在从已生长的氧化物的底侧去除薄膜之后的晶片。图4F示出了根据一个示例的在从已生长的氧化物的顶侧去除薄膜之后的晶片。图4G示出了根据一个示例的在已生长的氧化物的顶侧上沉积掩模之后的晶片。图4H示出了根据一个示例的在沉积掩模、对已生长的氧化物进行缓冲氧化物蚀刻之后的晶片。图41示出了根据一个示例的在缓冲氧化物蚀刻、干蚀刻出孔凹部之后的晶片。图4J示出了根据一个示例的在干蚀刻出孔凹部、去除掩模之后的晶片。图4K示出了根据一个示例的在将绝缘体层上的无硅晶片的顶部部分耦合到孔层，并且将硅晶片的顶部部分耦合到该硅晶片的底部部分以限定该硅晶片的顶部部分和该硅晶片的底部部分之间的腔之后的晶片。图4L示出了根据一个示例的在切除底部部分之后的晶片。图4M示出了根据一个示例的在被切除的底部部分上生长电介质之后的晶片。图4N示出了根据一个示例的在经切除的底部部分上的电介质内蚀刻出一图案之后的晶片。图40示出了根据一个示例的在将导体沉积到图案内之后的晶片。图4P示出了根据一个示例的在顶部部分中蚀刻出一顶部硅端口之后的晶片。图4Q示出了根据一个示例的从顶部硅端口的内部对已生长的氧化物进行蚀刻之后的晶片。具体实施例方式除了其他方面以外，本申请还讨论了基于MEMs的压力传感器(例如，麦克风)。这些基于MEMs的压力传感器正迅速地成为手机和其他便携式音频设备的技术选择。性能、成本和尺寸是有助于任何便携式/手持式压力传感器技术最终成功的关键因素。本申请讨论了这种设备的结构，包括如何制造和使用它们。图1A是沿线1A—1A截取的图1B中的传感器的横截面。图1B是根据一个示例的压力传感器。本文中所讨论的示例提供了一种以小晶片尺寸提供改进性能的绝对压力传感器。一个示例提供了压力测量电容器Cp的活性电极。一个示例提供了一种基本或根本不随压力改变的参考电容器CMf。一个不例提供了一个朝电容器Cp和参考电容器CMf敞开的压力端口，并且在单晶圆上提供很少的电气连接或没有提供电气连接。在一个示例中，传感器与所有介质都是兼容的。在一个示例中，娃晶片或者晶圆或者晶圆组件(assembly)包括振动隔膜124,该晶片具有:娃晶片底部126、与娃晶片底部126相对的娃晶片顶部128 ;顶部娃晶片端口124，其从硅晶片顶部穿过硅晶片延伸至振动隔膜的顶部；以及底部硅晶片端口 110，其从硅晶片底部延伸至振动隔膜的底部。在一个示例中，底部硅晶片端口 110的横截面比顶部娃晶片端口 124的横截面大。在一个不例中，电容器电极116被设置为沿着娃晶片底部126横跨底部娃晶片端口 124。在一个不例中，电容器电极116包括第一信号产生部分142。在一个示例中，第一信号产生部分142与顶部硅晶片端口 124是共同延伸的。在一个示例中，电容器电极包括第二信号产生部分114。在一个示例中，第二信号产生部分围绕第一部分142。在一个不例中，顶部娃晶片端口 124具有圆形的横截面。在一个不例中，底部娃晶片端口 110具有圆形的横截面。在一个示例中，电容器电极116是对包括底部硅晶片端口 110的腔进行限定的层。在一个不例中，腔被配置成在相对于大气的真空下被密封，振动隔膜被暴露于该大气中。在一个示例中，密封是气密的。在一个示例中，晶片100由包括振动隔膜的底部部分144和连接到该底部部分的顶部部分146形成。在一个示例中，硅晶片的顶部部分146在包括二氧化硅的层104处接合到该硅晶片的底部部分144。在一个示例中，来自腔110的差分测量能够使一个或多个共模误差(例如，温度、压力泄漏、电子电荷注入等)被消除，这改善了性能。在一个示例中，在所施的压力下，膜变弯曲，使得Cp改变。在一个示例中，Cm上的区域比膜厚，并且在所施的压力下弯曲较小。在一个示例中，膜挠度是与膜厚度的立方成比例的，因此对于Cref而言，它容易实现较小挠度或无挠度。在一个示例中，对于气压测量而言，直径为300微米、厚度为13微米的膜与直径为460微米的Cref被结合使用，460微米的直径与Cp的周长相符。在一个示例中，在Cref和(；之间(例如在它们周围，例如环绕它们)延伸10微米的间隙。在一个示例中，通过这些参数，Cref本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.09.20 US 61/384,3201.一种装置，包括: 娃晶片，其包括振动隔I吴，所述晶片具有:与娃晶片底部相对的娃晶片顶部；顶部娃晶片端口，其从所述硅晶片顶部穿过所述硅晶片延伸至所述振动隔膜的顶部；以及底部硅晶片端口，其从所述硅晶片底部延伸至所述振动隔膜的底部，其中，所述底部硅晶片端口的横截面面积比所述顶部硅晶片端口的横截面面积大； 电容器电极，其被设置为沿着所述硅晶片的底部横跨所述底部硅晶片端口，所述电容器电极包括与所述顶部娃晶片端口共同延伸的第一信号产生部分和围绕所述第一部分的第二信号产生部分。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述顶部硅晶片端口具有圆形的横截面。3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述底部硅晶片端口具有圆形的横截面。4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电容器电极是对包括所述底部硅晶片端口的腔进行限定的层。5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述腔被配置成在相对于大气的真空下被密封，所述振动隔膜被暴露于所述大气中。6.根据权利要I所述的装置，其中，所述硅晶片由包括所述振动隔膜的底部部分和接合到所述底部部分的顶部部分组成。7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述硅晶片的所述顶部部分在包括二氧化硅的层处接合到所述硅晶片的所述底部部分。8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一信号产生部分被配置成提供绝对压力信号。9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述第二信号产生部分被配置成提供参考信号。10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述参考信号包括与温度、压力和电荷之一相关联的信息。11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述参考信号包括与压力相关联的信息。12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电容器电极由单晶圆形成。13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述单晶圆抵靠所述底部硅端口被密封。14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述振动隔膜的厚度约13微米。15.根据权利要求14所述的装置，其中，在所述第一信号产生部分和所述第二信号产生部分之间存在约10微米的间隙。16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述电容器电极与所述振动隔膜相距约I微米。17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述第一信号产生部分限定直径约300微米的圆。18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述第二信号产生部分限定外直径约460微米的环。19.根据权利要求16所述的装置，其中，所述第一信号产生部分的面积约为0.09平方毫米。20.根据权利要19所述的装置，其中，所述第一信号产生部分具有约0.8皮法的电容。21.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一信号产生部分的电容比所述第二信号产生部分的电容大。22.根据权利要求21所述的装置，其中，所述第一信号产生部分的电容是所述第二信号产生部分的电容的1000倍。23.根据权利要求1所述的装置，包括将所述电容器电极粘合到所述硅晶片的粘合金属。24.根据权利要求23所述的装置，其中，所述粘合金属包括一个组中的至少一种，该组包括铝-锗、金-锡和铜。25.根据权利要求24所述的装置，其中，所述粘合金属是铜。26.根据权利要求23所述的装置，其中，所述电容器电极由所述粘合金属形成。27.根据权利要求26所述的装置，其中，所述粘合金属、所述第一信号产生部分和所述第二信号产生部分具有约相同的厚度。28.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电容器电极被设置在衬底上。29.根据权利要求28所述的装置，其中，所述衬底包括集成电路。30.根据权利要求29所述的装置，其中，所述集成电路是专用集成电路(“ASIC”)。31.根据权利要求30所述的装置，其中，所述电容器电极被物理且电耦合到所述ASIC的电子设备。32.根据权利要求31所述的装置，其中，所述电容器电极和所述底部硅晶片端口限定一腔，所述腔被配置成保持通过所述衬底的散布地下通道给予的真空。33.根据权利要求29所述的装置，其中，所述衬底至少部分地被包模包围。34.根据权利要求33所述的装置，其中，所述硅晶片与所述包模物理分隔。35.根据权利要求29所述的装置，其中，所述衬底包括物理且电耦合到所述电容器电极的至少一个硅通孔。36.根据权利要求29所述的装置，其中，所述电容器电极是粘合在所述衬底上的晶圆。37.根据权利要求29所述的装置，其中，所述衬底包括孔晶圆。38.根据权利要求37所述的装置，其中，所述孔晶圆被耦合到集成电路晶圆。39.根据权利要求38所述的装置，其中，所述集成电路晶圆包括专用集成电路。40.根据权利要求38所述的装置，其中，所述孔晶圆通过互连被触碰到所述集成电路晶圆上。41.根据权利要求40所述的装置，包括密封件，所述密封件被设置在所述孔晶圆和所述集成电路晶圆之间，且在所述互连外部。42.根据权利要求40所述的装置，其中，所述集成电路包括待被焊接到其他电子设备的焊接凸点。43.根据权利要求1所述的装置，包括差分电路，所述差分电路被耦合到所述第一信号产生部分和所述第二信号产生部分，并且所述差分电路被配置成测量所述第一信号产生部分和所述第二信号产生部分之间的信号差以提供电容差分信号。44.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电容器电极通过包括熔融粘合到所述硅晶片的工艺被形成。45.一种方法，包括: 形成硅晶片的顶部部分，所述硅晶片的...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·布雷泽克，
申请(专利权)人：快捷半导体公司，
类型：
国别省市：