[發明專利]用于測量環境力的器件及其制造方法

無效

• 申請號: 201210161647.3
• 申請日: 2012-05-23
• 公開（公告）號: CN102795590A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: S.K.加米奇;N.V.曼特拉瓦迪
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 柯廣華;朱海煜

技術領域

本文公開的主題涉及基于半導體微機電的傳感器(MEMS)，它們可用于檢測從例如機械應力、化學機械應力、熱應力、電磁場等的環境因素所生成的小力或撓曲。更具體地說，本文公開的主題涉及用于感測壓力的器件及其制造方法。

背景技術

基于半導體微電子的傳感器的發展極大地幫助了減小此類傳感器的尺寸和成本。硅微傳感器的電性質和機械性質，以及硅顯微機械加工和半導體微電子技術已經有所改進。例如，微機械加工硅壓力傳感器、加速度傳感器、流量傳感器、濕度傳感器、麥克風、機械振蕩器、光和RF開關和衰減器、微閥、噴墨打印頭、原子力顯微鏡尖端等廣泛地已知為在醫療、航天、工業和汽車市場中具有多種應用。硅的高屈服強度、室溫下的彈性和硬度特性使它成為共振結構(例如，可用于傳感器結構)的理想基礎材料。甚至例如手表、斯庫巴潛水設備和手持輪胎壓力計的消費商品可結合硅微機械加工傳感器。

不斷擴大的使用領域中對硅傳感器的需求繼續激發以下的需要：針對特定環境和應用進行優化的新的和不同的硅微傳感器幾何形狀和配置。一般的微機電器件以及特別用于測量環境力(例如，壓力)的傳感器的這些不斷擴大的使用領域已經引起對更小器件的需求。然而，在生產還對壓力的微小變化高度靈敏的更小器件方面一直存在困難。由于器件的小尺寸和所使用幾何形狀的薄性質，常規技術難以保持所需的嚴格公差，特別是在大量制造期間。另外，制造期間結構可在此類MEMS器件中擴散或注入的深度限制限制了此類器件的設計和操作特性。

提供一種用于制造不僅尺寸小而且可有效地大量生產的高度靈敏壓力傳感器的方法是有利的。

上述討論僅提供用作一般背景信息且無意用作幫助確定要求權益的主題的范圍。

發明內容

公開一種測量環境力的器件及其制造方法，該器件包括器件晶圓，器件晶圓包括通過第一絕緣層與第二器件層分隔的第一器件層。第一器件晶圓接合到蝕刻的襯底晶圓以創建懸浮隔膜和凸耳，其撓曲由嵌入的感測元件確定。在實踐所述器件和制造方法的一些實施例中可實現的一個優點是，基于MEMS的壓力傳感器的隔膜和凸耳結構的厚度都能夠使用大量平面制造技術精確地控制。這些精確的厚度又確定了傳感器的操作特性，導致提高的性能和更低的位置靈敏度，特別是在低壓環境中，例如低于一個大氣壓。

在一個示范實施例中，公開了一種器件，該器件包括具有器件晶圓的第一器件層的一部分的凸耳，該器件晶圓包括第一器件層和第二器件層，通過第一絕緣層將第一器件層與第二器件層分隔；位于襯底晶圓頂面上的隔膜空腔，襯底晶圓的頂面接合到第一器件層的頂面以在隔膜空腔上形成隔膜，該隔膜包括第二器件層的一部分，并且凸耳從隔膜延伸；以及位于第二器件層中用于感測隔膜中的撓曲的感測元件。

在另一個示范實施例中，公開了一種用于制造器件的方法，包括以下步驟：在襯底晶圓的第一器件層的頂面上形成凸耳空腔以形成凸耳，該器件晶圓包括第一器件層，通過第一絕緣層與第一器件層分隔的第二器件層，以及通過第二絕緣層與第二器件層分隔的處理層；在襯底晶圓的頂面上形成隔膜空腔；將第一器件層的頂面接合到襯底晶圓的頂面以在隔膜空腔上形成隔膜，該隔膜包括第二器件層的一部分，并且凸耳從隔膜延伸；從器件晶圓去除處理層和第二絕緣層；以及在第二器件層中放置感測元件以感測隔膜中的撓曲。

本發明的概述僅意在根據一個或多個說明性實施例提供本文所公開主題的簡要概覽，而并非用作解釋權利要求的指南或者定義或限制本發明的范圍，本發明的范圍僅由所附權利要求定義。提供本概述以便以簡化形式介紹概念的說明性選擇，下面在詳細描述中進一步描述這些概念。本概述不是要識別要求權益的主題的關鍵特征或基本特征，也不是意在用于幫助確定要求權益的主題的范圍。要求權益的主題并不局限于解決背景技術中注意的任何或所有缺點的實現。

附圖說明

以能夠理解本發明的特征的方式，本發明的詳細描述可通過參照某些實施例進行，其中一部分在附圖中示出。但是要注意，附圖僅示出本發明的某些實施例，并因此不是要被認為對其范圍的限制，因為本發明的范圍包含其它同樣有效的實施例。附圖不一定按照比例繪制，重點一般在于說明本發明的某些實施例的特征。在附圖中，相似的標號用于在多個視圖中通篇表示相似的部件。因此，為了進一步理解本發明，可結合附圖參照以下詳細描述，附圖包括：

圖1是本發明的一示范實施例中的傳感器的截面圖；

圖2是示出在本發明的一示范實施例中制造傳感器的步驟的過程流程；

圖3是本發明的一示范實施例中具有蝕刻的凸耳空腔的器件晶圓的截面圖；以及