[發(fā)明專利]用于測量力的裝置和制作其的方法

在審

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• 申請日: 2015-11-24
• 公開（公告）號: CN105571748A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 不公告發(fā)明人
• 申請（專利權(quán)）人: 青島金智高新技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18
• 代理公司: 青島申達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37243
• 代理人: 蔣遙明

技術(shù)領(lǐng)域

本文公開的主題涉及基于半導(dǎo)體微機(jī)電的傳感器(MEMS)，其用于檢測從機(jī)械應(yīng)力、化學(xué)機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力、電磁場等產(chǎn)生的小的力或撓曲。更具體地，本文公開的主題涉及用于感測壓力的裝置和制造其的方法。

背景技術(shù)

基于半導(dǎo)體微電子的傳感器的發(fā)展已經(jīng)極大地降低這樣的傳感器的尺寸和成本。硅微傳感器的電和機(jī)械性質(zhì)以及硅微加工和半導(dǎo)體微電子技術(shù)已經(jīng)得到改進(jìn)。例如，微加工的硅壓力傳感器、加速度傳感器、流量傳感器、濕度傳感器、麥克風(fēng)、機(jī)械振蕩器、光學(xué)和RF開關(guān)和衰減器、微型閥、噴墨打印頭、原子力顯微鏡針尖等在醫(yī)療、航空、工業(yè)和汽車市場中的各種應(yīng)用中使用。硅的高屈服強(qiáng)度、在室溫的彈性以及硬度性質(zhì)使其對于例如可用于傳感器結(jié)構(gòu)的共振結(jié)構(gòu)是理想的基底材料。甚至例如手表、潛水設(shè)備、手持式輪胎壓力計和睡眠呼吸機(jī)的消費品可包含硅微加工傳感器。

對硅傳感器在不斷擴(kuò)大的使用領(lǐng)域中的需求持續(xù)激發(fā)對為特定環(huán)境和應(yīng)用而優(yōu)化的新的且不同的硅微傳感器幾何形狀和配置的需要。一般的微機(jī)電裝置以及用于測量例如特別是壓力的力的傳感器的擴(kuò)大的使用領(lǐng)域已經(jīng)形成對甚至更小的裝置的需求。遺憾地，已經(jīng)難以生產(chǎn)對于壓力中的小變化也高度靈敏的更小的裝置。因為裝置的小尺寸以及使用的幾何形狀的薄的性質(zhì)，常規(guī)的技術(shù)難以維持需要的嚴(yán)格的公差，尤其是在高容量制造期間。另外，在制造期間結(jié)構(gòu)可在這樣的MEMS裝置內(nèi)擴(kuò)散或注入的深度中的限制限制了這樣的裝置的設(shè)計和操作特性。

提供用于制造不僅尺寸小而且可以在高容量中有效生產(chǎn)的高度靈敏的壓力傳感器，這將是有利的。上面的論述只對于一般背景信息提供并且不意在用作確定要求保護(hù)的主題的范圍的輔助手段。

發(fā)明內(nèi)容

公開了用于測量力的裝置和制作其的方法。該裝置包括隔膜腔內(nèi)的凸起結(jié)構(gòu)，其中該凸起結(jié)構(gòu)具有大致上平行的側(cè)壁并且在它的寬度上具有大致上均勻的厚度。一個或多個傳感器靠近隔膜安裝來感測隔膜中的撓曲，其受該凸起結(jié)構(gòu)控制。可在傳感器的一些公開的實施例的實踐中實現(xiàn)的優(yōu)勢是隔膜和基于MEMS的壓力傳感器的凸起結(jié)構(gòu)兩者的形狀和尺寸甚至可以使用高容量制造技術(shù)來精確地控制。

在一個示范性實施例中，公開用于測量力的裝置，該裝置包括第一晶片，其包括設(shè)置在第一裝置層與第二裝置層之間的第一氧化埋層。該裝置進(jìn)一步包括通過第二氧化埋層而結(jié)合到第一裝置層的第二晶片。隔膜腔從第二裝置層延伸通過第一裝置層、第二氧化埋層和第二晶片，其中第二裝置層在隔膜腔上形成隔膜。在從第一氧化埋層延伸的隔膜腔內(nèi)提供凸起結(jié)構(gòu)。該凸起結(jié)構(gòu)具有大致上平行的側(cè)壁。提供第二裝置層中的第一傳感器來感測隔膜中的撓曲。

在另一個示范性實施例中，公開用于測量力的裝置，該裝置包括第一晶片，其包括設(shè)置在第一裝置層與第二裝置層之間的第一氧化埋層。該裝置進(jìn)一步包括通過第二氧化埋層而結(jié)合到第一裝置層的第二晶片。隔膜腔從第二裝置層延伸通過第一裝置層、第二氧化埋層和第二晶片，其中第二裝置層在隔膜腔上形成隔膜。在從第一氧化埋層延伸的隔膜腔內(nèi)提供凸起結(jié)構(gòu)。該凸起結(jié)構(gòu)具有大致上平行的側(cè)壁。提供第二裝置層中的第一傳感器來感測隔膜中的撓曲。

在再另一個示范性實施例中，公開了限定凸起結(jié)構(gòu)的方法，其用于在用于測量力的裝置中使用，該方法包括蝕刻第一晶片的第一裝置層中的第一和第二溝道的步驟，該第一和第二溝道大致上互相平行并且從第一晶片的頂表面延伸到第一氧化埋層來限定凸起結(jié)構(gòu)。在第一和第二溝道的垂直側(cè)壁(其包括鄰近由第一和第二溝道限定的凸起結(jié)構(gòu)的內(nèi)垂直側(cè)壁)上施加熱氧化層。在施加熱氧化層的步驟后在第一裝置層中蝕刻至少兩個犧牲鰭，這些犧牲鰭從頂表面延伸到第一氧化埋層并且具有大致上無氧化物的邊緣，這些犧牲鰭設(shè)置在位于第一和第二溝道的側(cè)面的區(qū)中。犧牲鰭通過蝕刻第一裝置層的一部分而去除來限定隔膜和隔膜腔。內(nèi)垂直側(cè)壁上的熱氧化層被去除。

提供一種用于測量力的裝置，所述裝置包括：第一晶片，其包括設(shè)置在第一裝置層與第二裝置層之間的第一氧化埋層；第二晶片，其通過第二氧化埋層而結(jié)合到所述第一裝置層；隔膜腔，其從所述第二裝置層延伸通過所述第一裝置層、所述第二氧化埋層和所述第二晶片，其中所述第二裝置層在所述隔膜腔上形成隔膜；所述隔膜腔內(nèi)的凸起結(jié)構(gòu)，所述凸起結(jié)構(gòu)從所述第一氧化埋層延伸，所述凸起結(jié)構(gòu)具有大致上平行的側(cè)壁；以及靠近所述隔膜的所述第二裝置層中的第一傳感器，用于感測所述隔膜中的撓曲。

優(yōu)選的，所述凸起結(jié)構(gòu)在它的寬度上具有大致上均勻的厚度。

優(yōu)選的，所述第一傳感器包括壓電電阻器。