[发明专利]用于测量环境力的器件及其制造方法

说明书

技术领域

本文公开的主题涉及基于半导体微机电的传感器(MEMS)，它们可用于检测从例如机械应力、化学机械应力、热应力、电磁场等的环境因素所生成的小力或挠曲。更具体地说，本文公开的主题涉及用于感测压力的器件及其制造方法。

背景技术

基于半导体微电子的传感器的发展极大地帮助了减小此类传感器的尺寸和成本。硅微传感器的电性质和机械性质，以及硅显微机械加工和半导体微电子技术已经有所改进。例如，微机械加工硅压力传感器、加速度传感器、流量传感器、湿度传感器、麦克风、机械振荡器、光和RF开关和衰减器、微阀、喷墨打印头、原子力显微镜尖端等广泛地已知为在医疗、航天、工业和汽车市场中具有多种应用。硅的高屈服强度、室温下的弹性和硬度特性使它成为共振结构(例如，可用于传感器结构)的理想基础材料。甚至例如手表、斯库巴潜水设备和手持轮胎压力计的消费商品可结合硅微机械加工传感器。

不断扩大的使用领域中对硅传感器的需求继续激发以下的需要：针对特定环境和应用进行优化的新的和不同的硅微传感器几何形状和配置。一般的微机电器件以及特别用于测量环境力(例如，压力)的传感器的这些不断扩大的使用领域已经引起对更小器件的需求。然而，在生产还对压力的微小变化高度灵敏的更小器件方面一直存在困难。由于器件的小尺寸和所使用几何形状的薄性质，常规技术难以保持所需的严格公差，特别是在大量制造期间。另外，制造期间结构可在此类MEMS器件中扩散或注入的深度限制限制了此类器件的设计和操作特性。

提供一种用于制造不仅尺寸小而且可有效地大量生产的高度灵敏压力传感器的方法是有利的。

上述讨论仅提供用作一般背景信息且无意用作帮助确定要求权益的主题的范围。

发明内容

公开一种测量环境力的器件及其制造方法，该器件包括器件晶圆，器件晶圆包括通过第一绝缘层与第二器件层分隔的第一器件层。第一器件晶圆接合到蚀刻的衬底晶圆以创建悬浮隔膜和凸耳，其挠曲由嵌入的感测元件确定。在实践所述器件和制造方法的一些实施例中可实现的一个优点是，基于MEMS的压力传感器的隔膜和凸耳结构的厚度都能够使用大量平面制造技术精确地控制。这些精确的厚度又确定了传感器的操作特性，导致提高的性能和更低的位置灵敏度，特别是在低压环境中，例如低于一个大气压。

在一个示范实施例中，公开了一种器件，该器件包括具有器件晶圆的第一器件层的一部分的凸耳，该器件晶圆包括第一器件层和第二器件层，通过第一绝缘层将第一器件层与第二器件层分隔；位于衬底晶圆顶面上的隔膜空腔，衬底晶圆的顶面接合到第一器件层的顶面以在隔膜空腔上形成隔膜，该隔膜包括第二器件层的一部分，并且凸耳从隔膜延伸；以及位于第二器件层中用于感测隔膜中的挠曲的感测元件。

在另一个示范实施例中，公开了一种用于制造器件的方法，包括以下步骤：在衬底晶圆的第一器件层的顶面上形成凸耳空腔以形成凸耳，该器件晶圆包括第一器件层，通过第一绝缘层与第一器件层分隔的第二器件层，以及通过第二绝缘层与第二器件层分隔的处理层；在衬底晶圆的顶面上形成隔膜空腔；将第一器件层的顶面接合到衬底晶圆的顶面以在隔膜空腔上形成隔膜，该隔膜包括第二器件层的一部分，并且凸耳从隔膜延伸；从器件晶圆去除处理层和第二绝缘层；以及在第二器件层中放置感测元件以感测隔膜中的挠曲。

本发明的概述仅意在根据一个或多个说明性实施例提供本文所公开主题的简要概览，而并非用作解释权利要求的指南或者定义或限制本发明的范围，本发明的范围仅由所附权利要求定义。提供本概述以便以简化形式介绍概念的说明性选择，下面在详细描述中进一步描述这些概念。本概述不是要识别要求权益的主题的关键特征或基本特征，也不是意在用于帮助确定要求权益的主题的范围。要求权益的主题并不局限于解决背景技术中注意的任何或所有缺点的实现。

附图说明

以能够理解本发明的特征的方式，本发明的详细描述可通过参照某些实施例进行，其中一部分在附图中示出。但是要注意，附图仅示出本发明的某些实施例，并因此不是要被认为对其范围的限制，因为本发明的范围包含其它同样有效的实施例。附图不一定按照比例绘制，重点一般在于说明本发明的某些实施例的特征。在附图中，相似的标号用于在多个视图中通篇表示相似的部件。因此，为了进一步理解本发明，可结合附图参照以下详细描述，附图包括：

图1是本发明的一示范实施例中的传感器的截面图；

图2是示出在本发明的一示范实施例中制造传感器的步骤的过程流程；

图3是本发明的一示范实施例中具有蚀刻的凸耳空腔的器件晶圆的截面图；以及