[发明专利]具有改进的凹部或者空腔结构的微型机械装置

说明书

本发明提供了一种传感器，其包括第一衬底和第二衬底。所述第一衬底包括第一侧和相对的第二侧，其中，所述第一侧具有凹部。所述凹部由一个或者多个侧壁和底壁限定。所述侧壁中的一个或者多个大体上垂直于所述底壁。感测膜片限定在所述第一衬底的所述第二侧与所述凹部的所述底壁之间。凸起从所述凹部的所述底壁延伸。所述第二衬底可以包括第一侧和相对的第二侧，其中，所述第一侧具有凹部。可以将所述第一衬底的所述第一侧固定到所述第二衬底的所述第一侧，从而使所述第一衬底中的所述凹部面向所述第二衬底中的所述凹部并且与所述第二衬底中的所述凹部流体连通。

技术领域

本公开大体上涉及微机电系统（MEMS），并且更具体地涉及具有改进的凹部或者空腔结构的微机电系统。

背景技术

微机电系统（MEMS）广泛用于各种应用，包括：例如，商业、汽车、航天、工业和医疗应用。微机电系统（MEMS）可以包括通过使用微制造技术而制造的微型机械和机电元件（即，装置和结构）。MEMS系统可以包括各种装置和/或系统，其包括微传感器和微致动器。

示例MEMS微传感器是压力传感器。该压力传感器通常是通过将凹部各向异性地蚀刻到硅衬底管芯的背面中，留下薄的柔性膜片而形成的。在操作时，将膜片的至少一个表面暴露于输入压力。膜片根据输入压力的大小偏转，并且该偏转引起压敏电阻器的电阻发生变化。压敏电阻器的电阻的变化反映为至少部分地由压敏电阻器形成的电阻电桥的输出电压信号的变化。在一些情况下，通过添加支撑凸起将膜片制造得更薄，这样做可以帮助提高平板膜片上的膜片的敏感度。

MEMS管芯的成本通常直接与管芯大小相关。具有凹部或者空腔的MEMS装置（诸如，压力传感器或者其它MEMS装置）的管芯大小通常由凹部或者空腔的结构决定。在帮助减小管芯大小的同时仍然实现良好的装置性能的具有改进的凹部或者空腔结构的MEMS装置将是可取的。

发明内容

本公开大体上涉及微机电系统（MEMS），并且更具体地涉及具有改进的凹部或者空腔结构的微机电系统。

示例MEMS装置是压力传感器。虽然压力传感器在本文中用于说明性目的，但是可以预期的是，根据需要本公开可应用于任何合适的MEMS装置。说明性压力传感器可以包括第一衬底（substrate）和第二衬底。第一衬底可以具有第一侧和相对的第二侧。第一侧可以具有凹部。该凹部可以由一个或者多个侧壁和底壁限定，其中，一个或者多个侧壁大体上垂直于底壁。感测膜片可以限定在第一衬底的第二侧与凹部的底壁之间。在一些情况下，凸起可以从凹部的底壁延伸到凹部中。凸起可以由侧壁限定，其中，凸起的侧壁可以大体上垂直于凹部的底壁。第二衬底可以包括第一侧和相对的第二侧。第一侧可以具有凹部。可以将第一衬底的第一侧固定到第二衬底的第一侧，从而使第一衬底中的凹部面向第二衬底中的凹部并且与第二衬底中的凹部流体连通，形成压力传感器装置。

在另一示例中，传感器可以包括传感器本体，该传感器本体具有第一侧和第二侧。密封的嵌入式空腔可以位于传感器本体的第一侧和第二侧之间，其中，感测膜片在密封的嵌入式空腔与传感器本体的第一侧之间。嵌入式空腔的范围可以由一个或者多个侧壁、靠近（towards）传感器本体的第一侧的顶壁、以及靠近传感器本体的第二侧的底壁限定。在一些情况下，凸起可以从感测膜片延伸并延伸到嵌入式空腔中，但并不一直延伸到嵌入式空腔的另一侧。凸起可以沿感测膜片侧向延伸并且可以在一个、两个、三个、四个、五个或者更多个离散位置与嵌入式空腔的侧壁中的一个或者多个侧壁相交。在一些情况下，凸起可以由侧壁限定，其中，凸起的侧壁大体上垂直于嵌入式空腔的顶壁。

形成传感器的示例方法可以包括：在绝缘体上硅（SOI）衬底的外延层中蚀刻出凹部。SOI晶片可以包括衬底层和外延层，其中，氧化层在衬底层与外延层之间。蚀刻的凹部可以限定出感测膜片和该感测膜片的凸起的范围。该方法可以进一步包括：将凹部蚀刻到第二衬底中并且将绝缘体上硅（SOI）衬底固定到第二衬底，从而使绝缘体上硅（SOI）衬底的外延层中的凹部面向第二衬底中的凹部并且与第二衬底中的凹部流体连通。该方法可以进一步包括：去除绝缘体上硅（SOI）衬底的衬底层。