[实用新型]微机电器件

说明书

技术领域

本发明涉及微机电器件。

背景技术

下文中，术语“掩埋腔”是指半导体材料本体或芯片内的空区域(或者填充有气体的区域)，它们与本体的两个主面相距一定距离延伸，通过半导体和/或介电材料的部分与这些面分离。

如已知的，包括采用MEMS技术至少部分由半导体材料制成的微机械结构的传感器由于其小尺寸、低制造成本和灵活性的有利特性而得到越来越广泛的使用。

MEMS传感器通常包括：微机械感应结构，将待检测的物理或机械量转换为电量(例如，与电容变化相关)；以及电子读取电路，通常被形成为ASIC(专用集成电路)，其执行电量的处理操作(即，放大和过滤)并提供电输出信号(模拟(例如，电压)或数字(例如，PDM(脉冲密度调制)信号))。然后，使得可能被电子接口电路进一步处理的电信号可用于外部电子系统，例如结合传感器的电子装置的微处理器控制电路。

MEMS传感器例如包括：用于检测物理量的传感器(例如，惯性传感器)，其检测加速度或角速度数据；所得信号(诸如四元数(表示三维空间中的旋转和方向的数据)、重力信号等)的传感器；运动传感器，诸如步进计数器、跑步传感器、上坡传感器等；以及环境信号，检测诸如压力、温度和湿度的量。

为了感应物理/机械量，所考虑类型的MEMS传感器包括形成在半导体芯片中或形成在半导体芯片上并且悬置在第一腔上方的隔膜或块。隔膜可以面对外部环境或者经由流体路径与其通信。

例如，2013年6月28日提交的意大利专利申请第TO2013A000540号描述了一种MEMS器件，其中器件的形成隔膜的感应部分与芯片的剩余部分分离并且被弹簧支撑。弹簧将感应部分与芯片的剩余部分去耦合并吸收封装应力而不将其转移至感应部分。在该器件中，感应部分容纳在第二腔内或面对第二腔，这能够限制感应部分相对于芯片的剩余部分的移动。

在实践中，该器件具有两个腔，其中第一腔限定隔膜，第二腔能够将器件的感应部分与剩余部分去耦合。在已知器件中，为了得到两个腔，使用接合到一起的两个半导体晶圆。如下面参照图1和图2所讨论的，如果器件设置有盖，则其形成在也被接合的第三晶圆中。

图1以简化方式示出了形成在半导体材料(诸如硅)的芯片10中的MEMS传感器1。盖11固定至芯片10的第一面10A，并且封闭区域12经由间隔件26固定至芯片10的第二面10B。

芯片10包括通过沟槽14与芯片10的外围部分18分离的悬置区域13。弹性元件(也称为弹簧15)支持感应区域13并且将其机械地连接至外围部分18。感应区域13容纳界定隔膜19的掩埋腔16。

第二腔21在感应区域13下方延伸。感应区域13设置有杆20(也称为Z止停器)，其在第二腔21中延伸并且在可能损伤弹簧15的撞击或应力的情况下限制感应区域13的振荡。

这里，盖11覆盖芯片10的整个第一面10A的顶部，并且保护芯片免受外部环境的干扰。盖11经由接合区域22(例如金属，诸如金、锡或铜，或者聚合材料或玻璃材料(玻璃熔块))固定至外围部分18，并由此由于接合区域22的厚度而通过间隙23与第一面10A隔开。此外，盖11具有通孔24，其将隔膜19流体地连接至环绕芯片10的环境。

在MEMS传感器1的操控期间(例如，在传输至组件系统期间)，封闭区域12具有保护功能。通常，封闭区域12通过容纳电子部件的第二芯片(诸如ASIC)组成，但是可以通过另一支撑件(诸如印刷电路板等)组成。通常，封闭区域12具有隔离沟槽17，以防止接合 区域22的材料到达移动部分，限制其以不期望的方式移动。

由于第二腔21，承载MEMS传感器的感应部分(隔膜19)的感应区域13在特定限制内沿着垂直方向(垂直于芯片10的主延伸面，由此垂直于其面10A、10B)自由移动，并且在制造期间特别是在封装期间不被应力所影响，因为感应区域13与外围部分机械地去耦合。

图1和图2的器件通过将三个晶圆接合到一起而形成。具体地，初始地(图3A)，单晶硅的第一晶圆350被处理用于在底部形成界定隔膜19的掩埋腔16。掩埋腔16的形成可以多种方式发生，例如如EP1577656所描述。此外，在第一晶圆350的第一面350A上，沉积金层以形成第一接合和电连接结构351。此外，使用硅蚀刻从前面蚀刻第一晶圆350，用于横向地限定沟槽14和弹簧15。