使用振膜中嵌入的Ti-W引线吸气剂的CMOS压力传感器制造技术

多种实施例涉及一种压力传感器，包括：压力敏感振膜，悬置在腔体上，其中通过一组锚结构将所述振膜固定到衬底；以及吸气剂材料，嵌入在所述振膜中，其中所述吸气剂表面接触腔体内的任何气体，并且通过能够将通过吸气剂材料的电流传导通过衬底的锚结构来将吸气剂材料的两端点附着到所述衬底。

【技术实现步骤摘要】

这里所公开的多种示例实施例通常涉及用于调节(regulate)由于在压力敏感振膜腔内的释气而引起的压力变化的吸气剂。
技术介绍
微机电系统(MEMS)压力传感器依赖于对悬置振膜(suspended membrane)(例如，硅或氮化硅)的偏斜的准确测量。通常这种传感器具有公知的压电电阻型或电容型读数。参见例如Sui jlen等人题为“MEMS压力传感器(MEMS pressure sensor) ”的美国专利N0.8，256，298。为了令这些传感器具有精确的参考压力，必须将振膜下面的腔体与环境完美地密封，这对用于密封腔体的封装提出严格限制。传统装置启用昂贵的双晶片结合技术来产生气密密封的腔体。具有电容型读数的压力传感器相对于具有传统压电电阻型读数的压力传感器具有明确优点，包括非常低的功耗以及较高的灵敏度。例如，一些压力传感器使用较薄的悬置氮化硅(SiN)振膜作为电容型MEMS压力计。为了实现必要的压力参考，使用等离子体增强型化学气相沉积(PECVD) SiN密封工艺来气密地封闭SiN振膜下的腔体。器件性能主要取决于这种振膜的物理、机械和结构特性以及防止在振膜内形成孔所需的厚度。在其他性能因素中，振膜密度和成分确定释气行为和扩散势皇的特性。内部应力以及压力传感器的灵敏度由振膜的厚度和刚性来确定，其中振膜的厚度和坚硬性是相关的。由于当前在本领域中将吸气剂膜用于覆盖振膜，只有当通过将整个结构放置在加热环境中来密封振膜时，才激活吸气剂材料。
技术实现思路
考虑到当前需要防止不受控的释气并且在MEMS压力传感器中实现稳定的腔体压力，提出了对多种示例实施例的概述。在以下概述中可以进行一些简化和省略，这是为了强调并介绍多种示例实施例的一些方面，而不是为了限制本专利技术的范围。以下部分示出了足以允许本领域技术人员利用并使用本专利技术构思的对优选示例实施例的详细描述。多种示例实施例涉及一种压力传感器，包括:压力敏感振膜，悬置在腔体上，其中通过一组锚结构(anchors)将所述振膜固定到衬底；以及吸气剂材料，嵌入在所述振膜中，其中所述吸气剂表面接触腔体内的任何气体，并且通过能够将通过吸气剂材料的电流传导通过衬底的锚结构来将吸气剂材料的两端点附着到所述衬底。在备选实施例中，所述吸气剂材料包括薄引线，在一些实施例中所述引线包括钛(Ti)，在一些实施例中所述引线包括钨(W)，在一些实施例中所述引线还包括氮化钛(TiN)。在一些实施例中，引线宽度是0.7 μ m或更少，在一些实施例中，引线长度是40 μ m或更长。在多种实施例中，所述压力传感器还包括通过密封通道与所述腔体相连的第二腔体，其中所述振膜悬置在两个腔体和密封通道上，且吸气剂材料嵌入在所述振膜中以靠近第二腔体。在一些实施例中，密封通道在一个角处从所述压力传感器的振膜和腔体横向突出。在一些实施例中，密封通道小于所述振膜的横向宽度的1/10。在一些实施例中，所述压力传感器还包括围绕吸气剂材料的隔离沟槽(trench)。在一些实施例中，所述压力传感器包括位置紧邻吸气剂材料的两个或更多个隔热沟槽。在备选实施例中，用氧化物或氮化物之一来密封所述振膜内的一组刻蚀孔。多种示例实施例涉及一种制造压力传感器的方法，所述方法包括:将压力敏感振膜悬置在腔体上，其中将吸气剂引线嵌入在所述振膜中，使得所述吸气剂引线的表面接触腔体内的任何气体，并且所述吸气剂引线与电流源电连接；通过用锚结构固定所述振膜来气密地密封所述腔体，其中通过所述锚结构来传输电流源；以及通过加热所述吸气剂引线来减小在气密密封的腔体内的气体压力。在备选实施例中，所述加热吸气剂材料的步骤包括使来自电流源的电流流经吸气剂材料。在其它实施例中，所述方法包括在不使用所述压力传感器之前，延迟对吸气剂材料进行加热。在其它实施例中，所述方法包括:与所述腔体内的气体压力无关地确定绝对外部压力；在所述压力传感器的读数与测量到的绝对压力相等之前，对所述吸气剂材料进行加热。在一些备选实施例中，所述对吸气剂材料进行加热的步骤发生在对嵌有所述压力传感器的设备进行装配的最后步骤之后。在备选实施例中，所述振膜悬置在所述腔体、第二腔体二者以及将所述腔体与第二腔体相连的密封通道上，并且将所述吸气剂引线嵌入在所述振膜中以靠近第二腔体。多个示例实施例涉及一种制造压力传感器的方法，所述方法包括:沉积金属引线，与此同时将压力敏感振膜悬置在腔体上，其中所述引线嵌入在所述振膜中，使得引线表面接触所述腔体内的任何气体；刻蚀牺牲层(sacrificial layer);用氧化物或氮化物之一来密封所述振膜中的刻蚀孔；以及通过对引线进行加热来减小腔体内的气体压力，其中对引线进行加热包括使较小的电流传输通过所述引线。应该清楚的是按照这种方式，多种示例实施例能够在MEMS压力传感器中实现稳定的腔体压力。【附图说明】为了更好的理解多种示例实施例，现参考附图，其中:图1示出了具有嵌入式吸气剂材料的示例压力敏感振膜；图2示出了图1的示例压力敏感振膜的横截面；图3示出了图1的示例压力敏感振膜的另一横截面；图4示出了模拟的在妈丝(tungsten meander)中的温度增加；图5示出了针对分离腔体的备选配置；图6示出了阐述在不同长度下针对10mA电流和0.7x0.7横截面的引线中心温度的示例图。【具体实施方式】如上所述，具有电容型读数的压力传感器相对于具有传统压电电阻型读数的压力传感器具有明确优点:包括非常低的功耗以及较高的灵敏度。此外，当压力敏感振膜直接构建在集成读取电路的顶部作为单个管芯解决方案时，可以实现明显的改善:减小了寄生电容，因此导致比独立电容型压力传感器管芯更好的信噪比。此外，由于将多个冗余振膜构建在CMOS顶部，而非使用单独的、物理分离的压力传感器管芯，改善了形式因子以及封装。此夕卜，由于在管芯层面改善的匹配和校准，将性能展宽最小化。此夕卜，由于例如电磁场的芯片上屏蔽，明显减小了环境干扰。由于所有这些原因，电容型压力传感器可以构建在CMOS读取电路的最后钝化层的顶部上。压力传感器技术可以使用针对布线并屏蔽板的公共后端线(BE0L)层。设备包括彼此被腔体和隔离/刻蚀停止层分离的底部电极板和顶部电极板。传感器的重要部件是在从外部施加的压力下偏斜的可移动振膜。压力改变与金属电极层之间的电容改变直接相关。为了产生上覆在腔体的自由悬置振膜，将牺牲层沉积在底部电极和刻蚀停止层上。在制造过程期间，可以通过使用干法刻蚀方法通过在振膜内刻蚀的微孔来去除牺牲层，其中所述干刻方法避免粘连(sticking)。在牺牲刻蚀之后，形成悬置的穿孔振膜，随后用SiN或Si02电介质膜密封该悬置穿孔振膜。为了校准和精度的目的，大部分传统微机械加工压力传感器使用对参考腔体进行密封的气密振膜，其中该参考腔体处于特定计量压力下(在理想情况下，计量压力是真空的)。可以确定外部压力，这是由于外部压力和计量压力之间的压力差在振膜上产生力，导致振膜偏斜。然后通过压电电阻型、电容型或光学型传感器来测量这种偏斜。这种类型的压力传感器设计存在若干相关问题。首先，参考腔体内的气体压力需要是非常稳定的，以避免传感器输出随着时间而漂移，意味着该振膜应该具有非常高的密闭程度，使得空气或气体无法穿过所述振膜或沿着所述界面。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力传感器，包括：压力敏感振膜，悬置在腔体上，其中通过一组锚结构将所述振膜固定到衬底；以及吸气剂材料，嵌入在所述振膜中，其中所述吸气剂的表面接触腔体内的任何气体，并且通过能够将通过吸气剂材料的电流传导通过衬底的锚结构来将吸气剂材料的两端点附着到所述衬底。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：威廉·弗雷德里克·亚德里亚内斯·贝什林，马特吉·戈森斯，皮特·杰勒德·斯蒂内肯，雷默克·亨里克斯·威廉默斯·皮内伯格，马藤·奥尔德森，卡斯珀·范德阿奥斯特，
申请(专利权)人：ams国际有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH