微集成传感器和电子设备制造技术

本公开涉及微集成传感器和电子设备，微集成传感器包括由半导体材料的传感器层、半导体材料的盖帽层、以及绝缘层形成的堆叠。传感器层和盖帽层具有围绕中心部分的相应外周部分，以及绝缘层延伸在传感器层和盖帽层的外周部分之间。气隙延伸在传感器层和保护层的中心部分之间。穿通沟槽延伸进入传感器层的中心部分中直至气隙，并且围绕了容纳敏感元件的平台。盖帽层具有在绝缘层中的穿通孔，从气隙延伸并且形成了与气隙和穿通沟槽的流体路径。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种具有机械去耦的微集成封装MEMS传感器和电子设备。
技术介绍
如已知的那样，使用MEMS(微机电系统)技术获得的微集成传感器由于它们不断提高的可靠性、低成本和非常小尺寸而广泛用于市场上。例如，美国专利No.6,131,466描述了一种压阻类型的微集成MEMS压力传感器及其制造方法。美国专利No.8,173,513中描述了另一种压阻类型和电容类型的微集成压力传感器。微集成传感器通常具有设计用于保护传感器内部结构免受外部环境影响的封装，例如用以减少由于温度、适度、颗粒、或防止其工作或恶化其性能的元素引起的干扰，和/或用于提高其机械强度。另一方面，封装的制造可以引起应力，其可以不利地影响传感器的性能、稳定性和可靠性的特性。这对于基于硅的压阻特性的传感器是特别正确的，其中在还能机制中直接包含了应力。在这些情形中，随后特别地需要封装的精确设计以便于限制由封装和由组装工艺引起的应力的效果，特别关注涉及所使用的材料以及在传感器和封装之间机械耦合期间引起的效应。例如，由于其低成本和高产量，可以不简单地采用最普遍用于微电子器件的通过模塑而封装的工艺，因为其在树脂注入和冷却期间产生了高应力。上述不希望的效应随着裸片和封装尺寸增大变得越来越重要，并且限制了3D封装技术的使用。在过去，已经提出并采用了各种低应力封装解决方案。在它们的一些中，封装包括设计用于也将传感器从周围环境去耦的机械结构。然而，也可以改进这些解决方案。
技术实现思路
本技术的一个或多个实施例涉及一种可以克服现有技术中一个或多个缺点的微集成封装MEMS传感器。根据本技术的一个实施例，提供了一种微集成封装MEMS传感器。微集成封装MEMS传感器包括具有第一主表面和第二主表面的层堆叠。层堆叠包括传感器层、盖帽层和绝缘层。传感器层和盖帽层具有围绕了相应中心部分的相应外周部分。绝缘层延伸在传感器层和盖帽层的外周部分之间。气隙延伸在传感器层和盖帽层的中心部分之间。多个穿通沟槽延伸进入传感器层的中心部分中并且共同地围绕了容纳敏感元件的平台。盖帽层包括多个穿通孔，沿着气隙和多个穿通沟槽形成了去往敏感元件的流体路径。可选地，该传感器包括在所述传感器层中的弹性连接区域，在所述平台和所述传感器层的外周区域之间，所述多个穿通沟槽由所述弹性连接区域限定。可选地，所述传感器层具有掩埋的空腔以及布置在所述掩埋的空腔和所述第一表面之间的隔膜，所述隔膜容纳所述敏感元件。可选地，该传感器包括保护区域，固定至所述盖帽层的所述外周部分并且面向所述隔膜。可选地，所述保护区域是ASIC或辅助盖帽。可选地，该传感器包括树脂的封装区域，围绕所述绝缘层、所述盖帽层和所述传感器层的所述外周部分。可选地，所述传感器是压阻式压力传感器。可选地，多个穿通沟槽完全围绕所述平台。根据本公开的另一实施例，提供一种电子设备，包括：微集成传感器，包括：半导体层，包括外周部分和中心部分，所述中心部分包括配置用于响应于压力改变而移动的隔膜，所述中心部分包括基本上共同围绕所述隔膜并且将所述隔膜从所述外周部分机械地去耦的多个穿通沟槽；盖帽层，耦合至所述半导体层并且包括外周部分和中心部分，所述盖帽层包括在所述盖帽层的所述中心部分中的多个穿通开口；以及绝缘层，在所述盖帽层和所述半导体层的外周部分之间，所述绝缘层形成在所述盖帽层和所述隔膜的中心部分之间的气隙；流体路径，包括在所述中心部分中的多个穿通开口、气隙以及在所述半导体层的所述中心部分中的所述多个穿通沟槽，其中所述流体路径使得所述隔膜与所述微集成传感器外部的环境流体连通；以及导电凸块，耦合至所述微集成传感器；ASIC，由所述导电凸块耦合至所述微集成传感器；封装材料，围绕所述ASIC和所述微集成传感器的侧表面以形成电子传感器封装；以及微处理器，耦合至所述电子传感器封装。可选地，所述多个穿通沟槽在所述半导体层中形成弹簧。可选地，所述隔膜面向所述ASIC，以及所述隔膜由所述导电凸块与所述ASIC间隔开以形成间隙。可选地，所述隔膜由形成在所述半导体层中的掩埋的空腔而悬置。可选地，进一步包括，耦合至所述微处理器的存储器，以及耦合至所述微处理器的输入/输出接口。可选地，所述半导体层是第一半导体层，其中所述盖帽层是第二半导体层。可选地，所述多个穿通沟槽共同地完全围绕所述隔膜。附图说明为了更好地理解本技术，现在纯粹参照附图借由非限定性示例的方式描述其优选实施例，其中：图1－图4示出了根据本方法的一个实施例的在微集成传感器的后续制造步骤中穿过半导体材料晶片的截面图；图5示出了图4步骤中使用的掩模的版图；图6－图8示出了在其他制造步骤中图1－图4的穿过半导体材料晶片的截面图；图9是图8的晶片的传感器区域的顶视平面图；图10示出了穿过采用图1－图10方法获得的封装传感器的截面图；图11示出了穿过采用图1－图8获得的另一封装传感器的截面图；以及图12示出了包括图10和图11的微集成传感器的电子设备的框图。具体实施方式图1示出了在方法的初始步骤中半导体材料的晶片1的截面图。晶片1是SOI(绝缘体上硅)晶片，包括由氧化硅的绝缘层4分隔的单晶硅的第一结构层2和第二结构层3。结构层2和3具有相应的主表面2A、3A。结构层2和3以及绝缘层4的厚度例如分别是50－100μm，400－600μm，2－3μm，以使得晶片1的总厚度可以被包括大约在450和700μm之间。在晶片1的敏感部分中，随后形成了例如压阻压力传感器的敏感元件5，如图2示意性所示。为此，在第一结构层2内形成空腔7，并且在底部界定了形成了隔膜8的第一结构层2的一部分。例如，隔膜8可以具有包括在2和20μm之间的厚度。空腔7可以以各种已知方式形成，除了包含第二结构层3的体加工工艺之外。例如，其可以类似于前述美国专利No.8,173,513中所述而对于单晶硅的标准晶片形成。特别地，可以在敏感元件5的区域中以未示出的方式刻蚀第二结构层3，以用于形成由沟槽围绕的柱体栅格。随后在还原环境中执行外延生长，使得在第二结构层2的主表面2A上生长了外延层10，其封闭了在顶部围绕柱体的沟槽。在生长的结束处，外延层10实际上与第二结构层2不可区分，并且与后者形成了具有表面11A的传感器层11。随后执行退火步骤以便于使得柱体的硅原子完全迁移并且形成空腔7，在顶部空腔由隔膜8封闭。以未示出的本质上已知的方式在隔膜8的外周区域中形成接触，以形成压阻类型的敏感元件5。随后以未示出的已知方式进行其他已知步骤以形成电连接。在传感器层11的表面11A上形成例如氧化硅、氮氧化硅或氮化硅的介电质材料的钝化层12，并且优选地在钝化层12上形成第一保护层13，第一保护层13是能够抗氢氟酸腐蚀的材料，例如碳化硅或氧化铝。例如，第一保护层13可以具有包括在100和300μm之间的厚度。如图3中所示，薄化第二结构层3。为此，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微集成传感器，其特征在于，包括：堆叠，具有第一表面和第二表面，所述堆叠包括：传感器层，在所述第一表面处，所述传感器层包括围绕中心部分的外周部分，所述中心部分包括容纳敏感元件的平台；盖帽层，在所述第二表面处，所述盖帽层包括外周部分和中心部分，所述盖帽层的所述中心部分包括多个穿通孔；以及绝缘层，位于所述盖帽层和所述传感器层的外周部分之间；以及气隙，位于所述盖帽层和所述传感器层的中心部分之间；以及多个穿通沟槽，在所述传感器层的所述中心部分中，所述多个穿通沟槽一起围绕容纳所述敏感元件的所述平台，其中所述多个穿通孔、所述气隙和所述多个穿通沟槽形成去往所述敏感元件的流体路径。

【技术特征摘要】
2014.10.31 IT TO2014A0009001.一种微集成传感器，其特征在于，包括：
堆叠，具有第一表面和第二表面，所述堆叠包括：
传感器层，在所述第一表面处，所述传感器层包括围绕中心
部分的外周部分，所述中心部分包括容纳敏感元件的平台；
盖帽层，在所述第二表面处，所述盖帽层包括外周部分和中
心部分，所述盖帽层的所述中心部分包括多个穿通孔；以及
绝缘层，位于所述盖帽层和所述传感器层的外周部分之间；
以及
气隙，位于所述盖帽层和所述传感器层的中心部分之间；以
及
多个穿通沟槽，在所述传感器层的所述中心部分中，所述多
个穿通沟槽一起围绕容纳所述敏感元件的所述平台，
其中所述多个穿通孔、所述气隙和所述多个穿通沟槽形成去往所
述敏感元件的流体路径。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，包括在所述传
感器层中的弹性连接区域，在所述平台和所述传感器层的外周区域之
间，所述多个穿通沟槽由所述弹性连接区域限定。
3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器层
具有掩埋的空腔以及布置在所述掩埋的空腔和所述第一表面之间的
隔膜，所述隔膜容纳所述敏感元件。
4.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于，包括保护区域，
固定至所述盖帽层的所述外周部分并且面向所述隔膜。
5.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于，所述保护区域
是ASIC或辅助盖帽。
6.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，包括树脂的封
装区域，围绕所述绝缘层、所述盖帽层和所述传感器层的所述外周部
分。
7.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器是
压阻式压力传感器。
8.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，多个穿通沟槽
完全围绕所述平台。
9.一种电子设备，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·皮科，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：意大利;IT