具有容差沟槽的加固的晶圆级MEMS力传感器制造技术

本文描述了一种示例MEMS力传感器。MEMS力传感器可包括用于接收施加的力的盖以及粘结至盖的传感器。沟槽和腔可形成在传感器中。沟槽可沿着传感器的周边边缘的至少一部分形成。可密封在盖和传感器之间的腔可限定外壁和柔性感测元件，并且外壁可布置在沟槽和腔之间。传感器还可包括形成在柔性感测元件上的传感器元件。传感器元件可响应于柔性感测元件的挠曲而更改电特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有容差沟槽的加固的晶圆级MEMS力传感器相关申请的交叉引用本申请要求2015年6月10日提交的名称为“RUGGEDIZEDWAFERLEVELMEMSFORCESENSORWITHATOLERANCETRENCH”(具有容差沟槽的加固的晶圆级MEMS力传感器)的美国临时专利申请62/173,420的权益，该临时专利申请的公开内容明确地全文以引用方式并入本文。关于联邦资助的研究的声明本专利技术是以美国国家科学基金会授予的SBIR奖No.1353450在政府的支持下进行的。政府对本专利技术拥有一定的权利。
技术介绍
常规技术微机电(MEMS)力裸片基于将施加的力连接到感测隔膜的中心，该感测薄膜上形成有四个压阻式应变仪。接触焊盘围绕隔膜定位，这使常规MEMS力裸片相对较大。此外，常规MEMS力裸片易碎、缺乏其它力感测技术(例如力敏电阻器)的稳健性，并且易受来自外部环境的碎屑的影响。因此，在相关领域中需要小型、低成本的硅力传感器，该硅力传感器可被密封并且对于机械过载具有稳健性。
技术实现思路
在本文中描述了示例MEMS力传感器。MEMS力传感器可包括用于接收施加的力的盖以及粘结至盖的传感器。沟槽和腔可形成在传感器中。沟槽可沿着传感器的周边边缘的至少一部分形成。腔可限定外壁和柔性感测元件，并且外壁可布置在沟槽和腔之间。腔可被密封在盖和传感器之间。传感器还可包括形成在柔性感测元件上的传感器元件。传感器元件可响应于柔性感测元件的挠曲而更改电特性。另外，外壁的至少一部分的厚度可任选地由沟槽的尺寸或宽度确定。另选地或除此之外，外壁部分的厚度可任选地被构造成提供预定水平的力测量灵敏度。另选地或除此之外，沟槽可任选地被构造成将外壁的部分与划片刀隔离。任选地，可从传感器蚀刻沟槽和腔，并且沟槽的深度和腔的深度可大致相等。另选地或除此之外，传感器和盖可任选地沿着外壁的至少一部分粘结。任选地，腔可限定凸出部，该凸出部从外壁向内朝向传感器的中心延伸。另外，传感器和盖可任选地沿着凸出部的至少一部分粘结。另选地或除此之外，MEMS力传感器可包括形成在盖或传感器中的至少一者中的间隙。任选地，间隙的深度可被构造成限制柔性感测元件的挠曲量。另选地或除此之外，传感器可具有与周边边缘间隔开的中心，并且间隙可与传感器的中心重叠。另选地或除此之外，腔可包括整个包封在盖和传感器之间的体积。另选地或除此之外，腔可限定多个柔性感测元件。在本文还描述了用于制造MEMS力传感器的方法。该方法可包括：提供基底，该基底具有第一表面以及与第一表面相背对的第二表面；在基底的第一表面上形成至少一个传感器元件；以及倒置基底以暴露基底的第二表面。该方法还可包括蚀刻基底的第二表面以形成腔，其中腔限定外壁以及至少一个柔性感测元件；以及蚀刻基底的第二表面以形成沟槽。该方法还可包括将基底的第二表面粘结到保护性基底，其中腔密封在粘结的基底和保护性基底之间；以及沿着与沟槽相交的线切割粘结的基底和保护性基底。沟槽可被构造成将外壁的一部分与划片刀隔离。对本领域技术人员而言，通过审阅以下附图和详细说明，其他系统、方法、特征和/或优点将会或可以变得显而易见。旨在将所有此类附加系统、方法、特征和/或优点包括在此说明内并且它们受到所附权利要求书的保护。附图说明附图中的部件不一定相对于彼此成比例。在所有几个视图中相同的附图标记表示对应的部件。图1是示例MEMS力传感器的等距视图。图2A是图1的示例MEMS力传感器的侧视图。图2B是图1的示例MEMS力传感器沿着线A-A’截取的剖视图。图3是具有2×2传感器阵列的晶圆部分的顶视图。图4是示出MEMS力传感器灵敏度对壁厚度的图。具体实施方式除非另有定义，否则本文所用的所有技术和科学术语的含义与本领域普通技术人员通常理解的含义相同。与本文所述类似或等同的方法和材料可用于本公开的实践或测试。如本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一个”、“一种”、“所述”包括复数指代，除非上下文另有明确说明。本文所用的术语“包含”及其变型形式与术语“包括”及其变型形式同义使用，并且为开放、非限制性术语。本文所用的术语“任选的”或“任选地”是指随后描述的特征、事件或情况可发生或可不发生，并且该描述包括所述特征、事件或情况发生的实例和不发生的实例。虽然将针对示例MEMS力传感器描述具体实施，但对于本领域技术人员而言将变得显而易见的是具体实施并不限于此。现在参考图1-3，描述了示例MEMS力传感器100。MEMS力传感器100可包括盖110和粘结至盖110的传感器150。盖110被构造成接收施加的力该力被传输至传感器150。盖110可任选地为玻璃(例如硼硅酸盐玻璃)间隔件或硅间隔件。传感器150可任选地为硅传感器。任选地，传感器150(以及其组件，例如凸出部、一个或多个柔性感测元件等)为单个连续材料片，即传感器150为单片式。应当理解，本公开设想盖110和/或传感器150可由上述材料之外的材料制备，上述这些材料是作为示例提供。MEMS力传感器100可限定中心151以及周边边缘153。中心151布置在MEMS力传感器100的中心区域中，并且周边边缘153与中心151间隔开，并沿着MEMS力传感器100的外边缘布置。在本文所述的具体实施中，盖110和传感器150可在盖110和传感器150之间以及邻近传感器150的周边边缘153的一个或多个点处被粘结。例如，盖110和传感器150可在外壁(例如外壁156)和/或传感器150的凸出部(例如凸出部160)的一个或多个点或表面处粘结到一起。换句话讲，盖110和传感器150之间的一个或多个粘结区域布置在MEMS力传感器100的外部部分附近，而不是在MEMS力传感器100的中心部分附近。2013年6月21日提交的授予Brosh的名称为“RuggedizedMEMSForceDie”(加固的MEMS力裸片)的美国专利申请公布2013/0341741以及2013年6月21日提交的授予Brosh的名称为“WaferLevelMEMSForceDies”(晶圆级MEMS力裸片)的美国专利申请公布2013/0341742描述了示例MEMS力传感器，其中盖和传感器粘结在传感器的周边或外部区域，所述专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。本公开设想盖110和传感器150可使用本领域中已知的技术粘结，包括但不限于硅融合粘结、阳极粘结、玻璃熔块、热压缩和低共熔粘结。传感器150可包括沟槽152(例如容差沟槽)以及形成在其中的腔154。沟槽152和腔154可任选地通过蚀刻传感器150的表面形成。任选地，沟槽152和腔154可在制造过程期间以相同的蚀刻步骤形成。另选地，沟槽152和腔154可在制造过程期间以不同的蚀刻步骤形成。任选地，传感器150中的沟槽152的深度152A以及传感器150中的腔154的深度154A可大致相等(例如，如图2B中所示)。另选地，传感器150中的沟槽152和腔154的相应深度可能不相等。应当理解，沟槽152以及腔154的相应深度是指各自延伸到传感器150中有多深(例如在制造过程期间有多少传感器材料被移除)。沟槽154可沿着传感器150的周边边缘153的至少一部分形成(例如，如图3中所示)。如图3的虚线框中所示，外壁156的至少一部分的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机电(MEMS)力传感器，包括：盖，所述盖用于接收施加的力；传感器，所述传感器粘结至所述盖，所述传感器包括：沿着所述传感器的周边边缘的至少一部分形成在所述传感器中的沟槽，和形成在所述传感器中的腔，所述腔限定外壁和至少一个柔性感测元件，所述外壁布置在所述沟槽和所述腔之间，并且所述腔密封在所述盖和所述传感器之间；和传感器元件，所述传感器元件形成在所述至少一个柔性感测元件上，其中所述传感器元件响应于所述至少一个柔性感测元件的挠曲而更改电特性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.10 US 62/173,4201.一种微机电(MEMS)力传感器，包括：盖，所述盖用于接收施加的力；传感器，所述传感器粘结至所述盖，所述传感器包括：沿着所述传感器的周边边缘的至少一部分形成在所述传感器中的沟槽，和形成在所述传感器中的腔，所述腔限定外壁和至少一个柔性感测元件，所述外壁布置在所述沟槽和所述腔之间，并且所述腔密封在所述盖和所述传感器之间；和传感器元件，所述传感器元件形成在所述至少一个柔性感测元件上，其中所述传感器元件响应于所述至少一个柔性感测元件的挠曲而更改电特性。2.根据权利要求1所述的MEMS力传感器，其中所述外壁的至少一部分的厚度由所述沟槽的尺寸确定。3.根据权利要求2所述的MEMS力传感器，其中所述外壁的所述部分的厚度被构造成提供预定水平的力测量灵敏度。4.根据权利要求1-3中任一项所述的MEMS力传感器，其中所述沟槽被构造成将所述外壁的所述部分与划片刀隔离。5.根据权利要求1-4中任一项所述的MEMS力传感器，其中所述沟槽和所述腔从所述传感器蚀刻，并且其中所述沟槽的深度和所述腔的深度大致相等。6.根据权利要求1-5中任一项所述的MEMS力传感器，其中所述传感器和所述盖沿着所述外壁的至少一部分粘结。7.根据权利要求1-6中任一项所述的MEMS力传感器，其中所述腔还限定从所述外壁朝向所述传感器的中心向内延伸的至少一个凸出部。8.根据权利要求7所述的MEMS力传感器，其中所述传感器和所述盖沿着所述至少一个凸出部的至少一部分粘结。9.根据权利要求1-8中任一项所述的MEMS力传感器，还包括形成在所述盖或所述传感器中的至少一者中的间隙，其中所述间隙的深度被构造成限制所述至少一个柔性感测元件的挠曲量。10.根据权利要求9所述的MEMS力传感器，其中所述传感器包括中心和所述周边边缘，并且其中所述间隙与所述传感器的所述中心重叠。11...

【专利技术属性】
技术研发人员：I·凯姆贝尔，R·戴斯特儿霍斯特，D·本杰明，S·S·纳斯理，
申请(专利权)人：触控解决方案股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US