带有扩展浅多边形腔的带腔绝缘体上硅MEMS压力传感装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及带有扩展浅多边形腔的带腔绝缘体上硅MEMS压力传感装置。改进的微机电系统（MEMS）压力传感装置在硅支撑衬底的顶侧上具有扩展的浅多边形腔。二氧化硅埋层被形成在支撑衬底的顶侧与装置层的底侧之间。压电电阻器和结合片被形成并定位在装置层的顶侧上，并且响应对装置层施加的流体压力产生可测量的电压变化。扩展的浅多边形腔的目的在于在缩小MEMS压力传感装置芯片的芯片尺寸的时候改进灵敏度或增加量程、同时保持低的压力非线性，角部金属结合片具有排除距离以防止引线接合器弄坏薄膜。

Silicon MEMS pressure sensing device with an extended shallow polygon cavity on an insulator with a cavity

The invention relates to a silicon MEMS pressure sensing device with an extended shallow polygon cavity on an insulator with a cavity. The improved microelectromechanical system (MEMS) pressure sensing device has an extended shallow polygon cavity on the top side of the silicon support substrate. The silicon dioxide buried layer is formed between the top side of the supporting substrate and the bottom side of the device layer. The piezo resistor and the bonding plate are formed and positioned on the top side of the device layer, and the measurable voltage changes are generated in response to the fluid pressure exerted on the device layer. Shallow polygon cavity expansion is to reduce the time in the MEMS pressure sensor chip chip size and improved sensitivity or increase range, while keeping the nonlinear pressure low, corner metal binding has ruled out distance to prevent wire bonder broken film.

【技术实现步骤摘要】
带有扩展浅多边形腔的带腔绝缘体上硅MEMS压力传感装置
技术介绍
微机电系统（MEMS）压力传感装置为人熟知。例如，Kurtz等人的美国专利号4,236,137公开了半导体压力换能器。美国专利号5,178,016和美国专利号6,093,579也公开了固态压力传感器。由本申请的申请人拥有的题为“SemiconductorSensingDevicetoMinimizeThermalNoise”的美国专利8,881,596公开了MEMS压力传感装置，并且其全部内容通过引用的方式被并入本文中。已知MEMS压力传感装置受到压力非线性或“PNL”的“困扰”。PNL是硅膜挠曲的函数。然而，膜挠曲的能力也决定了MEMS压力传感装置检测压力变化的能力。当膜挠曲增加时，输出非线性也增加。例如，见2015年11月19日公开的题为“PressureSensorDevicewithHighSensitivityandHighAccuracy”的美国授权前公开2015/0330856，其被转让给本申请人并且其全部内容通过引用的方式被并入本文中。当膜尺寸减小时，MEMS压力传感装置的压力灵敏度变得更成问题。然而，较小的膜以及较小的MEMS压力传感装置能够使MEMS压力传感装置自身以及MEMS压力传感装置待放入其中的包装两者的制造成本降低。用以缩小MEMS压力传感装置的芯片尺寸、同时增加灵敏度并减小PNL的设备和方法将是对现有技术的改进。
技术实现思路
一种腔绝缘体上硅（CSOI）微机电系统（MEMS）压力传感装置，其包含：在硅支撑衬底的顶侧上并且熔融结合到二氧化硅埋层的底侧的扩展的浅多边形腔，所述二氧化硅埋层被形成在装置层的底侧处，其中，至少4个结合片被形成并定位在所述装置层的顶侧上；所述至少4个结合片与所述扩展的浅多边形腔相距排除距离（keep-outdistance）。附图说明图1是并入MEMS压力传感装置的现有技术压力传感器的透视图；图2是图1中绘出的压力传感器的截面图；图3是在图1和图2中所示的压力传感器的腔内的MEMS压力传感装置和相邻的集成电路的截面图；图4是惠斯通电桥电路的示意图；图5是曲线图，绘出了作为输入电压和所施加的压力的函数的理想线性输出电压，并且还绘出了MEMS压力传感装置的压力非线性和灵敏度；图6是腔绝缘体上硅（CSOI）MEMS压力传感装置的截面图；图7A是硅支撑衬底的透视图，所述硅支撑衬底是图6中所示的CSOIMEMS压力传感装置的底部衬底，并且在其顶侧上具有扩展的浅多边形腔；图7B绘出两个矩形形状的凹部，其“相交”以形成扩展的多边形凹部；图8是图6中所示的CSOIMEMS压力传感装置的“装置层”的顶视图，示出了结合片的位置以及由导电迹线连接到结合片的压电电阻器的位置，所述导电迹线由装置层上的掺杂区域形成；图9是具有扩展的浅多边形腔的硅支撑衬底的替代实施例的透视图，其角部设置成具有圆角；图10是被构造成与图9中所示的硅支撑层的替代实施例一起使用的装置层的替代实施例的顶视图；图11是具有通孔的CSOIMEMS压力传感装置的截面图，所述通孔延伸穿过硅支撑衬底至扩展的浅多边形腔的内部；图12是硅支撑衬底的透视图，该硅支撑衬底的截面图被示出在图11中；图13是曲线图，绘出了作为多边形腔的扩展的函数的来自被形成在装置层中的惠斯通电桥的输出电压量程；以及图14绘出方法的步骤。具体实施方式图1是现有技术压力传感器100的透视图。压力传感器100包含总的由附图标记102标示的塑料壳体。壳体102具有矩形形状的主体104，如图2中所示的MEMS压力传感装置204定位在该矩形形状的主体104中。流体（液体或气体）压力通过端口106施加给MEMS压力传感装置204，所述端口106从如被示出的壳体的外侧延伸至壳体102内的腔（未示出）。壳体102中的MEMS压力传感装置204将流体压力的变化转换成电压，该电压通过电连接件108被获得，该电连接件108定位在从壳体102向外延伸的大致管状的端口或通道110中。换言之，通过端口106施加给壳体102内的MEMS压力传感装置204的压力在被定位在壳体102的通道110的开口端内的连接终端108处产生可测量的输出电压。图2是压力传感器100的截面图。进入端口106中的流体201对MEMS压力传感装置204施加压力202，所述MEMS压力传感装置204在壳体102内被定位在兜部206内。压力202及其任何变化通过电压变化检测，电压变化由专用集成电路（ASIC）208测量，该专用集成电路（ASIC）208通过薄的接合线210连接到MEMS压力传感装置204。表示压力变化的电信号通过其它的接合线212从ASIC208传输到销214，销214延伸到腔216中，并且可通过销214形成到车辆的连接部。图3是兜部206内部的“近摄”图，更加详细地示出了MEMS压力传感装置204、相邻的ASIC208以及由在MEMS压力传感装置204与ASIC208之间延伸的接合线210提供的互连部。MEMS压力传感装置204和ASIC208通过粘合层304附连到衬底302。MEMS压力传感装置204通常包含玻璃衬底306，硅衬底308在该玻璃衬底306顶上。硅衬底308按照在以上列举的专利申请（其通过引用的方式被并入）中描述的那样被处理并阳极键合以提供真空腔310，膜312在真空腔310顶上。利用已知的工艺使膜312在局部区域中“掺杂”，以形成压电电阻器，该压电电阻器未被示出在图3中。压电电阻器以惠斯通电桥拓扑被连接在一起。膜挠曲引起压电电阻器的值变化。当这些值变化时，由它们所形成的惠斯通电桥输出的电压相应变化。图4绘出了由压电电阻器形成的惠斯通电桥电路400。电路400包含四个压电电阻器402、404、406和408。本文中它们被视为首尾相连且彼此连接，如所示的。两个相对的节点410和412被视为输入节点。输入节点410和412两侧的输入电压可在其它相对的角部或节点414和416两侧被测量，所述其它相对的角部或节点414和416被视为输出节点。如果惠斯通电桥电路400的电阻中的任何的值变化，如在电阻的物理大小随着膜挠曲而变化时发生的，则来自输出节点414和416的电压也将变化。被形成到MEMS压力传感装置的膜312中的压电电阻器的电阻的变化将导致来自惠斯通电桥电路的输出电压相应变化。图5是曲线图500，绘出了作为MEMS压力传感装置的输入压力504的函数的理想、线性输出电压502。图5还绘出了作为输入压力504的函数的实际输出电压506的表现。如在图5中可见的，来自MEMS压力的实际输出电压506不是线性的。满刻度量程（FSS）508是在最低压力P1与最高压力P2下感测到的两个压力输出V1与V2之间的电压差。偏差507是通过从实际输出电压506减去理想线性电压输出502得到的值，所述电压在从P1到P2压力范围中的压力水平下。将压力范围中的最大偏差限定为Δmax507。由Δmax507除以FSS508限定压力非线性或PNL510。MEMS压力传感装置的PNL通常被表述为满刻度量程的百分比。公知PNL510随着膜挠曲的增加而增加。MEMS压力传感装置的灵敏度由满刻度电压量程508表征，其本领域普通技术人员应认识本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种腔绝缘体上硅（CSOI）微机电系统（MEMS）压力传感装置，其包含：在硅支撑衬底的顶侧上并且熔融结合到二氧化硅埋层的底侧的扩展的浅多边形腔，所述二氧化硅埋层被形成在装置层的底侧处，其中，至少4个结合片被形成并定位在所述装置层的顶侧上；所述至少4个结合片与所述扩展的浅多边形腔相距排除距离。

【技术特征摘要】
2016.10.03 US 15/2837771.一种腔绝缘体上硅（CSOI）微机电系统（MEMS）压力传感装置，其包含：在硅支撑衬底的顶侧上并且熔融结合到二氧化硅埋层的底侧的扩展的浅多边形腔，所述二氧化硅埋层被形成在装置层的底侧处，其中，至少4个结合片被形成并定位在所述装置层的顶侧上；所述至少4个结合片与所述扩展的浅多边形腔相距排除距离。2.根据权利要求1所述的腔绝缘体上硅微机电系统压力传感装置，其中，所述扩展的浅多边形腔具有在约五微米至约三十微米之间的深度，所述深度从所述硅支撑衬底的顶侧测量。3.根据权利要求1所述的腔绝缘体上硅微机电系统压力传感装置，其中，所述二氧化硅埋层具有约0.1微米至约2.0微米的厚度。4.根据权利要求1所述的腔绝缘体上硅微机电系统压力传感装置，其中，所述装置层具有约2.0微米至约5.0微米的厚度。5.根据权利要求1所述的腔绝缘体上硅微机电系统压力传感装置，其中，所述扩展的浅多边形腔包含两个大体矩形的腔，所述两个大体矩形的腔具有大体相同的深度并且在两个腔的中点处或附近彼此交叉。6.根据权利要求5所述的腔绝缘体上硅微机电系统压力传感装置，其还包含定位在所述多边形腔上方的膜，所述膜具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：JHA邱，SHS陈，
申请(专利权)人：大陆汽车系统公司，
类型：发明
国别省市：美国,US