包括电容式压力传感器的MEMS器件及其制造方法技术

本公开提供了一种包括电容式压力传感器的MEMS器件及其制造方法。该MEMS器件中由半导体材料制成的主体包含腔室以及所述腔室内的第一柱。半导体材料的盖附接到所述主体并形成第一隔膜、第一腔和第一通道。所述腔室在所述盖的侧面封闭。所述第一隔膜、所述第一腔、所述第一通道和所述第一柱形成电容式压力传感器结构。所述第一隔膜布置在所述第一腔和第二面之间，所述第一通道在所述第一腔和第一面之间或所述第一腔和所述第二面之间延伸，所述第一柱向所述第一隔膜延伸并与所述第一隔膜一起构成第一电容器元件的极板。

MEMS device including capacitive pressure sensor and manufacturing method thereof

The present disclosure provides a MEMS device including a capacitive pressure sensor and a manufacturing method thereof. The main body made of semiconductor material in the MEMS device comprises a chamber and a first column in the chamber. The cover of the semiconductor material is attached to the main body and forms the first diaphragm, the first cavity and the first channel. The chamber is closed on the side of the cover. The first diaphragm, the first cavity, the first channel and the first column form a capacitive pressure sensor structure. The first diaphragm is arranged between the first cavity and the second plane, the first channel extends between the first cavity and the first one or between the first cavity and the second plane, and the first column extends to the first diaphragm and together with the first diaphragm forms the electrode plate of the first capacitor element.

【技术实现步骤摘要】
包括电容式压力传感器的MEMS器件及其制造方法
本公开涉及一种包括电容式压力传感器的MEMS器件及其制造方法。
技术介绍
众所周知，微电子机械(MEMS)器件越来越多地被用作换能器。这些器件包括基于半导体材料的性质的结构，以检测物理量并产生代表检测到的物理量并与之相关的电气量(电流或电压)，或者响应于电气量的应用而产生运动。已知的换能器包括例如压力传感器、陀螺仪、加速度计等。多个相同类型的换能器在电子设备中的集成指定了专用集成电路板的使用，因此对空间的使用具有显着影响。目前，难以在优化空间布局、表面积使用和成本的同时将不同类型的传感器集成在单个封装中。例如，智能电话、多功能手表和其他可穿戴设备(如压力传感器和诸如加速度计和陀螺仪之类的惯性传感器)中越来越需要集成不同类型的传感器。然而，将这样的传感器包括在小型设备中是有问题的，因为对于这样的设备来说这些传感器所占的总表面积太大了。因此，希望创建占据有限表面积且容易集成的简单MEMS器件。此外，通常，即使在给定封装中集成单个换能器的情况下，使用可容易地适应于多换能器解决方案的技术来制造所述换能器可能是有用的，例如以降低设计成本。
技术实现思路
实施例涉及包括电容式压力传感器的MEMS器件、包括MEMS器件的电子设备和用于制造MEMS器件的方法。附图说明下面将参考纯粹作为非限制性实例提供的优选实施例以及附图进一步描述本公开，其中：图1是本MEMS器件的实施例沿着图2中的线I-I截取的横截面图，图2是图1中的设备的可能实现的俯视图，具有一些透明部分，图3-7示出了当加工半导体材料的第一晶片(wafer)时MEMS器件的连续制造阶段，图8-11示出了当加工半导体材料的第二晶片时，图3-7中的MEMS器件的连续制造阶段，图12是在接合了第一和第二晶片之后的图3-11中的MEMS器件的横截面，图13是本MEMS器件的不同实施例沿着图14中的线XIII-XIII截取的横截面图，图14是图13中的设备的可能实现的俯视图，具有一些透明部分，图15-19示出了当加工半导体材料的第二晶片时，图13中的MEMS器件的连续制造阶段，其类似于图8-11中的那些，以及图20是包括本MEMS器件的电子设备的示意图。具体实施方式图1示出了包含压差传感器11和换能器12的MEMS器件10，例如示意性地示出了诸如加速度计或陀螺仪的惯性传感器。在这种情况下，压差传感器11包括包含第一电容器元件C1的环境传感器结构13和包含第二电容器元件C2的参考结构14。如图1中详细所示的，MEMS器件10由接合在一起的主体15和盖16形成。主体15是单片的并且由半导体材料的第一晶片形成，盖16是单片的并且由半导体材料的第二晶片形成。更具体地，主体15包括以下层叠在一起的各个部分：半导体材料(例如单晶硅)的基板25、由诸如氧化硅(SiO2)的电绝缘材料制成的第一绝缘层21和结构层24(例如外延生长的N型掺杂多晶硅(也称为“epipoly”))。盖16包括一个布置在另一个顶部的半导体材料(例如单晶硅)的盖层26和第二绝缘层22(例如氧化硅)。盖16具有由盖层26形成的外表面16A和由第二绝缘层22形成的内表面16B。结构层24形成从上方(图2)观察时具有闭合形状的壁23，并且横向界定腔室20。腔室20的下方还被第一绝缘层21界定，上方被第二绝缘层22界定。结构层24还形成惯性换能器12、第一柱27和第二柱28，它们都容纳在腔室20内。第一柱27形成环境传感器结构13的第一电容器元件C1的第一极板，第二柱28形成参考结构14的第二电容器元件C2的第一极板。盖16包含第一腔30和第二腔31。第一腔30布置成与第一柱27垂直对准(沿平行于笛卡尔坐标系XYZ的轴线Z的方向)，并与第二绝缘层22一起界定盖16的形成第一隔膜35的一部分。因此，第一隔膜35面向第一柱27并形成第一电容器元件C1的第二极板。此外，第二腔31布置成与第二柱28垂直对准，并且与第二绝缘层22一起界定盖16的形成第二隔膜36的一部分。因此，第二隔膜36面向第二柱28并形成第二电容器元件C2的第二极板。盖16还具有第一通道37和第二通道38。特别地，第一通道37在盖16的外表面16A与第一腔30之间延伸，并将第一腔30与外部环境流体连接。第二通道38在盖16的内表面16B和第二腔31之间延伸，并且将第二腔31与腔室20流体连接。第一电连接层40在第一绝缘层21和结构层24之间延伸。特别地，第一电连接层40形成在壁23下方延伸并与壁23电连接的第一连接区域40A、在第一柱27下方延伸并与第一柱27电连接的第二连接区域40B、在换能器12下方延伸并且与换能器12电连接的第三连接区域40C(仅示出一个)、在第二柱28下方延伸并与第二柱28电连接的第四连接区域40D，以及在接触柱51下方延伸并与接触柱51电连接的第五连接区域40F。第四和第五连接区域40D、40F经由布置在第一绝缘层21内部的导体(未示出)连接结构体27、28和接触柱51。连接区域40B-40D经由布置在第一绝缘层21内部的导体(未示出)将各个结构体27、28和12连接到外部，第一绝缘层21可以以已知方式由多层制成，未详细示出。此外，如本领域技术人员所知，第三连接区域40C(其电耦接到换能器12)可以包括多个区域和导体，这取决于所制造的换能器的类型。由诸如金属(例如金或金合金(Au或Au-Sn)或铝-锗合金(Al-Ge))的导电材料制成的接触区域55A在壁23上方围绕壁23的整个周边延伸，并且如当从上方观察时也具有闭合形状。由与接触区域55A相同的材料制成的接触区域55B在接触柱51上方延伸。由诸如金属(例如铝Al或金Au)的导电材料制成的第二电连接层41在第二绝缘层22的下面延伸并形成接合和连接区域41A。接合和连接区域41A可以具有与接触区域55A的形状类似的闭合形状(尽管其表面积通常更大)并且与接触区域55A本身重叠(沿与轴线Z平行的方向)并与之接合。因此，连接区域41A和接触区域55A形成将腔室20与设备10的外部绝缘的密封区域。接合和连接区域41A还经由穿过第二绝缘层22的接触部分与第一和第二隔膜35、36直接接触。因此，隔膜35、36经由接合和连接区域41A和壁23电连接到第一连接区域40A。此外，盖16的内表面16B可以包括吸收器元件17，也称为“吸气剂(getter)”。吸收器元件17用于吸收腔室20内部的特定气体分子，并且在换能器12是陀螺仪的实施例中提供。吸收器元件17可以由金属(如铝(Al)、钡(Ba)、锆(Zr)、钛(Ti)、钒(V)、铁(Fe))或其混合物或合金(如锆铝、锆-钒-铁、锆-镍、锆-钴(特别是Zr/Co/O合金))制成。在MEMS器件10中，由于第一腔30与外部连接，环境传感器结构13的第一隔膜35可以随着外部压力而偏转。此外，第一隔膜35在腔室20内部的压力的作用下被偏转。电容变化可以被检测为经由连接区域40B、40A提供给外部的第一电容器元件C1两端的电压的变化。相反地，参考结构14的第二隔膜36不受外部压力的影响，而是在腔室20内部的压力作用下被偏转。此外，第一和第二隔膜35、36可能由于MEMS器件10内部的内应力而被偏转。所有这些偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS器件，包括：半导体材料的主体；所述主体中的腔室；具有第一面和第二面的半导体材料的盖，所述盖的第一面耦接到所述主体并且覆盖所述腔室，所述盖包括由所述盖中的第一腔和所述第一面界定的第一隔膜，所述盖还包括在所述第二面和所述第一腔之间或在所述第一面和所述第一腔之间延伸的第一通道；以及所述主体中的第一柱，所述第一柱位于所述腔室内部并且面对所述第一隔膜，所述第一柱和所述隔膜形成电容式压力传感器的第一电容器元件的极板。

【技术特征摘要】
2017.03.31 IT 1020170000359691.一种MEMS器件，包括：半导体材料的主体；所述主体中的腔室；具有第一面和第二面的半导体材料的盖，所述盖的第一面耦接到所述主体并且覆盖所述腔室，所述盖包括由所述盖中的第一腔和所述第一面界定的第一隔膜，所述盖还包括在所述第二面和所述第一腔之间或在所述第一面和所述第一腔之间延伸的第一通道；以及所述主体中的第一柱，所述第一柱位于所述腔室内部并且面对所述第一隔膜，所述第一柱和所述隔膜形成电容式压力传感器的第一电容器元件的极板。2.根据权利要求1所述的MEMS器件，其中所述第一通道在所述第一面和所述第一腔之间延伸，所述MEMS器件还包括第二隔膜、第二腔、第二通道和第二柱，所述第二隔膜布置在所述第二腔和所述第二面之间，所述第二通道在所述第二面和所述第二腔之间延伸，所述第二柱位于所述腔室内部并且朝向所述第二隔膜延伸并且与所述第二隔膜一起形成第二电容器元件的极板。3.根据权利要求2所述的MEMS器件，其中所述第一电容器元件是环境传感器电容器，并且所述第二电容器元件是参考电容器。4.根据权利要求1所述的MEMS器件，其中所述主体包括位于所述腔室内部的惯性换能器。5.根据权利要求1所述的MEMS器件，其中所述主体包括围绕所述腔室的壁，所述壁由所述半导体材料制成并且耦接到所述盖的所述第一面。6.根据权利要求5所述的MEMS器件，还包括位于所述盖的所述第一面上的导电区域，所述导电区域电耦接到所述第一隔膜和所述壁。7.根据权利要求6所述的MEMS器件，其中所述导电区域与所述第一隔膜直接接触并且通过金属接触区域与所述壁接触。8.根据权利要求5所述的MEMS器件，还包括导电区域和在所述腔室内部延伸的半导体材料的第三柱，所述第三柱通过所述导电区域电耦接到所述第一隔膜。9.根据权利要求8所述的MEMS器件，其中所述盖具有至少一个穿通沟槽，所述至少一个穿通沟槽围绕所述第一隔膜、所述第一腔和所述第一通道并将所述第一隔膜、所述第一腔和所述第一通道与所述盖的剩余部分电绝缘。10.根据权利要求5所述的MEMS器件，其中所述主体包括基板和结构层，所述结构层形成所述壁和所述第一柱，所述基板支撑所述壁和所述第一柱，所述MEMS器件还包括电连接结构，所述电连接结构具有在所述基板和所述第一柱之间延伸的第一部分和在所述壁的外部延伸的第二部分。11.根据权利要求10所述的MEMS器件，其中所述结构层包括在所述壁的外部并且从所述腔室向外的接触柱，所述接触柱与所述连接结构的所述第二部分电接触。12.一种方法，包括：在第一半导体晶片中形成第一裸片，其中形成所述第一裸片包括形成腔室和所述腔室中的第一柱；在第二半导体晶片中形成第二半导体裸片，其中形成所述第二裸片包括：形成第一掩埋腔；在所述第一掩埋腔和所述第二裸片的第一表面之间形成第一隔膜，所述第一隔膜是半导体材料的；以及形成第一通道，其中所述第一通道在所述第一掩埋腔和所述第二裸片的所述第一表面之间或在所述第一掩埋腔和所述第二裸片的第二表面之间延伸；以及将所述第一裸片和第二裸片耦接在一起，使得所述第一裸片的所述第一柱面对所述第二裸片的所述第一隔膜，并与所述第一隔膜一起形成第一电容器元件的极板。13.根据权利要求12所述的方法，其中形成所述第一通道包括选择性地去除所述第二裸片的所述第二表面的部分，所述方法还包括：在所述腔室中形成第二柱；在所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·杜奇，L·巴尔多，R·卡尔米纳蒂，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT