微电子机械传感器和用于制造微电子机械传感器的方法技术

本文公开了微电子机械传感器和用于制造微电子机械传感器的方法。一种微电子机械传感器，包括：第一衬底(202)，包括相对于第一衬底(202)可移动的元件(210)；以及第二衬底(204)，包括第一接触垫(206；506)和第二接触垫(208；508)。第一衬底(202)被接合到第二衬底(204)，使得元件(210)的移动改变第一接触垫(206；506)与第二接触垫(208；508)之间的耦合。

Microelectromechanical sensors and methods for manufacturing them

In this paper, a microelectromechanical sensor and a method for manufacturing a microelectromechanical sensor are disclosed. A micromechanical sensor includes a first substrate (202), a movable element (210) relative to the first substrate (202), and a second substrate (204), including a first contact pad (206; 506) and a second contact pad (208; 508). The first substrate (202) is bonded to the second substrate (204) such that the movement of the element (210) changes the coupling between the first contact pad (206; 506) and the second contact pad (208; 508).

【技术实现步骤摘要】
微电子机械传感器和用于制造微电子机械传感器的方法
示例涉及微电子机械传感器和用于制造微电子机械传感器的方法。
技术介绍
微电子机械传感器通常包括使用半导体工艺构造的微电子机械元件。在压力传感器或麦克风的情况下，微电子机械元件可以是例如膜(压力传感器细丝)。加速度传感器可以例如包括可移动的惯性质量块作为微电子机械元件。通常，微电子机械元件用作相对于对置电极可移动的电极，使得两个电极之间的耦合强度可以被测量以确定两个电极之间的相对移动。耦合可以是例如电容性或电感性的。微电子机械传感器要感测的物理量通常来源于在两个电极之间测量的耦合。为了测量耦合，需要接触微电子机械元件的电极和通常固定且不可移动的对置电极。这可能导致在设计和技术方面的相当大的结构复杂性。因此，可能期望降低制造微电子机械传感器的复杂性。
技术实现思路
一种微电子机械传感器的实施例包括：第一衬底，包括相对于第一衬底可移动的元件；以及第二衬底，包括第一接触垫和第二接触垫。第一衬底被接合到第二衬底，使得元件的移动改变第一接触垫与第二接触垫之间的耦合。如果第一衬底和第二衬底以导致元件的运动改变两个接触垫之间的耦合的相对取向来被接合在一起，则在第二衬底上具有两个固定接触垫的同时创建相对于第一衬底可移动的元件可以允许避免直接接触可移动的微电子机械元件。这样做可以导致微电子机械传感器的设计和制造复杂性显著降低。特别地，可以避免在两个衬底之间的昂贵且敏感的接合工艺和接触方案，诸如例如使用穿通选择通孔(TSV)或混合接合。特别地，如果通过不同的工艺产生第一衬底和第二衬底，则节省可能是显著的，因为提供可移动元件的第一衬底可以独立于包括接触垫和可能的另外的读出电路的第二衬底来被设计和制造。在制造微电子机械传感器时，可以不需要在两个衬底之间建立元件的电接触。一种用于制造微电子机械传感器的方法的实施例可以降低成本和复杂性。方法的实施例包括在第一衬底内产生元件，该元件相对于第一衬底的本体可移动。该方法还包括在第二衬底的表面上提供第一接触垫和第二接触垫。根据实施例，第一衬底被接合到第二衬底，使得元件面对与腔体相对的第一接触垫和第二接触垫，该腔体在第一衬底与第二衬底之间。附图说明以下将通过仅示例并且参考附图来描述装置和/或方法的一些示例，在附图中：图1是传统实现的示例；图2是微电子机械传感器的实施例；图3是微电子机械传感器的实施例，其中可移动元件与接触垫之间的距离是可变的；图4是微电子机械传感器的实施例，其中可移动元件与接触垫之间的重叠是可变的；图5是适合于差分读出电路的微电子机械传感器的实施例；图6是适合于全桥读出电路的微电子机械传感器的另一实施例；图7是针对图6实施例的全桥读出电路的实施例；图8是用于制造微电子机械传感器的方法的一个实施例的框图；图9是允许控制第一衬底的电位的微电子机械传感器的两个实施例；以及图10是允许从第一衬底的背面接触第二衬底内的评估电路的微电子机械传感器的两个实施例。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述各种示例。在附图中，为了清楚起见，可以夸大线、层和/或区域的厚度。因此，虽然其他示例能够具有各种修改和替代形式，但是其一些特定示例在附图中示出并且随后将被详细描述。然而，该详细描述并不将其他示例限制于所描述的特定形式。其他示例可以涵盖落入本公开的范围内的所有修改、等同物和替代物。在整个附图的描述中，相同或相似的数字指代相同或相似的元件，当相互比较时，这些元件可以相同地或以修改的形式实现，同时提供相同或相似的功能。应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，这些元件可以直接或者经由一个或多个中间元件连接或耦合。如果使用“或”组合两个元件A和B，则这应当被理解为公开所有可能的组合，即仅A、仅B、以及A和B，如果没有另外明确或隐含地定义。对于相同组合的替代措辞是“A和B中的至少一个”或“A和/或B”。这同样适用于两个以上元件的组合。本文中用于描述特定示例的术语不旨在限制其他示例。每当使用诸如“一个”、“一”和“该”等单数形式并且仅使用单个元件既不明确地或隐含地定义为强制性的时，其他示例也可以使用多个元件来实现相同的功能。同样地，当随后将功能描述为使用多个元件实现时，其他示例可以使用单个元件或处理实体来实现相同的功能。将进一步理解，术语“包括”、“包括……的”、“包含”和/或“包含……的”在使用时指定所述特征、整体、步骤、操作、过程、动作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、过程、动作、元件、部件和/或其任何组的存在或添加。除非另外定义，否则所有术语(包括技术术语和科学术语)在本文中以其示例所属领域的普通含义来使用。图1示意性地示出了微电子机械系统(MEMS)的相对于固定的对置电极120可移动的电极110的传统实现的示例。在图1所示的示例中，可移动电极110与固定电极120之间的电容性耦合被评估以得出可移动电极110与固定电极120之间的相对移动。例如，可以评估相对移动以在MEMS麦克风中提供麦克风信号或者导出惯性传感器中的加速度。为了确定耦合，可移动电极110和固定的对置电极120都被接触。在典型实现中，移动电极110根据微电子机械工艺制造。微电子机械工艺(MEMS工艺)应当被理解为也用于构造半导体衬底以生成机械作用结构的任何工艺。固定电极120的衬底通常还包括信号评估电路，信号评估电路进一步评估电容性耦合的测量结果以便得出关于由MEMS传感器确定的物理量的信息。例如，专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)可以用作评估电路的一部分以评估电容性耦合的变化。在这种组合中，第一衬底和第二衬底使用不同的工艺(例如，用于第一衬底的MEMS工艺和用于第二衬底的互补金属氧化物半导体CMOS)来生成，从而两个衬底不能联合产生，这需要从包括可移动电极110的衬底到提供固定的对置电极120的衬底的昂贵且复杂的电接触的传递。在微电子机械传感器中避免这种衬底间连接可能是有益的。图2示出了微电子机械传感器的一个实施例的一部分的第一截面，而图3示出了微电子机械传感器的另一截面以及第一衬底202和第二衬底204两者的俯视图。在图2的实施例中，第一衬底202包括相对于第一衬底202可移动的元件210。例如，元件210可以在第一衬底202内借助于微电子机械结构化来形成。为了相对于第一衬底202可移动，元件210可以例如借助于半导体材料、电介质材料或其组合的桥211相对于第一衬底202枢转安装。根据传统工艺，可以在从第一衬底202挖掘元件210的同时形成桥211。图2的桥211被理解为仅是如何在第一衬底202仍然针对元件210提供支撑的同时在元件210的至少部分与第一衬底202之间建立相对移动的一个特定示例。其他实施例可以使用任意其他机构或结构来产生元件210相对于第一衬底202可移动的结果。例如，与构成铰链的衬底的连接也可以仅在元件的平面中延伸以侧向地将元件与衬本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微电子机械传感器，包括：/n第一衬底(202)，包括相对于所述第一衬底(202)可移动的元件(210)；/n第二衬底(204)，包括第一接触垫(206；506)和第二接触垫(208；508)；其中/n所述第一衬底(202)被接合到所述第二衬底(204)，使得所述元件(210)的移动改变所述第一接触垫(206；506)与所述第二接触垫(208；508)之间的耦合。/n

【技术特征摘要】
20180508 DE 102018111079.01.一种微电子机械传感器，包括：
第一衬底(202)，包括相对于所述第一衬底(202)可移动的元件(210)；
第二衬底(204)，包括第一接触垫(206；506)和第二接触垫(208；508)；其中
所述第一衬底(202)被接合到所述第二衬底(204)，使得所述元件(210)的移动改变所述第一接触垫(206；506)与所述第二接触垫(208；508)之间的耦合。


2.根据权利要求1所述的微电子机械传感器，还包括：
信号评估电路(220)，耦合到所述第一接触垫(206；506)和所述第二接触垫(208；508)，所述信号评估电路(220)被配置为基于所述第一接触垫(206；506)与所述第二接触垫(208；508)之间的耦合来计算测量值。


3.根据权利要求2所述的微电子机械传感器，其中所述信号评估电路(220)被单片集成在所述第二衬底(204)内。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的微电子机械传感器，其中所述元件(210)包括导电表面(212)，所述导电表面(212)面对与腔体(230)相对的所述第一接触垫(206；506)和所述第二接触垫(208；508)，所述腔体(230)在所述第一衬底(202)与所述第二衬底(204)之间。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的微电子机械传感器，其中所述元件(310a，310b)的移动改变所述元件与所述第一接触垫(306a，306b)和所述第二接触垫(308a，308b)中的至少一个接触垫的横向重叠或垂直重叠中的至少一个。


6.根据权利要求1至4中任一项所述的微电子机械传感器，其中所述元件(210)的移动改变所述元件(210)与所述第一接触垫(206；506)和所述第二接触垫(208；508)中的至少一个接触垫之间的距离。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的微电子机械传感器，其中所述耦合是电容性耦合。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的微电子机械传感器，还包括以下中的至少一个：
第一导电屏蔽结构(416)，围绕所述第一接触垫(406)；以及
第二导电屏蔽结构，围绕所述第二接触垫(408)。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的微电子机械传感器，还包括：
在所述第二衬底内的第三接触垫(510)和第四接触垫(512)；
其中所述元件的移动与所述第一接触垫(506)与所述第二接触垫(508)之间的耦合的变化相反地改变所述第三接触垫(510)与所述第四接触垫(512)之间的耦合。


10.根据权利要求9所述的微电子机械传感器，还包括在所述第二衬底(504)中的评估电路内的半桥配置中的放大器(610)，
所述第一接触垫(506)和所述第三接触垫(510)耦合到所述放大器(610)的输入端子，所述第二接触垫(508)耦合到第一电源电压，并且所述第四接触垫(512)耦合到第二电源电压。


11.根据权利要求3所述的微电子机械传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·迈因霍尔德，S·比塞尔特，E·兰德格拉夫，
申请(专利权)人：英飞凌科技德累斯顿公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE