專利名稱：微機(jī)電系統(tǒng)(mems)用的電互聯(lián)的晶粒生長(zhǎng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)。具體地說，本發(fā)明涉及這種系統(tǒng)中的電連接。微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)是一種小型設(shè)備，它提供一定的電性能和機(jī)械性能，一般是成批制造的。MEMS在很多電子設(shè)備中都有廣泛的應(yīng)用。舉例的MEMS包括加速度、壓力、流量、位移、距離、傳感器和閥、泵以及光學(xué)元件促動(dòng)器。MEMS傳感器的一個(gè)特定用途是用于壓力傳感。
最好將傳感元件放在傳感器主體的各層之間，各種互聯(lián)最好也位于這些層之間，并被密封，從而不使腐蝕流體與傳感元件及互聯(lián)相接觸。
在采用MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)制造的小型設(shè)備中，困難之處在于，在傳感體主體的各層之間提供電互聯(lián)。這對(duì)于用MEMS技術(shù)制造傳感器來說是確實(shí)存在的。采用MEMS焊接技術(shù)，需要在精確對(duì)準(zhǔn)和極小間隙的條件下使傳感器主體的各平展層結(jié)合在一起，在各層之間沒有不規(guī)則或突起。機(jī)械突出的互聯(lián)會(huì)在焊接過程中與所述的平展表面接觸，并使其分開。因此可能導(dǎo)致焊接缺陷或泄漏。
在焊接各層的過程中，需要避免互聯(lián)之間的機(jī)械接觸。但是為了在互聯(lián)處實(shí)現(xiàn)電路，就需要互聯(lián)的機(jī)械連接。這兩種MEMS過程的需要互相沖突。
在把MEMS設(shè)備焊接在一起之后，通過該設(shè)備內(nèi)的導(dǎo)電晶粒生長(zhǎng)材料的晶粒生長(zhǎng)而生長(zhǎng)出互聯(lián)，從而形成孤立的聯(lián)接。在這種設(shè)備的第一層與第二層之間形成的凹穴中，沉積用于電觸點(diǎn)的晶粒生長(zhǎng)的材料。一方面，在組裝的時(shí)候，材料沉積物是相對(duì)平整的，不會(huì)影響凹穴邊緣之間的焊接。在組裝第一層和第二層之后，使該沉積物被加熱，并通過選擇性沉積在凹穴內(nèi)的導(dǎo)電膜或?qū)Ь€的晶粒生長(zhǎng)而生長(zhǎng)為電互聯(lián)形式。


圖17表示一種電容壓力傳感器實(shí)施例的俯視圖；圖18表示圖17電容壓力傳感器的側(cè)視圖；圖19表示圖17傳感器沿圖17中的19-19線的截面圖；圖20表示壓力變送器用的壓力傳感模塊；圖21表示壓力變送器用的壓力傳感模塊的截面圖。
在圖2中，以標(biāo)號(hào)20表示工業(yè)壓力傳感器的典型環(huán)境。在圖1中，過程變量變送器，如過程流體管線23中的流量計(jì)22、在槽罐28附近的變送器24、26、36和過程管線31中的積分孔板流量計(jì)30都與控制系統(tǒng)32電連接?？刂葡到y(tǒng)32控制通向壓力變換器38的電流，所述壓力變換器38對(duì)控制閥40進(jìn)行控制?？蓪⑦^程變量變送器構(gòu)成用以監(jiān)視與處理工廠中的流體，如泥漿、液體、蒸汽和化學(xué)氣體、紙漿、石油、氣體、藥品、食品和其他流體處理產(chǎn)物相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)過程變量。所監(jiān)視的過程變量可以是壓力、溫度、流量、液位、pH值、電導(dǎo)率、渾濁度、密度、濃度、化學(xué)組成或流體的其他性質(zhì)。過程變量變送器包括一個(gè)或多個(gè)在該變送器內(nèi)部或變送器外部的傳感器，這取決于處理工廠的安裝需要。
過程變量變送器產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)代表所監(jiān)測(cè)的過程變量的變送器輸出。所述變送器的輸出被設(shè)定為用于通過通信總線34長(zhǎng)距離傳送至控制器或指示器。在典型的流體處理工廠中，通信總線34可以是一個(gè)給變送器供能的4-20mA電流環(huán)路，或者它可以是對(duì)控制器、控制系統(tǒng)或讀出設(shè)備的域總線(fieldbus)連接、HART協(xié)議通信，或者光纖連接。在由2線環(huán)供能的變送器中，能量必須保持為低值，以在爆炸性氣氛中給出固有的安全度。
圖3-4中示出一個(gè)傳感器300。傳感器300是采用通常用于半導(dǎo)體制造技術(shù)制造的超小型或MEMS傳感器，這種技術(shù)比如掩膜、蝕刻、鍍覆和焊接。傳感器300包含第一層302，它在焊接區(qū)306被焊接至第二層304。所述各層302和304由電絕緣材料形成，比如由藍(lán)寶石、尖晶石、各種陶瓷、玻璃、納米顆粒制成的材料、絕緣硅以及其它具有低磁滯并能與傳感器300的外部接觸的所要處理的流體或隔離流體相兼容的材料。使層302和304之間形成的凹穴308與傳感器外側(cè)的處理流體或隔離流體隔離。傳感器300可以是各種類型的傳感器。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，傳感器300為壓力傳感器，該壓力傳感器包括由導(dǎo)電層形成的導(dǎo)電板。
第一導(dǎo)電膜310被選擇性地沉積在凹穴308中的第一層302上，以限定一個(gè)或多個(gè)用于傳感器300的導(dǎo)電體軌跡(trace)。第二導(dǎo)電膜312沉積在凹穴308中的第二層上，用以再限定一個(gè)或多個(gè)用于傳感器300的導(dǎo)電體軌跡(trace)。第一導(dǎo)電膜310至少包含第一互聯(lián)區(qū)314。第二導(dǎo)電膜312至少包含第二互聯(lián)區(qū)316。所述第一和第二互聯(lián)區(qū)314和316隔著凹穴308彼此面對(duì)。
傳感器300包含傳感元件318，它沉積在凹穴308中，并與第一導(dǎo)電膜310電耦合。根據(jù)被監(jiān)測(cè)的流體參數(shù)類型，傳感元件318可以有多種形式，有些情況下，可以用與第一導(dǎo)電膜310相同的材料來形成，或者成為第一導(dǎo)電膜310整體形成的一個(gè)部分。傳感元件318可以包含沉積在第二層304或第二導(dǎo)電膜312上的部分。
在傳感器300中，導(dǎo)電晶粒生長(zhǎng)材料320被選擇性地沉積在互聯(lián)區(qū)314和316中的一個(gè)或兩個(gè)上。晶粒生長(zhǎng)材料320被沉積為足夠薄的層，從而不會(huì)越過互聯(lián)間隙而形成機(jī)械接觸。這樣，可使所述的層302、304在306被焊接在一起，而不會(huì)有來自晶粒生長(zhǎng)材料320的機(jī)械干擾。在完成焊接306之后，晶粒生長(zhǎng)材料320在預(yù)定的條件下生長(zhǎng)，從而在第一和第二互聯(lián)區(qū)314、316之間形成電互聯(lián)322。晶粒生長(zhǎng)材料通常是鉭，或鉭合金，它在焊接步驟之后被加熱至預(yù)定高溫時(shí)會(huì)生長(zhǎng)金屬晶粒。金屬晶粒的生長(zhǎng)橋接互聯(lián)間隙，并形成如圖3的標(biāo)號(hào)322所示的電互聯(lián)。
圖5-8表示所述層302、304的可替換形狀，它們可以用于使各層分開，并在傳感器300中形成所需的凹穴308。
在圖5中，第一層302和第二層304都有一個(gè)凹槽，它們共同形成凹穴308。將層302和304沿中心面350焊接在一起。圖5所示布局的優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)于某些應(yīng)用來說，可使層302和304形成一樣的。
在圖6中，第一層302具有凹槽，但第二層304基本是平板。在圖6中，使層302和304沿著面352焊接在一起，這個(gè)面與凹穴的一側(cè)對(duì)準(zhǔn)。圖6所示布局的優(yōu)點(diǎn)在于兩個(gè)層中只有一個(gè)需要凹槽，該凹槽形成凹穴308，這樣減少了制作的步驟。
在圖7中，傳感器包含隔離層303，沿著面354和356將該層焊接在第一層和第二層302和304之間。隔離層303給出至少形成部分凹穴308的厚度。圖7所示布局的優(yōu)點(diǎn)在于凹穴308的厚度，換句話說，可以很容易的通過選擇具有理想厚度的隔離層，調(diào)整基本上為平的層302與304之間的間距。
當(dāng)對(duì)晶粒生長(zhǎng)金屬的平層或型面高度不大的層加熱時(shí)，就發(fā)生晶粒生長(zhǎng)，因而改變了形狀，并沿接觸墊的表面橫向生長(zhǎng)。針對(duì)傳感器選擇所述晶粒生長(zhǎng)材料，以使晶粒生長(zhǎng)材料在不會(huì)熔化或損壞已組裝之傳感器的溫度下生長(zhǎng)。所述材料最好是金屬、金屬合金、非金屬導(dǎo)電材料或其他能提供晶粒生長(zhǎng)的材料，包括多晶硅?？梢允前ㄉ倭科渌氐你g的沉積物，只要該沉積物能生長(zhǎng)即可。
導(dǎo)電晶粒生長(zhǎng)材料可以是鉭或鉭合金。在取鉭的情況下，相信由于鉭生出從接觸墊向外突出的晶?；蚓w而發(fā)生所述的生長(zhǎng)。在已經(jīng)發(fā)生了足夠的生長(zhǎng)之后，在接觸墊之間形成鉭的橋接，成為接觸墊之間的鉭歐姆連接。如果凹穴間距過寬，則可使所述間隙保持足夠小，從而可以通過使用一個(gè)或多個(gè)延伸進(jìn)凹穴的相對(duì)的臺(tái)面(見圖10和11)而利用導(dǎo)電晶粒生長(zhǎng)材料的生長(zhǎng)來完成。(臺(tái)面是指從表面升高的特征，可以具有一個(gè)平的頂部表面。)至少部分導(dǎo)電晶粒生長(zhǎng)材料沉積在一個(gè)層上或臺(tái)面上。導(dǎo)電晶粒生長(zhǎng)材料可以沉積在一個(gè)或兩個(gè)層上，可以使用或不使用臺(tái)面，這取決于凹穴中的間隙。在各層已被組裝并且各層之間的焊接至少已經(jīng)部分完成之后，加熱壓力傳感器，進(jìn)行導(dǎo)電晶粒生長(zhǎng)材料的生長(zhǎng)，以形成互聯(lián)。
使傳感器被冷卻，則在各傳感器的基板組裝和焊接之后已經(jīng)形成的傳感器通道內(nèi)部存在固體金屬，即歐姆接觸。這種延遲的電互聯(lián)過程避免了不需要的機(jī)械接觸，所說的機(jī)械接觸在將各基板直接焊接在彼此之上時(shí)會(huì)影響各基板的近距離接觸。
在圖8中，在每個(gè)層302和304中形成凹槽，但是所說的凹槽深度不同。所述各層沿著與凹穴308的中心線偏移的面358結(jié)合。圖8所示布局的優(yōu)點(diǎn)在于可以通過調(diào)整層302中凹槽的蝕刻而精細(xì)地調(diào)整凹槽的深度，同時(shí)可將層304中凹槽被蝕刻至標(biāo)準(zhǔn)的所需深度。
圖9-12表示用于提供所需量的晶粒生長(zhǎng)材料和用于提供晶粒生長(zhǎng)所需間距以橋接間隙的示例布局。
圖9中，在第一層372上沉積第一導(dǎo)電膜370，在第二層376上沉積第二導(dǎo)電膜374。第一導(dǎo)電膜370隔著凹穴375與第二導(dǎo)電膜374面對(duì)。晶粒生長(zhǎng)材料的第一沉積物380沉積在第一導(dǎo)電膜370上。晶粒生長(zhǎng)材料的第二沉積物382沉積在第二導(dǎo)電膜374上。當(dāng)層372、376互相焊接時(shí)，不使沉積物380、382互相機(jī)械接觸。在將層372、376焊接在一起之后，再對(duì)利用各種條件，使晶粒生長(zhǎng)材料沉積物380、382生長(zhǎng)晶粒，而形成機(jī)械接觸和歐姆接觸，并完成電互聯(lián)384。
在圖10中，在第一層392上沉積第一導(dǎo)電膜390，在第二層396上沉積第二導(dǎo)電膜394。第一導(dǎo)電膜390隔著凹穴398與第二導(dǎo)電膜394面對(duì)。第一層392包括與第一導(dǎo)電膜390對(duì)準(zhǔn)的臺(tái)面395。該臺(tái)面395使第一導(dǎo)電膜390突出伸入凹穴398中，減少了導(dǎo)電膜390、394之間的間隙。晶粒生長(zhǎng)材料的沉積物399沉積在第一導(dǎo)電膜390上。當(dāng)使層392、396互相焊接時(shí)，不使沉積物399與導(dǎo)電膜394機(jī)械接觸。在將層392、396焊接在一起之后，再利用各種條件，使晶粒生長(zhǎng)材料沉積物399生長(zhǎng)晶粒，而在導(dǎo)電膜390、394之間形成機(jī)械接觸和歐姆接觸，并完成電互聯(lián)。
圖11中，在第一層402上沉積第一導(dǎo)電膜400，在第二層406上沉積第二導(dǎo)電膜404。第一導(dǎo)電膜400隔著凹穴408與第二導(dǎo)電膜404面對(duì)。第一層402包含在部分第一導(dǎo)電膜400之上的臺(tái)面405。該臺(tái)面405使第一互聯(lián)區(qū)突出伸入凹穴408，減少了導(dǎo)電膜400、404之間的間隙。第二層406也包含在第二導(dǎo)電膜404之上的臺(tái)面407。晶粒生長(zhǎng)材料的第一沉積物412沉積在第一導(dǎo)電膜400上。晶粒生長(zhǎng)材料的第二沉積物414沉積在第二導(dǎo)電膜404上。當(dāng)使層402、406互相焊接時(shí)，不使沉積物412、414彼此機(jī)械接觸。在將層402、406焊接在一起之后，利用各種條件，使晶粒生長(zhǎng)材料沉積物412、414生長(zhǎng)晶粒，而在導(dǎo)電膜400、404之間形成機(jī)械接觸和歐姆接觸，并完成電互聯(lián)。
圖12中，在第一層422上沉積第一導(dǎo)電膜420，在第二層426上沉積第二導(dǎo)電膜424。第一導(dǎo)電膜420隔著凹穴428與第二導(dǎo)電膜424面對(duì)。第二導(dǎo)電膜424環(huán)繞著層426中的凹陷430。晶粒生長(zhǎng)材料的第一沉積物432沉積在該凹陷中。當(dāng)使層422、426互相焊接時(shí)，不使沉積物432與第一導(dǎo)電膜420機(jī)械接觸。在將層422、426焊接在一起之后，利用各種條件，使晶粒生長(zhǎng)材料沉積物432生長(zhǎng)晶粒，而在導(dǎo)電膜420、424之間形成機(jī)械接觸和歐姆接觸，并完成電互聯(lián)?？墒沟诙?dǎo)電膜424如圖所示那樣在凹陷430上方被開孔，或者可以換成沉積在凹陷430的壁上。在凹陷430中提供額外量的晶粒生長(zhǎng)材料沉積物432，這種凹陷430能夠生長(zhǎng)的晶粒的尺寸加大，也使能夠用晶粒生長(zhǎng)材料橋接的間隙的尺寸加大。
圖13-16表示圖3中的層302、304之間的焊接區(qū)306處能夠制成的各種焊接。
在圖13中，使第一層440沿著面444被焊接在相同或類似材料的第二層442上，無需使用任何焊接材料。在表面444的焊接可以是熔融焊接，或者是采用鏡面拋光的表面直接焊接或接觸焊接。可以采用公知的焊接技術(shù)，利用比如藍(lán)寶石、尖晶石、剛玉、石英玻璃、硅和其他脆性絕緣材料進(jìn)行這些焊接。
在圖14中，利用中間焊接層450將第一層446焊接在第二層448上，給出一種反應(yīng)性焊接。層450可以是任何焊接材料，但是層446、448可以由氧化鋁陶瓷制成，焊接層450可以由鉑制成。這可能需要在層446和448上使用中間粘合層。
在圖15中，利用中間焊接層458將第一層454焊接在第二層458上。層454、456可以由單晶藍(lán)寶石形成，可以在層454、456之間由薄膜焊料或燒結(jié)焊接形成中間焊接層458。
在圖16中，利用陽(yáng)極焊接468將第一層464焊接在第二層466上。所說的層464最好由硼硅酸鹽玻璃(“Pyrex”)形成，而層466最好由硅形成。
可以按照需要將圖5-16所示的各種替換彼此結(jié)合，以滿足特定傳感器應(yīng)用的要求。圖3中示意性顯示的傳感元件318可以是壓力傳感元件。生長(zhǎng)的互聯(lián)結(jié)構(gòu)特別用于電容壓力傳感器，其中在凹穴的兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面上有容性電極。傳感元件318也可以包含溫度傳感元件如鉑電阻溫度計(jì)，光學(xué)傳感器如光二極管，輻射傳感器如微波天線元件，或者離子傳感元件、磁性傳感元件如霍耳(Hall)效應(yīng)器件或其他公知的傳感元件。
圖17-18分別表示電容傳感器480實(shí)施例的主視圖和側(cè)視圖。圖17中用虛線和點(diǎn)線示出傳感器480的內(nèi)部特征。傳感器480包括第一層482和第二層484，它們焊接在一起，以在層之間形成內(nèi)部凹穴485(圖19所示)。在第一層482上沉積第一導(dǎo)電膜486，在第二層484上沉積第二導(dǎo)電膜488。第一和第二導(dǎo)電膜486、488具有隔著凹穴485彼此相對(duì)的相應(yīng)第一和第二互聯(lián)區(qū)490、492。
電容壓力傳感元件的第一部分494沉積在第一層482上的凹穴485上，與第一導(dǎo)電膜486電耦接。電容壓力傳感元件的部分494由與導(dǎo)電膜486同樣的材料制成。電容壓力傳感元件的第二部分498沉積在第二層484上的凹穴485上，與第二導(dǎo)電膜486電耦接。第二部分498也由與導(dǎo)電膜488同樣的材料形成。電容壓力傳感元件的第一和第二部分494、498包含容性電極或板，它們間隔開，并隔著凹穴485互相面對(duì)。當(dāng)把壓力加在傳感器480的外表面上時(shí)，兩層482、485中的一層或兩層偏移，以移動(dòng)板并改變電極或板之間的間距或間隙，于是作為壓力的函數(shù)改變電極之間的電容量。
導(dǎo)電顆粒生長(zhǎng)材料496被選擇性沉積在互聯(lián)區(qū)490、492中的至少一個(gè)上，在預(yù)定的條件下生長(zhǎng)，以便在第一和第二互聯(lián)區(qū)490、492之間形成電互聯(lián)。
導(dǎo)電膜486包括露出于外部的焊接墊部分500、502，從而可將導(dǎo)線或線圈焊接在它們上，用于將傳感器連接至電傳感電路。
將凹穴485抽空，然后用玻璃料504密封，從而給出一種壓力傳感器，這是一種絕對(duì)壓力傳感器。在層486中形成的多條穿通導(dǎo)線從凹穴485內(nèi)延伸至電容壓力傳感器480的外表面上的電接觸墊500、502。在標(biāo)號(hào)490、492、496處的電互聯(lián)將第一容性電極498連接至穿通導(dǎo)線和接觸墊500。
傳感器480具有長(zhǎng)條形狀，從包含第一和第二容性電極494、498的第一端延伸至包含穿通導(dǎo)線的第二端延伸的。傳感器480主體包含用于通過一個(gè)壁(未示出)安裝該傳感器的第一和第二端部之間的中央?yún)^(qū)。將被加壓的流體加給第一端部，可在第二端部實(shí)現(xiàn)電連接。所述的壁將加壓的流體與電連接分開。
圖19示出電容壓力傳感器480沿圖17中的線19-19的截面圖。圖19中的水平標(biāo)尺已經(jīng)失真，為的是更好地顯示電容壓力傳感器480的特征。從圖19中可以看出，互聯(lián)區(qū)492沉積在臺(tái)面506上，減少了要由晶粒生長(zhǎng)材料橋接的間隙。
在圖20中，壓力傳感模塊180用于圖2所示的壓力變送器36。所述組件180包括兩個(gè)MEMS傳感器182、184。每個(gè)傳感器182、184都具有圍繞著中央通道或凹穴的氧化鋁整體形成的梁，所述凹穴具有傳感膜，它面對(duì)基本上由鉭形成的沉積物所互聯(lián)的各層。在傳感器182、184中，傳感膜處于鄰近封閉端的通道內(nèi)，所述傳感膜的電參數(shù)隨壓力變化，并具有從所述通道延伸并伸出該間隙的導(dǎo)線。用密封物填充該導(dǎo)線周圍的間隙。隔離杯198具有開口200，對(duì)封閉端和相對(duì)隔離端之間的梁的外表面密封。傳感器182和184如圖所示那樣被連接到測(cè)量電路板191，這個(gè)測(cè)量電路板對(duì)與所加給的壓力相關(guān)的傳送電路板193提供電輸出。可將傳輸電路193構(gòu)造成與雙線壓力控制電路195耦合。示例性的環(huán)路195包括符合HART或域總線(Fieldbus)標(biāo)準(zhǔn)的電路。在有些實(shí)施例中，電路193和191可以完全由來自環(huán)路195的能量來供能。
在圖21中，傳感模塊210如圖所示那樣包含具有隔離隔膜212，它對(duì)隔離杯216的邊緣214密封。隔離隔膜212將處理流體218與隔離流體分開，該隔離流體密封在由隔離杯216和所述隔離隔膜封閉的空間內(nèi)。傳感器222像上面所述的那樣構(gòu)成，并被對(duì)隔離杯216中的開口224密封。隔離隔膜212和隔離流體220將壓力耦合至傳感器222，同時(shí)將該傳感器與處理流體218隔離。隔離杯216具有傳感器222，該傳感器穿過被密封的開口224，并且使傳感器222上的電連接226與加壓的處理流體218和加壓的隔離流體220隔離，其中隔離流體通常是硅油。所述隔離杯可以包括背板228，該板的溫度膨脹系數(shù)與傳感器222的溫度膨脹系數(shù)非常匹配?？梢詫⒁粔K材料230壓入隔離杯216中，材料230的溫度膨脹系數(shù)用于部分地補(bǔ)償隔離流體220的溫度膨脹系數(shù)，以限制由于溫度變化所導(dǎo)致的隔離隔膜212不需要有的移動(dòng)。在塊230和傳感器222之間設(shè)有小間隙，它被用隔離流體220填充。
盡管已經(jīng)按照優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上作出多種改變，而不致脫離本發(fā)明的精神和范圍。例如，傳感器的導(dǎo)線可以穿通多個(gè)通道而非一個(gè)通道。在使用多個(gè)通道的情況下，第一個(gè)用于密封間隙的可以被導(dǎo)電焊料或銅焊密封物所代替。也可以在凹穴中的臺(tái)面或邊緣面對(duì)側(cè)上的互聯(lián)導(dǎo)線的橫向生長(zhǎng)各種互聯(lián)?？梢杂媚承┎牧线M(jìn)行陽(yáng)極焊接，來代替直接焊接。同時(shí)使用陽(yáng)極焊接和直接焊接，利用這些方法可以省去各層之間的中間焊接材料。本申請(qǐng)用的術(shù)語(yǔ)“接觸焊接”包括直接焊接和陽(yáng)極焊接。導(dǎo)電顆粒生長(zhǎng)材料包括鉭和其他金屬，以及多晶硅、導(dǎo)電氮化物陶瓷、導(dǎo)電金屬氧化物、硅化物和多種II-IV族化合物。術(shù)語(yǔ)“晶粒生長(zhǎng)”在本領(lǐng)域是公知的，它與晶粒邊界的表面能所驅(qū)動(dòng)的生長(zhǎng)過程有關(guān)。1993年10月26日的名為《Physical Metallurgy Principles》一書第251-269頁(yè)，以及1990年1月9日的名為《Introduction to Ceramics》一書第448-461頁(yè)都給出晶粒生長(zhǎng)的示例解釋；這里將它們引為參考文獻(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)傳感器，包括第一和第二層，它們焊接在一起并在各層之間形成凹穴；第一和第二導(dǎo)電膜，它們沉積所述第一和第二層上，所述第一和第二導(dǎo)電膜具有隔著凹穴彼此面對(duì)的第一和第二互聯(lián)區(qū)；傳感元件，沉積在所述凹穴中，并所述與第一導(dǎo)電膜電耦接；導(dǎo)電晶粒生長(zhǎng)材料，選擇性地沉積在至少一個(gè)互聯(lián)區(qū)上，并在預(yù)定的條件下生長(zhǎng)，從而在所述第一和第二互聯(lián)區(qū)之間形成電互聯(lián)。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，至少所述的一層包含形成至少部分凹穴的凹槽。
3.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述導(dǎo)電晶粒生長(zhǎng)材料包括鉭。
4.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，還包括焊接在所述第一層和第二層之間的隔離層，它至少形成部分凹穴。
5.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述第一和第二層當(dāng)中的至少一個(gè)包含與第一和第二互聯(lián)區(qū)之一對(duì)準(zhǔn)的臺(tái)面。
6.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述第一和第二層當(dāng)中的至少一個(gè)包含與第一和第二互聯(lián)區(qū)之一對(duì)準(zhǔn)的凹陷，其中晶粒生長(zhǎng)材料的供給沉積在所述凹陷中。
7.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述傳感元件包括壓力傳感元件。
8.如權(quán)利要求7所述的傳感器，其中，所述壓力傳感器包括電容壓力傳感元件。
9.如權(quán)利要求8所述的傳感器，其中，還包括由與導(dǎo)電膜相同材料制成的電容壓力傳感器。
10.如權(quán)利要求9所述的傳感器，其中，所述電容壓力傳感元件包含沉積在所述第一層上的第一容性電極和沉積在所述第二層上的第二容性電極，第一和第二容性電極隔著所述凹穴被彼此分開，用以監(jiān)測(cè)所述第一和第二層之間的偏移。
11.如權(quán)利要求10所述的傳感器，其中，所述第一和第二導(dǎo)電膜之一包含多條穿通導(dǎo)線，它們從所述凹穴內(nèi)延伸至電容壓力傳感器外表面上的電接觸墊。
12.如權(quán)利要求11所述的傳感器，其中，所述電互聯(lián)將第一容性電極與第二層上的穿通導(dǎo)線連接起來。
13.一種壓力變送器，其中，包括如權(quán)利要求1所述的MEMS傳感器。
14.如權(quán)利要求13所述的壓力變送器，其中，還包括將壓力耦合至所述MEMS傳感器的處理流體隔離器。
15.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述晶粒生長(zhǎng)材料包括金屬。
16.一種制造傳感器的方法，其中，包括如下步驟形成傳感器主體的第一和第二層，其中第一層和第二層當(dāng)中至少一個(gè)包含凹槽部分；至少在所述第一層上沉積導(dǎo)電膜；在第二層上沉積導(dǎo)線；在所述導(dǎo)線或所述導(dǎo)電膜中的至少一個(gè)上沉積導(dǎo)電晶粒生長(zhǎng)材料；將所述第一和第二層焊接在一起，其中部分導(dǎo)線與部分導(dǎo)電膜在導(dǎo)電晶粒生長(zhǎng)材料的沉積物處對(duì)準(zhǔn)，并彼此分開；加熱導(dǎo)電晶粒生長(zhǎng)材料，以在所述導(dǎo)電膜與導(dǎo)線之間的空間內(nèi)生長(zhǎng)出互聯(lián)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，還包括在所述第一和第二層當(dāng)中至少一個(gè)內(nèi)形成臺(tái)面，所述臺(tái)面與所述導(dǎo)電晶粒生長(zhǎng)材料的沉積物對(duì)準(zhǔn)的步驟。
18.一種微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)，其中，它包括由至少第一和第二層結(jié)合在一起形成的主體，該主體在所述第一和第二層彼此面對(duì)的兩面之間形成凹穴；在一個(gè)所述面對(duì)的面上沉積的第一導(dǎo)體；在另一個(gè)所述面對(duì)的面上沉積的第二導(dǎo)體；至少放置在一個(gè)導(dǎo)體上的導(dǎo)電晶粒生長(zhǎng)材料沉積物，它在預(yù)定條件下生長(zhǎng)晶粒，在導(dǎo)體之間形成互聯(lián)。
19.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備被加熱，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電晶粒生長(zhǎng)材料的生長(zhǎng)，形成互聯(lián)。
全文摘要
一種單獨(dú)的聯(lián)接，通過在將MEMS設(shè)備(10)焊接在一起之后在該設(shè)備(10)中由導(dǎo)電晶粒生長(zhǎng)材料(16)晶粒生長(zhǎng)而生長(zhǎng)互聯(lián)來形成。用于電接觸的晶粒生長(zhǎng)的材料被沉積在設(shè)備(10)的第一層(12)與第二層(14)之間形成的凹穴(18)中。
文檔編號(hào)B81B7/00GK1394276SQ01803369
公開日2003年1月29日 申請(qǐng)日期2001年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月6日
發(fā)明者馬克·G·羅莫, 小斯坦利·E·魯?shù)? 馬克·A·盧茨, 弗雷德·C·西特勒, 阿德里安·C·托伊 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司