本發(fā)明涉及一種微機(jī)械壓力傳感器裝置的制造方法和一種相應(yīng)的微機(jī)械壓力傳感器裝置。

背景技術(shù)：

基于mems技術(shù)的壓力傳感器可以包括平行于芯片正面延伸的電容器結(jié)構(gòu)和/或膜片。這種壓力傳感器的尺寸縮小或者簡化是研究和開發(fā)中的挑戰(zhàn)。

具有平行的探測結(jié)構(gòu)的壓力傳感器占據(jù)特別是芯片面的直至大于70％。為了縮小探測結(jié)構(gòu)，特別是也需要減小相應(yīng)的層厚度。然而在相應(yīng)的膜片中減小層厚度變得很困難，因為較小的膜片可能具有降低的靈敏度。這個可以特別是導(dǎo)致，這種壓力傳感器不滿足asic或相應(yīng)的分析電路的靈敏度要求。

此外，壓力傳感器的膜片尺寸或結(jié)構(gòu)必須應(yīng)用特定地改變。這導(dǎo)致，對于具有寬的應(yīng)用范圍的壓力傳感器而言需要復(fù)雜的和耗費(fèi)的方法。

ep0515416b1描述了一種用于制造能集成的電容壓力傳感器的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)械壓力傳感器裝置的制造方法和一種根據(jù)權(quán)利要求9所述的相應(yīng)的微機(jī)械壓力傳感器裝置。

優(yōu)選的擴(kuò)展方案是相應(yīng)的從屬權(quán)利要求的內(nèi)容。

本發(fā)明所基于的構(gòu)思在于，通過這里所述的方法特別是提供基底層面(substratlevel)上的壓敏電容性的電容器結(jié)構(gòu)。在此，壓敏電容性的電容器結(jié)構(gòu)或者膜片結(jié)構(gòu)橫向于、特別是垂直于基底的正面延伸。由此，這里所述的微機(jī)械壓力傳感器裝置特別是包括一個或者多個壓敏電容性的電容器結(jié)構(gòu)，所述一個或者多個壓敏電容性的電容器結(jié)構(gòu)橫向于、特別是垂直于基底的正面延伸。由此，在此制造或提供的微機(jī)械壓力傳感器組件是特別節(jié)省空間的。

換句話說，相應(yīng)地減小用于制造微機(jī)械壓力傳感器裝置所需的在基底層面上的空間。此外，在這里所述的方法中而且在相應(yīng)的微機(jī)械壓力傳感器裝置中，壓敏電容性的電容器結(jié)構(gòu)的靈敏度特別是與該方法的側(cè)面平板印刷的精度有關(guān)，從而可以制造或提供非常小的微機(jī)械壓力傳感器裝置。此外，這里所述的微機(jī)械壓力傳感器裝置基于電容原理是高效節(jié)能的。

通過在這里所制造的壓敏電容性的電容器結(jié)構(gòu)和用于壓敏電容性的電容器結(jié)構(gòu)的至少一個壓力通道之間提供真空，這里所述的微機(jī)械壓力傳感器裝置特別是穩(wěn)定地抵抗尤其在微機(jī)械壓力傳感器裝置內(nèi)部的機(jī)械壓力，所述機(jī)械壓力可以通過構(gòu)造和連接技術(shù)或者在運(yùn)行中產(chǎn)生。

此外，通過這里所述的微機(jī)械壓力傳感器裝置可以測量不同的壓力范圍，其中，微機(jī)械壓力傳感器裝置的空間尺寸不必被改變。由此，產(chǎn)生統(tǒng)一的指紋，所述指紋例如能夠用于整個芯片代。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在制造方法的步驟a中，提供具有至少第一至第四槽的基底。至少第一至第四槽從基底的正面出發(fā)彼此平行地延伸，其中，至少第一至第四槽彼此具有間距。此外，這里所述的槽橫向于、特別是垂直于基底的正面延伸。至少第一至第四槽在基底中不相交。

在步驟b中，將一個層沉積到基底的正面上，其中，將至少第一至第四槽封閉。通過將所述層結(jié)構(gòu)化，在所述層中將在第二和第四槽的上方構(gòu)造接觸結(jié)構(gòu)。接觸結(jié)構(gòu)不具有所述層的材料并且從所述層的背離基底的正面的面出發(fā)使第二和第四槽暴露。接觸結(jié)構(gòu)在側(cè)面的方向上特別是由鄰接的第一槽和第三槽側(cè)面地限界并且不伸入到第一和第三槽的區(qū)域中。

在步驟c中，將接觸結(jié)構(gòu)以及第二和第四槽的向外暴露的側(cè)面至少部分地氧化。在此，構(gòu)造一個電絕緣層，所述電絕緣層涂覆在側(cè)面和相同的接觸結(jié)構(gòu)上。此外，接觸結(jié)構(gòu)以及第二和第四槽在步驟c期間不封閉。所述至少部分的氧化特別是可以在硅基底上進(jìn)行。在此，二氧化硅形成相應(yīng)的側(cè)面。替代地，接觸結(jié)構(gòu)以及第二和第四槽可以涂覆有介電層。為此可以使用例如氧化鋁、二氧化鉿或氮化物層。

在步驟d中，使第一金屬接觸材料沉積并且結(jié)構(gòu)化。在此，將接觸結(jié)構(gòu)至少部分地以第一金屬接觸材料填充。第一金屬接觸材料在此特別是可以在基底的正面上齊平地封閉。第一金屬接觸材料這樣結(jié)構(gòu)化，以使得在第二和第四槽的上方特別是構(gòu)造電極。所述電極特別是用于之后與壓敏電容性的電容器結(jié)構(gòu)接觸。此外，特別是將焊盤(bondpad)以及金屬導(dǎo)線線路構(gòu)造在所述層的背離基底的正面的側(cè)上。金屬導(dǎo)線線路可以特別是彼此電絕緣地使焊盤與第二和第四槽的電極彼此連接。也就是說，在第二槽上方的接觸結(jié)構(gòu)與在第四槽上方的接觸結(jié)構(gòu)彼此電絕緣地制造。金屬導(dǎo)線線路在步驟d中以及與所述金屬導(dǎo)線線路連接的焊盤與芯片區(qū)域之外的導(dǎo)線線路連接，由此使第一金屬接觸材料保持在相同的電勢上。在電鍍過程之后在步驟f中，去除芯片區(qū)域之外的導(dǎo)線線路，由此使芯片區(qū)域之內(nèi)的導(dǎo)線線路彼此不電接觸。

在步驟e中，從基底的背面打開第二槽和第四槽。所述打開特別是可以通過溝槽蝕刻來進(jìn)行。第二槽與第四槽由此從基底的正面直至背面完全地穿過基底。在步驟b中沉積的層可以特別是理解為承載的或者穩(wěn)定化的層。

在步驟f中，將第二金屬接觸材料經(jīng)過基底的背面電沉積到第二和第四槽中。在此，第二金屬接觸材料沉積在經(jīng)氧化的側(cè)面上，由此形成壓敏電容性的電容器結(jié)構(gòu)。對于第二金屬接觸材料可以使用例如鎳、銅、金或者其他適合的貴金屬。

換句話說，這里所述的壓敏電容性的電容器結(jié)構(gòu)特別是包括第二槽與第四槽，其中，在第二槽和第四槽之間構(gòu)造第三槽。在制造方法的步驟b中在第三槽中構(gòu)造真空。因此，通過這里所述的制造方法，在與基底的正面垂直的方向上構(gòu)造壓敏電容性的電容器結(jié)構(gòu)。

在步驟g中，從基底的正面打開第一槽，其中，形成用于壓敏電容性的電容器結(jié)構(gòu)的壓力通道。通過壓力通道特別是可以使氣體到達(dá)第一槽中，其中，通過進(jìn)入到第一槽中的氣體使第三槽中的真空變形，由此能夠測量在壓敏電容性的電容器結(jié)構(gòu)上的電流/電壓改變。此外，可以特別是在焊盤或電極上量取壓敏電容性的電容器結(jié)構(gòu)上的電流/電壓改變。通過所述電流/電壓改變可以推斷例如第一槽中的壓力。此外，這里所述的壓力通道可以用于補(bǔ)償構(gòu)造和連接技術(shù)的和/或在這里所制造的微機(jī)械壓力傳感器裝置運(yùn)行期間的機(jī)械壓力。

根據(jù)一個優(yōu)選的擴(kuò)展方案，為了構(gòu)造至少第一至第四槽，在基底的正面上實(shí)施n-格柵。特別是可以通過提供多孔硅有利于n-格柵的實(shí)施，從而在所述層沉積時所述層的材料不沉積到至少第一至第四槽中。此外，n-格柵有利于在第三槽中構(gòu)造氣密封閉的真空。

根據(jù)一個另外的優(yōu)選的擴(kuò)展方案，對于基底使用多孔硅。因此，能夠以簡單的方式和方法在基底中構(gòu)造至少第一至第四槽。為了構(gòu)造這里所述的槽特別是可以至少部分地使用apsm(advancedporoussiliconmembrane)方法。

根據(jù)一個另外的優(yōu)選的擴(kuò)展方案，將分析電子裝置例如cmos(complementarymetal-oxide-semiconductor；互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)和/或雙極處理器集成到基底層面上。這里所述的基底可以例如在構(gòu)造這里所述的槽之前包括分析電子裝置和/或雙極處理器。因此，可以將具有分析電子裝置的微機(jī)械壓力傳感器裝置提供到基底層面上，其中，可以取消耗費(fèi)的晶片-晶片粘合方法。

根據(jù)一個另外的優(yōu)選的擴(kuò)展方案，對于所述層使用單晶硅。通過單晶硅可以氣密地封閉至少第一至第四槽。此外，單晶硅的材料特定的特性有利于微機(jī)械壓力傳感器裝置的靈敏度。單晶硅尤其可以特別均勻地沉積。

根據(jù)一個另外的優(yōu)選的擴(kuò)展方案，至少部分地氧化的側(cè)面用于第一金屬接觸材料和第二金屬接觸材料的沉積。因此，第一金屬接觸材料和第二金屬接觸材料可以確定地沉積到用于制造壓敏電容性的電容器結(jié)構(gòu)的預(yù)定區(qū)域上，其中，特別是可以通過較小的開口直徑阻止第一金屬接觸材料沉積到第二和第四槽中。

根據(jù)一個另外的優(yōu)選的擴(kuò)展方案，在第一金屬接觸材料沉積和結(jié)構(gòu)化時至少部分地構(gòu)造金屬導(dǎo)線線路，并且將金屬導(dǎo)線線路用于第二金屬接觸材料的電沉積。因此，基于金屬導(dǎo)線線路可以在基底上同時制造多個微機(jī)械壓力傳感器裝置。此外，可以簡單地并且節(jié)能高效地實(shí)現(xiàn)同時使第二金屬接觸材料電沉積。

根據(jù)一個另外的優(yōu)選的擴(kuò)展方案，在第二金屬接觸材料電沉積之后至少部分地去除所述金屬導(dǎo)線線路。因此，各個微機(jī)械壓力傳感器裝置可以呈單個傳感器的形式彼此分開，而不必附加地將金屬導(dǎo)線線路切斷。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種微機(jī)械壓力傳感器裝置。微機(jī)械壓力傳感器裝置包括具有至少第一至第四槽的基底，其中，至少第一至第四槽從基底的正面出發(fā)彼此平行地延伸，其中，在第三槽中構(gòu)造真空。第二槽和第四槽穿過所述基底并且具有第二金屬接觸材料。借助于至少部分地與第一槽和第四槽的第二金屬接觸材料接觸的電極，能夠電容地測量第一槽中的壓力改變。

根據(jù)一個優(yōu)選的擴(kuò)展方案，第二槽和第四槽的電極至少部分地伸入到第二和第四槽中并且與第二金屬接觸材料接觸。因此，可以保護(hù)壓敏電容性的電容器結(jié)構(gòu)免受外部的影響。

根據(jù)一個優(yōu)選的擴(kuò)展方案，第一槽補(bǔ)償在運(yùn)行中產(chǎn)生的機(jī)械壓力和/或者用作壓力通道。除了第一槽作為壓力通道的功能以外，所述第一槽附加地可以減小或補(bǔ)償機(jī)械應(yīng)力。由此可以給第一槽配置兩種功能。

這里所述的微機(jī)械壓力傳感器裝置的制造方法的特征也對于相應(yīng)的微機(jī)械壓力傳感器裝置是公開的以及反之亦然。

附圖說明

下面根據(jù)實(shí)施方式參考附圖說明本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)。附圖中：

圖1a-8a示出用于說明微機(jī)械壓力傳感器裝置的制造方法和根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的相應(yīng)的微機(jī)械壓力傳感器裝置的示意性的橫截面圖；

圖1b，3b-5b，7b和8b示出對應(yīng)于相應(yīng)的圖1a，3a-5a，7a和8a的示意性的俯視圖；

圖4a’，4b’，7a’示出相應(yīng)的圖4a和圖7a的示意性的放大圖；

圖9示出用于說明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的微機(jī)械壓力傳感器裝置的示意性的俯視圖；和

圖10a-13a示出用于說明基于apsm技術(shù)制造示例性的第一槽和示例性的第二槽的方法的示意性的橫截面圖，其中，圖10b-13b是圖10a-13a的相應(yīng)的俯視圖；

圖14a示出用于微機(jī)械壓力傳感器裝置的制造方法所提供的基底的示意性的側(cè)視圖；和

圖14b示出圖14a中的基底的相應(yīng)的俯視圖。

具體實(shí)施方式

在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的或功能相同的元件。

附圖中所示的微機(jī)械壓力傳感器裝置的制造方法的步驟示出至少第一至第五槽g1；g2；g3；g4；g5。這應(yīng)該理解為微機(jī)械壓力傳感器裝置的一個另外的實(shí)施方式。通過第一槽g1和第五槽g5對稱的構(gòu)造，特別是可以進(jìn)行均勻的壓力測量。此外，可以均勻地補(bǔ)償在微機(jī)械壓力傳感器裝置運(yùn)行期間的機(jī)械壓力。

圖1a-8a是用于說明微機(jī)械壓力傳感器裝置的制造方法和根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的相應(yīng)的微機(jī)械壓力傳感器裝置的示意性的橫截面圖。

在圖1a中，附圖標(biāo)記1表示具有至少第一至第五槽g1；g2；g3；g4；g5的基底。所述槽g1；g2；g3；g4；g5從基底1的正面v1出發(fā)彼此平行地延伸。如圖1a和圖1b中所示地，至少第一至第五槽g1；g2；g3；g4；g5從基底1的正面v1可自由地到達(dá)。在基底1的正面v1上特別是可以實(shí)施n-格柵n1(見圖10a-13a)。

在圖2a中，附圖標(biāo)記1表示替換的基底1’，所述替代的基底在其正面上具有分析電子裝置a1。替代地，分析電子裝置a1可以與雙極處理器a1’組合或者由雙極處理器a1’替代。

如圖3a和3b中所示地，一個層s1沉積到基底1的正面v1上。在此，將至少第一至第五槽g1；g2；g3；g4；g5封閉。在此，封閉也可以理解為至少第一至第五槽g1；g2；g3；g4；g5的氣密的封閉。

如圖4a和圖4b中所示地，所述層s1被結(jié)構(gòu)化，其中，在所述層s1中，在第二和第四槽g2；g4上方構(gòu)造接觸結(jié)構(gòu)20；30。

圖4a’是圖4a的相應(yīng)的放大圖。如圖4a’中所示地，接觸結(jié)構(gòu)20；30這樣構(gòu)造在第二和第四槽g2；g4上方，以使得接觸結(jié)構(gòu)20；30不延伸到第一槽g1、第三槽g3和第五槽g5中。

圖4b’示出圖4a’的進(jìn)一步的放大圖(通過圖4a’的第四槽g4的區(qū)域中的橢圓示出)。

圖4b’示出接觸結(jié)構(gòu)20；30以及第二和第四槽g2；g4的相應(yīng)的向外暴露的側(cè)面40。在接觸結(jié)構(gòu)20；30以及第二和第四槽g2；g4的側(cè)面40上產(chǎn)生的氧化層例如可以是二氧化硅。

如圖5a中所示地，第一金屬接觸材料m1被沉積并且結(jié)構(gòu)化。在此，接觸結(jié)構(gòu)20；30至少部分地以第一金屬接觸材料m1填充。

如圖5a和5b中所示地，在第一金屬接觸材料m1沉積之后，至少部分地構(gòu)造金屬導(dǎo)線線路lb1，其中，金屬導(dǎo)線線路lb1可以用于之后使第二金屬接觸材料m2電沉積。此外，在第一金屬接觸材料m1結(jié)構(gòu)化期間，在層s1上構(gòu)造焊盤p1和電極e2；e4。金屬導(dǎo)線線路lb1彼此電絕緣并且分別與電極e2；e4接觸，所述電極在第一金屬接觸材料m1結(jié)構(gòu)化時被制造。

如圖6a中所示地，從基底1的背面r1打開第二槽g2和第四槽g4。這可以特別是通過溝槽蝕刻進(jìn)行。換句話說，第一槽g1、第三槽g3和第五槽g5保持封閉或者具有真空。

如圖7a或圖7a’中所示地，第二金屬接觸材料m2經(jīng)過基底1的背面r1電沉積到第二和第四槽g2；g4中。在此，第二金屬接觸材料m2沉積在經(jīng)氧化的側(cè)面40上(也參見圖4b’)，由此形成壓敏電容性的電容器結(jié)構(gòu)k1。

如圖7b中所示地，第二槽或第四槽g4的接觸結(jié)構(gòu)20；30彼此電隔離。

如圖8a中所示地，從基底1的正面v1打開第一槽g1和第五槽g5，其中，形成用于壓敏電容性的電容器結(jié)構(gòu)k1的壓力通道d1；d5。

如圖8b中所示地，相應(yīng)的壓力通道d1；d5在第一槽g1或第五槽g5上方并且相對于壓敏電容性的電容器結(jié)構(gòu)k1平行地并且隔開間距地延伸，其中，壓敏電容性的電容器結(jié)構(gòu)k1位于壓力通道d1；d5之間。

圖9是用于說明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的微機(jī)械壓力傳感器裝置的示意性的俯視圖。

如圖9中所示地，微機(jī)械壓力傳感器裝置100具有四個串聯(lián)的壓敏電容性的電容器結(jié)構(gòu)k1；k2；k3；k4。這四個串聯(lián)的壓敏電容性的電容器結(jié)構(gòu)k1；k2；k3；k4分別包括相應(yīng)的壓力通道d1；d5。

本身可理解的是，這里所述的制造方法可以特別是用來制造具有多個串聯(lián)和/或并聯(lián)的壓敏電容性的電容器結(jié)構(gòu)的微機(jī)械壓力傳感器裝置。

圖10a-13a是用于說明根據(jù)本發(fā)明的第一或第二實(shí)施方式的用于基于apsm技術(shù)制造示例性的第一槽和示例性的第二槽的方法的示意性的橫截面圖，其中，圖10b-13b是圖10a-13a的相應(yīng)的俯視圖。

圖10a示出具有正面v1的基底1，其中，在正面v1上實(shí)施n-格柵n1。

為了提供第一槽g1和第二槽g2，將所述正面相應(yīng)地預(yù)結(jié)構(gòu)化(切口60)，從而如圖12a中所示地借助于陽極氧化處理產(chǎn)生橫向于或者特別是垂直于基底的正面v1的肉眼可見的細(xì)孔或槽。在此，可以保留特別是基底1的材料剩余物70。

如圖13a中所示地，當(dāng)材料剩余物70’足夠薄時，通過氧化或者相應(yīng)地通過燒結(jié)來去除該材料剩余物70(參見從圖13a至圖14a的轉(zhuǎn)變過程)。然而在此，具有帶相應(yīng)壁厚的材料剩余物70的區(qū)域保持不損壞并且形成第一槽g1和第二槽g2。

如圖14a中所示地，用于這里所述的微機(jī)械壓力傳感器裝置100的制造方法所提供的基底1包括n-格柵n1以及示例性地示出的第一槽g1和第二槽g2。圖10b至14b是示意性的側(cè)視圖的相應(yīng)的俯視圖。

換句話說，槽的制造特別是基于apsm方法。

利用這里所述的微機(jī)械壓力傳感器裝置可以特別是測量大約1000毫巴的壓力。所述壓力范圍特別是關(guān)注于用戶應(yīng)用。

雖然根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例來說明本發(fā)明，但是本發(fā)明不局限于此。所述的材料和電路拓?fù)鋬H僅是示例性的并且不局限于所述的實(shí)例。