本公開大體上涉及微機電系統(tǒng)（mems），并且更具體地涉及具有改進的凹部或者空腔結構的微機電系統(tǒng)。

背景技術：

微機電系統(tǒng)（mems）廣泛用于各種應用，包括：例如，商業(yè)、汽車、航天、工業(yè)和醫(yī)療應用。微機電系統(tǒng)（mems）可以包括通過使用微制造技術而制造的微型機械和機電元件（即，裝置和結構）。mems系統(tǒng)可以包括各種裝置和/或系統(tǒng)，其包括微傳感器和微致動器。

示例mems微傳感器是壓力傳感器。該壓力傳感器通常是通過將凹部各向異性地蝕刻到硅襯底管芯的背面中，留下薄的柔性膜片而形成的。在操作時，將膜片的至少一個表面暴露于輸入壓力。膜片根據(jù)輸入壓力的大小偏轉，并且該偏轉引起壓敏電阻器的電阻發(fā)生變化。壓敏電阻器的電阻的變化反映為至少部分地由壓敏電阻器形成的電阻電橋的輸出電壓信號的變化。在一些情況下，通過添加支撐凸起將膜片制造得更薄，這樣做可以幫助提高平板膜片上的膜片的敏感度。

mems管芯的成本通常直接與管芯大小相關。具有凹部或者空腔的mems裝置（諸如，壓力傳感器或者其它mems裝置）的管芯大小通常由凹部或者空腔的結構決定。在幫助減小管芯大小的同時仍然實現(xiàn)良好的裝置性能的具有改進的凹部或者空腔結構的mems裝置將是可取的。

技術實現(xiàn)要素：

本公開大體上涉及微機電系統(tǒng)（mems），并且更具體地涉及具有改進的凹部或者空腔結構的微機電系統(tǒng)。

示例mems裝置是壓力傳感器。雖然壓力傳感器在本文中用于說明性目的，但是可以預期的是，根據(jù)需要本公開可應用于任何合適的mems裝置。說明性壓力傳感器可以包括第一襯底（substrate）和第二襯底。第一襯底可以具有第一側和相對的第二側。第一側可以具有凹部。該凹部可以由一個或者多個側壁和底壁限定，其中，一個或者多個側壁大體上垂直于底壁。感測膜片可以限定在第一襯底的第二側與凹部的底壁之間。在一些情況下，凸起可以從凹部的底壁延伸到凹部中。凸起可以由側壁限定，其中，凸起的側壁可以大體上垂直于凹部的底壁。第二襯底可以包括第一側和相對的第二側。第一側可以具有凹部?？梢詫⒌谝灰r底的第一側固定到第二襯底的第一側，從而使第一襯底中的凹部面向第二襯底中的凹部并且與第二襯底中的凹部流體連通，形成壓力傳感器裝置。

在另一示例中，傳感器可以包括傳感器本體，該傳感器本體具有第一側和第二側。密封的嵌入式空腔可以位于傳感器本體的第一側和第二側之間，其中，感測膜片在密封的嵌入式空腔與傳感器本體的第一側之間。嵌入式空腔的范圍可以由一個或者多個側壁、靠近（towards）傳感器本體的第一側的頂壁、以及靠近傳感器本體的第二側的底壁限定。在一些情況下，凸起可以從感測膜片延伸并延伸到嵌入式空腔中，但并不一直延伸到嵌入式空腔的另一側。凸起可以沿感測膜片側向延伸并且可以在一個、兩個、三個、四個、五個或者更多個離散位置與嵌入式空腔的側壁中的一個或者多個側壁相交。在一些情況下，凸起可以由側壁限定，其中，凸起的側壁大體上垂直于嵌入式空腔的頂壁。

形成傳感器的示例方法可以包括：在絕緣體上硅（soi）襯底的外延層中蝕刻出凹部。soi晶片可以包括襯底層和外延層，其中，氧化層在襯底層與外延層之間。蝕刻的凹部可以限定出感測膜片和該感測膜片的凸起的范圍。該方法可以進一步包括：將凹部蝕刻到第二襯底中并且將絕緣體上硅（soi）襯底固定到第二襯底，從而使絕緣體上硅（soi）襯底的外延層中的凹部面向第二襯底中的凹部并且與第二襯底中的凹部流體連通。該方法可以進一步包括：去除絕緣體上硅（soi）襯底的襯底層。

提供前述發(fā)明內容以便于理解本公開獨有的某些創(chuàng)新特征，并不旨在給出完全的說明。完整的理解本公開可以通過將整個說明書、權利要求書、附圖以及摘要作為一個整體來獲得。

附圖說明

結合附圖考慮各種說明性實施例的以下描述可更全面地理解本公開，在附圖中：

圖1是具有說明性凸起膜片設計的壓力傳感器的頂視圖；

圖2是沿圖1所示的壓力傳感器的線2-2截取的剖視圖；以及

圖3a至圖3f示出了形成壓力傳感器的說明性方法。

雖然本公開可修改為多種改型和替代形式，但是已經在附圖中以示例的方式示出其特定細節(jié)，并且將進行詳細描述。然而，應該理解，本發(fā)明并不使本公開的方面局限于所描述的特定說明性實施例。相反，本發(fā)明旨在涵蓋落在本公開的精神和范圍內的所有修改、等同物以及替換方案。

具體實施方式

應該參照附圖閱讀以下描述，其中，相同附圖標記在整個幾幅圖中指示相同元件。說明書和不一定按比例繪制的附圖描繪了說明性實施例并且不旨在限制本公開的范圍。所描繪的說明性實施例旨在僅僅作為示例性的。

如本文所使用的，術語“流體”并不旨在受限于液體。確切地說，術語“流體”旨在包括處于流動中的任何材料，諸如，但不限于，液體和/或氣體。

圖1是具有說明性凸起膜片設計的壓力傳感器10的頂視圖。圖2圖示了沿圖1中的線2-2截取的壓力傳感器10的橫截面。壓力傳感器10可以包括第一襯底20和第二襯底32。在一些實例中，第一襯底20可以是用絕緣體上硅（soi）技術形成的分層式硅-絕緣體-硅襯底或者晶片，盡管這不是必需的。可以預期的是，根據(jù)需要可以使用其它襯底。第一襯底20可以包括面向第一襯底20的第一側28的第一硅層22和面向第一襯底20的與第一側28相對的第二側30的第二硅層24。絕緣或者氧化層26可以設置在第一硅層22與第二硅層24之間。在一些實例中，絕緣層26可以由二氧化硅、氮化硅、藍寶石、和/或任何其它合適的絕緣材料形成。雖然在圖2中圖示了第二硅層24，但是在一些情況下，可以使第二硅層24變薄或者去除第二硅層24，從而將氧化層25暴露于第二側30。可替代地，并且，在一些實例中，不是一開始就提供了第二硅層24和氧化層26。

根據(jù)需要，第二襯底32可以是任何半導體晶片（例如，硅或者鍺）或者其它襯底?？梢灶A期的是，第一襯底20或者第二襯底32中的任何一個或者兩個可以摻雜雜質以提供n型或者p型非本征半導體。例如，第一襯底20可以是n型襯底，而第二襯底32可以是p型襯底。相反的配置也是可以預期的，或者兩個襯底可以摻雜相同的極性。在一些實例中，第一襯底20和/或第二襯底32可以包括外延層。

可以去除第一襯底20的部分（諸如，第一硅層22的部分），在空腔或者凹部40上留下薄的柔性膜片34。膜片34可以定位在凹部40的底壁42與第一襯底20的第二側30之間。在一些情況下，壓敏電阻器36可以定位在膜片34中或者上以測量膜片34的偏轉/應力，從而形成壓力傳感器。在操作期間，將膜片34的至少一個表面暴露于輸入壓力。膜34然后可以根據(jù)膜34上的壓力的大小偏轉。膜34的偏轉然后引起壓敏電阻器36的電阻發(fā)生變化。壓敏電阻器36的電阻的變化反映為至少部分地由壓敏電阻器36形成的電阻電橋的輸出電壓信號的變化。輸出電壓提供施加在膜片34上的輸入壓力的度量。

凹部40可以包括底壁42和一個或者多個側壁44。在本文中，使用術語“底部的”、“頂部的”和“側的”作為指示各個部件的相對位置的相對術語。在一些實例中，凹部40可以具有大體上正方形的形狀，該形狀限定出側壁44。然而，可以預期的是，凹部40可以是所需的任何形狀。在一些實施例中，側壁44的大部分的長度可以垂直于或者大體上垂直于凹部40的底壁42的大部分的長度。然而，這并不是必需的。在一些實例中，側壁44中的一個或者多個側壁44可以非正交角從底壁42延伸。凹部40的側壁44可以限定出凹部44的側向范圍和深度d1。

雖然將凸起38圖示為大體上方形或者有角的角落和邊緣45，但是可以預期的是，角落和邊緣45可以是圓形的或者彎曲的。在一些實例中，環(huán)繞膜片34和/或凸起38的周界的邊緣也可以具有彎曲的或者圓形的邊緣和角落47。圓形的邊緣和角落45、47可以通過減少凸起38的鋒利邊緣來大幅增加膜片34的破裂壓力（burstpressure）。標題為“pressuresensorhavingabosseddiaphragm”的共同受讓的美國專利申請14/543,074公開了這種結構，該申請以引用的方式并入本文。

說明性傳感器10可以進一步包括從底壁42延伸到凹部40中的一個或者多個凸起38。例如，并且，如圖1所示，一個或者多個凸起38可以側向延伸跨越凹部40。當如此提供時，凹部40的側壁44可以與一個或者多個凸起38的一個或者多個側壁相交。在一些實例中，一個或者多個凸起38可以延伸跨越凹部40的整個側向范圍和深度d1，然而，在其它實例中，凸起38僅僅可以部分地延伸跨越凹部40的側向范圍和/或深度d1。

可以預期的是，一個或者多個凸起38可以以一定圖案來形成。在一些情況下，可以選擇圖案以涵蓋壓力傳感器的所需輸入壓力來實現(xiàn)所需的敏感度和線性度。在一些實例中，圖案可以是相對簡單的，諸如，“x”或者交叉形圖案，諸如，圖1所示的圖案。在其它實例中，圖案可以更復雜。具有交叉圖案的凸起膜片可以提供比相同膜片面積的平板膜片高50%至100%的敏感度。換句話說，在提供相同水平的敏感度時，具有凸起膜片的裝置可以比具有平板膜片的裝置被制作得更小。在一些實施例中，凸起38可以在凹部40的一個或者多個側壁44之間延伸。在一些情況下，凸起38可以在一個、兩個、三個、四個、或者更多個離散位置處延伸到側壁44。如圖1所示，“x”形的突起38可以延伸到四個離散位置，并且可以具有位于膜片34的中心的中心46。四個凸起支腿46a、46b、46c、46d（統(tǒng)稱為46）中的每一個凸起支腿可以在不同方向上從中心46延伸朝向凹部40的側壁44。在一些情況下，可以使用凸起圖案，其中，圖案化的支腿中沒有一個或者不是全部側向延伸到側壁44。

參照圖2，第二襯底32可以具有第一側48和與第一側48大體上相對的第二側50。凹部52可以形成在第二襯底32的第一側48中。凹部52可以包括底壁54和一個或者多個側壁56。在所示的示例中，凹部52可以具有大體上正方形的形狀，該形狀限定出四個側壁56。然而，可以預期的是，凹部52可以具有任何所需的形狀。在一些實例中，凹部52的形狀可以具有外部輪廓或者周界，該外部輪廓或者周界與第一襯底20中的凹部40的外部輪廓或者周界相似。在一些實施例中，側壁56可以垂直于或者大體上垂直于凹部52的底壁54。然而，這并不是必需的。如圖2所示，側壁56可以非正交角從底壁54延伸。雖然圖2未明確示出，但是在一些情況下，第二襯底32可以包括從第二側50延伸到凹部52中的端口。在其它情況下，凹部52不包括這種端口?？梢詫⒌谝灰r底20的第一側28固定到第二襯底32的第一側48上，從而使第一襯底28中的凹部40面向第二襯底32中的凹部52并且與第二襯底32中的凹部52流體連通。

圖3a至圖3f示出了形成壓力傳感器100的說明性方法。雖然關于單個裝置或者傳感器100描述了方法，但是可以預期的是，多個裝置可以在單個晶片上被制造，隨后被切割成或者分成單獨的裝置。而且，雖然關于壓力傳感器描述的該方法，但是可以預期的是，按照需要技術可以應用于任何其它合適的微機電系統(tǒng)（mems）裝置。

具體參照圖3a，可以提供第一襯底120。在一些情況下，第一襯底120可以是用絕緣體上硅（soi）技術形成的分層式硅-絕緣體-硅襯底或者晶片。然而，可以預期的是，根據(jù)需要可以使用其它襯底。在所示的示例中，第一襯底120可以包括第一硅（或者襯底）層122和第二硅（或者襯底）層124，第一硅（或者襯底）層122與第一襯底120的第一或者頂部側128相鄰，第二硅（或者襯底）層124與第一襯底120的與第一側128相對的第二或者底部側130相鄰。絕緣或者氧化層126可以設置在第一硅層122與第二硅層124之間。在一些實例中，絕緣層26可以由二氧化硅、氮化硅、藍寶石、和/或任何其它合適的絕緣材料形成。在一些實例中，第一硅層122可以是外延層，但是這并不是必需的。

現(xiàn)在參照圖3b，可以去除或者蝕刻第一襯底120的部分（諸如，第一硅層122的部分）以在襯底120的頂部側128中限定出一個或者多個凹部140和一個或者多個凸起138。在一些實例中，凹部140可以是具有從凹部的底部向上延伸到凹部中的一個或者多個凸起138的一個凹部。在一些情況下，凸起138可以在凹部140的外周界或者外側壁之間延伸并且接觸凹部140的外周界或者外側壁，如圖1所示。然而，凸起138中的一些或者沒有一個可以接觸凹部或者多個凹部140的外側壁。

可以預期的是，一個或者多個凸起138可以以一定圖案來形成?？梢赃x擇圖案以涵蓋壓力傳感器的所需輸入壓力來實現(xiàn)所需的敏感度和線性度。在一些實例中，圖案可以是相對簡單的，諸如，圖1所示的“x”或者交叉形圖案。在其它實例中，圖案可以更復雜。與一個或者多個凹部140相鄰的區(qū)域可以形成膜片。

可以預期的是，可以使用深度反應離子蝕刻（drie）來創(chuàng)建凹部140和/或凸起138的圖案。深度反應離子蝕刻（drie）可以提供垂直于底壁142的側壁144?？梢酝ㄟ^控制蝕刻工藝的持續(xù)時間，使用蝕刻停止部層并且/或者按照任何其它合適的方式來控制凹部140的深度。在一些實例中，凹部140的底壁142可以與氧化層126間隔開一段距離，然而，在其它情況下，凹部140的底壁142與氧化層126鄰接。在一些情況下，氧化層126可以充當蝕刻工藝的蝕刻停止部（etchstop），從而使氧化層126形成凹部140的底壁142。

凹部140可以包括底壁142和一個或者多個側壁144。凹部140可以是任何所需的形狀。在一些實施例中，側壁144可以垂直于或者大體上垂直于凹部140的底壁142。然而，這并不是必需的。可以預期的是，側壁144可以非正交角從底壁142延伸。凹部140的側壁144可以限定出凹部140的側向范圍。凸起138可以側向延伸跨越凹部140。在一些實施例中，凸起138可以延伸跨越凹部140的整個側向范圍，然而，在其它實例中，凸起138僅僅可以延伸跨越凹部140的部分側向范圍。凹部的豎直或者大體上豎直的側壁144可以在維持所需水平的敏感度的同時減小裝置的大小。

現(xiàn)在參照圖3c，可以提供第二襯底132。根據(jù)需要，第二襯底132可以是任何半導體晶片（例如，硅或者鍺）或者其它襯底。第二襯底132可以包括第一側148和與第一側148大體上相對的第二側150。凹部152可以形成在第二襯底132的第一側148中。凹部152可以按照任何合適的方式（諸如，但不限于，drie蝕刻和/或koh蝕刻）形成。第二襯底132中的凹部152可以包括底壁154和一個或者多個側壁156。在所示的示例中，凹部152可以具有大體上正方形的形狀，該形狀限定出四個側壁156。然而可以預期的是，凹部152可以是任何所需的形狀。在一些實例中，凹部152的形狀可以具有外輪廓或者周界，該外輪廓或者周界與第一襯底120中的凹部140的外輪廓或者周界相似，從而可以將凹部140、152對齊以形成空腔。在一些實施例中，凹部152的側壁156可以垂直于或者大體上垂直于凹部152的底壁154。然而，這并不是必需的。在一些情況下，側壁156可以非正交角從底壁154延伸，如圖2所示。

如圖3d所示，可以將第一襯底120的第一側128接合至第二襯底132的第一側148，從而將第一襯底120中的凹部140與第二襯底132中的凹部152對齊、或者對準、并且流體連通。復合裝置120/132可以形成傳感器本體，該傳感器本體具有密封的嵌入式空腔140/152（參見圖3d至圖3e）或者有端口的嵌入式空腔140/162（參見圖3f）。為了清楚起見，一些附圖標記已經從圖3d至圖3f省略。

如圖3e所示，可以使第二硅層124變薄或者將其完全移除以留下薄的柔性膜片134。可以按照受控方式來去除第二硅層124以得到具有所需的厚度的膜片134。在一些實例中，可以進一步處理氧化層126，或者，如果第二硅層124存在，則可以進一步處理該第二硅層124，諸如，通過蝕刻和/或者化學機械平坦化（cmp），以準備用于電氣電路和/或部件的表面。電氣部件158可以形成在氧化層126上，如圖3f所示。在一些實例中，可以去除氧化層126，并且可以通過使用傳統(tǒng)集成電路處理技術將電路元件（諸如，晶體管、二極管、電阻器、走線、和/或其它集成電路部件）形成在第一硅層122中和/或在第一硅層122上。可以將電路元件連接至傳感器元件158，以在將輸出信號提供至壓力傳感器的接合墊160之前提供相同水平的信號處理。信號處理可以對由傳感器元件（例如，壓敏電阻器36）產生的原始傳感器信號進行濾波、放大、線性化、校準和/或另外的處理。

在使用期間，響應于被測介質的施加的壓力，膜片134被施壓并且/或者發(fā)生變形。該施壓和/或變形可以由在感測膜片134上或者嵌入感測膜片134內的一個或者多個電氣部件或者感測元件158（例如，壓敏電阻器）檢測到?？梢越浻梢粋€或者多個接合墊160提供指示施加的壓力的輸出信號。在一些實例中，可以通過第二襯底132將端口162提供至空腔/凹部140、152以允許從裝置100的背面感測介質，但是這并不是必需的。

因此，已經描述了本公開的多個說明性實施例，本領域的技術人員將容易了解，在其所附的權利要求的范圍內，可以制造和使用其它實施例。已經在上述描述中陳述了本文所涵蓋的本公開的多個優(yōu)點。然而，將理解，在許多方面，本公開僅僅是說明性的。在不超過本公開的范圍的情況下，在細節(jié)方面，特別是在部件的形狀、大小和布置方面可以做出改變。當然，本公開的范圍用表示所附權利要求的語言來限定。