CN204588690U - 微机电系统压力传感器芯片及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及微机电系统压力传感器芯片及电子设备。该微机电系统压力传感器芯片，该微机电系统压力传感器芯片包括用于感应压力的空腔，所述空腔由衬底、衬底中的第一凹槽和覆盖层形成，其特征在于，所述衬底与覆盖层通过键合被连接在一起以封闭所述空腔，所述覆盖层在与衬底相对的一面具有通过蚀刻形成的第二凹槽，第二凹槽的底部与空腔相对。本实用新型所要解决的一个技术问题是如何通过较低的成本来形成高性能的微机电系统压力传感器芯片中的空腔。本实用新型的用途包括智能通讯设备、生物、汽车等工业领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及微机电系统(MEMS)压力传感器芯片，更具体地，本实用新型涉及一种微机电系统压力传感器芯片和一种电子设备。
背景技术
微机电系统压力传感器芯片已广泛应用于智能通讯设备、生物、汽车等工业领域。一般来说，微机电系统压力传感器芯片包括空腔，以便感测外界的压力变化。
在现有的微机电系统压力传感器芯片设计中，主要有两种形成空腔的方式。一种是研磨方式，另一种是使用SOI(绝缘体上硅)晶圆的方式。
在第一种方式中，首先在衬底上形成沟槽，然后形成键合层。键合层可以是氧化物。键合层可以形成在衬底上，也可以形成在用于覆盖沟槽的上层膜晶圆上。沟槽表面可以具有键合层，也可以不具有键合层(氧化物层)。接着，上层膜晶圆通过键合层键合到衬底上，以覆盖并密封所述沟槽，从而形成空腔。最后，对上层膜晶圆进行研磨，以减薄上层膜晶圆的厚度。在这种方式中，由于研磨工艺的限制，上层膜晶圆所形成的薄膜的厚度不能低于10微米。
第二种方式与第一种方式基本相同。它们的区别在于，上层膜晶圆是SOI晶圆。SOI晶圆包括薄膜层、绝缘层和上面的硅层。以及在将SOI晶圆键合到衬底上之后，从绝缘层执行去除处理，以去除所述上面的硅层。使用SOI晶圆可以实现较薄的结构，但是，它的成本比较高。
因此，需要针对现有技术中的至少一个方面进行改进。
实用新型内容
本实用新型所要解决的一个技术问题是如何提供一种新的微机电系统压力传感器芯片。
根据本实用新型的一个实施例，提供了一种微机电系统压力传感器芯片，该微机电系统压力传感器芯片包括用于感应压力的空腔，所述空腔由衬底、衬底中的第一凹槽和覆盖层形成，其特征在于，所述衬底与覆盖层通过键合被连接在一起以封闭所述空腔，所述覆盖层在与衬底相对的一面具有通过蚀刻形成的第二凹槽，第二凹槽的底部与空腔相对。
优选地，所述键合是熔融键合。
优选地，在衬底和覆盖层之间还包括键合层。
优选地，键合层是氧化物层。
优选地，第一凹槽的表面不具有氧化物层。
优选地，所述覆盖层是纯硅晶圆或者磊晶圆。
优选地，所述覆盖层在第二凹槽底部的厚度小于10微米。
优选地，所述覆盖层在第二凹槽底部的厚度小于5微米。
优选地，所述衬底是硅衬底。
优选地，在第二凹槽的表面上形成有氧化物层。
根据本实用新型的另一个实施例，提供了一种电子设备，其特征在于，它包括根据本实用新型的微机电系统压力传感器芯片。
本实用新型的一个技术效果在于，相对于现有技术中使用SOI晶圆形成空腔薄膜的方式，本实用新型的成本较低。
本实用新型的设计人发现，在现有技术中，通过研磨的方式来减薄微机电系统压力传感器芯片中的空腔上的薄膜的厚度，或者，通过SOI晶圆来实现薄的空腔薄膜。本实用新型使用不同的方式。在本实用新型中，使用蚀刻工艺减薄薄膜的厚度，而不是去除某一层。因此，本实用新型所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的，故本实用新型是一种新的技术方案。
另外，本领域技术人员应当理解，尽管现有技术中存在许多问题，但是，本实用新型的每个实施例或权利要求的技术方案可以仅在一个或几个方面进行改进，而不必同时解决现有技术中或者背景技术中列出的全部技术问题。本领域技术人员应当理解，对于一个权利要求中没有提到的内容不应当作为对于该权利要求的限制。
通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本实用新型的实施例，并且连同说明书一起用于解释本实用新型的原理。
图1是本实用新型中所使用的方法的一个示意性实施例的流程图。
图2至7是根据本实用新型的用于形成微机电系统压力传感器芯片中的空腔的一个例子的示意图。
图8至13是根据本实用新型的用于形成微机电系统压力传感器芯片中的空腔的另一个例子的示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
下面参照附图来描述本实用新型的实施例和例子。
图1示出了根据本实用新型的用于形成微机电系统压力传感器芯片中的空腔的方法的一个示意性实施例的流程图。
如图1所示，在步骤S1100,在衬底上形成第一凹槽。
例如，所述衬底可以是硅衬底。
在步骤S1200，将覆盖层键合到衬底上，以覆盖第一凹槽，从而形成空腔。
例如，所述覆盖层可以是纯硅晶圆或者磊晶圆。
例如，可以通过熔融键合将将覆盖层键合到衬底上。
在一个例子中，可以像现有技术那样，先形成键合层，然后通过键合层将覆盖层键合到衬底上。例如，键合层可以是氧化物层。键合层可以被形成在衬底上，或者也可以被形成在覆盖层上。在键合层被形成在衬底上的情况下，第一凹槽的表面可以具有氧化物层(键合层)，也可以不具有氧化物层。
可选地，在步骤S1300，对覆盖层进行研磨，以降低覆盖层厚度。在某些实施例中，可以省略步骤S1300。
在步骤S1400,对覆盖层进行蚀刻，以进一步降低覆盖层厚度。
与现有技术的SOI方式不同，在本实用新型中，使用蚀刻技术来减薄覆盖层的厚度，而不是通过去除绝缘层上面的硅层来实现薄膜。
蚀刻工艺可以包括干法蚀刻和湿法蚀刻。优选地，在步骤S1400中采用湿法蚀刻，例如，电化学蚀刻。
在蚀刻的过程中，可以对覆盖层进行构图，以便蚀刻覆盖层中与空腔相对的部分。
在根据本实用新型的一个例子中，可以仅仅蚀刻覆盖层中与空腔相对的部分，而保留其他部分。这种处理可以带来好处。例如，在某些情况下，薄膜周围较厚的部分使得薄膜更加坚固。这样，在保持高感测性能的情况下，薄膜的坚固性可以得到一定程度的提升。另外，例如，在某些情况下，它也给设计人员带来一定程度的灵活性。例如，设计人员可以选择全部蚀刻或者部分蚀刻，或者可以选择所蚀刻的部分。
在现有技术中，通过研磨处理所得到的薄膜厚度大于10微米。然而，在本实用新型中，在蚀刻之后最终得到的覆盖层的厚度可以小于10微米，优选地，例如小于5微米。
在蚀刻之后，还可以在覆盖层的经蚀刻的表面上形成氧化物层。
通过本实用新型的技术方案，可以避免使用成本较高的SOI晶圆来实现较薄厚度的薄膜，从而使得传感器能够保持较高灵敏度。因此，与现有技术中的研磨方式相比，本实用新型的技术方案能够实现更薄的薄膜厚度；并且，与使用SOI晶圆的方式相比，在本实用新型中可以使用一般的硅晶圆或者磊晶圆，因而成本较低。
在另一个实施例中，本实用新型还包括一种用于制造微机电系统压力传感器芯片的方法。该制造方法包括使用根据本实用新型的用于形成微机电系统压力传感器芯片中的空腔的方法，形成微机电系统压力传感器芯片中的空腔。
在另一个实施例中，本实用新型还包括一种微机电系统压力传感器芯片。该芯片使用根据本实用新型的用于制造微机电系统压力传感器芯片的方法被制造。
例如，在一个例子中，该微机电系统压力传感器芯片可以包括用于感应压力的空腔，所述空腔由衬底、衬底中的第一凹槽和覆盖层形成。所述衬底与覆盖层通过键合被连接在一起以封闭所述空腔，所述覆盖层在与衬底相对的一面具有通过蚀刻形成的第二凹槽，第二凹槽的底部与空腔相对。在这个例子中，由于包括空腔上面的薄膜的覆盖层是凹槽形状的，因此，薄膜周围较厚。这使得薄膜更加坚固。这样，在保持高感测性能的情况下，薄膜的坚固性可以得到一定程度的提升。另外或另选地，这也给设计人员带来一定程度的灵活性。例如，设计人员可以根据需要选择所要蚀刻的部分。
例如，所述键合可以是熔融键合。例如，在衬底和覆盖层之间还可以包括键合层。键合层例如可以是氧化物层。氧化物层可以仅位于覆盖层和衬底之间，而第一凹槽的表面不具有氧化物层。
例如，覆盖层可以是硅晶圆或者磊晶圆。例如，覆盖层在第二凹槽底部的厚度小于10微米，优选地，小于5微米。例如，所述衬底可以是硅衬底。例如，在第二凹槽的表面上可以形成有氧化物层。
在另一个实施例中，本实用新型还包括一种电子设备，包括根据本实用新型的微机电系统压力传感器芯片。例如，所述电子设备可以是智能手机、平板电脑、车辆、医疗装置等。
下面，参照图2至7描述根据本实用新型的用于形成微机电系统压力传感器芯片中的空腔的一个例子。
如图2所示，在硅衬底a1上形成沟槽a2。例如，可以通过蚀刻来形成沟槽a2。
如图3所示，在硅衬底a1上沉积键合层a3。
如图4所示，通过熔融键合，经由键合层a3将纯硅晶圆a4键合到硅衬底a1上。
如图5所示，通过研磨来减薄纯硅晶圆a4的厚度。
如图6所示，通过诸如KOH、TMAH或ECE等的湿法蚀刻，使得纯硅晶圆a4上与空腔相对的部分进一步减薄。在纯硅晶圆a4上形成凹槽a5。
如图7所示，在凹槽a5上形成氧化物膜。
下面，参照图8至13描述根据本实用新型的用于形成微机电系统压力传感器芯片中的空腔的另一个例子。图8至13的例子与图2至7的例子的区别在于，在图8至13的例子中使用EPI晶圆(磊晶圆)来代替纯硅晶圆，以形成薄膜。
如图8所示，在硅衬底b1上形成沟槽b2。例如，可以通过蚀刻来形成沟槽b2。
如图9所示，在硅衬底b1上沉积键合层b3。
如图10所示，通过熔融键合，经由键合层b3将磊晶圆b4键合到硅衬底b1上。
如图11所示，通过研磨来减薄磊晶圆b4的厚度。
如图12所示，通过诸如KOH、TMAH或ECE等的湿法蚀刻，使得磊晶圆b4上与空腔相对的部分进一步减薄。在磊晶圆b4上形成凹槽b5。
如图13所示，在凹槽b5上形成氧化物膜。
虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。
Claims (11)
1.一种微机电系统压力传感器芯片，该微机电系统压力传感器芯片包括用于感应压力的空腔，所述空腔由衬底、衬底中的第一凹槽和覆盖层形成，
其特征在于，所述衬底与覆盖层通过键合被连接在一起以封闭所述空腔，所述覆盖层在与衬底相对的一面具有通过蚀刻形成的第二凹槽，第二凹槽的底部与空腔相对。
2.根据权利要求1所述的微机电系统压力传感器芯片，其特征在于，所述键合是熔融键合。
3.根据权利要求1或2所述的微机电系统压力传感器芯片，其特征在于，在衬底和覆盖层之间还包括键合层。
4.根据权利要求3所述的微机电系统压力传感器芯片，其特征在于，键合层是氧化物层。
5.根据权利要求4所述的微机电系统压力传感器芯片，其特征在于，第一凹槽的表面不具有氧化物层。
6.根据权利要求1或2所述的微机电系统压力传感器芯片，其特征在于，所述覆盖层是纯硅晶圆或者磊晶圆。
7.根据权利要求1或2所述的微机电系统压力传感器芯片，其特征在于，所述覆盖层在第二凹槽底部的厚度小于10微米。
8.根据权利要求1或2所述的微机电系统压力传感器芯片，其特征在于，所述覆盖层在第二凹槽底部的厚度小于5微米。
9.根据权利要求1或2所述的微机电系统压力传感器芯片，其特征在于，所述衬底是硅衬底。
10.根据权利要求1或2所述的微机电系统压力传感器芯片，其特征在于，在第二凹槽的表面上形成有氧化物层。
11.一种电子设备，其特征在于，它包括根据权利要求1所述的微机电系统压力传感器芯片。
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| WO2016173268A1 (zh) * | 2015-04-28 | 2016-11-03 | 歌尔声学股份有限公司 | 传感器芯片的空腔形成方法、制造方法、芯片及电子设备 |
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| US10246323B2 (en) | 2015-04-28 | 2019-04-02 | Goertek, Inc. | Cavity forming method for a sensor chip, manufacturing method thereof, chip and electronics apparatus |
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