TW201621289A - 包括可變形壓力容器之壓力感測器 - Google Patents

包括可變形壓力容器之壓力感測器 Download PDF

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Abstract

本文中描述的技術使用包括可變形壓力容器的壓力感測器進行壓力感測。壓力容器是具有界定空隙的橫截面的物體。可變形壓力容器是具有至少一個彎曲部分的壓力容器，該至少一個彎曲部分設以基於空腔中的空腔壓力與壓力容器中的容器壓力之間的壓力差而在結構上變形(例如彎曲、切變、伸長等)，該壓力容器之至少一部分被懸置在該空腔中。

Description

包括可變形壓力容器之壓力感測器
本文描述之標的物係關於壓力感測器。
微機械元件常被用來形成許多類型的感測器，包括但不限於壓力感測器、加速度計、陀螺儀、及磁力計。隨著時代的演進，顧客持續要求通過將感測器合併成組合感測器來降低這種感測器的尺寸、成本及電流消耗。然而，製造不同類型的感測器往往使用不同的製造製程。每種類型的感測器使用不同的製造製程會使整合複雜化。
傳統的微機械壓力感測器通常被形成在具有膜(又名隔膜)的電子封裝中，該膜延伸於基板中的空腔間，使得該膜與該基板共面。該膜上方的壓力相對於該膜下方的壓力之相對變化導致使該膜變形的淨力。可以使用以電容為基礎的原理來檢測變化的幅度，使得較大的電容對應於較大的幅度。
例如，可以將應變感測器併入該膜中。應變感測器可以包括由壓力感測器的矽基板形成的壓電材料，該膜可以由該壓電材料製成。在另一個實例中，可以將電極放在空腔中，而且當膜由於膜變形而移動到更靠近電極 時，電容會增加。依據這個實例，當電壓被施加在膜和電極之間時，在膜和電極上的電荷之間的差異會與膜和電極的分離有關。
在這種傳統的壓力感測器中，膜的支撐物被黏附於周圍的電子封裝。當該電子封裝被黏附於電路板時，溫度和應力的變化會被送入膜的支撐物中，從而產生錯誤的變化幅度讀值。此外，眾所周知的是，壓電材料對於溫度的變化是相對敏感的。
假使溫度和應力變化是由於感測器內部的張力，例如由感測器內部的材料間不同的熱膨脹係數(CTE)值產生那些張力，則有時可以使用校準技術來消除基於溫度和應力變化的讀值不準確。例如，可以將參考感測元件與主感測元件組合使用，使得可以獲得主和參考感測元件之間的差異讀值。然而，使用這樣的校準技術可能會消耗大量的基板面積、增加感測器的成本、及/或不充分地消除不準確。此外，補償非感測器內部的應力變化可能是不可行的。
肉眼可見的壓力感測器時常是基於與針盤量規機械連接的波登(Bourdon)管之變形。
本文描述除其他事項之外用於使用壓力感測器進行壓力感測器技術的各種作法，該壓力感測器包括可變形壓力容器。壓力容器是一種具有界定空隙的橫截面的物體。可變形壓力容器是具有至少一個彎曲部分的壓力容 器，該彎曲部分設以基於空腔中的空腔壓力與該壓力容器中的容器壓力之間的壓力差而在結構上變形(例如彎曲、切變、伸長等)，該壓力容器之至少一部分被懸置在該空腔中。
描述了例示的壓力感測器，該壓力感測器包括半導體基板、壓力容器、及轉換器。該半導體基板包括空腔。該壓力容器具有界定空隙的橫截面。該壓力容器具有至少一彎曲部分，該至少一彎曲部分設以基於該空腔中的空腔壓力與該壓力容器中的容器壓力之間的壓力差而在結構上變形。該壓力容器之至少第一部分被懸置在該空腔中。轉換器被耦接到該壓力容器之該第一部分。該轉換器具有隨著該壓力容器的結構變形而改變的屬性。
還描述了例示的方法。在第一例示方法中，提供包括空腔的半導體基板。製造具有界定空隙的橫截面的壓力容器。該壓力容器具有至少一彎曲部分，該至少一彎曲部分設以基於該空腔中的空腔壓力與該壓力容器中的容器壓力之間的壓力差而在結構上變形。該壓力容器之至少一部分被懸置在該空腔中。製造被耦接到該壓力容器之該部分的轉換器。該轉換器具有隨著該壓力容器的結構變形而改變的屬性。
在第二例示方法中，空腔壓力被接收在空腔中，該空腔被包括在壓力感測器的半導體基板中。容器壓力被接收在該壓力感測器之壓力容器中。該壓力容器具有界定空隙的橫截面。該壓力容器具有至少一彎曲部分，該 至少一彎曲部分設以基於該空腔壓力與該容器壓力之間的壓力差而在結構上變形。該壓力容器之至少一部分被懸置在該空腔中。量測轉換器之屬性，該轉換器被耦接到該壓力容器之該部分。該屬性隨著該壓力容器的結構變形而改變。
還描述了例示的系統。第一例示系統包括空腔邏輯、容器邏輯、及轉換器邏輯。該空腔邏輯設以提供包括空腔的半導體基板。該容器邏輯設以製造壓力容器，該壓力容器具有界定空隙的橫截面。該壓力容器具有至少一彎曲部分，該至少一彎曲部分設以基於該空腔中的空腔壓力與該壓力容器中的容器壓力之間的壓力差而在結構上變形。該壓力容器之至少一部分被懸置在該空腔中。該轉換器邏輯設以製造被耦接到該壓力容器之該部分的轉換器。該轉換器具有隨著該壓力容器的結構變形而改變的屬性。
第二例示系統包括量測邏輯。被包括在壓力感測器之半導體基板中的空腔接收空腔壓力。該壓力感測器之壓力容器接收容器壓力。該壓力容器具有界定空隙的橫截面。該壓力容器具有至少一彎曲部分，該至少一彎曲部分設以基於該空腔壓力與該容器壓力之間的壓力差而在結構上變形。該壓力容器之至少一部分被懸置在該空腔中。轉換器被耦接到該壓力容器之該部分。該量測邏輯量測該轉換器之屬性，該屬性隨著該壓力容器的結構變形而改變。
還描述了例示的電腦程式產品。該電腦程式產品包括電腦可讀媒體，該電腦可讀媒體上記載電腦程式邏輯，用於使以處理器為基礎的系統製造壓力感測器。該電腦程式邏輯包括第一程式邏輯模組、第二程式邏輯模組、及第三程式邏輯模組。該第一程式邏輯模組係用於使該以處理器為基礎的系統提供包括空腔的半導體基板。該第二程式邏輯模組係用於使該以處理器為基礎的系統製造壓力容器，該壓力容器具有界定空隙的橫截面。該壓力容器具有至少一彎曲部分，該至少一彎曲部分設以基於該空腔中的空腔壓力與該壓力容器中的容器壓力之間的壓力差而在結構上變形。該壓力容器之至少一部分被懸置在該空腔中。該第三程式邏輯模組係用於使該以處理器為基礎的系統製造被耦接到該壓力容器之該部分的轉換器。該轉換器具有隨著該壓力容器的結構變形而改變的屬性。
提供本概述以介紹的簡化形式的概念選擇，在以下的實施方式中將進一步描述該等概念。本概述並無意圖確認所主張標的物的關鍵特徵或必要特徵，也無意圖被用來限制所主張標的物的範圍。此外，注意到的是，本發明並不限於本文件之實施方式及/或其他段落中描述的具體實施例。只是為了說明的目的而在此提出這樣的實施例。對於相關技術領域中具有通常知識之人士而言，基於本文所含的教示，其他的實施例將是顯而易見的。
100‧‧‧橫截面
102‧‧‧晶圓
104‧‧‧溝槽
106‧‧‧開口
108‧‧‧底部
115‧‧‧軸
116‧‧‧頂表面
200‧‧‧橫截面
210‧‧‧二氧化矽層
212‧‧‧空隙
214‧‧‧位置
215‧‧‧軸
217a‧‧‧第一氧化物壁
217b‧‧‧第二氧化物壁
218‧‧‧側壁
300‧‧‧橫截面
320‧‧‧壓力容器
322‧‧‧周圍區域
401‧‧‧非變形形狀
402‧‧‧變形形狀
403‧‧‧平面
404‧‧‧容器壓力口
405‧‧‧箭頭
407‧‧‧位置
420‧‧‧壓力容器
458‧‧‧晶圓
486‧‧‧空腔
500‧‧‧壓力感測器
502‧‧‧中間結構元件
503‧‧‧轉換器
507‧‧‧點
509a-k‧‧‧第三組電容器板
511a-j‧‧‧第一組電容器板
512a-j‧‧‧第二組電容器板
513‧‧‧電跡線
514‧‧‧電跡線
515a-b‧‧‧絕緣區段
516a‧‧‧第一跡線
516b‧‧‧第二跡線
516c‧‧‧第三跡線
517a-b‧‧‧蛇形彎曲引線
519‧‧‧絕緣區段
520‧‧‧壓力容器
521‧‧‧箭頭
523‧‧‧通孔
524‧‧‧通孔
525a-b‧‧‧彈簧
526‧‧‧凸塊止擋
527a-b‧‧‧跡線
528‧‧‧位置
529‧‧‧位置
558‧‧‧晶圓
580‧‧‧半導體基板
586‧‧‧空腔
600‧‧‧壓力感測器
602a-b‧‧‧中間結構元件
603a-b‧‧‧轉換器
607a-b‧‧‧位置
620a-b‧‧‧壓力容器
680‧‧‧半導體基板
686‧‧‧空腔
688a-b‧‧‧感測元件
700‧‧‧壓力感測器
702a-b‧‧‧中間結構元件
703a-b‧‧‧轉換器
720a-b‧‧‧壓力容器
780‧‧‧半導體基板
786‧‧‧空腔
788a-b‧‧‧感測元件
802a-c‧‧‧中間結構元件
803‧‧‧轉換器
820‧‧‧壓力容器
829a-b‧‧‧連接點
830‧‧‧壓力感測器
831‧‧‧箭頭
860‧‧‧壓力感測器
886‧‧‧空腔
890‧‧‧壓力感測器
900‧‧‧壓力感測器
920‧‧‧壓力容器
980‧‧‧基板
983‧‧‧內嵌壓力容器
984‧‧‧通道
985‧‧‧環境壓力口
986‧‧‧空腔
990‧‧‧上蓋
1000‧‧‧多空腔壓力感測器
1003a‧‧‧第一轉換器
1003b‧‧‧第二轉換器
1003c‧‧‧第三轉換器
1003d‧‧‧第四轉換器
1020a‧‧‧第一壓力容器
1020b‧‧‧第二壓力容器
1020c‧‧‧第三壓力容器
1020d‧‧‧第四壓力容器
1086a‧‧‧第一空腔
1086b‧‧‧第二空腔
1086c‧‧‧第三空腔
1086d‧‧‧第四空腔
1088a‧‧‧第一感測元件
1088b‧‧‧第二感測元件
1088c‧‧‧第三感測元件
1088d‧‧‧第四感測元件
1092a‧‧‧第一輸送容器
1092b‧‧‧第二輸送容器
1092c‧‧‧第三輸送容器
1092d‧‧‧第四輸送容器
1092e‧‧‧第五輸送容器
1094a-g‧‧‧開口
1096‧‧‧歧管
1098‧‧‧壓力量測口
1100‧‧‧壓力感測器
1101a-b‧‧‧溝槽開口
1102a-b‧‧‧溝槽
1104a-b‧‧‧溝槽底部寬度
1106‧‧‧矽晶圓
1115a-b‧‧‧空隙
1116a-b‧‧‧接縫
1121a-b‧‧‧側壁氧化物
1130‧‧‧多晶矽
1131‧‧‧二氧化矽
1132‧‧‧表面
1140‧‧‧通孔
1141‧‧‧跡線
1142‧‧‧金屬間介電質(IMD)
1151‧‧‧鋁跡線
1152‧‧‧頂部氧化物
1153‧‧‧頂部平坦表面
1156‧‧‧通孔
1160‧‧‧光阻劑圖案
1161‧‧‧光阻劑圖案
1162‧‧‧光阻劑圖案
1163‧‧‧表面
1170‧‧‧矽連接件
1171‧‧‧矽縱條
1172‧‧‧壓力容器
1173‧‧‧壓力容器
1175‧‧‧側壁
1176‧‧‧側壁
1177‧‧‧二氧化矽
1181‧‧‧矽側壁
1183‧‧‧類似的產物
1184‧‧‧二氧化矽側壁產物
1185‧‧‧矽柱
1190‧‧‧下側
1191‧‧‧隔離溝槽
1192‧‧‧蝕刻產物
1195‧‧‧底部
1196‧‧‧矽基板底板
1197‧‧‧頂部氧化物
1198‧‧‧金屬層
1200‧‧‧壓力容器
1278a‧‧‧第一部分
1278b‧‧‧第二部分
1294‧‧‧開口
1300‧‧‧流程圖
1302‧‧‧步驟
1304‧‧‧步驟
1306‧‧‧步驟
1400‧‧‧製造系統
1402‧‧‧空腔邏輯
1404‧‧‧容器邏輯
1406‧‧‧轉換器邏輯
1500‧‧‧流程圖
1502‧‧‧步驟
1504‧‧‧步驟
1506‧‧‧步驟
1600‧‧‧量測系統
1602‧‧‧量測邏輯
1700‧‧‧電腦
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1728‧‧‧控制邏輯
A‧‧‧長度
B‧‧‧長度
D‧‧‧深度
H1‧‧‧高度
H2‧‧‧高度
P1‧‧‧第一壓力
P2‧‧‧第二壓力
W1‧‧‧寬度
W2‧‧‧寬度
WMAX‧‧‧最大寬度
WTR‧‧‧最大寬度
附圖(被併入本文中並形成說明書的一部分)說明實施例，並與實施方式一起進一步用於解釋實施例的原理，而且使所屬技術領域中具有通常知識之人士能夠製造和使用揭示的技術。
第1-3圖圖示晶圓的橫截面，以依據本文描述的實施例說明壓力容器的製造。
第4圖為依據本文描述的實施例具有鐮刀形狀的例示可變形壓力容器之俯視圖。
第5圖圖示依據本文描述的實施例包括第4圖圖示的可變形壓力容器之例示壓力感測器。
第6圖和第7圖圖示依據本文描述的實施例包括兩個感測元件的例示壓力感測器。
第8a-8c圖圖示依據本文描述的實施例具有各別耦接配置的例示壓力感測器。
第9圖為依據本文所述實施例的壓力感測器之側視圖。
第10圖為依據本文所述實施例的多空腔壓力感測器之簡化俯視圖。
第11a-11o圖圖示晶圓的橫截面，以依據本文描述的實施例說明壓力感測器的製造。
第12圖繪示依據本文描述的實施例具有開口的壓力容器。
第13圖繪示依據本文描述的實施例用於製造壓力感測器的例示方法之流程圖。
第14圖為依據本文所述實施例的例示製造系統之方塊圖。
第15圖繪示依據本文描述的實施例用於使用壓力感測器的例示方法之流程圖。
第16圖為依據本文所述實施例的例示量測系統之方塊圖。
第17圖為可被用於實施各種實施例的運算系統之方塊圖。
當結合圖式來理解以下闡述的實施方式時，所揭示技術的特徵和優點將變得更加顯而易見，在該等圖式中，相似的元件符號從頭至尾標識相應的元件。在該等圖式中，相似的元件符號通常表示相同的、功能類似的、及/或結構類似的元件。元件在其中首次出現的圖式係由相應元件符號中最左邊的數字表示。
I. 簡介
以下的實施方式係指圖示本發明之例示性實施例的附圖。然而，本發明的範圍並不限於這些實施例，而是由所附的申請專利範圍界定。因此，附圖圖示的那些實施例以外的實施例，例如圖示的實施例之修改版本，仍可被本發明涵括。
說明書中提及的「一個實施例」、「一實施例」、「一例示實施例」、或類似用語表示所描述的實施例可以包括特定的特徵、結構、或特性，但每個實施例可以不必 包括該特定的特徵、結構、或特性。此外，這樣的用語不一定是指相同的實施例。再者，當結合一實施例來描述特定的特徵、結構、或特性時，應當認為的是，結合其他實施例來實施這些特徵、結構、或特性是在相關技術領域中具有通常知識者之知識範圍內，無論該等實施例是否有明確的描述。
II. 例示實施例
本文描述的例示實施例能夠利用壓力感測器進行壓力感測器技術(例如基於電容的壓力感測器技術)，該壓力感測器包括可變形壓力容器。壓力容器是一種具有界定空隙的橫截面的物體。可變形壓力容器是具有至少一個彎曲部分的壓力容器，該彎曲部分設以基於空腔中的空腔壓力與該壓力容器中的容器壓力之間的壓力差而在結構上變形(例如彎曲、切變、伸長等)，該壓力容器之至少一部分被懸置在該空腔中。
壓力感測器可以包括被從一塊單晶矽雕刻出的結構。從一塊單晶矽雕刻出結構從例如機械的觀點來看可以提供效益，因為矽可以包括相對較少的缺陷(例如無缺陷)及/或矽可以是相對較好控制的材料。本文描述的一些壓力感測器是電容式的，這意味著這些壓力感測器包括一個或更多個電容器來量測壓力差。為了製造具有不短路在一起的板材的電容器，可以使用隔離技術。例如，可以採用溝槽隔離製程，其中絕緣區段在結構被雕刻出之前被嵌入晶圓中，使得絕緣區段將結構件電絕緣但機械耦接 在一起。將認知的是，本文中提到的隔離技術並不限於在電容式壓力感測器中使用。例如，隔離技術可被用於任何適當類型的壓力感測器(例如非電容式壓力感測器)。一些用於將絕緣區段嵌入晶圓中的例示技術被描述在標題為「強化微機電系統元件及其製造方法(Strengthened Micro-Electromechanical System Devices and Methods of Making Thereof)」的美國專利申請公開第2012/0205752號中，該專利申請以引用方式全部併入本文中。
與用於感測壓力的傳統技術相比，本文描述的例示技術具有多種益處。例如，例示技術之特徵可以在於相對較低的應力/熱敏感度。因此，例示技術可以比傳統的壓力感測技術較不受外部封裝應力影響。舉例來說，本文描述的例示壓力感測器可以具有設以物理性支撐壓力容器的支撐結構，從而阻止外部張力被送入壓力感測器的感測區域。壓力感測器的感測區域是由半導體基板中的空腔界定。因此，例示技術可以是能夠在內部將外部壓力變化耦接到壓力感測器，同時阻止溫度引起的外部封裝應力被內部耦接到壓力感測器。
例如，在壓力容器連接到基板的點與壓力容器連接到轉換器的點之間的距離可以是相對較小的。在另一個實例中，在轉換器連接到基板的點與轉換器連接到壓力容器的點之間的距離可以是相對較小的。在又另一個實例中，在壓力容器連接到基板的點與轉換器連接到基板的點 之間的距離可以是相對較小的。製造特徵在於任一個或更多個前述相對較小的距離的壓力感測器可以導致封裝應力進入壓力感測器的可能性與傳統壓力感測器相比相對較低。例如，任一個或更多個前述距離可以小於或等於周圍矩形的短邊長度之三分之一，該周圍矩形為具有最小的、包圍空腔的面積(在製造出壓力感測器的晶圓之平面中)的矩形，其中壓力容器的至少一部分被懸置在該空腔中。所描述的壓力感測器可以是對溫度變化不敏感的。所描述的壓力感測器與傳統的壓力感測器相比可以具有相對較高的訊號對雜訊比(SNR)的特徵。
本文所述例示壓力感測器之特徵可以在於相對較低的製造成本。例如，所描述的壓力感測器可以基於現有的製造技術來製造。所描述的壓力感測器可以是能夠使用與用以製造慣性感測器的製程類似或相同的製造製程製造的，該慣性感測器例如加速度計及/或陀螺儀。舉例來說，在與加速度計及/或陀螺儀相同的晶圓上(例如同時地)建造壓力感測器可以降低壓力感測器的成本。壓力感測器可以與加速度計及/或陀螺儀共用一般的感測原理(例如基於可變電容的移動感測)。因此，壓力感測器、加速計、及/或陀螺儀可以共用電路，使得在同一晶圓上製造壓力感測器、加速計、及/或陀螺儀可以產生相對較少的晶圓或製造於晶圓上的元件之增量成本。
第1-3圖圖示晶圓的橫截面100、200、及300，以依據本文描述的實施例說明壓力容器的製造。該 製造可以基於用以建構微機械元件的製程，如標題為「用於微機械元件的溝槽隔離(Trench Isolation for Micromechanical Devices)」的美國專利第6,239,473號所描述，然而例示實施例的範圍並不限於此態樣。將美國專利第6,239,473號描述的部分製程繪示於第1-3圖。將美國專利第6,239,473號以引用方式全部併入本文中。
如第1圖所圖示，溝槽104被形成在晶圓102中。應當指出的是，為了說明的目的，本文中討論的晶圓可以指矽晶圓，而且無限制之意。將認知的是，每個晶圓(例如晶圓102)可以包括任何適當類型的材料，包括但不限於矽、砷化鎵等。溝槽104可以藉由使用高蝕刻速率、高選擇性蝕刻的深反應離子蝕刻形成，然而例示實施例的範圍並不限於此態樣。溝槽104可以以使用例如SF6氣體混合物的高密度電漿進行蝕刻。一種以使用SF6氣體混合物的高密度電漿蝕刻溝槽的技術被描述於標題為「非等向性蝕刻矽的方法(Method of Anisotropically Etching Silicon)」的美國專利第5,501,893號中，將該專利以引用方式全部併入本文中。
在溝槽104的橫截面中，溝槽104可以在沿著軸115的各個點具有各種寬度，軸115垂直於晶圓102的頂表面116。用以形成溝槽104的蝕刻可以受到控制，使得溝槽104的輪廓是凹腔的、或錐形的，並且溝槽104的開口106具有寬度W1，寬度W1比溝槽104的底部108的 寬度W2更窄。這種逐漸變窄可以提高在後續處理中實現電絕緣的可能性。輪廓變窄可以在反應離子蝕刻中藉由調整鈍化的程度或藉由改變蝕刻期間的放電參數(例如功率、氣流、及/或壓力)來實現。因為溝槽104將被至少部分填充介電質，所以可以將開口106的寬度W1選擇為相對較小(例如小於2微米)。溝槽104的深度D可以在10-50μm的範圍中。溝槽104的底部108的寬度W2可以在2-3μm的範圍內。為了說明的目的，提供上述的例示寬度和深度量測，而且並無限制之意。將認知的是，可以使用任何適當的寬度和深度值。
將溝槽104的最大寬度WTR定義為溝槽104在沿著軸115的點上不小於沿著軸115的任何其他點的溝槽104寬度之寬度。溝槽104的最大寬度WTR可以大致上小於溝槽104的深度D，然而例示實施例的範圍並不限於此態樣。將溝槽104的深寬比定義為D/WTR(即溝槽104的深度除以溝槽104的最大寬度)。深寬比可以是任何適當的值(例如大於3、大於3.5、大於4、大於5等)。例如，溝槽104可設以具有大於4的深寬比，以促進本文所述的例示壓力感測器之可製造性及/或壓力感測性能。
蝕刻溝槽104可以包括在感應耦合電漿(ICP)中的交替蝕刻步驟(SF6和氬氣的混合物)與鈍化步驟(氟氯烷與氬氣)，而以對光阻劑(>50：1)和氧化物(>100：1)的高選擇率實現超過2μm/min的蝕刻速率。蝕刻循環的功率和持續時間可以隨著溝槽104 加深而增加，以實現錐形的輪廓。雖然將溝槽104的幾何形狀圖示為凹腔，但任意的溝槽輪廓都可被以微結構處理進行調整來包容。可以使用任何各種習知的溝槽蝕刻化學品來實現適當的隔離結果。
如第2圖所圖示，將晶圓102氧化。藉由氧化晶圓102，將二氧化矽層210(或其他適當的絕緣介電質材料)設置在晶圓102的頂表面116上，並沿著溝槽104的側壁218和底部108。舉例來說，二氧化矽層210可以沿著溝槽104的側壁218和底部108形成二氧化矽內襯。二氧化矽層210的厚度可以是例如超過1μm。二氧化矽層210的設置可以使用化學氣相沉積(CVD)技術或在相對高的溫度下將矽氧化來完成。在熱氧化中，可以讓晶圓102在900-1150℃範圍中的溫度下暴露於富氧環境。在這個實例中，氧化製程消耗矽表面來形成二氧化矽層210。將認知的是，晶圓可以由任何適當類型的半導體材料形成，而且晶圓的表面可以被消耗而形成二氧化矽以外的氧化物層。從這個製程產生的體積膨脹使得溝槽104的側壁218彼此侵入，並且二氧化矽層210在位置214封閉，從而關閉開口106。
因為溝槽104的開口106的寬度W1比溝槽104的底部108的寬度W2更窄，所以形成了空隙212。空隙212通常在製造上可能是不理想的；然而，在本文描述的實施例中，空隙212被用作壓力感測器設計的基礎。
在空隙212的橫截面中，空隙212在沿著垂直於晶圓102之頂表面116的軸215的各個點上可以具有各種寬度。將空隙212的最大寬度WMAX定義為空隙212在沿著軸215的點上不小於沿著軸215的任何其他點的空隙212寬度之寬度。可以將空隙212形成為具有小於指定距離的最大寬度。例如，可以將空隙形成為具有小於2μm、小於1μm、小於0.3μm、或小於任何其他適當距離的最大寬度。
在例示實施例中，將晶圓102氧化導致第一和第二氧化物壁217a和217b形成在軸215的相對側上，而在第一和第二氧化物壁217a和217b之間界定出空隙212。
如第3圖所圖示，通過後續的圖案化和釋放步驟，將二氧化矽層210釋放而不與晶圓102接觸，以提供壓力容器320。空隙212中的壓力與在周圍區域322中的壓力之間的差異導致壓力容器320在結構上變形(例如彎曲、切變、伸長等)。將認知的是，這種差異可能導致空隙212的形狀改變，然而例示實施例的範圍並不限於此態樣。
壓力容器320變形的程度與空隙212的最大寬度成正比；然而，壓力容器320的剛度會隨著空隙212最大寬度的立方提高。因此，利用橫截面界定尺寸相對小的空隙的壓力容器320能夠提供所需的壓力感測功能可能不是直覺可知的。例如，可以預期的是，與相對較小的 結構相比，相對較大的結構(例如許多傳統壓力感測器的隔膜)提供較大的可撓度(即較小的剛度)。然而，壓力感測器320的大小尺度可以足夠小，使得產生的壓力感測器320可撓度增加超過產生的壓力感測器320變形減少。壓力容器320可設以具有小於50μm、小於40μm、小於30μm、小於20μm、或任何其他適當高度的高度H1。空隙212可設以具有小於30μm、小於20μm、小於10μm、小於5μm、或任何其他適當高度的高度H2。
第4圖為依據本文描述的實施例具有鐮刀形狀的例示可變形壓力容器420之俯視圖。將壓力容器420圖示為被懸置在空腔486中，空腔486被從晶圓458蝕刻出。壓力容器420在位置407被空腔486支撐。可以在平面403界定壓力容器420的橫截面。將被認知的是，在平面403界定的橫截面可被描繪為第3圖圖示的橫截面300。在第4圖的實施例中，當在壓力容器420中的容器壓力等於在空腔486中的空腔壓力時，壓力容器420具有非變形形狀401。當容器壓力變得大於空腔壓力時，壓力容器420在結構上變形(如箭頭405繪示的)，導致壓力容器420具有變形形狀402。空腔486外部的壓力在容器壓力口404設定壓力容器420中的容器壓力。
容器壓力口404是壓力容器420中使壓力容器420中的容器壓力暴露於壓力容器420外部的環境的開口。壓力口是使一個或更多個環境暴露於一個或更多個其他環境的開口。因此，容器壓力口404構成壓力口。容 器壓力口是壓力容器中使一個或更多個環境暴露於一個或更多個其他環境的開口。因此，容器壓力口404也構成容器壓力口。
為了說明的目的，將壓力容器420圖示為具有鐮刀的形狀，而且並無限制之意。將認知的是，壓力容器420可以具有任何適當的形狀。例如，壓力容器可以包括蛇形、螺旋形、半圓形、多個各具有半圓形的同心半圓部分、能夠伸長的線形等、或上述形狀之任意組合。
第5圖圖示依據本文描述的實施例包括可變形壓力容器520的壓力感測器500。如第5圖所圖示，壓力感測器500進一步包括轉換器503，轉換器503藉由中間結構元件502(亦稱機械耦接件)機械地耦接到壓力感測器520。壓力容器520、轉換器503、及中間結構元件502(或其中至少一部分)被懸置在空腔586中，空腔586被從晶圓558蝕刻出。壓力容器520在點507被晶圓558的半導體基板580支撐。如第5圖所繪示，轉換器503主要是一個被從晶圓558蝕刻出的矽結構。轉換器503包括第一組電容器板511a-511j、第二組電容器板512a-512j、及第三組電容器板509a-509k。電容器板511a和512a被定位在電容器板509a和509b之間；電容器板511b和512b被定位在電容器板509b和509c之間；電容器板511c和512c被定位在電容器板509c和509d之間；以此類推。電容器板511a介於電容器板509a和電容器板512a之間；電容器板511b介於電容器板 509b和電容板512b之間；以此類推。電容器板512a介於電容器板511a和電容器板509b之間；電容器板512b介於電容器板511b和509c之間；以此類推。
使用電跡線513和通孔523將第一組中的電容器板511a-511j電耦接。例如，通孔523將電跡線513電耦接到各個電容器板511a-511j。將第二組中的電容器板512a-512j電耦接。例如，通孔524將電跡線514電耦接到各個電容器板512a-512j。將第三組中的電容器板509a-509k電耦接。
將第一組電容器板511a-511j與第二組電容器板512a-512j和第三組電容器板509a-509k電絕緣。例如，絕緣區段519將第一組電容器板511a-511j與第二組電容器板512a-512j絕緣，並且絕緣區段515a將第一組電容器板511a-511j與第三組電容器板509a-590k絕緣。第二組電容器板512a-512j也與第三組電容器板509a-509k電絕緣。例如，絕緣區段515b將第二組電容器板512a-512j與第三組電容器板509a-509k絕緣。因此，可以看出，利用絕緣區段(例如絕緣區段515a-515b和519)可以使轉換器503的各個區域機械連接但電絕緣。
第一電容的提供是基於第一組中的電容器板511a-511j鄰近第三組中的各個電容器板509a-509j。第二電容的提供是基於第二組中的電容器板512a-512j鄰近第三組中的各個電容器板 509b-509k。可以將第三組中的電容器板509a-509j稱為第三組的第一子集，並且可以將第三組中的電容器板509b-509k稱為第三組的第二子集。每個第一子集和第二子集本身皆可被稱為一個集合。應當指出的是，第一組中的電容器板511a-511j被視為與第三組中的電容器板509a-509k交錯，即便第二組中的電容器板512a-512j也與電容器板509a-509k交錯。同樣地，第二組中的電容器板512a-512j被視為與第三組中的電容器板509a-509k交錯，即便第一組中的電容器板511a-511j也與電容器板509a-509k交錯。
當壓力容器520中的容器壓力與空腔586中的空腔壓力之間的壓力差改變時，壓力容器520在結構上變形。當壓力容器520變形時，壓力容器520的結構變形通過中間結構元件502耦接到轉換器503，從而導致第一組電容器板511a-511j和第二組電容器板512a-512j相對於第三組電容器板509a-509k移動，如箭頭521所指示。例如，彈簧525a和525b使第一組電容器板511a-511j和第二組電容器板512a-512j相對於第三組電容器板509a-509k移動。與轉換器503的其他部分相比，彈簧525a和525b是相對撓性的。注意到的是，蛇形彎曲引線517a和517b與轉換器503的其他部分相比也是相對撓性的。將在下面進一步詳細討論蛇形彎曲引線517a和517b。
第一組電容器板511a-511j和第二組電容器板512a-512j在箭頭521方向上(即往第5圖的左邊)的移動導致電容器板511a-511j與各個電容器板509a-590j之間的距離減少，從而導致第一電容(即電容器板511a-511j與各個電容器板509a-590j之間的電容)增加。上述移動還會導致電容器板512a-512j與各個電容器板509b-590k之間的距離增加，從而導致第二電容(即電容器板512a-512j與各個電容器板509b-590k之間的電容)減少。因此，在第5圖的實施例中，第一電容的變化與第二電容的變化相反。
蛇形彎曲引線517a和517b在轉換器503和半導體基板580之間提供個別的撓性機械連接。例如，使用蛇形彎曲引線517a和517b可以阻止封裝應力影響第一組電容器板511a-511j和第二組電容器板512a-512j相對於第三組電容器板509a-509k移動。蛇形彎曲引線517a將與第一組電容器板511a-511j相關的電特性(例如電荷)電耦接到第一跡線516a。蛇形彎曲引線517b將與第二組電容器板512a-512j相關的電特性(例如電荷)電耦接到第二跡線516b。與第三組電容器板509a-509k相關的電特性(例如電荷)被電耦接到第三跡線516c。
可以將量測線路(例如電路)電耦接到第一跡線516a、第二跡線516b、及/或第三跡線516c，以執行表示在壓力容器520中的容器壓力與在空腔586中的空 腔壓力之間的壓力差的單端或差異電容量測。將認知的是，可以使用任何各種習知的電容量測技術來提供單端表示或差異表示的壓力差。在一個實例中，可以使用多個(例如兩個)單端電容量測的組合來提供差異電容量測。依據本實例，該組合可以是相加，以獲得壓力差的量測值；該組合可以是相減，以獲得加速度的量測值。將認知的是，改變跡線516a-516c的路線可能改變使用差值或總和來獲得前述的壓力差量測值或加速度量測值。在下面主要參照第10圖進一步詳細討論差異電容量測。
將轉換器503圖示為包括凸塊止擋526，凸塊止擋526設以限制第一組電容器板511a-511j和第二組電容器板512a-512j相對於第三組電容器板509a-509k移動的程度。將跡線527a和527b設置在凸塊止擋526上。跡線527a具有與第二組電容器板512a-512j和第二跡線516b相同的電位(即電壓)。跡線527b具有與第一組電容器板511a-511j和第一跡線516a相同的電位。為了說明的目的，在第5圖中圖示出單個凸塊止擋526，且無限制之意。將認知的是，轉換器503可以包括任何適當數量的凸塊止擋(例如沒有、一個、兩個、三個、等)。
為了說明的目的，在第5圖中將轉換器503描繪為可變形電容器結構，且無限制之意。轉換器503可以是任何適當類型的轉換器。例如，所屬技術領域中具有通常知識之人士將認知的是，轉換器503可以包括使用壓電 及/或壓阻技術來將壓力容器520的移動轉換成電訊號的結構。例如，轉換器503可以包括設以基於力(例如機械應力)而產生負荷(例如電荷)的壓電元件，該力因壓力容器520的結構變形而被施加到該壓電元件。依據此實例，該力可以使該壓電元件產生應變，從而使該壓電元件產生電荷。在另一個實例中，轉換器503可以包括具有阻力(例如電阻)的壓阻元件，該電阻基於力(例如機械應力)而改變，該力因壓力容器520變形而被施加到該壓阻元件。依據本實例，該力可以使該壓阻元件產生應變，從而使該壓阻元件的電阻改變。此外，可以使用光學及/或磁性技術來感測壓力容器520的移動。將認知的是，可以以任何各種方式製造轉換器503，例如使用或不使用絕緣區段515。將進一步認知的是，可以使用絕緣體上矽(SOI)晶圓或磊晶矽來製造轉換器503。
在例示實施例中，使用相同的製程形成轉換器503和可變形壓力容器520。例如，該製程可以包括任何適當數量的蝕刻步驟及/或任何適當數量的微影步驟。在此實施例的一個態樣中，可以使用相同的蝕刻步驟來形成轉換器503和可變形壓力容器520。在另一個態樣中，可以使用第一蝕刻步驟來形成轉換器503，而且可以使用與第一蝕刻步驟不同的第二蝕刻步驟來形成壓力容器520。依據本態樣，第一蝕刻步驟可以為了轉換器503的預期功能來設置(例如優化)轉換器503的幾何形狀，而且第二蝕刻步驟可以為了壓力容器520的預期功能來設 置(例如優化)壓力容器520的幾何形狀。轉換器503或壓力容器520的幾何形狀可以包括其中的介電質形狀、其中的介電質厚度、或上述之任意組合。例如，壓力容器520的幾何形狀可以包括其中形成壓力容器520的溝槽之最大寬度、其中形成壓力容器520的溝槽之深度、由形成壓力容器520的介電質形成的空隙之最大寬度、由形成壓力容器520的介電質形成的空隙之深度、或上述之任意組合。
在本實施例的又另一個態樣中，可以使用相同的微影步驟來形成轉換器503和可變形壓力容器520。在仍另一個態樣中，可以使用第一微影步驟來形成轉換器503，而且可以使用與第一微影步驟不同的第二微影步驟來形成壓力容器520。依據此態樣，第一微影步驟可以為了轉換器503的預期功能來設置(例如優化)轉換器503的幾何形狀，而且第二微影步驟可以為了壓力容器520的預期功能來設置(例如優化)壓力容器520的幾何形狀。
在另一個例示實施例中，轉換器503和可變形壓力容器520共用相同的介電質。在又另一個例示實施例中，用以形成轉換器503的介電質與用以形成可變形壓力容器520的介電質不同。
在第5圖中，位置507是壓力容器520與半導體基板580耦接的位置(亦稱點)。位置528是壓力容器520與轉換器503耦接的位置。位置529是轉換器503與半導體基板580耦接的位置。縮短(例如最小化)位置507 與位置528之間的距離、位置507與位置529之間的距離、及/或位置528與位置529之間的距離可以產生相對較低的、封裝應力進入壓力感測器500的可能性。此外，縮短這樣的距離可以減小(例如最小化)用以製造壓力容器520的材料(例如二氧化矽)與用以製造轉換器503的材料(例如矽)之間的固有熱膨脹係數(CTE)不匹配。
可以藉由將任一個或更多個前述的距離與圍繞空腔586的矩形之至少一邊的長度相比較來建立一些用於判斷封裝應力進入壓力感測器500的可能性的準則。例如，在例示實施例中，壓力感測器500的特徵在於由沿X軸的長度A和沿Y軸的長度B界定的周圍矩形。將周圍矩形定義為在製造壓力感測器的晶圓之平面中具有最小的、包圍空腔的面積的矩形。因此，周圍矩形具有第一平行邊及垂直於該第一平行邊的第二平行邊。每個第一平行邊都具有第一長度。每個第二平行邊都具有小於或等於該第一長度的第二長度。
在第5圖中由X軸和Y軸界定的平面表示製造壓力感測器500的晶圓558之平面。如第5圖所圖示，在晶圓558的平面中具有最小的、圍繞空腔586的面積的矩形具有沿X軸、長度A的第一平行邊及沿Y軸、長度B的第二平行邊。因此，與壓力感測器500相關的周圍矩形具有等於A和B的乘積(即A乘以B)的面積。
在此實施例的一個態樣中，位置507與位置529之間的距離可以小於或等於長度B的三分之一。在另 一個態樣中，位置507與位置528之間的距離可以小於或等於長度B的三分之一。在又另一個態樣中，位置528與位置529之間的距離可以小於或等於長度B的三分之一。
每個跡線513、514、516a-516c、及527a-527b可以包括深度約350奈米(nm)及寬度約2μm的金屬，然而例示實施例的範圍並不限於此態樣。將認知的是，每個跡線513、514、516a-516c、及527a-527b可以包括具有任何適當深度和寬度的金屬。空腔586可以具有約1毫米(mm)的深度B及約2mm的寬度A，然而例示實施例的範圍並不限於此態樣。將認知的是，空腔586可以具有任何適當的深度和寬度。
第6圖圖示依據本文描述的實施例包括兩個感測元件688a和688b的例示壓力感測器600。如第6圖所圖示，壓力感測器688a包括由中間結構元件602a機械耦接的壓力容器620a和相應的轉換器603a。壓力感測器688b包括由中間結構元件602b機械耦接的壓力容器620b和相應的轉換器603b。壓力容器620a和620b、轉換器603a和603b、及中間結構元件602a和602b(或其中至少一部分)被懸置在空腔686中，空腔686被從半導體基板680蝕刻出。為了說明的目的，將壓力容器620a圖示為包圍至少一部分的轉換器603a，並將壓力容器620b圖示為包圍至少一部分的轉換器603b。壓力容器620a在位置607a被半導體基板680支撐，而壓力容器620b在位置607b被半導體基板680支撐。
為了說明的目的，在第6圖中將感測元件688a圖示為感測元件688b的鏡像，然而例示實施例的範圍並不限於此態樣。舉例來說，這種對稱可以降低壓力感測器600對於加速度影響的靈敏度。在例示實施例中，將壓力感測器600設置為使得在相應壓力容器620a和620b中的容器壓力大致相等。依據本實施例，當壓力容器620a和620b中的容器壓力增加到大於空腔686中的空腔壓力時，壓力容器620a和620b朝向彼此(例如沿X軸)變形。進一步依據本實施例，將轉換器603a和603b設置成使得與轉換器603a相關的電容隨著變形增加，並且與轉換器603b相關的電容隨著變形減小，反之亦然。藉由採用電容之間的差，可以決定容器壓力與空腔壓力之間的壓力差。藉由採用電容之和，可以決定壓力感測器600沿X軸的加速度。例如，每個轉換器603a和603b皆包括加速度計的元件(即彈簧、質量、及將質量的移動轉換成例如電訊號的轉換器)。
第7圖圖示依據本文描述的實施例包括兩個感測元件788a和788b的另一個例示壓力感測器700。如第7圖所圖示，壓力感測器788a包括由中間結構元件702a機械耦接的壓力容器720a和相應的轉換器703a。壓力感測器788b包括由中間結構元件702b機械耦接的壓力容器720b和相應的轉換器703b。壓力容器720a和720b、轉換器703a和703b、及中間結構元件702a和702b(或其中至少一部分)被懸置在空腔786中，空腔 786被從半導體基板780蝕刻出。為了說明的目的，將每個轉換器703a和703b圖示為包括兩個同心的半圓部分，而且並無限制之意。每個半圓部分皆具有半圓形。將認知的是，每個轉換器703a和轉換器703b皆可以包括任何適當數量的半圓部分(例如一個、兩個、三個、四個、等)。此外，每個轉換器703a和轉換器703b皆可以具有一個或更多個半圓部分以外的形狀。
為了說明的目的，在第7圖中將感測元件788a圖示為感測元件788b的鏡像，然而例示實施例的範圍並不限於此態樣。在例示實施例中，將壓力感測器700設置為使得在相應壓力容器720a和720b中的容器壓力大致相等。依據本實施例，當壓力容器720a和720b中的容器壓力增加到大於空腔786中的空腔壓力時，壓力容器720a和720b遠離彼此(例如沿X軸)變形。進一步依據本實施例，將轉換器703a和703b設置成使得與轉換器703a相關的電容隨著變形增加，並且與轉換器703b相關的電容隨著變形減小，反之亦然。藉由採用電容之間的差，可以決定容器壓力與空腔壓力之間的壓力差。藉由採用電容之和，可以決定壓力感測器700沿X軸的加速度。
在第5圖中，為了非限制性說明的目的，將壓力容器520圖示為懸置在空腔586中。在第6圖中，為了非限制性說明的目的，將兩個壓力容器620a和620b圖示為懸置在空腔686中。在第7圖中，為了非限制性說明的目的，將兩個壓力容器720a和720b圖示為懸置在空腔 786中。將認知的是，可以將任何適當數量的壓力容器懸置在每個空腔586、686、及786中。
在一些例示實施例中，上蓋覆蓋空腔586、686、或786。上蓋可以是任何適當的材料，例如另一個晶圓或部分的晶圓。例如，可以藉由絕緣層使形成上蓋的晶圓或部分晶圓與在相應壓力感測器500、600、或700中的其他導電元件電絕緣。在一個例示實施例中，上蓋將空腔586、686、或786密封在真空中，以在空腔586、686、或786中提供指定的壓力。例如，指定的壓力可以是約零大氣壓。依據本實例，指定的壓力可以在0.0-0.01大氣壓、0.0-0.05大氣壓、0.0-0.1大氣壓等範圍中。例如，假使指定的壓力為約零大氣壓，則壓力感測器500、600、或700可能對溫度的變化不敏感。在另一個例示實施例中，上蓋將空腔586、686、或786密封，以提供約一大氣壓的指定壓力。例如，指定的壓力可以在0.99-1.01大氣壓、0.95-1.05大氣壓、0.9-1.1大氣壓等範圍中。
指定的壓力可以在上蓋被放在壓力容器500、600、或700上的時間點決定。將認知的是，上蓋的黏合可以在相對高的溫度下進行。因此，在冷卻期間，指定壓力的值可以依據壓力對溫度的關係從上蓋被放在壓力容器500、600、或700上的時間點時的值降低。還將認知的是，假使上蓋將空腔586、686、或786密封在真空中，則指定的壓力在冷卻期間不會改變。
第8a-8c圖圖示依據本文描述的實施例具有各自的耦接配置的例示壓力感測器830、860、及890。如第8a圖所圖示，壓力感測器830包括壓力容器820，壓力容器820懸置在空腔886中。壓力容器820藉由中間結構元件802a機械耦接到轉換器803。中間結構元件802a具有「V」形。當壓力容器820中的容器壓力變得大於空腔886中的空腔壓力時，壓力容器變形而在正Y方向上延伸。壓力容器820在正Y方向上的延伸在連接點829a對中間結構元件802a施加力。在連接點829a施加的力導致中間結構元件802a壓縮(例如折疊)，如由箭頭831所繪示。中間結構元件802a的壓縮導致力在連接點829b被以負X方向施加於轉換器803。
進入中間結構元件802a的工等於從中間結構元件802a出來的工。因此，Win=Fin*din=Wout=Fout*dout，其中Win為進入的工；Wout為出來的工；Fin為壓力容器820在連接點829a施加的力；din為連接點829a在正Y方向上移動的距離；Fout為中間結構元件802a在連接點829b施加的力；而且dout為連接點829b在負X方向上移動的距離。在例示實施例中，將壓力容器820的剛度和轉換器803的剛度設定為使dout大於din。依據本實施例，相對小的連接點829a移動產生相對大的連接點829b移動，使得中間結構元件802a充當移動放大器。在另一個例示實施例中，將壓力容器820的剛度和轉換器803的剛度設定為使 dout小於din。依據本實施例，相對大的連接點829a移動產生相對小的連接點829b移動，使得中間結構元件802a充當移動去放大器(de-amplifier)。
為了說明的目的，將中間結構元件802b描述為回應在第一方向上的移動係藉由在垂直於該第一方向的第二方向上引發另一個移動，而且並無限制之意。將認知的是，中間結構元件(例如中間結構元件802b)可以藉由在指定方向上引發為第一移動之放大版本的第二移動而在指定方向上放大或去放大第一移動。
如第8b圖所圖示，壓力感測器860包括壓力容器820，壓力容器820藉由中間結構元件802b機械耦接到轉換器803。中間結構元件802b設以在X方向上相對堅硬並在Y方向上相對可撓。因此，中間結構元件802b具有非等向的剛度(即在至少兩個正交方向上有不同的剛度)，並且非等向地將壓力容器820耦接到轉換器803。將中間結構元件802b設置為在指定方向(例如本實例的Y方向)上可撓可以阻止(例如減少)封裝應力的問題及/或來自用以製造壓力容器820的材料與用以製造轉換器803的材料之間的熱膨脹係數(CTE)不匹配的影響。
可以為了任何各種的原因降低中間結構元件(例如中間結構元件802b)在指定方向上的剛度。例如，假使中間結構元件在指定方向上被推動，並且不期望中間結構元件在該方向上響應，則可以降低中間結構元件在該方向上的剛度。在另一個實例中，假使兩個點之間存在相 對較大的距離，則可以降低中間結構元件沿著這些點界定的軸的剛度。在又另一個實例中，假使熱效應導致壓力容器在特定方向上變形，其中響應是不期望的，則可以降低中間結構元件在該方向上的剛度。
如第8c圖所圖示，壓力感測器890包括壓力容器820，壓力容器820藉由中間結構元件802c機械耦接到轉換器803。中間結構元件802c將壓力容器820直接耦接到轉換器803。因此，轉換器803隨著壓力容器820變形而直接移動。
待測量的壓力可以以各種方式中的任意方式進入壓力感測器中。例如，壓力容器可以被指引到晶圓側邊上的容器壓力口，並且壓力可以通過容器壓力口進入壓力感測器。例如，當壓力感測器被切割(例如鋸開)以從被形成在晶圓中的其他壓力感測器中物理分離壓力感測器時，可以形成容器壓力口。在另一個實例中，壓力通道可以被指引通過被放在晶圓上的上蓋，以在上蓋的頂部上提供壓力口(例如不是將壓力通道指引到在晶圓側邊上的壓力口)。第9圖圖示一個例示實施方式，其中壓力通道被指引通過壓力感測器的上蓋而到達上蓋頂部上的壓力口。
具體言之，第9圖為依據本文所述實施例的壓力感測器900之側視圖。壓力感測器900包括基板980(例如感測晶圓)和覆蓋基板980的上蓋990(例如覆蓋晶圓)。基板980包括空腔986，在空腔986中將壓力容 器920圖示為懸置的。壓力容器920經由內嵌壓力容器983和上蓋990中的通道984接合到環境壓力口985。例如，可以形成環境壓力口985以連接到要被量測的環境壓力。如第9圖所圖示，矽通道984方向的改變可以藉由將兩個蝕刻過的晶圓黏合在一起來完成。圖示出方向改變的目的是為了指出環境壓力口985的位置可以視需要被放在上蓋990上，而且並不限於到內嵌壓力容器983的連接之垂直上方的位置。此外，可以將多個壓力容器建構為具有多個環境端口，以形成壓力感測器陣列。
第10圖為依據本文所述實施例的多空腔壓力感測器1000之簡化俯視圖。壓力感測器1000包括第一感測元件1088a、第二感測元件1088b、第三感測元件1088c、及第四感測元件1088d。第一感測元件1088a包括第一空腔1086a和懸置在第一空腔1086a中的第一壓力容器1020a。第二感測元件1088b包括第二空腔1086b和懸置在第二空腔1086b中的第二壓力容器1020b。第三感測元件1088c包括第三空腔1086c和懸置在第三空腔1086c中的第三壓力容器1020c。第四感測元件1088d包括第四空腔1086d和懸置在第四空腔1086d中的第四壓力容器1020d。
第一壓力P1被圖示在第二和第三壓力容器1020b和1020c中以及在第一和第四空腔1086a和1086d中(但在第一和第四壓力容器1020a和1020d外部)。第二壓力P2被圖示在第一和第四壓力容器1020a 和1020d中以及在第二和第三空腔1086b和1086c中(但在第二和第三壓力容器1020b和1020c外部)。因此，第一感測元件1088a和第四感測元件1088d具有類似的結構。第二感測元件1088b和第三感測元件1088c具有類似的結構。
如上所述設置第一、第二、第三、及第四感測元件1088a-1088d來補償(例如取消)在X方向和Y方向上的處理梯度，如第10圖所圖示。舉例來說，假使在X方向上存在梯度(例如假使與具有相對較小Y值的區域相比，在具有相對較大Y值的區域中每單位面積沉積稍微較多的金屬)，則上述第一、第二、第三、及第四感測元件1088a-1088d的結構可補償這種梯度。同樣地，假使在Y方向上存在梯度(例如與具有相對較大X值的區域相比，在具有相對較小X值的區域中蝕刻較多)，則上述的結構可補償這種梯度。
壓力感測器1000包括第一、第二、第三、第四、及第五輸送容器1092a、1092b、1092c、1092d、及1092e，為了說明的目的其中每一個輸送容器被設置為壓力容器。輸送容器1092a-1092e被設置在晶圓的平面中，晶圓上製造出壓力感測元件1088a-1088d。晶圓的平面由X軸和Y軸界定，如第10圖所圖示。第一輸送容器1092a連接第一壓力容器1020a和第三空腔1086c。將第一輸送容器1092a的一部分去除以在第三空腔1086c中提供開口1094a，開口1094a使第一壓力容器 1020a中的環境暴露於第三空腔1086c中的環境。第二輸送容器1092b連接第二壓力容器1020b和歧管1096。將第二輸送容器1092b的一部分去除以在歧管1096中提供開口1094b，開口1094b使第二壓力容器1020b中的環境暴露於歧管1096中的環境。
第三輸送容器1092c連接第三壓力容器1020c和歧管1096。將第三輸送容器1092c的一部分去除以在歧管1096中提供開口1094c，開口1094c使在第三壓力容器1020c中的環境暴露於歧管1096中的環境。第四輸送容器1092d連接第四壓力容器1020d和第二空腔1086b。將第四輸送容器1092d的一部分去除以在第二空腔1086b中提供開口1094d，開口1094d使第四壓力容器1020d中的環境暴露於第二空腔1086b中的環境。
第五輸送容器1092e連接第一空腔1086a、第四空腔1086d、及歧管1096。第五輸送容器1092e的第一部分被包括在歧管1096中。第五輸送容器1092e的第二部分被包括在第一空腔1086a中。第五輸送容器1092e的第三部分被包括在第四空腔1086d中。將第五輸送容器1092e的一部分第一部分去除以在歧管1096中提供開口1094e。將第五輸送容器1092e的一部分第二部分去除以在第一空腔1086a中提供開口1094f。將第五輸送容器1092e的一部分第三部分去除以在第四空腔1086d中提供開口1094g。開口1094e、1094f、及 0194g使歧管1096中的環境暴露於第一空腔1086a和第四空腔1086d中的環境。在下面參照第12圖更詳細地描述具有開口的例示壓力容器。
壓力量測口1098使歧管1096的環境暴露於壓力感測器1000外部的環境(例如周圍環境)。舉例來說，第一壓力P1可以通過壓力量測口1098進入歧管1096。第一壓力P1可被從歧管1096通過第三輸送容器1092c輸送到第三壓力容器1020c、通過第二輸送容器1092b輸送到第二壓力容器1020b、以及通過第五輸送容器1092e輸送到第一空腔1086a和第四空腔1086d。在一個實例中，第一壓力P1可以是待量測壓力，而第二壓力P2可以是參考壓力。在另一個實例中，第一壓力P1可以是參考壓力，而第二壓力P2可以是待量測壓力。將認知的是，開口1094a-1094g構成各別的容器壓力口。
可以藉由比較第一壓力P1和第二壓力P2來進行差異量測(例如將第二壓力減去第一壓力，或反之亦然)。將認知的是，多個感測元件可以被包括在各個空腔1086a-1086d中，以增加表示第一壓力P1和第二壓力P2之間的差異的訊號振幅及/或增加與訊號相關的訊號對雜訊比(SNR)。
第一感測元件1088a、第二感測元件1088b、第三感測元件1088c、及第四感測元件1088d分別包括第一轉換器1003a、第二轉換器1003b、第三轉換器1003c、及第四轉換器1003d。在第10圖中將包 括各自相應的轉換器1003a-1003d的感測元件1088a-1088d圖示為被設置在具有第一對角線和第二對角線的網格中。例如，第一對角線可以包括轉換器1003a-1003d的第一子集(例如第一和第四轉換器1003a和1003d)。第二對角線可以包括轉換器1003a-1003d的第二子集(例如第二和第三轉換器1003b和1003c)。第一子集中的轉換器可以具有隨著第一壓力P1增加(例如相對於第二壓力P2)而增加的第一電容。第二子集中的轉換器可以具有隨著第一壓力P1增加而減小的第二電容。轉換器1003a-1003d可設以提供基於第一電容與第二電容之間的差的差異電容。
第11a-11o圖圖示晶圓的橫截面，以依據本文描述的實施例說明壓力感測器1100的製造。如第11a圖所圖示，壓力感測器1100的製造開始於矽晶圓1106。利用氧化物光罩和光微影術，在晶圓1106中蝕刻出溝槽1102a和1102b的方式使得各個溝槽開口1101a和1101b比各個溝槽底部寬度1104a和1104b更小。氧化物光罩可以具有任何適當的厚度(例如在0.5微米的量級上)。在矽蝕刻之後以緩衝氧化物蝕刻剝除氧化物光罩，從而產生第11a圖圖示的矽結構。
現在參照第11b圖，晶圓1106被蝕刻之後，將晶圓1106放在相對高溫(例如1100℃)的熱氧化爐中足夠長的時間，以生長適當厚度(例如約2.2微米)的熱氧化物。在進行這個氧化中，各個溝槽1102a和1102b 的上部皆變窄並形成個別的接縫1116a和1116b、個別的側壁氧化物1121a和1121b、以及頂部氧化物1114。如第11b圖所圖示，空隙1115a和1115b被形成在各個溝槽1102a和1102b的內部。雖然溝槽的頂部被個別的接縫1116a和1116b封閉，但接縫1116a和1116b是結構中的弱點。除非氧化是在比典型石英爐能承受的更高的溫度下進行，否則接縫不會熔合。
如第11c圖所圖示，可以沉積具有適當厚度(例如約0.5微米的厚度)的多晶矽層1130來促進接縫1116a和1116b熔合。可以使用低壓化學氣相沉積(LPCVD)或其他適當類型的沉積來沉積未摻雜的多晶矽1130，而且結果可以是大致上共形的。將認知的是，假使沉積了附加的多晶矽層，則在側壁氧化物1121a和1121b的生長過程中接縫1116a不一定要熔合或甚至完全封閉。多晶矽1130既可以橋接縫隙，又可以熔合接縫1116a和1116b。
參照第11d圖，一旦晶圓進行了第二氧化，則多晶矽1130轉變成二氧化矽1131，從而密閉接縫1116a和1116b。若需要的話，可以使用化學機械研磨步驟來平坦化二氧化矽1131並產生平坦的表面1132，如第11e圖所圖示。為了說明的目的，將晶圓描述為由矽形成，並將生成的氧化物描述為二氧化矽。將認知的是，晶圓可以由任何適當的半導體材料形成，並且生成的氧化物可以是任何適當的介電質。
如第11f圖所圖示，可以使用光微影和氧化物蝕刻的組合來蝕刻出通孔1140。然後可以使用後續的薄網氧化、植入、緩衝氧化物蝕刻、鋁沉積、光微影術、及金屬蝕刻的組合來製造標準的矽觸點(或其他類型的觸點)。例如，上述的製造處理步驟可以產生金屬(例如鋁)跡線1141。
第11g圖圖示被共形沉積在跡線1141和相鄰的二氧化矽層上的金屬間介電質(IMD)1142。如第11h圖所圖示，形成另一個鋁跡線1151和通孔1156。在這種情況下，在金屬沉積之前利用離子束清潔簡單地準備鋁到鋁的界面。為了說明的目的，第11h圖還圖示使用化學機械平坦化(CMP)平坦化的頂部氧化物1152，以形成頂部平坦表面1153。將認知的是，頂部氧化物1152不一定需要使用CMP平坦化。實際上，頂部氧化物1152一點也不需要被平坦化。
在第11i圖中圖示出顯影的光阻劑圖案1160、1161、及1162。形成光阻劑圖案1160、1161、及1162以界定矽台面、壓力感測元件、及矽連接點。應當注意的是，表面1163沒有被光阻劑圖案保護。在使用二氧化矽蝕刻和深矽蝕刻的組合將光阻劑圖案1160、1161、及1162轉移到下方的矽中之後，產生了第11j圖圖示的結構。如第11j圖所圖示，壓力容器1173的頂部部分被蝕刻掉，因為壓力容器1173沒有被光阻劑圖案保護。光阻劑圖案1160、1161、及1162比下方的結構(例 如壓力容器1172和矽連接件1170)稍大，下方的結構被暴露以容許製造中典型的未對準。因此，矽縱條1171可能在壓力容器1172和1173的側壁上產生。藉由使用濕及/或乾化學品進行相對短暫的等向性矽蝕刻，可以將矽縱條1171去除。假使不將矽縱條1171去除，則矽縱條1171可能會由於矽縱條1171與下方二氧化矽之間的熱膨脹係數(CTE)不匹配而產生不想要的不對稱及/或不想要的訊號變化。等向性矽蝕刻的結果應該是清潔的側壁1175和1176，如第11k圖所圖示。
如第111圖所圖示，使用濺射沉積系統沉積二氧化矽1177的共形層。可以使用例如基於電漿增強化學氣相沉積(PECVD)矽烷的沉積或基於四乙氧基矽烷(TEOS)的沉積來沉積二氧化矽1177。藉由進行後續的二氧化矽非等向性蝕刻來去除二氧化矽的所有水平表面，產生了第11m圖圖示的元件。剩餘的二氧化矽側壁1184包覆矽連接件1170及壓力容器1172和1173的側面。
第11n圖圖示晶圓在SF6電漿中進行等向性矽釋放之後的橫截面。注意到的是，隔離溝槽1191的底部1195及壓力容器1172和1173的下側1190清除了矽。蝕刻產物1192生成在每個結構(即矽柱1185和壓力容器1172和1173)下方的矽基板底板1196上。類似的產物1183生成在矽柱1185的下側上。
如第11o圖所圖示，製造程序可以以相對簡單的Primaxx®蝕刻結束，以去除側壁氧化物。舉例來說，去除側壁氧化物產生清潔的矽側壁1181。此外，Primaxx®蝕刻也蝕刻足夠的頂部氧化物1197，以暴露金屬層1198。暴露金屬層1198可用於提供黏合墊和密封環兩者，用於後續的晶圓尺度上蓋黏合製程。
為了說明的目的，已參照標準矽晶圓來描述第11a-11o圖，而且並無限制之意。如所屬技術領域中具有通常知識者清楚知道的，使用絕緣體上矽或沉積在氧化物上的磊晶矽的變化都在本文描述的實施例之範圍內。將認知的是，由於成本的原因，從標準矽晶圓製造出壓力感測器可以是理想的。
將認知的是，壓力容器和轉換器皆可使用本文描繪的橫截面中圖示的元件製造。
第12圖繪示依據本文描述的實施例具有開口1294的壓力容器1200。壓力容器1200包括第一部分1278a和第二部分1278b。如第12圖所圖示，第二部分1278b的頂部在蝕刻步驟中被蝕刻掉。第二部分1278b的頂部被界定為沿著第12圖圖示的Y軸位置高於指定Y值YD的一部分第二部分1178b。舉例來說，第二部分1278b的頂部可以作為製造製程的一個自然部分僅藉由改變製造製程中使用的其中一個光罩而被蝕刻掉，該製造製程用以製造慣性感測器，例如加速度計或陀螺儀。例如，參照回第11i圖，可以使用光阻劑來界定將被蝕刻的 圖案(例如1160、1161、及1162)。該等圖案意圖保護圖案下方的層。在未被該等圖案保護的區域中，蝕刻發生通過未受保護的光罩氧化物並進入晶圓中，如從第11i圖到第11j圖的過渡所說明的。
因此，假使光阻劑被放在壓力容器(例如壓力容器1200)上方，則光阻劑下方的氧化物保持完整，而且壓力容器被大致刻出並有一些殘餘物(例如矽縱條1171)留在壓力容器的側面上。然而，假使光阻劑未被放在壓力容器(如第11i圖的壓力容器1173所圖示)上方，則頂部遮蔽氧化物被蝕刻掉，但壓力容器包括如此多的氧化物，以致於大量的氧化物仍存在(如第11j圖的壓力容器1173所圖示)。因此，藉由將光阻劑放在壓力容器1200的第一部分1278a上方而不將光阻劑放在壓力容器1200的第二部分1278b上方，第二部分1278b的頂部可被蝕刻掉，而在第二部分1278b中留下開口1294。將認知的是，蝕刻步驟也可以蝕刻壓力容器1200周圍的晶圓。開口1294是第10圖圖示的任一個或更多個的開口1094a-1094g之例示實施方式。開口1294可以被稱為壓力容器口。
第13圖繪示依據本文描述的實施例用於製造壓力感測器的例示方法之流程圖1300。為了說明的目的，流程圖1300係參照第14圖圖示的製造系統1400描述。如第14圖所圖示，製造系統1400包括空腔邏輯1402、容器邏輯1404、及轉換器邏輯1406。基於有關 流程圖1300的討論，進一步的結構和操作實施例對於相關技術領域中具有通常知識之人士而言將是顯而易見的。
如第13圖所圖示，流程圖1300的方法開始於步驟1302。在步驟1302中，提供包括空腔的半導體基板。在例示實施方式中，空腔邏輯1402提供包括空腔的半導體基板。
在步驟1304，製造具有橫截面的壓力容器，該橫截面界定出空隙。壓力容器具有至少一個彎曲部分，該彎曲部分設以基於空腔中的空腔壓力與壓力容器中的容器壓力之間的壓力差而在結構上變形。至少一部分的壓力容器被懸置在空腔中。在例示實施方式中，容器邏輯1404製造壓力容器。
在例示實施例中，步驟1304進一步包括在空腔外部的半導體基板中嵌入壓力容器的至少一個支撐部分。該支撐部分物理性支撐該壓力容器。例如，該支撐部分可以使壓力容器能夠被懸置在空腔中。
在步驟1306，製造耦接到部分壓力容器的轉換器。轉換器具有隨著壓力容器的結構變形而改變的屬性。在例示實施方式中，轉換器邏輯1406製造轉換器。
在一些例示實施例中，可以不執行流程圖1300的一個或更多個步驟1302、1304、及/或1306。此外，可以執行外加於或取代步驟1302、1304、及/或1306的步驟。例如，在例示實施例中，壓力容器是由在半導體基板的處理過程中形成的介電質(例如介電質內 襯)製成。依據本實施例，流程圖1300的方法可以包括在半導體基板上形成介電質。將認知的是，可以使用任何適當的半導體處理邏輯(例如氧化邏輯)在半導體基板上形成介電質。將進一步認知的是，壓力容器可以由介電質以外的材料製成。例如，壓力容器可以由矽而不是介電質製成；然而，在矽中蝕刻出的通道可能是相對較大的，而且與矽對準可能是具有挑戰性的。
將認知的是，製造系統1400可以不包括第14圖圖示的所有邏輯。例如，製造系統1400可以不包括空腔邏輯1402、容器邏輯1404、及/或轉換器邏輯1506中之一者或更多者。此外，製造系統1400可以包括外加於或取代空腔邏輯1402、容器邏輯1404、及/或轉換器邏輯1406的邏輯。
第15圖繪示依據本文描述的實施例使用壓力感測器的例示方法之流程圖1500。為了說明的目的，參照第5圖圖示的壓力感測器500和第16圖圖示的量測系統1600來描述流程圖1500。如第16圖所圖示，量測系統1600包括量測邏輯1602。基於有關流程圖1500的討論，進一步的結構和操作實施例對於相關技術領域中具有通常知識之人士而言將是顯而易見的。
如第15圖所圖示，流程圖1500的方法開始於步驟1502。在步驟1502中，空腔壓力被接收在空腔中，空腔被包括在壓力感測器的半導體基板中。在例示實施方 式中，被包括在壓力感測器500之半導體基板580中的空腔586接收空腔壓力。
在步驟1504，容器壓力被接收在壓力感測器的壓力容器中。壓力容器具有界定空隙的橫截面。壓力容器具有至少一個彎曲部分，該彎曲部分設以基於空腔壓力與容器壓力之間的壓力差而在結構上變形。至少一部分的壓力容器被懸置在空腔中。壓力容器可以由在半導體基板的處理過程中形成的介電質(例如介電質內襯)製成，然而例示實施例的範圍並不限於這個態樣。在例示實施方式中，壓力容器520接收容器壓力。
在步驟1506，量測耦接到部分壓力容器的轉換器之屬性。該屬性隨著壓力容器的結構變形而改變。在例示實施方式中，量測邏輯1602量測轉換器503的屬性。
在例示實施例中，轉換器包括可變形的電容結構。依據此實施例，屬性包括與該電容結構相關的電容。進一步依據此實施例，步驟1506包括量測與該電容結構相關的電容。
在另一個例示實施例中，轉換器包括壓電材料。依據此實施例，屬性包括由該壓電材料產生的電荷。進一步依據此實施例，步驟1506包括量測由該壓電材料產生的電荷。
在又另一個例示實施例中，轉換器包括壓阻材料。依據此實施例，屬性包括壓阻材料的電阻。進一步依據此實施例，步驟1506包括量測該壓阻材料的電阻。
在一些例示實施例中，可以不執行流程圖1500的一個或更多個步驟1502、1504、及/或1506。此外，可以執行外加於或取代步驟1502、1504、及/或1506的步驟。
將認知的是，量測系統1600可以包括外加於或取代量測邏輯1602的邏輯。例如，量測系統1600可以包括壓力感測器或壓力感測器的一部分。
本文中描述的材料、該等材料的各個形狀和尺寸、以及該等材料在圖式中被圖示出的相對位置在本質上是例示性的，而且並無限制之意。修改是被構思的，因為是相關技術領域中具有通常知識之人士從本揭示獲益後顯而易見的。
III. 例示運算系統的實施方式
本文描述的例示實施例、系統、元件、子元件、裝置、方法、流程圖、步驟、及/或類似物，包括但不限於製造系統1400、量測系統1600、流程圖1300及1500，可被以硬體(例如硬體邏輯/電子電路)、或硬體與軟體(設以在一個或更多個處理器或處理裝置中被執行的電腦程式代碼)及/或韌體的任何組合實施。本文描述的實施例，包括系統、方法/製程、及/或設備，可以使用眾所周知的運算裝置實施，該運算裝置例如第17圖圖示的電腦1700。例如，製造系統1400、量測系統1600、流程圖1300的每個步驟、及流程圖1500的每個步驟可以使用一台或更多台電腦1700實施。
電腦1700可以是任何市售的且眾所周知的通訊裝置、處理裝置、及/或能夠執行本文所述功能的電腦，例如可向International Business Machines®、Apple®、HP®、Dell®、Cray®、Samsung®、Nokia®等購得的裝置/電腦。電腦1700可以是任何類型的電腦，包括伺服器、桌上型電腦、膝上型電腦、平板電腦、諸如智能手錶或頭戴式電腦的可佩戴電腦、個人數位助理、行動電話等。
電腦1700包括一個或更多個處理器(也稱為中央處理單元或CPU)，例如處理器1706。處理器1706連接到通訊基礎設施1702，例如通訊總線。在一些實施例中，處理器1706可以同時操作多個運算線程。電腦1700還包括主記憶體1708，例如隨機存取記憶體(RAM)。主記憶體1708中儲存有控制邏輯1724(電腦軟體)和資料。
電腦1700還包括一個或更多個輔助儲存裝置1710。輔助儲存裝置1710包括例如硬碟驅動器1712及/或可移除儲存裝置或驅動器1714、以及其他類型的儲存裝置，例如記憶卡和記憶棒。舉例來說，電腦1700可以包括工業標準介面，例如通用串列匯流排(USB)介面，用於與諸如記憶棒的裝置介接。可移除儲存驅動器1714代表軟碟驅動器、磁帶驅動器、光碟驅動器、光儲存裝置、磁帶備份等等。
可移除儲存驅動器1714與可移除儲存單元1716互動。可移除儲存單元1716包括電腦可用或可讀儲存媒體1718，儲存媒體1718中儲存有電腦軟體1726(控制邏輯)及/或資料。可移除儲存單元1716表示軟碟、磁帶、光碟(CD)、數位多功能光碟(DVD)、藍光光碟、光儲存光碟、記憶棒、記憶卡、或任何其他電腦資料儲存裝置。可移除儲存驅動器1714以眾所周知的方式從可移除儲存單元1716讀取及/或寫入可移除儲存單元1716。
電腦1700還包括輸入/輸出/顯示裝置1704，例如觸控螢幕、LED和LCD顯示器、鍵盤、指向裝置等。
電腦1700進一步包括通訊或網路介面1720。通訊介面1720使電腦1700能夠與遠端裝置通訊。例如，通訊介面1720允許電腦1700通過通訊網路或媒介1722(表示電腦可用或可讀媒體的形式)進行通訊，通訊網路或媒介1722例如區域網路(LAN)、廣域網路(WAN)、網際網路等。網路介面1720可以經由有線或無線連接與遠端位點或網路介接。通訊介面722的實例包括但不限於數據機(例如用於3G及/或4G通訊)、網路介面卡(例如用於Wi-Fi及/或其他通訊協議的乙太網卡)、通訊端口、個人電腦記憶卡國際協會(PCMCIA)卡、有線或無線USB端口等。控制邏輯1728可以經由通訊媒介1722被發送到電腦1700及被從電腦1700發送出。
任何包含其中儲存有控制邏輯(軟體)的電腦可用或可讀媒體的設備或製造在本文中皆被稱為電腦程式產品或程式儲存裝置。電腦程式產品的實例包括但不限於主記憶體1708、輔助儲存裝置1710(例如硬碟驅動器1712)、及可移除儲存單元1716。當被一個或更多個資料處理裝置執行時，這種其中儲存有控制邏輯的電腦程式產品使該等資料處理裝置如本文所述操作、表現實施例。例如，當被處理器1706執行時，這樣的電腦程式產品可以使處理器1706執行第13圖的流程圖1300及/或第15圖的流程圖1500之任意步驟。
其中可以實施實施例的裝置可以包括存儲器，例如存儲驅動器、記憶體裝置、及另外類型的電腦可讀媒體。這種電腦可讀存儲媒體的實例包括硬碟、可移除磁碟、可移除光碟、快閃記憶卡、數位影音光碟、隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、及類似物。如本文中使用的，使用術語「電腦程式媒體」和「電腦可讀媒體」來一般性指稱與硬碟驅動器相關的硬碟、可移除磁碟、可移除光碟(例如CD ROM、DVD ROM等)、zip磁碟片、磁帶、磁性存儲裝置、光存儲裝置、基於微機電系統的存儲裝置、基於奈米技術的存儲裝置、以及其他媒體，例如快閃記憶卡、數位影音光碟、RAM裝置、ROM裝置、及類似物。這種電腦可讀存儲媒體可以儲存包括電腦程式邏輯的程式模組，以實施例如本文所述的實施例、系統、元件、子元件、裝置、方法、流程圖、步驟、 及/或類似物(如以上指出的)、及/或本文所述的進一步實施例。實施例是針對包含這種邏輯(例如處於程式代碼、指令、或軟體的形式)的電腦程式產品，該邏輯被儲存在任何電腦可用媒體上。當被一個或更多個處理器執行時，這樣的程式代碼使裝置如本文所述操作。
注意到的是，這樣的電腦可讀存儲媒體可與通訊媒體區別而且不與通訊媒體重疊(不包括通訊媒體)。通訊媒體體現電腦可讀指令、資料結構、程式模組或諸如載波的調變資料訊號中的其他資料。術語「調變資料訊號」意指具有一個或更多個特性設定或以在訊號中編碼資訊的方式改變的訊號。藉由舉例的方式而非限制，通訊媒體包括諸如聲學、RF、紅外線的無線媒體、及其他無線媒體、以及有線媒體。實施例還針對這樣的通訊媒體。
揭示的技術可以使用不同於本文所述的其他軟體、韌體及/或硬體實施方式付諸實踐。可以使用適用於執行本文所述功能的任何軟體、韌體及硬體實施方式。
IV. 結論
雖然以上描述了各種實施例，但應理解的是，該等實施例僅被以舉例而非限制的方式提出。相關技術領域中具有通常知識之人士將顯而易見的是，在不偏離實施例的精神和範圍下可以在形式和細節上作出各種變化。因此，實施例的廣度和範圍不應被任何的上述例示實施例限制，而應僅依據以下的申請專利範圍及其均等物來界定。
500‧‧‧壓力感測器
502‧‧‧中間結構元件
503‧‧‧轉換器
507‧‧‧點
509a-k‧‧‧第三組電容器板
511a-j‧‧‧第一組電容器板
512a-j‧‧‧第二組電容器板
513‧‧‧電跡線
514‧‧‧電跡線
515a-b‧‧‧絕緣區段
516a‧‧‧第一跡線
516b‧‧‧第二跡線
516c‧‧‧第三跡線
517a-b‧‧‧蛇形彎曲引線
519‧‧‧絕緣區段
520‧‧‧壓力容器
521‧‧‧箭頭
523‧‧‧通孔
524‧‧‧通孔
525a-b‧‧‧彈簧
526‧‧‧凸塊止擋
527a-b‧‧‧跡線
528‧‧‧位置
529‧‧‧位置
558‧‧‧晶圓
580‧‧‧半導體基板
586‧‧‧空腔
A‧‧‧長度
B‧‧‧長度

Claims (27)

  1. 一種壓力感測器，包含：一包括一第一空腔的半導體基板；一由一介電質內襯製成的壓力容器，該介電質內襯被形成在一溝槽中，該溝槽具有一大於4的深寬比，該壓力容器具有一橫截面，該橫截面界定一空隙，該壓力容器具有至少一彎曲部分，該至少一彎曲部分設以基於該第一空腔中的一空腔壓力與該壓力容器中的一容器壓力之間的壓力差而在結構上變形，該壓力容器之至少一第一部分被懸置在該第一空腔中；以及一被耦接到該壓力容器之該第一部分的第一轉換器，該第一轉換器具有一屬性，該屬性隨著該壓力容器的結構變形而改變。
  2. 如請求項1所述之壓力感測器，其中該第一轉換器包含：一可變形電容結構，設以提供一第一電容，該第一電容隨著該壓力容器的結構變形而改變。
  3. 如請求項2所述之壓力感測器，其中該可變形電容結構包含：複數個交錯的電容器板。
  4. 如請求項2所述之壓力感測器，其中該可變形電容結構包含： 一第一組電容器板，與一第二組電容器板交錯；其中該第一組電容器板設以基於該壓力容器的結構變形而相對於該第二組電容器板移動，以改變該第一電容。
  5. 如請求項4所述之壓力感測器，其中該可變形電容結構設以進一步提供一第二電容，該第二電容隨著該壓力容器的結構變形而改變；其中該可變形電容結構進一步包含：一第三組電容器板，與一第四組電容器板交錯；其中該第三組電容器板設以基於該壓力容器的結構變形而相對於該第四組電容器板移動，以改變該第二電容；以及其中該第一電容的變化與該第二電容的變化相反。
  6. 如請求項1所述之壓力感測器，其中該第一轉換器包含：一壓電元件，設以基於一力而產生一電荷，該力由於該壓力容器的結構變形而被施加於該壓電元件。
  7. 如請求項1所述之壓力感測器，其中該第一轉換器包含：一具有一電阻的壓阻元件，該電阻基於一力而改變，該力由於該壓力容器的變形而被施加於該壓阻元件。
  8. 如請求項1所述之壓力感測器，其中該壓力容器之一第二部分在該第一空腔外部；以及其中該第二部分的至少一部分被去除，以提供一容器壓力口，該容器壓力口使該壓力容器中的一第一環境暴露於該壓力容器外部的一第二環境。
  9. 如請求項1所述之壓力感測器，其中該壓力容器之一第二部分在該第一空腔外部；其中該半導體基板包括一第二空腔，該第二空腔在該第一空腔外部；其中該壓力容器的該第二部分之至少一部分被包括在該第二空腔中；以及其中該第二部分之該部分具有一開口，該開口使該壓力容器中的一第一環境暴露於該第二空腔中的一第二環境。
  10. 如請求項9所述之壓力感測器，進一步包含：一上蓋，該上蓋包括一孔以提供一容器壓力口，該容器壓力口使該第一環境和該第二環境暴露於該壓力感測器外部的一第三環境。
  11. 如請求項1所述之壓力感測器，其中一周圍矩形被定義為在製造該壓力感測器的晶圓之平面中具有最小的、包圍該第一空腔的面積的一矩形，該周 圍矩形具有第一平行邊及垂直於該第一平行邊的第二平行邊，每個第一平行邊都具有一第一長度，每個第二平行邊都具有一第二長度，該第二長度小於或等於該第一長度；以及其中在該壓力容器耦接該基板的第一點與該第一轉換器耦接該基板的第二點之間的距離係小於或等於該第二長度之三分之一。
  12. 如請求項1所述之壓力感測器，其中一周圍矩形被定義為在製造該壓力感測器的晶圓之平面中具有最小的、包圍該第一空腔的面積的一矩形，該周圍矩形具有第一平行邊及垂直於該第一平行邊的第二平行邊，每個第一平行邊都具有一第一長度，每個第二平行邊都具有一第二長度，該第二長度小於或等於該第一長度；以及其中在該壓力容器耦接該基板的第一點與該壓力容器耦接該第一轉換器的第二點之間的距離係小於或等於該第二長度之三分之一。
  13. 如請求項1所述之壓力感測器，其中一周圍矩形被定義為在製造該壓力感測器的晶圓之平面中具有最小的、包圍該第一空腔的面積的一矩形，該周圍矩形具有第一平行邊及垂直於該第一平行邊的第二平行邊，每個第一平行邊都具有一第一長度，每個第 二平行邊都具有一第二長度，該第二長度小於或等於該第一長度；以及其中在該第一轉換器耦接該壓力容器的第一點與該第一轉換器耦接該基板的第二點之間的距離係小於或等於該第二長度之三分之一。
  14. 如請求項1所述之壓力感測器，其中該空隙之一最大寬度小於或等於2微米。
  15. 如請求項1所述之壓力感測器，其中該壓力容器之該至少一彎曲部分包括至少一具有蛇形的蛇形部分。
  16. 如請求項1所述之壓力感測器，其中該壓力容器之該至少一彎曲部分包括至少一具有螺旋形的螺旋部分。
  17. 如請求項1所述之壓力感測器，其中該壓力容器之該至少一彎曲部分包括至少一具有半圓形的半圓部分。
  18. 如請求項1所述之壓力感測器，其中該壓力容器之該至少一彎曲部分包括複數個同心半圓部分，每個半圓部分皆具有半圓形。
  19. 如請求項1所述之壓力感測器，進一步包含：一連接件，在一第一連接點耦接到該壓力容器，並 在一第二連接點耦接到該第一轉換器；其中該第一連接點具有一從該壓力容器的變形產生的第一移動；以及其中該連接件設以使該第二連接點具有一第二移動，該第二移動為該第一移動之一放大版本。
  20. 如請求項1所述之壓力感測器，進一步包含：一連接件，在一第一連接點耦接到該壓力容器，並在一第二連接點耦接到該第一轉換器；其中該第一連接點具有一從該壓力容器的變形產生的第一移動；以及其中該連接件設以使該第二連接點具有一第二移動，該第二移動為該第一移動之一去放大版本。
  21. 如請求項1所述之壓力感測器，進一步包含：一連接件，耦接該壓力容器與該第一轉換器，該連接件具有一非等向性剛度。
  22. 如請求項1所述之壓力感測器，進一步包含：一具有一橫截面的第二壓力容器，該橫截面界定一第二空隙，該第二壓力容器具有至少一彎曲部分，該至少一彎曲部分設以基於被包括在該半導體基板中的 一第二空腔中的一空腔壓力與該第二壓力容器中的一容器壓力之間的壓力差而在結構上變形，該第二壓力容器之至少一第一部分被懸置在該第二空腔中；以及一被耦接到該第二壓力容器之該第一部分的第二轉換器，該第二轉換器具有一屬性，該屬性隨著該第二壓力容器的結構變形而改變；其中該第一轉換器設以基於該第一轉換器之該屬性之一變化而提供一第一訊號，該變化係從該壓力容器之一加速度或該第一空腔中的空腔壓力與該第一壓力容器中的容器壓力之間的壓力差中之至少一者產生；及其中該第二轉換器設以基於該第二轉換器之該屬性之一變化而提供一第二訊號，該變化係從該壓力容器之該加速度或該第二空腔中的空腔壓力與該第二壓力容器中的容器壓力之間的壓力差中之至少一者產生。
  23. 如請求項22所述之壓力感測器，其中設置該壓力感測器，使得該第一訊號與該第二訊號之間的差提供該壓力感測器之加速度量測值，並且使得該第一訊號與該第二訊號的和提供壓力差的量測值。
  24. 如請求項22所述之壓力感測器，其中設置該壓力感測器，使得該第一訊號與該第二訊號的和提供該壓力感測器之加速度量測值，並且使得該第一訊 號與該第二訊號之間的差提供壓力差的量測值。
  25. 如請求項22所述之壓力感測器，其中該第一空腔與該第二空腔相同。
  26. 一種方法，包含以下步驟：提供一半導體基板，該半導體基板包括一空腔；從一介電質內襯製造一壓力容器，該介電質內襯被形成在一溝槽中，該溝槽具有一大於4的深寬比，該壓力容器具有一橫截面，該橫截面界定一空隙，該壓力容器具有至少一彎曲部分，該至少一彎曲部分設以基於該空腔中的一空腔壓力與該壓力容器中的一容器壓力之間的壓力差而在結構上變形，該壓力容器之至少一部分被懸置在該空腔中；以及製造一被耦接到該壓力容器之該部分的轉換器，該轉換器具有一屬性，該屬性隨著該壓力容器的結構變形而改變。
  27. 一種方法，包含以下步驟：在一空腔中接收一空腔壓力，該空腔被包括在一壓力感測器的一半導體基板中；在該壓力感測器之一壓力容器中接收一容器壓力，該壓力容器係由一介電質內襯製成，該介電質內襯被形成在一溝槽中，該溝槽具有一大於4的深寬比，該壓力容器具有一橫截面並具有至少一彎曲部分，該橫 截面界定一空隙，該至少一彎曲部分設以基於該空腔壓力與該容器壓力之間的壓力差而在結構上變形，該壓力容器之至少一部分被懸置在該空腔中；以及量測一轉換器之屬性，該轉換器被耦接到該壓力容器之該部分，該屬性隨著該壓力容器的結構變形而改變。
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