TWI850730B

TWI850730B - 使用固態半導體製程之後段製程(beol)金屬層建構的微機電系統(mems)壓力感測器

Info

Publication number: TWI850730B
Application number: TW111130058A
Authority: TW
Inventors: 喬賽蒙坦雅席維斯特
Original assignee: 西班牙商奈努勝公司
Priority date: 2021-08-10
Filing date: 2022-08-10
Publication date: 2024-08-01

Abstract

本發明提供一種微機電系統(MEMS)壓力感測器，其具有由複數個金屬層中之一者製成之一隔膜。一蓋經定位於該隔膜上方且在該隔膜之遠端處經連接至複數個空腔壁。該蓋包含經定位於該蓋之一區域上之一孔陣列。一固定金屬電極係定位於該蓋下方。

Description

使用固態半導體製程之後段製程(BEOL)金屬層建構的微機電系統(MEMS)壓力感測器

一積體電路係具有一系列層使用光微影技術沈積於其上之一半導體材料之一基板之一半導體裝置。層經摻雜及極化以產生電元件(例如電阻、電容器或阻抗)或電子元件(例如二極體或電晶體)。隨後沈積其他層，其形成電連接所需之互連層之結構。

微機電裝置或微機電系統(MEMS)係使用層沈積技術基於光微影技術製造之小型機電裝置。MEMS可在其內部提供空腔或中空空間，其等可填充有液體或氣體。習知積體電路係完全實心裝置，即，無任何種類之空洞。空洞可經界定為大於原子或亞原子級空洞之空腔。MEMS可在其內部具有移動元件。移動元件可使其端之一者接合至MEMS結構之剩餘部分，或可在至少部分封閉(以防止鬆散部分「逃脫」MEMS)之一外殼內部完全鬆散(即，不實體附接至其周圍環境)。一晶片可包含一MEMS裝置及一積體電路(IC)，其中IC可控制MEMS。

MEMS之一個應用係在壓力感測器中。為建構一壓力感測器，原理上具有一隔膜係足夠的，其中一側上存在一固定壓力，且在另一側上其用需要量測之壓力取樣空氣或氣體。接著，此隔膜歸因於兩側上之壓力差而彎曲或變形，且若一側上存在不移動之一固定電極，則固定電極與可移動電極之間的電容改變且藉由量測此電容變動，吾人可知道壓力變動。

儘管可簡單實施用於建構一壓力感測器之既有設計，但使用CMOS處理開發之此等目前最先進壓力感測器具有諸多實質缺點，其在很大程度上限制感測器效能、可靠性及良率以致很少使用。

使用CMOS處理開發之既有壓力感測器之另一問題在於：若藉由添加新材料(例如鋁濺鍍、一PI沈積或其他材料)來進行密封，則此一實施方案將大大增加隔膜厚度，藉此大幅降低感測器之靈敏度。

又一問題在於：一旦密封隔膜，則參考壓力將為在隔膜下方產生之此腔室內部之壓力。此係一問題，因為如同大多數(若非全部)半導體製程，已知CMOS具有釋氣。此意謂會有氣體分子進入至參考空腔中且最終空腔將無法完全密封。因此，取決於空腔與外部空氣之間的壓力差，壓力可隨時間略微變化。因此，空腔內部之參考壓力將隨時間漂移，且此效應隨溫度加速。

此外，另一潛在問題在於：隔膜會完全暴露。感測器裝置將無法抵抗惡劣條件，包含灰塵及水等等。任何灰塵、水或其他污染可落至隔膜上以導致其靈敏度變化或漂移且最終永久損壞裝置。取決於應用，可靠性係不足的。當空氣很髒時，在如同電子煙或輪胎壓力監測系統(TPMS)之應用中，其可為一問題。此外，如同既有電容式感測器，期望簡化感測機制以降低成本且提高可靠性。

根據本發明中所描述之標的之一個態樣，提供一種MEMS壓力感測器。該MEMS感測器包含由複數個金屬層之一者製成之一隔膜。一蓋定位於該隔膜上方且在該隔膜之遠端處連接至複數個空腔壁。該蓋包含定位於該蓋之一區域上之一孔陣列。一固定金屬電極定位於該蓋下方。

根據本發明中所描述之標的之另一態樣，提供一種MEMS壓力感測器。該MEMS壓力感測器包含由複數個金屬層之一者製成之一隔膜。該隔膜包含複數個孔。定位於該隔膜下方之一電極由該複數個金屬層之一不同金屬層製成，該不同金屬層具有相同於該隔膜之形狀或至少橫跨該隔膜之該複數個孔定位於其中之區域延伸。

根據本發明中所描述之標的之另一態樣，提供一種MEMS壓力感測器。該MEMS壓力感測器包含由複數個金屬層之一者製成之一金屬層。定位於該金屬層下方之一基座由該複數個金屬層之一組不同金屬層製成。該基座減小該金屬層之中心處之一電容間隙。

根據本發明中所描述之標的之另一態樣，提供一種MEMS壓力感測器。該MEMS壓力感測器包含由複數個金屬層之一者製成之一金屬層。定位於該金屬層下方之一基座由該複數個金屬層之一組不同金屬層製成。該組不同金屬層包含複數個翼形電極。

根據本發明中所描述之標的之另一態樣，提供一種MEMS壓力感測器。一MEMS壓力感測器包含由複數個金屬層之一者製成之一金屬層。定位於該金屬層下方之一活塞由該複數個金屬層之一組不同金屬層製成。當壓力施加至該金屬層時，該活塞捕捉該金屬層之位移。

根據本發明中所描述之標的之另一態樣，提供一種MEMS壓力感測器。一MEMS壓力感測器包含由複數個金屬層之一者製成之一金屬層。定位於該金屬層下方之一基座由該複數個金屬層之一組不同金屬層製成。該金屬層包含一體連接至複數個翼形金屬層之一者之一翼形部分之一隔膜。

在本發明之[實施方式]中描述且將自本發明之[實施方式]明白本發明之額外特徵及優點。

100:微機電系統(MEMS)壓力感測器

102:隔膜

104:外孔陣列

106:通路結構

108:內孔陣列

110:外孔陣列

114A:通路環

114B:通路環

202:二氧化矽層

204A:鈍化層

204B:鈍化層

206:密封件

210A:電容錨

210B:電容錨

212A:電容錨

212B:電容錨

214A:電容錨

214B:電容錨

216:空腔

218A:空腔壁

218B:空腔壁

220:氧化物區域

302:殘留物

400:MEMS壓力感測器

402:雙環通路

404:內孔陣列

406:外孔陣列

502:二氧化矽層

504A:鈍化層

504B:鈍化層

506:密封件

510A:電容錨

510B:電容錨

512A:電容錨

512B:電容錨

516:空腔

518A:空腔壁

518B:空腔壁

520:區域

600:MEMS壓力感測器

602A:較大空腔壁

602B:較大空腔壁

604:較大空腔

700:MEMS壓力感測器

702:環形通路

704:圓形金屬平面

706:第一通路環

708:第二通路環

710:環形通路

712:圓形金屬平面

714:第一通路環

716:第二通路環

718:環形通路

720:圓形金屬平面

722:環形通路

724:環形通路

726:隔膜

728:第一通路環

730:雙環通路

732:圓形金屬平面

734:內孔陣列

736:外孔陣列

802:二氧化矽層

804A:鈍化層

804B:鈍化層

806:密封件

810A:電容錨

810B:電容錨

812A:電容錨

812B:電容錨

816:空腔

818A:空腔壁

818B:空腔壁

820:基座

821:區域

822A:垂直電容錨

822B:垂直電容錨

824:區域

900:MEMS壓力感測器

902:孔陣列

904:隔膜

906:二氧化矽層

908A:鈍化層

908B:鈍化層

910A:密封件

910B:密封件

912A:電容錨

912B:電容錨

914A:電容錨

914B:電容錨

1000:MEMS壓力感測器

1002:孔陣列

1004:隔膜

1006:基座

1100:MEMS壓力感測器

1102:通路

1104:橋接器或彈簧

1106:第一部分

1108:第二部分

1110:第一部分

1112:第二部分/固定支撐件

1114:隔膜

1116:內部活塞

1118:層

1120:孔陣列

1120A:內部電極

1120B:內部電極

1122:鈍化層/中心活塞

1124:二氧化矽層

1200:MEMS壓力感測器

1202:翼形部分

1204:隔膜

1206:基座

1208:通路

M1:金屬層

M2:金屬層

M3:金屬層

M4:金屬層

M5:金屬層

M6:金屬層

V1:環形通路

V2:通路結構/通路層/環形通路

V3:通路結構/通路層/環形通路

V4:通路結構/通路層

V5:通路結構/通路層

本發明依舉例而非限制方式繪示於附圖之圖中，其中相同元件符號用於係指類似元件。應強調，各種構件可不按比例繪製且為使討論清楚，可任意增大或減小各種構件之尺寸。

圖1A至圖1E係根據一些實施例之形成未展示二氧化矽、鈍化及基板之一MEMS壓力感測器之一製程之示意圖。

圖2係根據一些實施例之圖1A至圖1D之MEMS壓力感測器之一橫截面圖之一示意圖。

圖3係根據一些實施例之圖1A至圖1D之MEMS壓力感測器之一SEM影像。

圖4A至圖4D係根據一些實施例之形成未展示二氧化矽、鈍化及基板之一MEMS壓力感測器之一製程之示意圖。

圖5係根據一些實施例之圖4A至圖4D之MEMS壓力感測器之一橫截面圖之一示意圖。

圖6係根據一些實施例之一MEMS壓力感測器之一橫截面圖之一示意圖。

圖7係根據一些實施例之未展示二氧化矽、鈍化及基板之一MEMS壓力感測器之一分解圖之一示意圖。

圖8係根據一些實施例之圖7之MEMS壓力感測器之一橫截面圖之一示意圖。

圖9係根據一些實施例之具有圍繞一隔膜之周邊之一孔陣列之一MEMS壓力感測器之一橫截面圖之一示意圖。

圖10A至圖10B係根據一些實施例之未展示二氧化矽、鈍化及基板之一MEMS壓力感測器之一展開圖及側視圖之示意圖。

圖11A至圖11B係根據一些實施例之未展示二氧化矽、鈍化及基板之一MEMS壓力感測器之金屬層之一展開圖及側視圖之示意圖。

圖11C係根據一些實施例之圖11A至圖11B中所展示之壓力感測器之一橫截面圖之一示意圖。

圖12A至圖12B係根據一些實施例之未展示二氧化矽、鈍化及基板之一MEMS壓力感測器之金屬層之一展開圖及側視圖之示意圖。

相關申請案

本申請案主張2021年8月10日申請之美國臨時申請案第63/231,503號的優先權，該案之全部內容係包含於本文中。

本文中所提供之圖及描述可經簡化以繪示與本文中所描述之裝置、系統及方法之一清晰理解相關之態樣，同時為清楚起見，消除可見於典型類似裝置、系統及方法中之其他態樣。一般技術者可認識到，可期望及/或需要其他元件及/或操作來實施本文中所描述之裝置、系統及方法。但因為此等元件及操作在本技術中已眾所周知且因為其等不促進本發明較佳理解，所以本文中可不提供此等元件及操作之一討論。然而，本發明被視為固有地包含一般技術者將知道之所描述態樣之所有此等元件、變動及修改。

本文中所使用之術語僅用於描述特定實例性實施例之目的且不意在限制。例如，如本文中所使用，單數形式「一」及「該」亦可意欲包含複數形式，除非內文另有清楚指示。術語「包括」、「包含」及「具有」係包含性的且因此特指存在所陳述特徵、整數、步驟、操作、元件及/或組件，但不排除存在或添加一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其等之群組。除非明確識別為一執行順序，否則本文中所描述之方法步驟、製程及操作不應解釋為必然要求其依所討論或繪示之特定順序執行。亦應理解，可採用額外或替代步驟。

儘管本文中可使用術語「第一」、「第二」、「第三」等等描述各種元件、組件、區域、層及/或區段，但此等元件、組件、區域、層及/或區段不應受限於此等術語。此等術語可僅用於區分一個元件、組件、區域、層或區段與另一元件、組件、區域、層或區段。即，本文中所使用之諸如「第一」、「第二」及其他數值術語之術語不隱含一序列或順序，除非內文清楚指示。

本發明之態樣係針對一種MEMS壓力感測器及其形成。壓力感測器包含一蓋、一隔膜及一固定電極。另外，感測器可包含蓋之邊緣處之一垂直壁及可具有相同形狀使得其等可經接合以封閉一空腔之一隔膜。此空腔可含有參考壓力。感測器之頂部金屬層可為製程之頂部金屬層，或其可位於任何其他層處。在一些實施例中，其可具有兩個孔陣列。

壓力感測器包含橫跨蓋之一個內孔陣列以蝕刻由蓋、隔膜及周圍壁製成之空腔內部之二氧化矽。此外，一外孔陣列用於蝕刻此空腔周圍之容積。依此方式，隔膜可由可不是製程之頂部金屬層之一金屬層製成。在一些實施例中，吾人可不密封金屬層，因為其不具有孔。

壓力感測器使用一固態半導體製程之後段製程(BEOL)金屬層來建構。

已為此提出不同解決方案，使用例如電漿及/或濕式蝕刻與HF及其他化學品之組合。此等製程難以考量以一高良率批量生產，尤其當涉及濕式蝕刻時。

先前已提出之簡單後處理方法包括使用一單一蒸汽HF(vHF)無遮罩後處理步驟。vHF蝕除存在於BEOL之金屬層之間的氧化矽且其留下所有金屬。此由Baolab提出。由於其簡單性，其係最低成本CMOS後處理方法。此外，其可在相同CMOS代工廠或封裝或組裝廠中實施。

在此方法中，MEMS裝置使用金屬層建構，通常為Al或AlCu及W，但亦可存在如Cu之其他者。可在具有適當設計之金屬外殼內部捕集氧化物。可使用其他材料，但其必須存在於CMOS BEOL中。大多數先前方法使用一特殊封裝(諸如一層壓封裝，例如LGA)來保護MEMS。此增加吾人使用CMOS製程建構MEMS原本取得之成本及大小，因此最小化或消除大小及成本優勢。

Baolab提出使用最上金屬層來保護MEMS，同時具有允許vHF進入MEMS空腔內部之小孔。隨後將施加包括Al濺鍍及圖案化之一第二組後處理步驟以適當密封MEMS裝置。此通常使CMOS製程增加10%成本。此簡化封裝要求，且不再需要使用一層壓或其他特殊封裝。可代以使用任何標準封裝技術，如QFN或其他。此降低最終IC之成本及大小。

除頂部金屬層之外，底部金屬層用於完成MEMS裝置定位於其中之一金屬空腔。藉此限制vHF蝕刻底部，鑑於大多數CMOS製程在M1(其係最下金屬層)下方具有摻雜氧化矽。摻雜氧化矽對vHF具有非常強烈反應以快速提高蝕刻速度且帶走難以消除之非常骯髒殘留物。此使設計可移植至大多數CMOS製程，否則其僅適用於在BEOL之最下金屬層下方不具有摻雜氧化矽之特殊製程。

Baolab之解決方案如同使用BEOL中之材料來實施MEMS裝置之其他解決方案般用金屬壁包圍MEMS裝置，金屬壁界定ASIC晶粒內之MEMS空腔。依此方式，電子器件圍繞其放置。此等金屬壁之實施方案由金屬層(通常由鋁製成)及通路(通常為鎢)之一堆疊製成。然而，若吾人轉向較低CMOS節點(0.18um以下製程)，則材料可有所不同，主要為銅。原則上，此並非一筆直垂直壁，因為DRC規則要求金屬層延伸超過通路之邊緣。然而，若吾人有興趣增大暴露於壁上之橫向面積(例如在一平面內電容感測器之情況中)，即可對此進行一些例外處理。此將係代工廠必須接受之一DRV。

使用Baolab之解決方案，垂直金屬壁原則上連接頂部及底部金屬平面，因此使整個MEMS空腔電短路。吾人通常不會對此感興趣或至少不在整個空腔中到處發生。為解決此問題，Baolab使用垂直交錯錨結構。此等結構迫使vHF橫跨氧化矽層上下移動，直至其被耗盡，因此留下一些未蝕刻氧化矽。依此方式，吾人取得一機械一致壁，不使頂部及底部金屬板電短路。

此特別有效之一個原因係沈積於一CMOS製程之BEOL的金屬層之間的氧化矽層通常係由各具有不同氧化物密度的兩個不同子層組成。因此，此等層之一者係比另一者慢地用vHF蝕除。依此方式，在垂直方向用vHF蝕刻氧化矽比水平地蝕刻更困難(即，其需要更多時間)，因為蝕刻沿氧化矽子層之一者傳播更快。使用此等錨結構，吾人迫使vHF橫跨所有慢蝕刻速率子層蝕刻，無法快速傳播通過快子層。此等交錯錨亦可用於在MEMS之不同位置處添加立柱或支柱以向頂部金屬平面提供更多一致性。此對支援通常用Al濺鍍來進行的後續密封而言特別重要，使得頂部金屬平面不彎曲，其將最終損壞或使MEMS裝置無法使用。

此等錨壁之主要問題在於：儘管其等提供機械穩健性同時使頂部及底部金屬平面電斷接，但其等之間的電容非常大。此係因為在交錯錨結構內部彼此緊密放置的大表面，一個經連接至頂部且另一個經連接至底板，且更糟糕的是，使此之一重要部分填充有氧化矽。

與前一問題相關之另一問題在於：頂部與底部金屬板之間的此寄生電容與生產良率及可靠性之間存在一關鍵權衡。為最小化此寄生電容，吾人可最小化錨結構之長度以減少指部及/或其高度之數目，及/或吾人可增加蝕刻時間。依此方式，若吾人想要最小化此寄生電容，則吾人將具有在vHF蝕刻之後使最少數量之氧化矽留在其內部的小錨結構。然而，此將係一非常脆弱的結構，容易因機械衝擊、振動或只是密封或封裝裝置時，便發生機械故障。其亦將導致低良率。因為一略微過度的蝕刻將完全移除錨結構內部之氧化矽而導致頂部及底部部件塌陷，且使裝置完全無法使用。在生產中，吾人需要避免對一關鍵vHF蝕刻之此要求，因為其將總是導致一低良率。原因在於：蝕刻速度及在MEMS空腔內部蝕刻的氧化矽取決於vHF機器及應用配方及CMOS處理兩者。儘管吾人可嚴格控制vHF機器及其配方，但吾人無法控制CMOS製程，其通常具有約30%容限。

除可能需要所有金屬層來實施MEMS裝置以因此需要特殊封裝製程之外，亦需要在最下金屬板下方無摻雜氧化矽之特定CMOS製程及大寄生電容，使用CMOS BEOL中之材料來實施MEMS之所有解決方案之兩個主要問題係良率及可靠性。當吾人使用具有頂部及底部金屬平面之Baolab方法時，此等問題更為關鍵。然而，若吾人不使用頂部及底部金屬平面，則製程變得更複雜及昂貴，因此失去成本優勢且亦失去批量生產、上市時間及甚至效能優勢。

在使用一CMOS製程之BEOL金屬來實施MEMS裝置時發現之一個主要問題係垂直應力梯度。此在定製MEMS製程中應最小化。然而，在一CMOS中，由於此等金屬線不意欲實施機械結構而僅實施電連接，由氧化矽包圍，所以在一固態IC中，殘留應力不太重要，通常導致大值。除大殘留應力之外，吾人通常發現一大垂直應力梯度。此導致金屬彎曲或捲曲，通常向上，但取決於層，其可向下，尤其在頂層上。當吾人使用頂部及底部金屬平面時，此彎曲係一大問題。因為裝置上方及下方可用之垂直間隙間距很小，所以其可輕鬆觸碰頂部及底部金屬平面。當MEMS裝置觸碰頂部或底部金屬平面時，其變得無法使用。此導致非常差良率及可靠性。

稍微減少此問題之一種可能性將係增大此垂直間隙距離以減少用於MEMS裝置本身之金屬層之數目。然而，此將降低出平面方向上之效能，因為間隙將更大，且因此相同位移之一給定感測器之相對電容變動將減小。此外，在一慣性感測器之情況中，吾人將被迫使用一更小驗證質量，無法使用所有可用金屬層，進一步降低效能。且減少用於建構裝置可移動部件(如一慣性感測器之情況中之驗證質量)之金屬層之數目將進一步增大其曲率，如稍後將解釋。因此，需要最小化MEMS裝置之曲率高度。此經界定為沿所有MEMS裝置或其特定元件之任何金屬層在出平面方向上之最大垂直位移。

此問題之一種已知解決方案係堆疊兩個或更多個金屬層。依此方式，吾人增大所得金屬結構之曲率半徑，因此降低總曲率高度。然而，儘管此係設計MEMS裝置之一些部件(如一慣性感測器之驗證質量，吾人想要使其儘可能大以提高感測器之靈敏度)之一良好解決方案，但針對如彈簧之其他部件，其導致非常大剛度，因此大幅降低靈敏度。實際上，剛度與長度：厚度之三次方成反比，因此增加厚度很快導致彈簧非常剛性。此意謂感測器之非常低靈敏度及致動器之大驅動電壓。此外，諸多層之堆疊受製程中金屬層之數目限制，且若需要在BEOL中修改或使用具有更多金屬層之一CMOS製程，則此將快速增加其成本。

總之，需要藉由以下來找到適當設計實施MEMS裝置：重複使用存在於一標準CMOS製程中之BEOL材料，使用vHF蝕除MEMS空腔內之部分氧化矽，MEMS空腔其後用WLCSP封裝，且其中此等裝置具有非常高良率、可靠性及效能。

在CMOS之後使用一vHF蝕刻後處理步驟之又一問題在於：在CMOS晶圓之頂部上沈積及圖案化之SiN鈍化層由vHF部分蝕除。此意謂：在實踐中，除非執行一非常短vHF蝕刻步驟，否則SiN鈍化層將大部分或全部被蝕除。此將使骯髒殘留物留在晶圓中且其將暴露具有不應蝕除其氧化矽之ASIC區域之所有晶圓。

防止此之一已知解決方案係增加鈍化之矽含量，通常由層之折射率或RI量測。儘管在技術上此並非什麼複雜的事情，但此需要一製程稍稍調整，且針對大型主流代工廠，接受其係非常具有挑戰性。最後，此要求意謂：吾人將不再能夠使用一完全標準CMOS製程，且因此吾人將在一定程度上失去低成本、短上市時間及高批量生產能力之優勢。

在各種態樣中，本文中所揭示之系統、裝置及方法源自或使用vHF蝕刻來蝕除一CMOS製程之BEOL中之部分氧化矽，因此釋放將構成MEMS裝置之存在於BEOL中之材料，諸如美國專利第11,312,617號中所描述，該專利之全部內容以引用方式併入本文中。

一些態樣可包含一種用於使用一CMOS製程之BEOL之材料來製造一MEMS裝置之方法，其包含：施加vHF之一後處理及後背襯以形成MEMS裝置以形成：一隔膜，其由複數個金屬層之一者製成；一蓋，其定位於隔膜上方且在隔膜之遠端處連接至複數個空腔壁，其中蓋包含定位於蓋之一區域上之一孔陣列；及一固定金屬電極，其定位於蓋下方。一些態樣可包含一種用於使用一CMOS製程之BEOL之材料來製造一MEMS裝置之方法，其包含：施加vHF之一後處理及後背襯以形成MEMS裝置以形成：一隔膜，其由複數個金屬層之一者製成，其中隔膜包含複數個孔；及一電極，其定位於隔膜下方，由複數個金屬層之一不同金屬層製成，不同金屬層具有相同於隔膜之形狀或至少橫跨隔膜之複數個孔定位於其中之區域延伸。

貫穿本申請案所描述之所有發明概念儘管原則上應用於CMOS，但亦可應用於任何其他固態半導體製程之BEOL，如BiCMOS、GaAs、SiGe、GaN、SOI等等。

圖1A至圖1E係根據一些實施例之形成未展示二氧化矽、鈍化及基板之一MEMS壓力感測器100之一製程之示意圖。壓力感測器100使用一CMOS製程之後段之四個最上金屬層建構。特定言之，使用一0.18μm節點，其具有總共6個金屬層。此意謂未使用最下兩個金屬層(M1及M2)。因此，吾人可使用金屬層M1及M2來實施下面專用積體電路(ASIC)。壓力感測器100包含圖1A中所展示之一圓形金屬層M4。金屬層M4經組態以操作為一下金屬平面及電極。如圖1B中所展示，一圓形金屬層M5定位於金屬層M4上。金屬層M5包含放置於其中間區域中之隔膜102。再者，金屬層M5具有圍繞隔膜102之周邊形成一外孔陣列104之若干孔。

一通路結構106圍繞隔膜102之周邊放置，如圖1C中所展示。通路結構V5包含由兩個通路環114A及114B製成之一雙壁結構以界定壓力感測器100中之一內部空腔且固定隔膜102之邊緣，如圖1E中所展示。再者，通路結構V5可用於將氧化物捕集在內部用於壓力量測。一圓形金屬層M6定位於金屬層M5上且操作為壓力感測器100之一蓋，如圖1D中所展示。金屬層M6包含一內孔陣列108及一外孔陣列110。內孔陣列108之孔經定位以提供通向隔膜102之入口。此外，外孔陣列104及110之孔經對準以提供通向金屬層M4之入口。在一些實施例中，內孔陣列之孔與各孔具有至少20μm之一距離。

在一些實施例中，金屬層M4、M5及M6具有一非圓形形狀。金屬層M4、M5及M6使用一固態半導體製程之BEOL金屬層來建構。

壓力感測器100使用一CMOS製程之後段之四個最上金屬層來建構。特定言之，使用一0.18μm節點，其具有總共6個金屬層。此意謂最下兩個金屬層(M1及M2)未被使用且可用於實施下面ASIC電路。最下金屬層係M4，具有100μm之一直徑。此係電容之下固定電極。在金屬層M4上方，金屬層M5具有相同大小。外孔陣列110之孔定大小為0.8μm且位於金屬層M5之自14μm至18.5μm之一半徑之一環形區域中。

此等孔之用途係在晶圓之後處理期間允許蒸汽氟酸(vHF)蝕刻製程一直進行至具有25μm之一直徑之隔膜102下方。完全蝕除隔膜102上方之金屬層M5與M4之間的所有氧化物。此係需要孔位於隔膜102外部之原因。此外，較佳地，孔不延伸太遠，因為此將增加圍繞隔膜102之蝕刻，其將導致機械一致性降低。

金屬層M6具有相同於金屬層M5之形狀。內孔陣列108之孔定位於具有一25μm直徑之金屬層M6之一圓形區域中。此用於蝕刻隔膜102上方之所有氧化矽。通路結構V5係金屬層M5與M6之間的通路層。通路環114A及114B可具有如通路結構V5之標準寬度，通常0.36μm。在此情況中，通路環114A及114B經組態以將氧化物捕集在內部，其在水平方向上建構由氧化物+鎢製成之一更穩健複合壁。此壁位於隔膜102外部但在金屬層M5之外孔陣列104內部。

在一些實施例中，一單一通路環用於形成壁。在一些實施例中，多個通路環用於形成壁。此可應用於其中需要一非常大溫度範圍之一些應用。在此一情形中，由於鋁、鎢及氧化矽之間的熱係數失配，可使用僅金屬壁，僅需一個通路環。

隔膜102在上方及下方完全不含氧化矽，且其可藉由使用通路結構V5及二氧化矽製成之壁來固定於其邊緣處。隔膜102外部之金屬層M5之剩餘部分不表現為一隔膜。此係因為兩個原因：1.)表面上方與下方之間不存在壓力差；及2.)金屬層M5之剩餘部分之一大部分埋藏於二氧化矽中。因此，金屬層M5之遠端部分牢固附接至BEOL之周圍二氧化矽，且因此其緊緊支撐隔膜102。應注意，vHF後處理在其到達金屬層M5之邊緣之前耗盡。

在金屬層M5或M6與金屬層M4之間的任何點處進行至ASIC之電連接以感測電容。在一些實施例中，使用一習知跨導放大器電路進行電容偵測。在一些實施例中，使用一MEMS實施週期性充電之一RC電路來進行電容偵測。將輸出發送至一比較器以計數給電容器充電至一特定值之時間。在一些實施例中，使用MEMS電容實施一環形振盪器來完成電容偵測，環形振盪器產生可取決於MEMS壓力感測器之電容之一頻率，其可接著用於驅動一計數器，且在一固定週期之後，計數器可給出可取決於壓力感測器之電容值之一計數。在一些實施例中，使用可用於量測電容之任何其他電路來進行電容偵測。

圖2係根據一些實施例之MEMS壓力感測器100之一橫截面圖之一示意圖。特定言之，圖2展示使用vHF蝕刻製程來處理之二氧化矽層202。再者，與壓力感測器100之CMOS處理相關聯之鈍化層204A及204B定位於二氧化矽層202上以保護及屏蔽二氧化矽層202免受腐蝕。一密封件206可定位於內孔陣列108上方。

使用密封件206之一個原因係保護隔膜102完全不暴露。任何污物或污染應必須通過外孔陣列110，其已歸因於孔之小尺寸而困難，且接著其將必須行進且到達金屬層M4之表面。若隔膜102上方之內孔陣列108保持打開且圍繞隔膜102密封該等孔，則一些污物或污染可通過內孔陣列108之頂部金屬孔。此將直接到達隔膜102之上表面。因此，密封內孔陣列108且使其留在外部區域中之此方法增加一層額外保護。使用密封件206之另一原因在於：其保持隔膜102中之壓力參考，其中隔膜102之所有內表面可由金屬(鋁及鎢)製成。此可防止或非常難以產生釋氣效應，其將引起此參考壓力隨時間漂移。

在一些實施例中，密封件206使用雷射滲出或一類似技術來形成以局部熔化金屬，使得內孔陣列108之孔被密封。在一些實施例中，密封件206使用密封來形成。在一些實施例中，密封可使用標準半導體及微影技術來沈積及圖案化於內孔陣列108之孔上。在一些實施例中，密封件206使用鋁濺鍍來形成。在一些實施例中，密封件206使用一晶圓級晶片尺寸封裝(WLCSP)製程或其類似者之標準PI密封來形成。在一些實施例中，密封件206使用鈍化層204之氮化矽殘留物來形成以密封內孔陣列108之孔。在一些實施例中，密封件206藉由使用WLCSP中之標準凸塊技術沈積一凸塊來形成。

金屬層M4之端部延伸且牢固錨定於二氧化矽層202內以形成電容錨210A及210B，且金屬層M5之端部延伸且牢固錨定於二氧化矽層202內以形成電容錨212A及212B。電容錨214A及214B由延伸且牢固埋藏於二氧化矽層202內之金屬層M4之端部界定。電容錨210、212及214經組態以對金屬層M4、M5及M6提供機械支撐且提供量測隔膜102處之壓力所需之必要電容。

壓力感測器100包含用於捕集氣體以量測壓力之空腔216。空腔216提供使用通路結構V5形成具有氧化物區域220之空腔壁218A及218B。空腔壁218A及218B連同密封件206經組態以最小化釋氣且提高壓力量測準確度。

圖3係根據一些實施例之MEMS壓力感測器100之一SEM。特定言之，圖3展示來自SiN鈍化層之蝕刻之殘留物302。歸因於與完全蝕除隔膜102(其無法具有孔)下方之所有氧化物所需之vHF蝕刻製程相關聯之長蝕刻時間，此係一非想要效應。殘留物302甚至阻塞內孔陣列108及外孔陣列110之蝕刻孔。解決此問題之一種方式係對vHF蝕刻製程使用一不太強烈方法。另一方式係調整蝕刻時間。另一選項係增加鈍化層之矽含量以增大RI，因為此增大所蝕刻之SiN之電阻。

當將電壓施加於兩個電極(在下方穿過金屬層M4之固定電極及穿過金屬層M5或M6之隔膜)時，藉由使用一阻抗分析器量測電容變動來計算剛度及諧振頻率以得到壓力之靈敏度(電容變動對壓力變動)。令人驚訝的是，隔膜比預期相對柔軟。此柔軟度可歸因於比在不具有孔之長隔膜下蝕刻二氧化矽所需之其他MEMS感測器(例如慣性感測器)更長之蝕刻時間。更長蝕刻時間必須蝕除金屬層之更多ARC/TiN子層，因此降低隔膜之整體剛度。此係較佳的，因為其導致更靈敏壓力感測器，且其可藉由vHF蝕刻製程使用更長或更短蝕刻時間來調變。儘管超過一定時間，但當所有ARC/TiN子層消失時，壓力感測器之柔軟度及靈敏度應不存在任何進一步提高。

圖4A至圖4D係根據一些實施例之形成未展示二氧化矽、鈍化及基板之一MEMS壓力感測器400之一製程之示意圖。壓力感測器400包含圖4A中所展示之一圓形金屬層M4。金屬層M4經組態以操作為具有100μm之一直徑之一下固定電極。一圓形金屬層M5放置於金屬層M4上方，如圖4B中所展示。金屬層M5經組態以操作為壓力感測器400之隔膜。一雙環通路402定位於金屬層M5上，具有25μm之一直徑，如圖4C中所展示。一圓形金屬層M6定位於雙環通路402上方，如圖4D中所展示。在此情況中，金屬層M6經組態為壓力感測器400之一蓋。此外，金屬層M6包含一內孔陣列404及一外孔陣列406。

在一些實施例中，金屬層M4、M5及M6具有一非圓形形狀。金屬層M4、M5及M6使用一固態半導體製程之BEOL金屬層建構。

壓力感測器400經組態使得隔膜/金屬層M5不延伸至二氧化矽層。在此情況中，金屬層M5包含電容錨。此係因為在金屬層M5之邊緣處用一雙環通路402建構之空腔之垂直壁足以將隔膜M5固定於其邊緣處。此將在圖5中更詳細討論。

在一些實施例中，金屬層M6未被使用且係一選用特徵。

圖5係根據一些實施例之MEMS壓力感測器400之一橫截面圖之一示意圖。特定言之，圖5展示使用vHF蝕刻製程來處理之二氧化矽層502。再者，鈍化層504A及504B係定位於二氧化矽層502上以保護及屏蔽二氧化矽層502免受腐蝕。一密封件506可係定位於內孔陣列108之孔上方。應注意，密封件506係使用本文中針對密封件206所描述之相同方法來形成。

壓力感測器400包含用於捕集氣體以量測壓力之空腔516。空腔516包含使用雙環通路V5形成之空腔壁518A及518B。空腔壁518A及518B連同密封件506經組態以最小化釋氣且提高壓力量測準確度。再者，各空腔壁518A及518B包含經填充有來自未由vHF蝕刻製程蝕刻之二氧化矽層502之氧化物的區域520。

金屬層M4之端部延伸且經牢固地錨定於二氧化矽層502內以形成電容錨510A及510B。金屬層M6之端部延伸且經牢固地錨定於二氧化矽層502內以形成電容錨512A及512B。電容錨510及512經組態以對金屬層M4及M6提供機械支撐，且提供量測隔膜/金屬層M5處之壓力所需的電容。空腔壁518A及518B之邊緣提供足夠機械支撐來固定隔膜/金屬層M5。

圖6係根據一些實施例之MEMS壓力感測器600之一橫截面圖之一示意圖。壓力感測器600類似於壓力感測器400。關鍵差別係添加較大空腔壁602A及602B來產生一較大空腔604及壓力感測器600之金屬層M1的較短長度。較大空腔壁602A及602B可係使用垂直堆疊之額外雙環通路(例如雙環通路402)來形成。壓力感測器600藉由減小金屬層M1之大小(其無需為相同於金屬層M6之大小)來減少金屬層M1與金屬層M6之延伸部之間的寄生。金屬層M1之較短長度及較大空腔壁602保護金屬層M1下方之IMD氧化物，因為無需vHF蝕刻製程到達金屬層M1來進行處理。較佳地保護金屬層M1下方之IMD氧化物免於被vHF製程到達，因為此氧化物通常經摻雜以產生一可怕反應且損壞晶圓。

圖7係根據一些實施例之未展示二氧化矽、鈍化及基板之MEMS壓力感測器700之一分解圖之一示意圖。壓力感測器700包含一圓形金屬層M1，其係支撐壓力感測器700之所有結構且防止vHF製程到達金屬層M1下方之IMD氧化物之一下金屬平面。金屬層M1可具有90μm之一直徑。一環形通路V1放置於具有25μm之一直徑之金屬層M1上方。一金屬層M2定位於環形通路V1上方。金屬層M2包含一環形通路702及設定於環形通路702內之一圓形金屬平面704。環形通路702可具有42μm之一直徑，且圓形金屬平面704可具有25μm之一直徑。通路結構V2定位於金屬層M2上方。通路結構V2包含一第一通路環706及定位於第一通路環706內之一第二通路環708。第一環形通路706可具有42μm之一直徑，且第二環形通路708可具有25μm之一直徑。

一金屬層M3定位於通路結構V2上方。金屬層M3包含一環形通路710及定位於環形通路710內之一圓形金屬平面712。環形通路710可具有42μm之一直徑，且圓形金屬平面712可具有25μm之一直徑。通路結構V3定位於金屬層M3上方。通路結構V2包含一第一通路環714及定位於第一通路環714內之一第二通路環716。第一環形通路714可具有42μm之一直徑，且第二環形通路716可具有25μm之一直徑。

一金屬層M4定位於通路結構V3上方。金屬層M4包含一環形通路718及定位於環形通路718內之一圓形金屬平面720。環形通路718可具有42μm之一直徑，且圓形金屬平面720可具有25μm之一直徑。通路結構V4係定位於金屬層M4上方之一環形通路722。環形通路722可具有42μm之一直徑。

一金屬層M5定位於通路結構V4上方。金屬層M4包含壓力感測器700之一環形通路724及一隔膜726，隔膜726係定位於環形通路718內之一圓形金屬平面。環形通路724可具有42μm之一直徑，且隔膜726可具有25μm之一直徑。通路結構V5定位於金屬層M5上方。第一環形通路714可具有42μm之一直徑。通路結構V5包含一第一通路環728及定位於第一通路環728內之一雙環通路730。雙環通路730經組態以界定隔膜空腔之垂直壁以在vHF蝕刻製程之後將氧化矽捕集在內部。此在圖8中更詳細展示。

一金屬層M6定位於通路結構V5上方。金屬層M6包含經組態為壓力感測器700之一蓋之一圓形金屬平面732。再者，金屬層M6包含一內孔陣列734及一外孔陣列736。內孔陣列734之孔經定位以提供通向隔膜726之入口。此外，外孔陣列736之孔經對準以提供通向金屬層M1之入口。此在圖8中更詳細展示。

在一些實施例中，金屬層M1至M6具有一非圓形形狀。金屬層M1至M6使用一固態半導體製程之BEOL金屬層建構。

在一些實施例中，金屬層M6未被使用且係一選用特徵。

圖8係根據一些實施例之壓力MEMS感測器700之一橫截面圖之一示意圖。特定言之，圖8展示類似於圖2中所描述之二氧化矽層202之二氧化矽層802，其使用本文中所描述之vHF蝕刻製程來處理。再者，鈍化層804A及804B定位於二氧化矽層802上以保護及屏蔽二氧化矽層802免受腐蝕。一密封件806可定位於內孔陣列734上方。應注意，密封件806使用本文中針對密封件206所描述之相同方法形成。在一些實施例中，密封件806未被使用且係一選用組件。

壓力感測器700包含用於捕集氣體以量測壓力之空腔816。空腔816包含使用通路結構V5形成之空腔壁818A及818B。空腔壁818A及818B連同密封件806經組態以最小化釋氣且提供提高壓力量測準確度。再者，各空腔壁818A及818B包含填充有來自未由vHF蝕刻製程蝕刻之氧化矽層802之氧化物之區域821。

金屬層M6之端部延伸且牢固埋藏於二氧化矽層802內以形成電容錨810A及810B。金屬層M1之端部延伸且牢固埋藏於二氧化矽層802內以形成電容錨812A及812B。電容錨810及812經組態以對金屬層M6及M1提供機械支撐且提供量測隔膜壓力726所需之電容。空腔壁818A及818B之邊緣提供足夠機械支撐來固定隔膜726。

基座820使用通路環V1、708及716連同金屬層M1及金屬平面704、712及720形成。特定言之，基座820經組態以撐持隔膜726及蓋(金屬層M6)且增加隔膜與下方固定電極之間的距離。壓力感測器700使用不同於壓力感測器100及400之一錨類型。基座820可導致一更緊湊設計，但蝕刻仍可判定鈍化層802下方之水平大小。然而，正確尺寸及製程參數可導致降低寄生電容。需要調整基座820及vHF蝕刻以權衡寄生電容與良率。另外，基座820包含填充有來自未由vHF蝕刻製程蝕刻之氧化矽層802之氧化物之若干區域824。

垂直電容錨822A及822B使用通路環702、706、710、714、718、722、724及728及金屬平面704、712、720及726來形成。垂直電容錨822A及822B經組態以保護及防止vHF蝕刻製程蝕刻與垂直電容錨822A及822B相鄰之二氧化矽層802之側壁。再者，垂直電容錨822A及822B對組態為壓力感測器700之蓋之金屬層M6提供額外支撐。

圖9係根據一些實施例之具有圍繞一隔膜904之周邊之一孔陣列902之MEMS壓力感測器900之一橫截面圖之一示意圖。特定言之，圖9展示類似於圖2中所描述之二氧化矽層202之二氧化矽層906，其使用本文中所描述之vHF蝕刻製程來處理。再者，鈍化層908A及908B定位於二氧化矽層906上以保護及屏蔽二氧化矽層906免受腐蝕。密封件910A及910B可放置於孔陣列902上方。應注意，密封件910A及910B使用本文中針對密封件206所描述之相同方法形成。在一些實施例中，密封件910A及910B未被使用且係一選用組件。

在一些實施例中，密封件910A及910B使用沈積或藉由雷射滲出或其他技術來形成。

在一些實施例中，一孔陣列橫跨形成隔膜904之整個金屬層M6定位。

在一些實施例中，一孔陣列定位於金屬層M6之周邊處或與金屬層M6之中心相距一界定徑向距離內(如圖9中所展示)。此允許一較長蝕刻時間來蝕除金屬層之TiN子層以僅留下Al層暴露，其降低層之剛度以提高壓力感測器900之靈敏度。在一些實施例中，退火(如在300℃ 1小時)進一步降低金屬層之剛度。

壓力感測器900包含金屬層M5及M6。金屬層M5經組態為一下層電極。金屬層M5之端部經埋藏且牢固錨定於二氧化矽層906內以形成電容錨912A及912B。金屬層M6之端部經埋藏且牢固錨定於二氧化矽層906內以形成電容錨914A及914B。金屬層M6之一部分用作壓力感測器900之隔膜904。壓力感測器900之組態避免必須密封隔膜904，因為其將不具有孔。此外，孔陣列902之孔形成於金屬層M6上且圍繞隔膜914之周邊。

圖10A至圖10B係根據一些實施例之未展示二氧化矽、鈍化及基板之MEMS壓力感測器1000之一展開圖及側視圖之示意圖。壓力感測器1000包含經組態為具有100μm之一直徑之一下電極之一圓形金屬層M1，如圖10A中所展示。一環形通路V1定位於金屬層M1上。一圓形金屬層M2定位於環形通路V1上。一環形通路V2放置於金屬層M1上。一圓形金屬層M3定位於環形通路V2上。一環形通路V3定位於金屬層M1上。

一金屬層M4定位於環形通路V3上。一金屬層M5定位於金屬層M4上。再者，金屬層M5經組態以包含壓力感測器1000之隔膜1004。另外，金屬層M5包含在金屬層M5之頂面上具有若干孔之一孔陣列1002。較佳地，壓力感測器1000之最上層經組態為隔膜1004，同時最小化剛度。

在一些實施例中，壓力感測器1000之金屬層M1至M5具有一非圓形形狀。金屬層M1至M6使用一固態半導體製程之BEOL金屬層建構。

當吾人施加壓力時，隔膜1004在其中心位置中偏轉且圍繞邊緣之偏轉可為最小。此意謂對隔膜1004之外區域之電容變動之貢獻最小。然而，隔膜1004之此等外區域可促成初始電容。

壓力感測器1000對隔膜1004之中心部分(其中位移或偏轉最大)處之初始電容施加一更顯著貢獻。如此做之方式係實施金屬層M1，使其不僅在隔膜1004下方且在下方之一些位準處。具有一圓柱形狀之一基座1006藉由堆疊金屬層M1至M4及環形通路V1至V3來形成，如圖10B中所展示。應注意，基座1006經組態以減小隔膜1004之中心之電容間隙且增大周邊之電容間隙。基座1006可位於隔膜1004之中心處且附接至金屬層M1。

較佳地，諸如M6之一額外頂部金屬層不用於最小化壓力感測器1000之厚度。在一些實施例中，隔膜包含既不定位於隔膜1004之中心又不定位於邊緣處之孔。

在一些實施例中，壓力感測器1000包含額外通路來形成基座1006。在一些實施例中，隔膜1004實施於其他金屬層M1至M4上。在一些實施例中，若金屬層M5不是最上金屬層，則隔膜1004實施於最上金屬層上。

圖11A至圖11B係根據一些實施例之具有一全槓桿隔膜且未展示二氧化矽、鈍化及基板之MEMS壓力感測器1100之金屬層之一展開圖及側視圖之示意圖。壓力感測器1100包含經組態為一下電極之一圓形金屬層M1，如圖11A中所展示。一金屬層M2定位於金屬層M1上。金屬層M2經組態為一可移動電極。一通路層V2定位於金屬層M2上。通路層V2具有類似於金屬層M2之一設計且係可移動的。一金屬層M3定位於通路層V2上。金屬層M3具有類似於金屬層M2之一結構且係可移動的。一通路層V3包含圓形定位於金屬層M3上之數個通路1102。一金屬層M4定位於通路層V3上。金屬層M4由定位於通路1102上之若干橋接器或彈簧1104組成。

一通路層V4定位於金屬層M4上。通路層V4具有定位於橋接器或彈簧1104上之一第一部分1106。通路層V4之一第二部分1108定位於金屬層M4之剩餘部分上。一金屬層M5定位於通路層V4上。金屬層M5包含定位於通路層V4之第一部分1106上之一第一部分1110。金屬層M5之一第二部分1112定位於金屬層M4之剩餘部分上。一通路層V5係定位於金屬層M5之第一部分1110上之一環形通路。一金屬層M6定位於通路層V5上。金屬層M6經組態以包含壓力感測器1100之隔膜1114。

金屬層M1及M4至M6經組態以具有一圓形形狀及徑向尺寸，如圖11B中所展示。在一些實施例中，金屬層M1及M4至M6經組態以具有不同於圓形之一形狀。金屬層M2及M3具有精確徑向尺寸，但相對小於金屬層M1及M4至M6。通路層V2具有一圓形形狀且大小類似於金屬層M2及M3及通路層。通路層V4具有一圓形形狀且徑向上大於通路層V2但小於金屬層M1及M4至M6。

圖11C展示根據一些實施例之壓力感測器1100之一橫截面圖。在此情況中，鈍化層1122定位於二氧化矽層1124上。在壓力感測器1100之圖11C中所展示之實施例中，一孔陣列1120可定位於隔膜1114上。應注意，壓力感測器1100利用隔膜1114來產生或感測超音波之壓力。在一些實施例中，隔膜1114可不包含一孔陣列。

再者，壓力感測器1100在其中心包含一內部活塞1116以捕捉隔膜1114之位移且將其傳輸向壓力感測器1100之內部。橋接器或彈簧1104在一側上附接至中心活塞1122且在另一側上附接至固定支撐件1112，使得當活塞1122垂直位移時，橋接器或彈簧1104傾斜。金屬層M2及M3及通路層V2平行於橋接器或彈簧1104傾斜，包含金屬層M1。內部電極1120A及1120B使用堆疊金屬層M2及M3來實施，因為僅使用一個金屬層將彎曲太多。

在一些實施例中，金屬層M4及M5(或層1118)在中心包含一孔以允許一中心活塞1116位移，中心活塞1116由相同金屬層M4及M5加上將金屬層M5連接至由金屬層M5製成之隔膜1114之通路層V4及V5製成。壓力感測器1100之中心之此孔填充有符合金屬層M4之位準處之橋接器之直線。

在一些實施例中，由金屬層M4製成之橋接器或彈簧1104在中央活塞垂直位移時傾斜。各者附接至由金屬層M2及M3及通路層V3建構之內部電極之一區段。依此方式，當橋接器或彈簧1104傾斜時，內部電極1120A及1120B亦傾斜，因為其等平行於其等所附接之橋接器或彈簧1104移動及傾斜。

在一些實施例中，若金屬層M6不是最上金屬層，則隔膜1114實施於最上金屬層上。

用於實施壓力感測器1100之一類似方法在美國專利第11,312,617號中描述，該專利之全部內容以引用方式併入本文中。

圖12A至圖12B係根據一些實施例之MEMS壓力感測器1200之金屬層之一展開圖及側視圖之示意圖。壓力感測器1200包含一圓形金屬層M1、一通路層V1、一金屬層M2、一通路層V2、一金屬層M3、一金屬層M4、一通路層V4及一圓形金屬層M5，如圖12A中所展示。金屬層M2及M3及通路層V2各經組態為翼形且大小類似。此外，金屬層M2及M3及通路層V1及V2經堆疊以形成定位於金屬層M1上之基座1206，如圖12B中所展示。在此情況中，基座1206遠離壓力感測器1200之中心定位。金屬層M4包含一翼形部分1202及一體連接至翼形部分1202之一隔膜1204。基座1206位於翼形部分1202下方，此係最大位移發生之位置。通路層V4係定位於隔膜1204之一遠端上之一通路1208。金屬層M5定位於通路層V4上。

壓力感測器1200不包含如壓力感測器1100中之一活塞。當將一壓力差施加至隔膜1204之遠端時，翼形部分1202可自具有隔膜1204之一最大斜率之一最佳錨定點開始。再者，吾人可增大翼形部分1202之大小及/或在翼形部分1202之端處添加基座1206，其導致一最大位移。此增強翼形部分1202之邊緣部分對總電容之影響，因此最大化壓力感測器1200之靈敏度。

在一些實施例中，提供操作為一輪胎壓力監測系統(TPMS)之一ASIC。此ASIC包含本文中所描述之一MEMS壓力感測器。壓力感測器單片建構於ASIC之BEOL中。

在一些實施例中，提供操作為一電子煙感測器之一ASIC。此ASIC包含本文中所描述之一MEMS壓力感測器。壓力感測器單片建構於ASIC之BEOL中。壓力感測器在電子煙中用於偵測由使用者吸入之空氣。此藉由使用一差壓感測器來進行。當使用者吸氣以吸入空氣時，差壓感測器之前部看到比後部參考快之一壓力下降。因此，其看到一壓力差，且在一給定臨限值處，其觸發一信號以接通電子煙絲極。

除組裝期間之大小及焊接誤差之外，亦關注在SMD技術中使用MEMS壓力感測器且因此降低成本。當前，大多數電子煙中使用駐極體式壓力感測器。然而，MEMS壓力感測器IC更小。此之結果係：歸因於在電子煙內部發現之油污，到達壓力感測器之後部參考之較窄空氣路徑可更容易在一段時間後堵塞或隔離。當此發生時，背壓參考不再看到環境之真實壓力。

接著，當環境壓力歸因於環境條件而改變及/或使用者移動至一較高或較低海拔時，壓力感測器之前側偵測到其且其觸發臨限值以在使用者未吸氣時加熱絲極。防止此之一方式係使用一非差壓感測器，如本專利中所揭示之感測器。一電路(較佳地，數位的)可保持追蹤環境壓力。較佳地，吾人可藉由量測壓力之一移動平均值來進行此。移動平均值不會即時對量測壓力作出反應以允許偵測一吸氣事件。應注意，可使用其他類型之平均值。不存在後部參考壓力輸入口被堵塞或與實際壓力隔離之風險，因為不存在此口，且唯一主要口完全暴露於空氣以量測壓力。吾人可使用本文中所描述之MEMS壓力感測器來操作為電子煙中之差壓感測器。

在一些實施例中，提供操作為一麥克風之一積體電路。此積體電路包含本文中所描述之一MEMS壓力感測器。壓力感測器單片建構於積體電路之BEOL中。

在一些實施例中，提供操作為一超音波感測器之一積體電路。此積體電路包含本文中所描述之一MEMS壓力感測器。壓力感測器單片建構於積體電路之BEOL中。

所描述之不同實施方案之元件或步驟可經組合以形成先前未明確闡述之其他實施方案。元件或步驟可被排除在前述系統或製程外且不負面影響其操作或一般系統之操作。此外，各種單獨元件或步驟可經組合至一或多個個別元件或步驟中以執行本說明書中所描述之功能。

說明書中參考「一個實施方案」或「一實施方案」意謂結合實施方案描述之一特定特徵、結構或特性包含於本發明之至少一個實施方案中。出現於說明書之各種位置中之片語「在一個實施方案中」、「在一些實施方案中」、「在一個例項中」、「在一些例項中」、「在一個情況中」、「在一些情況中」、「在一個實施例中」或「在一些實施例中」未必全部係指相同實施方案或實施例。

最後，已為了繪示及描述而呈現本發明之實施方案之以上描述。其不意欲具窮舉性或將本發明限制於所揭示之精確形式。可鑑於以上教示來進行諸多修改及變動。本發明之範疇不意欲受限於[實施方式]，而是受限於本申請案之申請專利範圍。熟習技術者應理解，在不背離本發明之精神或基本特性之情況下，本發明可依其他特定形式體現。因此，本發明意在繪示而非限制以下申請專利範圍中所闡述之本發明之範疇。