具有硅應(yīng)力隔離構(gòu)件的集成soi壓力傳感器的制造方法
【專利摘要】公開(kāi)了具有硅應(yīng)力隔離構(gòu)件的集成SOI壓力傳感器。在一個(gè)實(shí)施例中提供了壓力傳感器。該壓力傳感器包括殼體，殼體具有輸入端口，輸入端口配置為允許介質(zhì)進(jìn)入殼體。將支撐件安裝在殼體內(nèi)，支撐件限定了延伸穿過(guò)其中的第一孔。將應(yīng)力隔離構(gòu)件安裝在支撐件的第一孔內(nèi)，應(yīng)力隔離構(gòu)件限定了延伸穿過(guò)其中的第二孔，其中應(yīng)力隔離構(gòu)件由硅構(gòu)成。傳感器管芯結(jié)合到應(yīng)力隔離構(gòu)件。傳感器管芯包括：硅基底，硅基底在硅基底的第一側(cè)上具有絕緣層；以及布置在第一側(cè)上的絕緣層中的感測(cè)電路，其中硅基底的第二側(cè)暴露于應(yīng)力隔離構(gòu)件的第二孔并且第二側(cè)與第一側(cè)相反。
【專利說(shuō)明】具有硅應(yīng)力隔離構(gòu)件的集成SOI壓力傳感器
【背景技術(shù)】
[0001]硅壓力傳感器提供了多種優(yōu)點(diǎn)，包括小尺寸、良好的質(zhì)量以及穩(wěn)定的性能。此外，由于多個(gè)相同的傳感器可以同時(shí)在單個(gè)晶片上制備，因此硅壓力傳感器對(duì)于制造而言也是成本有效的。在壓力傳感器的至少一個(gè)例子中，壓敏電阻器在硅膜片上制備，使得當(dāng)膜片對(duì)壓力介質(zhì)所施加的壓力做出反應(yīng)時(shí)壓敏電阻器感測(cè)膜片中的應(yīng)變。甚至當(dāng)壓力介質(zhì)是潔凈的干燥空氣時(shí)，硅感測(cè)管芯也需要與環(huán)境的某種形式的隔離。對(duì)于絕對(duì)式傳感器，這是通過(guò)形成的正常Si02層來(lái)提供的。潔凈的干燥空氣包含為僅僅接觸膜片的不包含金屬跡線和襯墊的側(cè)。該表面僅暴露于參考真空。對(duì)于其中壓力介質(zhì)受限為空氣的精確應(yīng)用，硅膜片能安裝在應(yīng)力隔離構(gòu)件上。
[0002]在一個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)力隔離構(gòu)件是硼硅酸玻璃管。硼硅酸玻璃管表面本質(zhì)上是吸濕的，并且隨著時(shí)間從壓力介質(zhì)中吸收H20。水含量的該變化輕微改變管的幾何形狀，這會(huì)引起感測(cè)元件漂移。除了由于硅和硼硅酸玻璃的膨脹系數(shù)不同以及由于在制備過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力而導(dǎo)致的長(zhǎng)期漂移，壓力傳感器需要廣泛的調(diào)節(jié)來(lái)移除早期的漂移分量。最終，在壓敏電阻器和傳感器的殼體或外部電連接之間可能出現(xiàn)不想要的漏電流。通常依靠自然形成的二氧化硅薄涂層來(lái)提供電隔離。該膜還可以吸收水，水也可能產(chǎn)生傳感器漂移。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]在一個(gè)實(shí)施例中提供了壓力傳感器。該壓力傳感器包括殼體，殼體包括輸入端口，輸入端口配置為當(dāng)殼體放置在包含介質(zhì)的環(huán)境中時(shí)允許介質(zhì)進(jìn)入殼體內(nèi)部。將支撐件安裝在殼體內(nèi)，支撐件限定了延伸穿過(guò)其中的第一孔。將應(yīng)力隔離構(gòu)件安裝在支撐件的第一孔內(nèi)，應(yīng)力隔離構(gòu)件限定了延伸穿過(guò)其中的第二孔，其中應(yīng)力隔離構(gòu)件由硅構(gòu)成。傳感器管芯結(jié)合到應(yīng)力隔離構(gòu)件。傳感器管芯包括:硅基底，硅基底在硅基底的第一側(cè)上具有絕緣層；以及布置在第一側(cè)上的絕緣層中的感測(cè)電路，其中硅基底的第二側(cè)暴露于應(yīng)力隔離構(gòu)件的第二孔并且第二側(cè)與第一側(cè)相反。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0004]應(yīng)該理解的是，附圖僅僅描繪了示例性實(shí)施例并且因此不應(yīng)認(rèn)為是對(duì)范圍的限定，將通過(guò)附圖的使用來(lái)以附加的特定性和細(xì)節(jié)來(lái)描述示例性實(shí)施例，其中:
[0005]圖1是圖示根據(jù)本公開(kāi)中描述的實(shí)施例的具有集成的絕緣體上硅(SOI)傳感器和硅應(yīng)力隔離構(gòu)件的壓力感測(cè)裝置的橫截面視圖的圖；
[0006]圖2是圖示根據(jù)本公開(kāi)中描述的實(shí)施例的傳感器管芯、應(yīng)力隔離構(gòu)件以及圖1的壓力感測(cè)裝置的支撐件的透視圖的圖；以及
[0007]圖3是圖示根據(jù)本公開(kāi)中描述的實(shí)施例的用于制備圖1的壓力感測(cè)裝置的方法的流程圖。
[0008]按照慣例，各種已描述的特征不是按照比例繪制的，而是繪制為強(qiáng)調(diào)與示例性實(shí)施例有關(guān)的特定特征。
【具體實(shí)施方式】
[0009]在下面詳細(xì)描述中，對(duì)于形成其一部分的附圖作出了參考，并且其中通過(guò)說(shuō)明的方式示出了特定的說(shuō)明性實(shí)施例。然而，應(yīng)該理解的是，可以利用其他實(shí)施例，并且可以做出邏輯的、機(jī)械的以及電氣的改變。此外，附圖和說(shuō)明書(shū)中給出的方法不應(yīng)解釋為限制可以執(zhí)行單獨(dú)步驟的順序。因此，下面的詳細(xì)描述不應(yīng)考慮為是限制意義的。
[0010]在至少一個(gè)實(shí)施例中，用作膜片的傳感器管芯可安裝在應(yīng)力隔離構(gòu)件(基座)上，應(yīng)力隔離構(gòu)件限定了延伸穿過(guò)應(yīng)力隔離構(gòu)件的第一孔，從而使得壓力介質(zhì)能通過(guò)該孔并且在膜片上施加壓力。傳感器管芯可由絕緣基底上的硅構(gòu)成，并且應(yīng)力隔離構(gòu)件可由硅構(gòu)成，使得傳感器管芯和應(yīng)力隔離構(gòu)件能具有基本相等的熱膨脹系數(shù)。這還可以使得能在晶片級(jí)上制備傳感器管芯和應(yīng)力隔離構(gòu)件。
[0011]在進(jìn)一步實(shí)施例中，傳感器管芯和應(yīng)力隔離構(gòu)件能安裝在支撐件的第二孔內(nèi)，其中該第二孔延伸穿過(guò)該支撐件。該支撐件能安裝到壓力傳感器的殼體并且能為傳感器管芯提供電連接和壓力端口。
[0012]在再進(jìn)一步實(shí)施例中，由于壓力傳感器裝置的吸濕材料引起的濕氣吸收通過(guò)以下方式來(lái)避免:通過(guò)原子層沉積來(lái)涂覆暴露于壓力介質(zhì)的此類材料的表面。為了防止支撐件、應(yīng)力隔離構(gòu)件以及傳感器管芯的表面吸收壓力介質(zhì)中的濕氣，暴露于壓力介質(zhì)的這些表面的一些或全部能通過(guò)原子層沉積過(guò)程被涂覆保護(hù)層。
[0013]現(xiàn)在參照?qǐng)D1和圖2來(lái)描述壓力感測(cè)裝置100的例子。圖1是壓力感測(cè)裝置100的橫截面視圖而圖2是壓力感測(cè)裝置100的部分的分解透視圖。壓力感測(cè)裝置100能夠測(cè)量某介質(zhì)中的壓力。例如，通過(guò)壓力感測(cè)裝置100感測(cè)的壓力介質(zhì)可包括空氣或液體。為了感測(cè)壓力介質(zhì)的壓力，壓力感測(cè)裝置100包括輸入端口 102，其中輸入端口 102允許壓力介質(zhì)進(jìn)入殼體104。殼體104保護(hù)壓力感測(cè)裝置100不受環(huán)境影響，環(huán)境影響可能損壞壓力感測(cè)裝置100或影響壓力感測(cè)裝置100的性能。
[0014]為了感測(cè)殼體104內(nèi)部的壓力介質(zhì)的壓力，壓力感測(cè)裝置100包括傳感器管芯106。在至少一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，傳感器管芯106為壓敏電阻式硅壓力感測(cè)管芯，其中壓敏電阻器形成在傳感器管芯106的第一側(cè)105上，對(duì)傳感器管芯106內(nèi)的應(yīng)變進(jìn)行響應(yīng)。傳感器管芯106包括具有傳感器電路的硅膜片，例如形成在膜片上的壓敏電阻器。壓敏電阻器根據(jù)膜片的移動(dòng)而改變電阻。
[0015]在實(shí)施例中，傳感器管芯106包括絕緣體上硅(SOI)基底，基底具有在其上制備的感測(cè)電路。特別地，傳感器管芯106由硅基底構(gòu)成，硅基底在其第一側(cè)105上具有絕緣層。絕緣層能以任何合適的方式，例如通過(guò)外延生長(zhǎng)，形成在硅基底上。感測(cè)電路制備在硅基底的第一側(cè)105上的絕緣層內(nèi)。相應(yīng)地，絕緣層具有的厚度足以使得能夠在其內(nèi)制備壓敏電阻器。傳感器管芯106還具有第二側(cè)107，該第二側(cè)107與第一側(cè)105相反。在制備傳感器管芯106之后，一旦暴露于空氣或其他介質(zhì)，第二側(cè)107就可自然形成薄二氧化硅層。
[0016]對(duì)殼體104的應(yīng)力可影響壓力感測(cè)裝置100的位于殼體104內(nèi)的組件。盡管殼體內(nèi)的某些組件受應(yīng)力影響最小，然而位于傳感器管芯106上的壓敏電阻器上的由殼體104上的應(yīng)力引起的應(yīng)變可能不利地影響壓力感測(cè)裝置100做出的壓力測(cè)量的精度。例如，殼體104上的應(yīng)變能以與通過(guò)壓力介質(zhì)施加到傳感器管芯106的膜片的應(yīng)變類似的方式使傳感器管芯106應(yīng)變，這會(huì)導(dǎo)致從傳感器管芯106得到的壓力測(cè)量的偏置。在某些實(shí)現(xiàn)中，為了將傳感器管芯106與殼體104或感測(cè)裝置100內(nèi)的其他組件上的應(yīng)力隔離，傳感器管芯106安裝在應(yīng)力隔離構(gòu)件110上。該應(yīng)力隔離構(gòu)件110將傳感器管芯106與施加到殼體104上或由殼體104內(nèi)的其他組件引起的應(yīng)變隔離。
[0017]在特定實(shí)施例中，應(yīng)力隔離構(gòu)件110由硅構(gòu)成。特別地，應(yīng)力隔離構(gòu)件110由具有限定在其內(nèi)的孔108的硅基底構(gòu)成。孔108 —直延伸通過(guò)硅基底。應(yīng)力隔離構(gòu)件110安裝到傳感器管芯106的第二側(cè)107，使得孔108在一端從傳感器管芯106的第二側(cè)107延伸并對(duì)第二側(cè)107開(kāi)口并且在另一端對(duì)壓力介質(zhì)開(kāi)口。應(yīng)力隔離構(gòu)件110也稱作基座。應(yīng)力隔離構(gòu)件110從傳感器管芯106的第二側(cè)107延伸離開(kāi)。在例子中，傳感器管芯106安裝到應(yīng)力隔離構(gòu)件110的第一端而支撐件122安裝到接近應(yīng)力隔離構(gòu)件110的第二端114，其中第二端114與第一端相反。
[0018]在至少一個(gè)實(shí)施例中，為了將傳感器管芯106暴露于壓力介質(zhì)，壓力介質(zhì)通過(guò)輸入端口 102進(jìn)入殼體104并且隨后穿過(guò)應(yīng)力隔離構(gòu)件110中的孔108?？?08內(nèi)的壓力介質(zhì)施加抵靠傳感器管芯106的力，當(dāng)傳感器管芯106中的膜片根據(jù)壓力介質(zhì)施加的壓力移動(dòng)時(shí)該力引起壓敏電阻器應(yīng)變。壓敏電阻器上的應(yīng)變改變了壓敏電阻器中壓敏電阻器的電阻。當(dāng)已知的電流通過(guò)壓敏電阻器時(shí)，由于壓敏電阻器的電阻導(dǎo)致的電壓降可用于確定壓力介質(zhì)抵靠傳感器管芯106的膜片的壓力。在至少一個(gè)實(shí)施例中，壓敏電阻器包括壓力感測(cè)元件和溫度感測(cè)元件二者。
[0019]還如圖2所示，在某些實(shí)施例中，當(dāng)以接近觀察者的傳感器管芯106和延伸離開(kāi)觀察者的應(yīng)力隔離構(gòu)件110來(lái)觀察時(shí)，傳感器管芯106和應(yīng)力隔離構(gòu)件110具有基本相同的橫截面尺寸。在這樣的實(shí)施例中，傳感器管芯106和應(yīng)力隔離構(gòu)件110的橫截面大小由傳感器管芯106而不是應(yīng)力隔離構(gòu)件110限定。因此，整個(gè)橫截面可保持很小。在例子中，傳感器管芯106和應(yīng)力隔離構(gòu)件110 二者都具有矩形(例如方形)橫截面。
[0020]有利地，采用與傳感器管芯106相同材料(硅)構(gòu)成的應(yīng)力隔離構(gòu)件110，應(yīng)力隔離構(gòu)件110和傳感器管芯106能實(shí)現(xiàn)基本相同的熱膨脹系數(shù)。因此，當(dāng)應(yīng)力隔離構(gòu)件110和/或傳感器管芯106經(jīng)歷熱膨脹時(shí)，應(yīng)力隔離構(gòu)件110和傳感器管芯106以相同速率膨脹從而降低由于熱膨脹而施加到形成在傳感器管芯106上的壓敏電阻器的應(yīng)力。在例子中，應(yīng)力隔離構(gòu)件110和傳感器管芯106的結(jié)晶定向?qū)R以便于進(jìn)一步匹配熱膨脹系數(shù)。
[0021 ] 傳感器管芯106采用低溫?cái)U(kuò)散工藝結(jié)合到應(yīng)力隔離構(gòu)件110。在這樣的工藝中，硅表面的表面活性化允許低溫的硅到硅、表面到表面的結(jié)合。這樣的低溫結(jié)合可以在600攝氏度或低于600攝氏度，在特定例子中是在大約400-450攝氏度。
[0022]在例子中，應(yīng)力隔離構(gòu)件110具有總體為長(zhǎng)方體的形狀，具有從其延伸穿過(guò)的孔108。在這樣例子的一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，孔108縱向延伸穿過(guò)長(zhǎng)方體形狀的長(zhǎng)度維度。在例子中，長(zhǎng)方體形狀的長(zhǎng)度維度在長(zhǎng)度上大約為0.156英寸，其基本上比傳感器管芯106的厚度要長(zhǎng)。
[0023]在某些實(shí)施例中，傳感器管芯106的第二側(cè)107暴露于孔108中的壓力介質(zhì)并且傳感器管芯106的相對(duì)側(cè)暴露于參考腔121。該參考腔121是具有已知壓力的密封環(huán)境。在例子中，參考腔121保持為真空。殼體104能密封從而維持參考腔121內(nèi)的壓力。傳感器管芯106第一側(cè)105上的感測(cè)電路能電耦合到殼體104上的組件和/或連接或與殼體104相關(guān)聯(lián)的其他電子器件。相應(yīng)地，來(lái)自傳感器管芯106上壓敏電阻器的信號(hào)通過(guò)結(jié)合到參考腔121內(nèi)傳感器管芯106的第一表面105的導(dǎo)線進(jìn)行發(fā)送，其中所述導(dǎo)線直接從傳感器管芯106延伸到諸如前端電路的其他電子器件。前端電路包括這樣的電子器件，其部分地用于控制至傳感器管芯106上的電子元件的輸入。例如，前端電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、多芯片模塊等等。在至少一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，前端電路執(zhí)行諸如以下的功能:壓力輸出表征、輸出信號(hào)調(diào)節(jié)等等。
[0024]在某些實(shí)施例中，前端電路電連接到采用密封焊接而焊接到殼體104的電連接器。該電連接器從殼體104延伸并且連接到外部系統(tǒng)。該電連接器能被螺紋連接從而有助于將壓力感測(cè)裝置100集成到較大的系統(tǒng)中。因此，通過(guò)電連接器，外部系統(tǒng)能夠從傳感器管芯106上的壓敏電阻器獲取壓力測(cè)量。
[0025]在例子中，吸收劑(getter)可放置在參考腔121內(nèi)。吸收劑可按照本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法被激活。吸收劑可吸收結(jié)合后存在于參考腔121中的任何殘余氣體分子，并吸收結(jié)合后從參考腔121內(nèi)的元件脫氣的分子。
[0026]在至少一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，當(dāng)傳感器管芯106安裝到應(yīng)力隔離構(gòu)件110上時(shí)，應(yīng)力隔離構(gòu)件110安裝到支撐件122。在某些示例性實(shí)現(xiàn)中，支撐件122由陶瓷構(gòu)成，例如氧化鋁塊、或具有與硅類似的熱膨脹系數(shù)的其他可銅焊(brazeable)材料。應(yīng)力隔離構(gòu)件110能采用銅焊116安裝到支撐件122。支撐件122包括孔112，應(yīng)力隔離構(gòu)件110安裝在該孔112內(nèi)?？?12具有與應(yīng)力隔離構(gòu)件110外橫截面對(duì)應(yīng)的橫截面和大小,使得應(yīng)力隔離構(gòu)件110能插入其中。在圖1和圖2所示的例子中，孔112和應(yīng)力隔離構(gòu)件110的外橫截面為矩形。因此，應(yīng)力隔離構(gòu)件110的外表面例如采用銅焊116附著到支撐件122的內(nèi)表面。支撐件122附著到殼體104來(lái)提供傳感器管芯106和應(yīng)力隔離構(gòu)件110組件以及殼體104之間的機(jī)械耦合。支撐件122的外表面的部分能安裝到殼體104。在例子中，支撐件122通過(guò)銅焊118結(jié)合到殼體104。可替代地，應(yīng)力隔離構(gòu)件110和基底122通過(guò)焊接點(diǎn)結(jié)合到殼體。
[0027]當(dāng)應(yīng)力隔離構(gòu)件110由硅制造時(shí)，并且當(dāng)硅材料與壓力介質(zhì)中的空氣相互作用時(shí)，吸濕的二氧化硅層形成。二氧化硅能從空氣中吸收濕氣并且能引起應(yīng)力隔離構(gòu)件210的改變形狀。應(yīng)力隔離構(gòu)件110可以這樣的方式膨脹，即傳感器管芯106上的壓敏電阻器開(kāi)始應(yīng)變，從而引起壓敏電阻器產(chǎn)生的測(cè)量的偏置。在某些實(shí)施例中，應(yīng)力隔離構(gòu)件110受到原子層沉積(ALD)涂層126保護(hù)而免受濕氣影響，原子層沉積(ALD)涂層126防止壓力介質(zhì)中的濕氣與應(yīng)力隔離構(gòu)件110接觸。例如，ALD涂層126包括沉積在應(yīng)力隔離構(gòu)件110和基底122的表面上的金屬氧化物涂層，這些表面暴露于壓力介質(zhì)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，涂層226是金屬氧化物，例如鋁或鈦的氧化物。特別地，這些表面包括孔108的內(nèi)表面。也可包括其他表面，例如應(yīng)力隔離構(gòu)件110的端面114。在一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)中，在應(yīng)力隔離構(gòu)件110和基底122安裝在殼體104內(nèi)之前施加ALD涂層126。可替代地，在應(yīng)力隔離構(gòu)件110和基底122安裝在殼體104內(nèi)之后施加ALD涂層126。在一些例子中，ALD涂層126能放置在傳感器管芯106的第二表面107的部分上，所述部分在應(yīng)力隔離構(gòu)件110的孔108內(nèi)暴露。此外，在某些例子中，ALD涂層放置在支撐件122的表面，該表面暴露于壓力介質(zhì)。
[0028]有利地，傳感器管芯106的SOI幾何形狀能通過(guò)ALD涂層提供針對(duì)任何泄露路徑的二次隔離。SOI幾何形狀還能允許壓力傳感器在125攝氏度之上的溫度操作，在125攝氏度的情況下，反偏壓二極管漏電流可能成為問(wèn)題。
[0029]圖3是用于制備壓力傳感器100的方法300的一個(gè)示例性實(shí)施例的流程圖。有利地，由于傳感器管芯106和應(yīng)力隔離構(gòu)件110由娃構(gòu)成,傳感器管芯106和應(yīng)力隔離構(gòu)件110能以晶片級(jí)制備和結(jié)合在一起，其中多個(gè)傳感器管芯106和應(yīng)力隔離構(gòu)件110被同時(shí)制備。
[0030]可以通過(guò)在絕緣體上硅(SOI)晶片的絕緣層中制備多組壓敏電阻器的制備而形成傳感器管芯106(302)。SOI晶片對(duì)應(yīng)于多個(gè)傳感器管芯106的基底,而絕緣層對(duì)應(yīng)于傳感器管芯106的第一側(cè)105。SOI晶片的絕緣層能以任何合適的方式形成，例如通過(guò)硅基底上的外延生長(zhǎng)。在這樣的例子中，絕緣層生長(zhǎng)得足夠厚從而用于形成壓敏電阻器。每組壓敏電阻器對(duì)應(yīng)于單個(gè)傳感器管芯106的感測(cè)電路的壓敏電阻器。多組壓敏電阻器可采用任何合適的晶片級(jí)計(jì)劃布置在SOI晶片上。為了制備壓敏電阻器，絕緣層被適當(dāng)摻雜并且被蝕刻以形成壓敏電阻器結(jié)構(gòu)。還執(zhí)行蝕刻來(lái)形成用于每個(gè)感測(cè)電路的腔，所述腔供膜片使用。一旦形成壓敏電阻器和腔，SOI晶片的擴(kuò)散表面被磨平。在例子中，此時(shí)不應(yīng)用金屬化路徑和襯墊。
[0031]多個(gè)通孔(孔108)能被蝕刻在第二硅晶片中以形成多個(gè)應(yīng)力隔離構(gòu)件110 (304)。每個(gè)孔108能一直延伸通過(guò)硅晶片并且能對(duì)應(yīng)于延伸通過(guò)應(yīng)力隔離構(gòu)件110的孔108。孔108能以這樣的方式布置在硅晶片上，即對(duì)應(yīng)于SOI晶片上多組壓敏電阻器的布置，并且在特定例子中，是對(duì)應(yīng)于用于每個(gè)感測(cè)電路的膜片的腔的位置，使得每個(gè)孔108與一組壓敏電阻器匹配，并且特別地，與膜片匹配?？梢赃x擇硅晶片為與SOI晶片具有相同結(jié)晶定向的曰曰曰/T ο
[0032]一旦壓敏電阻器制備在SOI晶片中并且通孔蝕刻在硅晶片中，SOI晶片和硅晶片能結(jié)合在一起(306)。硅晶片結(jié)合到SOI晶片的與絕緣層相反的側(cè)；與絕緣層相反的該側(cè)對(duì)應(yīng)于傳感器管芯106的第二側(cè)107。將SOI晶片結(jié)合到硅晶片包括將硅晶片中的孔108與多組壓敏電阻器和/或膜片的腔對(duì)齊。例如，每個(gè)孔108能與膜片的腔對(duì)齊和/或與一組壓敏電阻器對(duì)齊。由于硅晶片結(jié)合到SOI晶片的與絕緣層相反的側(cè)，該孔108在布置于接近該第二側(cè)107的同時(shí)與壓敏電阻器和/或腔對(duì)齊。在該對(duì)齊中該硅晶片隨后結(jié)合到SOI晶片。也就是說(shuō)，孔108與壓敏電阻器和/或腔的相反側(cè)對(duì)齊。在例子中，硅晶片也結(jié)合到SOI晶片使得娃晶片的結(jié)晶定向與SOI晶片的結(jié)晶定向?qū)R，如上所述。該娃晶片和SOI晶片能采用低溫?cái)U(kuò)散工藝使用低溫結(jié)合在一起。在這樣的工藝中，SOI晶片的與絕緣層相反的側(cè)的表面激活以及硅晶片的表面的表面激活允許低溫的硅到硅、表面到表面的結(jié)合。這樣的低溫結(jié)合能在600攝氏度或600攝氏度以下并且在特定例子中，是在400或450攝氏度附近。
[0033]金屬跡線或?qū)Ь€結(jié)合襯墊隨后制備在組合的SOI晶片和硅晶片的絕緣層上(308)。金屬跡線能實(shí)現(xiàn)每組壓敏電阻器中到彼此以及到導(dǎo)線結(jié)合襯墊的適當(dāng)連接。
[0034]組合的SOI晶片和硅晶片隨后被分割(singulate)(例如，鋸開(kāi))以形成多個(gè)分立的壓力傳感器基元(310)，每個(gè)壓力傳感器基元包括結(jié)合到應(yīng)力隔離構(gòu)件110 (對(duì)應(yīng)的硅晶片的分割部分)的傳感器管芯106 (SOI晶片的分割部分)。
[0035]壓力傳感器基元隨后安裝到支撐件122，支撐件122在其中具有孔112(312)。在例子中，壓力傳感器基元通過(guò)將應(yīng)力隔離構(gòu)件110的外表面銅焊到支撐件122的孔112的內(nèi)表面而安裝到支撐件122。該銅焊116是真空密封的。在例子中，傳感器管芯106安裝到應(yīng)力隔離構(gòu)件110的第一端而支撐件122安裝接近應(yīng)力隔離構(gòu)件110的第二端114，其中第二端114與第一端相反。
[0036]安裝到支撐件122的壓力傳感器基元隨后安裝在殼體104內(nèi)(314)。例如，壓力傳感器基元和支撐件122放置在殼體104內(nèi)，殼體104具有輸入端口 102，從而使得進(jìn)入輸入端口 102的壓力介質(zhì)能夠進(jìn)入應(yīng)力隔離構(gòu)件110上的孔108的開(kāi)口。在至少一個(gè)示例性實(shí)施例中，壓力傳感器基元與支撐件122能通過(guò)采用銅焊118將支撐件122附著到殼體104而安裝到殼體104中。該銅焊118是真空密封的。
[0037]傳感器管芯106上的感測(cè)電路能電連接到殼體104上的組件，例如前端電路(316)。例如，傳感器管芯106上的襯墊能絲焊到組件以將傳感器管芯106上的感測(cè)電路電連接到絲焊。
[0038]殼體104中的參考腔121周圍的區(qū)域隨后被密封以形成參考腔121(318)。最終，壓力傳感器調(diào)節(jié)為移除傳感器測(cè)量隨時(shí)間漂移的趨勢(shì)(320)。
[0039]示例實(shí)施例
[0040]例子I包括壓力傳感器，壓力傳感器包括:殼體，殼體包括輸入端口，輸入端口配置為當(dāng)殼體放置在包含介質(zhì)的環(huán)境中時(shí)允許介質(zhì)進(jìn)入殼體內(nèi)部；安裝在殼體內(nèi)的支撐件，該支撐件限定了延伸穿過(guò)其中的第一孔；安裝在支撐件的第一孔內(nèi)的應(yīng)力隔離構(gòu)件，應(yīng)力隔離構(gòu)件限定了延伸穿過(guò)其中的第二孔，其中應(yīng)力隔離構(gòu)件由硅構(gòu)成；結(jié)合到應(yīng)力隔離構(gòu)件的傳感器管芯，傳感器管芯包括:硅基底，硅基底在硅基底的第一側(cè)上具有絕緣層；以及布置在第一側(cè)上的絕緣層中的感測(cè)電路，其中硅基底的第二側(cè)暴露于應(yīng)力隔離構(gòu)件的第二孔并且第二側(cè)與第一側(cè)相反。
[0041]例子2包括例子I的壓力傳感器，其中應(yīng)力隔離構(gòu)件包括延伸遠(yuǎn)離硅基底的第二側(cè)的基座，其中第二孔縱向延伸穿過(guò)基座，傳感器管芯安裝到基座的第一端，其中支撐件安裝接近基座的第二端，第二端與第一端相反。
[0042]例子3包括例子I或2任一的壓力傳感器，其中支撐件由陶瓷制備，所述陶瓷具有與硅類似的熱膨脹系數(shù)。
[0043]例子4包括例子1-3任一的壓力傳感器，進(jìn)一步包括原子層沉積涂層，其覆蓋了暴露于介質(zhì)的應(yīng)力隔離構(gòu)件的內(nèi)表面以及硅基底的第二側(cè)。
[0044]例子5包括例子4的壓力傳感器，其中原子層沉積涂層覆蓋了支撐件的一部分。
[0045]例子6包括例子4或5任一的壓力傳感器，其中原子層沉積包括金屬氧化物。
[0046]例子7包括例子1-6任一的壓力傳感器，其中殼體限定了真空參考腔，并且感測(cè)管芯的第一側(cè)暴露于真空參考腔。
[0047]例子8包括例子1-7任一的壓力傳感器，其中支撐件和應(yīng)力隔離構(gòu)件采用銅焊安裝在一起。
[0048]例子9包括例子1-8任一的壓力傳感器，其中應(yīng)力隔離構(gòu)件的結(jié)晶定向與傳感器管芯的結(jié)晶定向基本對(duì)齊。
[0049]例子10包括用于制備壓力傳感器的方法，該方法包括:將多組壓敏電阻器制備在第一硅晶片的絕緣層中，其中每組壓敏電阻器對(duì)應(yīng)于傳感器管芯的感測(cè)電路；在第二硅晶片中蝕刻多個(gè)通孔，其中每個(gè)通孔對(duì)應(yīng)于應(yīng)力隔離構(gòu)件的第一孔；采用低溫?cái)U(kuò)散工藝將第二硅晶片結(jié)合到第一硅晶片的與絕緣層相反的側(cè)，其中結(jié)合包括將第二硅晶片與第一硅晶片對(duì)齊從而使得每個(gè)通孔與一組壓敏電阻器相反；將第一和第二硅晶片分割以形成多個(gè)分立的壓力傳感器基元，每個(gè)壓力傳感器基元包括:由包括一組壓敏電阻器的第一硅晶片的一部分構(gòu)成的傳感器管芯；以及由第二娃晶片的一部分構(gòu)成的應(yīng)力隔離構(gòu)件，應(yīng)力隔離構(gòu)件包括孔；提供多個(gè)支撐件，每個(gè)支撐件限定了具有基本匹配于應(yīng)力隔離構(gòu)件的外橫截面的橫截面的第二孔；將每個(gè)壓力傳感器基元安裝到支撐件從而使得每個(gè)應(yīng)力隔離構(gòu)件的外表面的一部分附著到對(duì)應(yīng)的支撐件的第二孔的內(nèi)表面。
[0050]例子11包括例子10的方法，包括:采用金屬氧化物的原子層沉積來(lái)涂覆將要暴露于介質(zhì)的應(yīng)力隔離構(gòu)件和傳感器管芯的表面。
[0051]例子12包括例子10或11任一的方法，包括:在將第二硅晶片結(jié)合到第一硅晶片之后，將金屬跡線和導(dǎo)線結(jié)合襯墊制備在具有絕緣層的第一硅晶片的側(cè)上以形成感測(cè)電路。
[0052]例子13包括例子12的方法，包括:將具有安裝到其的支撐件的每個(gè)壓力傳感器裝置附著到殼體；將殼體密封使得具有感測(cè)電路的傳感器管芯的側(cè)處于具有已知壓力的環(huán)境中并且與應(yīng)力隔離構(gòu)件的第二孔密封隔離。
[0053]例子14包括例子13的方法，其中將具有支撐件的每個(gè)壓力傳感器基元附著到殼體包括以下之一:將每個(gè)支撐件銅焊或焊接到對(duì)應(yīng)的殼體。
[0054]例子15包括例子12-14任一的方法，其中結(jié)合包括在低于600攝氏度處結(jié)合。
[0055]例子16包括例子12-15任一的方法，其中將第二硅晶片結(jié)合到第一硅晶片的側(cè)包括將第二硅晶片的結(jié)晶定向與第一硅晶片的結(jié)晶定向?qū)R。
[0056]例子17包括例子12-16任一的方法，其中將每個(gè)壓力傳感器基元安裝到支撐件包括將壓力傳感器裝置銅焊到支撐件。
[0057]例子18包括例子12-17任一的方法，其中制備多組壓敏電阻器包括:摻雜傳感器管芯的絕緣層；蝕刻絕緣層以形成多組壓敏電阻器；以及磨平擴(kuò)散表面。
[0058]例子19包括壓力傳感器，壓力傳感器包括:殼體，殼體包括輸入端口，輸入端口配置為當(dāng)殼體放置于包含介質(zhì)的環(huán)境中時(shí)允許介質(zhì)進(jìn)入殼體內(nèi)部；安裝在殼體內(nèi)的支撐件，支撐件限定了延伸穿過(guò)其中的第一孔，其中支撐件由陶瓷制備而成，所述陶瓷具有與硅類似的熱膨脹系數(shù)；安裝在支撐件的第一孔內(nèi)的應(yīng)力隔離構(gòu)件，應(yīng)力隔離構(gòu)件限定了延伸穿過(guò)其中的第二孔，其中應(yīng)力隔離構(gòu)件由硅構(gòu)成；采用低溫?cái)U(kuò)散工藝結(jié)合到應(yīng)力隔離構(gòu)件的傳感器管芯，傳感器管芯包括:硅基底，硅基底在硅基底的第一側(cè)上具有絕緣層，其中應(yīng)力隔離構(gòu)件的結(jié)晶定向與傳感器管芯的硅基底的結(jié)晶定向基本對(duì)齊；以及布置在第一側(cè)上的絕緣層中的感測(cè)電路，其中硅基底的第二側(cè)暴露于應(yīng)力隔離構(gòu)件的第二孔并且第二側(cè)與第一側(cè)相反；以及金屬氧化物原子層沉積涂層，其覆蓋了應(yīng)力隔離構(gòu)件的內(nèi)表面、硅基底的第二側(cè)以及支撐件的一部分。
[0059]例子20包括例子19的壓力傳感器，其中應(yīng)力隔離構(gòu)件延伸遠(yuǎn)離硅基底的第二側(cè)，其中第二孔縱向延伸穿過(guò)應(yīng)力隔離構(gòu)件，傳感器管芯安裝到應(yīng)力隔離構(gòu)件的第一端，其中支撐件安裝接近應(yīng)力隔離構(gòu)件的第二端，第二端與第一端相反。
[0060]本申請(qǐng)中采用的相對(duì)位置的術(shù)語(yǔ)是基于平行于晶片或基底的工作表面或傳統(tǒng)平面的平面而定義的，無(wú)需考慮晶片或基底的定向。本申請(qǐng)中使用的術(shù)語(yǔ)“水平”或“橫向”定義為平行于晶片或基底的工作表面或傳統(tǒng)平面的平面，無(wú)需考慮晶片或基底的定向。術(shù)語(yǔ)“垂直”指的是垂直于水平的方向。例如“上”、“側(cè)”(如“側(cè)壁”中)、“較高”、“較低”、“之上”、“頂部”以及“之下”的術(shù)語(yǔ)是相對(duì)于在晶片或基底的頂部表面上的工作表面或傳統(tǒng)平面而定義的，無(wú)需考慮晶片或基底的定向。
【權(quán)利要求】
1.一種壓力傳感器，包括: 殼體，殼體包括輸入端口，輸入端口配置為當(dāng)殼體放置在包含介質(zhì)的環(huán)境中時(shí)允許介質(zhì)進(jìn)入殼體內(nèi)部； 安裝在殼體內(nèi)的支撐件，支撐件限定了延伸穿過(guò)其中的第一孔； 安裝在支撐件的第一孔內(nèi)的應(yīng)力隔離構(gòu)件，應(yīng)力隔離構(gòu)件限定了延伸穿過(guò)其中的第二孔，其中應(yīng)力隔離構(gòu)件由硅構(gòu)成； 結(jié)合到應(yīng)力隔離構(gòu)件的傳感器管芯，傳感器管芯包括: 硅基底，硅基底在硅基底的第一側(cè)上具有絕緣層；以及 布置在第一側(cè)上的絕緣層中的感測(cè)電路，其中硅基底的第二側(cè)暴露于應(yīng)力隔離構(gòu)件的第二孔并且第二側(cè)與第一側(cè)相反； 其中應(yīng)力隔離構(gòu)件包括延伸遠(yuǎn)離硅基底的第二側(cè)的基座，其中第二孔縱向延伸穿過(guò)基座，傳感器管芯安裝到基座的第一端，其中支撐件安裝接近基座的第二端，第二端與第一端相反。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其中應(yīng)力隔離構(gòu)件的結(jié)晶定向與傳感器管芯的結(jié)晶定向基本對(duì)齊。
3.一種用于制備壓力傳感器的方法，所述方法包括: 將多組壓敏電阻器制備在第一硅晶片的絕緣層中，其中每組壓敏電阻器對(duì)應(yīng)于傳感器管芯的感測(cè)電路； 在第二硅晶片中蝕刻多個(gè)通孔，其中每個(gè)通孔對(duì)應(yīng)于應(yīng)力隔離構(gòu)件的第一孔； 采用低于600攝氏度的低溫?cái)U(kuò)散工藝將第二硅晶片結(jié)合到第一硅晶片的與絕緣層相反的側(cè)，其中結(jié)合包括將第二硅晶片與第一硅晶片對(duì)齊從而使得每個(gè)通孔與一組壓敏電阻器相反； 將第一和第二硅晶片分割以形成多個(gè)分立的壓力傳感器基元，每個(gè)壓力傳感器基元包括: 由包括一組壓敏電阻器的第一娃晶片的一部分構(gòu)成的傳感器管芯；以及 由第二硅晶片的一部分構(gòu)成的應(yīng)力隔離構(gòu)件，應(yīng)力隔離構(gòu)件包括孔； 提供多個(gè)支撐件，每個(gè)支撐件限定了具有基本匹配于應(yīng)力隔離構(gòu)件的外橫截面的橫截面的第二孔； 將每個(gè)壓力傳感器基元安裝到支撐件從而使得每個(gè)應(yīng)力隔離構(gòu)件的外表面的一部分附著到對(duì)應(yīng)的支撐件的第二孔的內(nèi)表面，其中將每個(gè)壓力傳感器基元安裝到支撐件包括將壓力傳感器裝置銅焊到支撐件；以及 將具有安裝到其的支撐件的每個(gè)壓力傳感器裝置附著到殼體； 采用金屬氧化物的原子層沉積來(lái)涂覆將要暴露于介質(zhì)的應(yīng)力隔離構(gòu)件和傳感器管芯的表面；以及 將殼體密封使得具有感測(cè)電路的傳感器管芯的側(cè)處于具有已知壓力的環(huán)境中并且與應(yīng)力隔離構(gòu)件的第二孔密封隔離。
【文檔編號(hào)】G01L1/18GK104236767SQ201410365904
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月19日
【發(fā)明者】G·C·布朗, C·拉恩 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司
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