本公開涉及具有壓力檢測結(jié)構(gòu)和慣性檢測結(jié)構(gòu)的晶片級集成的微機電傳感器設(shè)備。本公開還涉及對應(yīng)的制造方法。

背景技術(shù)：

1、眾所周知，當(dāng)前的微加工技術(shù)使得能夠從半導(dǎo)體材料的層開始制造微機電系統(tǒng)(mems)，這些半導(dǎo)體材料的層已經(jīng)被沉積(例如，多晶硅的層)或生長在犧牲層(例如，外延層)上，然后經(jīng)由化學(xué)蝕刻被去除。利用該技術(shù)獲得的慣性傳感器(諸如加速度計、諧振器或陀螺儀)正在例如汽車領(lǐng)域、慣性導(dǎo)航、或者針對消費電子產(chǎn)品(所謂的消費應(yīng)用)的便攜式設(shè)備的領(lǐng)域中取得越來越大的成功。

2、利用mems技術(shù)制造的壓力傳感器也是已知的，壓力傳感器通常包括在半導(dǎo)體材料的管芯中制成的膜，該膜懸置在腔上方，以便響應(yīng)于入射壓力波而發(fā)生變形。在該膜處形成的檢測元件(例如，壓電電阻器)提供電檢測信號，該電檢測信號指示作用在傳感器上的壓力的值。

3、特別地，已知解決方案，其設(shè)想在同一封裝件(package)中集成慣性檢測結(jié)構(gòu)(例如，加速度計或陀螺儀)和壓力檢測結(jié)構(gòu)，以提供針對其范圍例如從汽車領(lǐng)域到消費電子產(chǎn)品的領(lǐng)域的數(shù)種應(yīng)用的復(fù)雜檢測單元。

4、例如，mems加速度計和壓力傳感器已以封裝件級被集成為獲得針對機動車的輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)(tpms)。此外，運動檢測單元是已知的，運動檢測單元在同一封裝件中包圍了慣性檢測結(jié)構(gòu)和壓力檢測結(jié)構(gòu)，以獲得具有若干自由度的慣性測量單元(imu)。

5、然而，在同一封裝件中集成若干mems檢測結(jié)構(gòu)(特別是壓力檢測結(jié)構(gòu)和慣性檢測結(jié)構(gòu))會帶來一些問題，特別是關(guān)于所得設(shè)備的大小和空間占用以及關(guān)于制造技術(shù)的兼容性的問題。

6、在這方面，不同的傳感器(特別是慣性傳感器和壓力傳感器)可能具有不同的操作原理和技術(shù)要求。為此，通常使用不同的前端制造技術(shù)來制造這些設(shè)備(其中“前端”指的是處理傳感器的半導(dǎo)體材料的晶片以產(chǎn)生對應(yīng)的檢測結(jié)構(gòu)的步驟)。

7、使用不同的技術(shù)具有以下優(yōu)點，即，消除不同設(shè)備的工藝的集成所帶來的限制，并且為生產(chǎn)傳感器和實現(xiàn)最終性能的每種技術(shù)提供更大的靈活性。

8、出于上述原因，在相應(yīng)的管芯中被制成之后，檢測結(jié)構(gòu)通常以封裝件級被集成，其中后端技術(shù)(“后端”是指已經(jīng)被加工好的管芯的封裝的最后步驟，其中已經(jīng)提供了對應(yīng)的檢測結(jié)構(gòu)，例如，這些步驟包括將相同管芯機械耦合到封裝件的引線框架、通過引線鍵合進行電耦合、以及施加涂層或者一些其他類型的封裝覆蓋物)。

9、在同一封裝件內(nèi)，還可以包圍有集成了電子asic(專用集成電路)的另一管芯，該管芯被電耦合到各種傳感器(例如，壓力傳感器和慣性傳感器)，以用于對由對應(yīng)的檢測結(jié)構(gòu)提供的檢測信號執(zhí)行適當(dāng)?shù)奶幚聿僮?例如，濾波、放大、與閾值進行比較等操作)并且用于向外部電子系統(tǒng)供應(yīng)輸出信號。

10、封裝件級的這種集成通常遵循兩種途徑。

11、第一種途徑設(shè)想將集成了各種檢測結(jié)構(gòu)的mems管芯并排定位，從而增加最終封裝件的水平平面的空間占用。

12、第二種途徑設(shè)想在mems管芯的垂直方向上堆疊，從而增加最終封裝件的厚度。

13、在后一種情況下，由于慣性檢測結(jié)構(gòu)需要密封封裝件，因此堆疊通常由至少三個襯底組成：第一襯底，其中提供了慣性檢測結(jié)構(gòu)；第二襯底，其操作為同一慣性檢測結(jié)構(gòu)的蓋；以及第三襯底，其中提供了壓力檢測結(jié)構(gòu)。

14、總體而言，需要提供一種改進的解決方案，以用于在同一封裝件中集成不同的mems傳感器(特別是壓力檢測結(jié)構(gòu)和慣性檢測結(jié)構(gòu))，使得能夠減小所得封裝件的尺寸并且同時不對相同的檢測結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)造成限制。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本公開的目的至少部分地針對先前強調(diào)的問題并且滿足上述需求。

2、根據(jù)本公開，因此提供了一種具有壓力檢測結(jié)構(gòu)和慣性檢測結(jié)構(gòu)的晶片級集成的微機電傳感器設(shè)備及其制造方法。

3、例如，本公開的微機電傳感器設(shè)備的至少一個實施例被概括為包括：第一管芯與第二管芯的堆疊，第一管芯集成有壓力檢測結(jié)構(gòu)，第二管芯集成有慣性檢測結(jié)構(gòu)，所述第一管芯構(gòu)成針對所述慣性檢測結(jié)構(gòu)的蓋，并且被鍵合到所述第二管芯以限定密封腔，其中所述第一管芯包括第一襯底，所述第一襯底具有前表面和后表面，后表面被鍵合到所述第二管芯，掩埋(buried)腔被掩埋并且完全包含在第一襯底中，并且被布置在前表面處，掩埋腔通過膜與所述前表面分離，并且其中所述掩埋腔與所述密封腔不同并且分離。

技術(shù)特征：

1.一種微機電傳感器設(shè)備，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述慣性檢測結(jié)構(gòu)包括第二襯底和懸置結(jié)構(gòu)，所述第二襯底具有前表面和后表面，所述懸置結(jié)構(gòu)被布置在所述前表面上方，所述懸置結(jié)構(gòu)通過分離腔與所述第二襯底分離；并且其中所述第一管芯在所述第一襯底的所述后表面處具有面對腔，所述面對腔構(gòu)成所述后表面的凹部，并且面對所述堆疊中的所述第二管芯；所述面對腔與所述分離腔共同地限定所述密封腔。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述面對腔通過所述第一襯底的單片部分與所述掩埋腔分離。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述第一管芯相對于所述面對腔側(cè)向地并且在所述后表面處具有鍵合部分，所述鍵合部分通過由鍵合材料制成的區(qū)域與所述第二管芯鍵合。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述第二管芯包括結(jié)構(gòu)層，所述結(jié)構(gòu)層被布置在所述第二襯底的相應(yīng)的所述前表面上方，并且所述懸置結(jié)構(gòu)被限定在所述結(jié)構(gòu)層中；所述第一管芯的所述鍵合部分相對于所述懸置結(jié)構(gòu)側(cè)向地并且外部地被鍵合到所述結(jié)構(gòu)層。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括封裝件，所述封裝件容納所述堆疊；其中所述堆疊被附接到第三管芯，所述第三管芯集成有電子電路，所述電子電路通過相應(yīng)的電連接線被電耦合到所述第一管芯和對應(yīng)的所述壓力檢測結(jié)構(gòu)并且被電耦合到所述第二管芯和對應(yīng)的所述慣性檢測結(jié)構(gòu)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述封裝件還包括涂層；其中所述封裝件的由所述涂層限定的前表面具有進入孔，用以使壓力波能夠朝向所述第一管芯中的壓力檢測結(jié)構(gòu)進入。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述慣性檢測結(jié)構(gòu)提供以下mems傳感器中的一者或多者：加速度計；陀螺儀；諧振器；或者所述mems傳感器的適當(dāng)?shù)慕M合。

9.一種用于制造微機電傳感器設(shè)備的方法，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中形成所述壓力檢測結(jié)構(gòu)包括：在所述掩埋腔的形成之后，從所述襯底的所述背面執(zhí)行蝕刻，從而在所述后表面處形成面對腔，所述面對腔構(gòu)成所述后表面的凹部并且面對所述堆疊中的所述第二管芯，并且促進所述密封腔的所述限定。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中形成所述慣性檢測結(jié)構(gòu)包括：在所述第二晶片中限定第二襯底，所述第二襯底具有相應(yīng)的前表面和相應(yīng)的后表面；形成結(jié)構(gòu)層，所述結(jié)構(gòu)層被布置在所述第二襯底的相應(yīng)的所述前表面上方；以及限定所述結(jié)構(gòu)層，從而形成懸置結(jié)構(gòu)，所述懸置結(jié)構(gòu)通過分離腔與相應(yīng)的所述前表面分離；其中，在所述堆疊中，所述分離腔與所述面對腔共同地限定所述密封腔。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括：在所述第一晶片與所述第二晶片之間的鍵合之后，在與所述慣性檢測結(jié)構(gòu)的接觸焊盤相對應(yīng)的區(qū)域處，朝向下層的所述第二晶片打開進入窗口，所述進入窗口穿過所述第一晶片。

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中形成所述進入窗口包括以下步驟中的一個步驟：穿過所述第一晶片的整個厚度執(zhí)行對所述第一晶片的干化學(xué)蝕刻，所述蝕刻進一步地進行穿過所述第二晶片的所述結(jié)構(gòu)層，從而使所述接觸焊盤彼此電絕緣；或者通過從所述第一晶片的所述正面鋸切的操作來打開所述進入窗口。

14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括：將第三管芯機械耦合到所述堆疊，所述第三管芯集成有電子電路；以及通過相應(yīng)的電連接線將所述電子電路電耦合到所述第一管芯和對應(yīng)的所述壓力檢測結(jié)構(gòu)并且電耦合到所述第二管芯和對應(yīng)的所述慣性檢測結(jié)構(gòu)。

15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括：形成封裝件，所述封裝件容納所述堆疊；其中形成封裝件包括：形成涂層；其中所述封裝件的由所述涂層限定的前表面具有進入孔，以使壓力波能夠朝向所述第一管芯中的壓力檢測結(jié)構(gòu)進入。

16.一種設(shè)備，包括：

17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述第一掩埋腔相比于靠近所述第二側(cè)更靠近所述第一側(cè)。

18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述第一管芯包括至少一個壓電電阻器元件，所述至少一個壓電電阻器元件在所述第一側(cè)處，并且所述至少一個壓電電阻器元件被所述第一介電層覆蓋。

19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，還包括第三管芯，所述第三管芯被耦合到所述襯底的第二表面。

20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，還包括：

技術(shù)總結(jié)
本公開的實施例涉及具有晶片級集成的微機電傳感器設(shè)備以及對應(yīng)的制造方法。本文描述了一種微機電傳感器設(shè)備，該微機電傳感器設(shè)備包括第一管芯與第二管芯的堆疊，第一管芯集成有壓力檢測結(jié)構(gòu)，第二管芯集成有慣性檢測結(jié)構(gòu)，第一管芯構(gòu)成針對慣性檢測結(jié)構(gòu)的蓋，并且被鍵合到第二管芯，從而限定密封腔。第一管芯具有第一襯底，第一襯底具有前表面和后表面，后表面被鍵合到所述第二管芯，掩埋腔被掩埋并且完全包含在第一襯底中，并且被布置在與前表面相對應(yīng)的位置中，掩埋腔通過膜與前表面分離。特別地，前述掩埋腔與密封腔不同并且分離。

技術(shù)研發(fā)人員：G·阿勒加托,P·菲拉里,L·奧吉歐尼
受保護的技術(shù)使用者：意法半導(dǎo)體國際公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2