微機械壓力傳感器裝置以及相應的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及微機械壓力傳感器裝置以及相應的制造方法。
【背景技術】
[0002]雖然也可應用任意的微機械構件，但是根據基于硅的構件闡述本發明和本發明所基于的問題。
[0003]用于測量例如加速度、轉速、磁場和壓力的微機械傳感器裝置是普遍已知的并且以批量生產制造用于車輛領域和消費領域中的不同應用。消費電子中的趨勢尤其是構件的微型化、功能集成和有效的成本降低。
[0004]現今，加速度與轉速傳感器和同樣加速度與磁場傳感器已經制造為組合傳感器(6d)，此外存在第一 9d模塊，其中在一個唯一的傳感器裝置中分別組合三軸的加速度傳感器、轉速傳感器和磁場傳感器。
[0005]與此相反，壓力傳感器現今與以上所述的6d模塊和9d模塊分開開發和生產。其重要原因是需要的介質進入(Medienzugang)，壓力傳感器與慣性傳感器和磁場傳感器相比需要所述介質進入，并且所述介質進入顯著增加封裝壓力傳感器的開銷和成本。分離壓力傳感器的其他原因是不同的MEMS生產工藝以及不同的分析處理方法。例如，壓力傳感器經常利用壓阻電阻來分析處理，與此相反優選容性地分析處理慣性傳感器。
[0006]但可看出的是，除慣性參量以外也能夠測量壓力的傳感器裝置尤其在消費電子領域中體現用于功能集成的可能性的令人感興趣的擴展。這種集成的7d模塊或在集成3軸磁場傳感器時的1d模塊例如可以用于導航應用(室內導航)。功能集成不僅允許成本降低而且允許應用印制電路板上的降低的空間需求。
[0007]由DE 10 2006 011 545 Al和US 2012/0256282 Al已知具有壓力傳感器和慣性傳感器的微機械組合構件。所有這些構件共同的是容性的分析處理原理的使用，其中施加壓力的膜片隆起并且用作可移動的電極面。在其上方或在其下方間隔開地存在平面的固定電極作為對應電極。在所述布置中，膜片隆起在中央膜片區域中高并且向外顯著降低，以便最終在膜片區域的邊緣處變成O。因此，當分析處理在膜片面上積分的電容變化時，邊緣區域中的基本膜片區域幾乎不為信號幅度做貢獻，而具有大的偏移(Auslenkung)的中央膜片區域構成整個面的僅僅一小部分。
[0008]例如由US 7 250 353 B2或US 7 442 570 B2已知所謂的垂直集成或混合集成或3D集成的方法，其中至少一個MEMS晶片和分析處理ASIC晶片通過晶片鍵合方法機械地并且電地相互連接。結合硅貫通接觸和倒裝芯片技術的所述垂直集成方法是特別有吸引力的，由此外部接通可以實現為“bare die-Modul (裸芯片模塊)”或“chipscale package (芯片尺寸封裝)”、即沒有塑料封裝，例如由US 2012/0049299 Al或者US2012/0235251 Al已知的那樣。
[0009]US 2013/0001710 Al公開了用于構造MEMS傳感器裝置的方法和系統，其中處理晶片通過介質層鍵合在MEMS晶片上。在結構化MEMS晶片以便構造微機械傳感器裝置之后，借助傳感器裝置將CMOS晶片鍵合到MEMS晶片上。在工藝結束時，如果需要，則可以通過蝕刻或背側磨削(RUckschleifen)進一步加工該處理晶片。
【發明內容】
[0010]本發明實現一種根據權利要求1所述的微機械壓力傳感器裝置和一種根據權利要求14所述的相應的制造方法。
[0011]相應的從屬權利要求的主題是優選的擴展方案。
[0012]本發明的優點
[0013]根據本發明的微機械壓力傳感器裝置和相應的制造方法實現容性壓力傳感器裝置的更高的信號靈敏度。所述制造方法能夠實現在同一芯片上同時制造容性的加速度傳感器、轉速傳感器和/或磁場傳感器并且因此實現7D集成或1D集成。
[0014]本發明的核心是可偏移的平面的壓力探測電極的布置，所述壓力探測電極通過塞狀或銷狀的連接區域與彈性可偏移的膜片區域連接。因此，可偏轉的壓力探測電極能夠近似點狀地懸掛并且因此可完全隨膜片區域偏移。
[0015]通過可偏移的壓力探測電極在可移動的膜片區域的中央的懸掛，膜片區域將其最大偏移振幅傳遞到整個平面的可偏移的壓力探測電極上。由此得到與膜片區域自身用作可移動的壓力探測電極的布置相比大得多的信號幅度(Signalhub)(通常大因數3以上)。
[0016]替代與已知的布置相比增大信號靈敏度以外，通過本發明可以顯著減小膜片區域的空間需求，即實現更高的集成化。
[0017]根據一種優選的擴展方案，在膜片區域上在中央構造有塞狀的連接區域，使得第一壓力探測電極可基本非傾斜地偏移。因此，能夠實現最大的信號幅度。
[0018]根據另一種優選的擴展方案，膜片區域構造在第三微機械功能層中，所述第三微機械功能層構造在第一微機械功能層下方在MEMS晶片的正側上方。因此，能夠實現通過第三微機械功能層的電連接。
[0019]根據另一種優選的擴展方案，可偏移的第一壓力探測電極構造在第一微機械功能層中，其中固定的第二壓力探測電極構造在第二微機械功能層中。
[0020]根據另一種優選的擴展方案，可偏移的第一壓力探測電極構造在第二微機械功能層中，其中固定的第二壓力探測電極構造在第一微機械功能層中。
[0021]根據另一種優選的擴展方案，可偏移的第一壓力探測電極構造在第二微機械功能層中，其中固定的第二壓力探測電極構造在封蓋裝置中，所述封蓋裝置鍵合在MEMS晶片上。可非常容易制造這種結構。
[0022]根據另一種優選的擴展方案，非中央地在膜片區域上構造塞狀的連接區域，從而第一壓力探測電極可傾斜地偏移，其中與可偏移的第一壓力探測電極相對置地間隔開地構造兩個相互電絕緣的固定的第二壓力探測電極，第一壓力探測電極可相對于所述第二壓力探測電極不同地偏移。因此，能夠制造差分布置。
[0023]根據另一種優選的擴展方案，可偏移的第一壓力探測電極構造在第一微機械功能層中，其中固定的第二壓力探測電極構造在第二微機械功能層中，其中在第三微機械功能層中構造另一個固定的第二壓力探測電極，所述第三微機械功能層構造在第一微機械功能層下方在MEMS晶片的正側的上方。因此，能夠制造替代的差分布置。
[0024]根據另一種優選的擴展方案，可偏移的第一壓力探測電極通過構造在所屬的微機械功能層中的彈簧裝置電連接。因此，可以獨立地電連接可偏移的第一壓力探測電極。
[0025]根據另一種優選的擴展方案，設有封蓋裝置，所述封蓋裝置鍵合到第二微機械功能層上以封閉具有所包含的預先確定的壓力的空腔。因此，可以調節任意的參考壓力。
[0026]根據另一種優選的擴展方案，封蓋裝置是分析處理晶片。這導致非常緊湊的布置。
[0027]根據另一種優選的擴展方案，進入開口是MEMS晶片中的貫通開口，通過所述貫通開口膜片區域可從背側施加壓力。
[0028]根據另一種優選的擴展方案，進入開口是MEMS晶片的正側上的側面進入開口。
【附圖說明】
[0029]以下根據實施方式參考附圖闡述本發明的其他特征和優點。
[0030]附圖示出:
[0031]圖la)，b):用于闡述根據本發明的第一實施方式的微機械壓力傳感器裝置和相應的制造方法的示意性橫截面視圖；
[0032]圖2:用于闡述根據本發明的第二實施方式的微機械壓力傳感器裝置和相應的制造方法的示意性橫截面視圖；
[0033]圖3a)，b):用于闡述根據本發明的第三實施方式的微機械壓力傳感器裝置和相應的制造方法的示意性橫截面視圖；
[0034]圖4:用于闡述根據本發明的第四實施方式的微機械壓力傳感器裝置和相應的制造方法的示意性橫截面視圖；
[0035]圖5a)，b):用于闡述根據本發明的第五實施方式的微機械壓力傳感器裝置和相應的制造方法的示意性橫截面視圖；
[0036]圖6a)，b):用于闡述根據本發明的第六實施方式的微機械壓力傳感器裝置和相應的制造方法的示意性橫截面視圖；
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