專利名稱：諧振式壓力傳感器及制造其的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諧振式壓力傳感器。更具體地，本發(fā)明涉及測量精度高、制造簡單、且成本低的諧振式壓力傳感器。本發(fā)明要求于2011年8月25日提交的日本專利申請No. 2011-183857的優(yōu)先權(quán)，通過引用的方式將其整體并入本文。
背景技術(shù)：
在本申請的下文中將要引用或識(shí)別的所有專利、專利申請、專利公開、科技文章等的全部內(nèi)容將通過引用的方式并入本文，以更充分地描述本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的狀態(tài)。
圖13是示出例如在日本未審查實(shí)用新型申請、首次公開第H01-171337號(hào)中披露的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的諧振式壓力傳感器的主要部分的說明示意圖。參照圖13，硅膜片11和硅膜片11的固定部分111布置在預(yù)定流體112中。在此情況下，硅油被用作流體112。在此情況中，每一個(gè)諧振型應(yīng)變計(jì)12為H形。圖13示出了諧振型應(yīng)變計(jì)12的H形固定端附近部分的截面圖。磁體13包括軛鐵131和永磁體132。軛鐵131用作振動(dòng)抑制器。振動(dòng)抑制器(軛鐵131)被設(shè)置為使得膜片11的至少一個(gè)表面靠近振動(dòng)抑制器(軛鐵131)的一個(gè)表面，從而硅膜片11不會(huì)由于膜片11和振動(dòng)抑制器(軛鐵131)之間的流體112的密度和粘度而與諧振型應(yīng)變計(jì)12諧振。硅膜片11和硅膜片的固定部分111形成了凹陷部分113。硅襯底40與凹陷部分113 —起形成了腔室114。硅襯底40的一個(gè)表面固定至硅膜片的固定部分111的一個(gè)表面。壓力傳導(dǎo)孔141設(shè)置在硅襯底40中，并用于將壓力導(dǎo)入腔室114中。壓力傳導(dǎo)接頭50的一個(gè)表面鄰近并經(jīng)由設(shè)置在壓力傳導(dǎo)孔141的外部開口部分中的墊片42固定至娃襯底40,從而娃膜片的固定部分111不會(huì)由于娃襯底40與壓力傳導(dǎo)接頭50之間的流體112的密度和粘度而與諧振型應(yīng)變計(jì)12諧振。在此情況中，墊片42與硅襯底40整體構(gòu)成。通孔51形成在壓力傳導(dǎo)接頭50中，并與硅襯底40的壓力傳導(dǎo)孔141連接。蓋60被構(gòu)造為覆蓋磁體13、膜片11、固定部分111、襯底40、和墊片42，并被附接至壓力傳導(dǎo)接頭50。蓋60的內(nèi)部填充有流體112。在上述構(gòu)造中，當(dāng)向膜片11施加外部壓力時(shí)，諧振型應(yīng)變計(jì)12的固有頻率根據(jù)該外部壓力而改變。諧振型應(yīng)變計(jì)12的振動(dòng)由振動(dòng)檢測單元進(jìn)行檢測，并且提取檢測頻率作為輸出信號(hào)。因此，可以檢測施加給膜片11的外部壓力。此外，由于提供了振動(dòng)抑制器131，并且該振動(dòng)抑制器131的一個(gè)表面被設(shè)置為鄰近膜片11的至少一個(gè)表面，因此硅膜片11不與諧振型應(yīng)變計(jì)12諧振。換言之，膜片11的諧振頻率取決于其形狀，而其諧振振幅被膜片11和軛鐵131之間的間隙中的硅油112抑制。從而，即使在諧振型應(yīng)變計(jì)12的震蕩頻率與膜片11的諧振頻率匹配時(shí)，也可以防止膜片11諧振。例如，在該示例中，當(dāng)在IOOcs的硅油的情況下軛鐵131和膜片11之間的間隙小于0. Imm時(shí)，足以滿足該條件。圖14示出了在各種流體中實(shí)際測量到的Q與膜片11的間隙a之間的關(guān)系的示例。可以看出，當(dāng)Q小于0. 7時(shí)，對膜片11的諧振基本沒有影響。此處，A代表流體112為空氣的情況，B代表流體為二氯二氟代甲烷(Freon)的情況，而C代表流體112為硅油的情況。圖15是示出根據(jù)例如日本未審查專利申請、首次公開第H02-032224號(hào)披露的現(xiàn)有技術(shù)的諧振式壓力傳感器的主要部分的說明示意圖。參照圖15，由單晶硅制成的阻尼基板19容納在凹陷部分11中。在中央形成了導(dǎo)流孔20。導(dǎo)流孔20的底部以熱氧化方式與基底芯片(base chip) 16接合以與通孔15連接。在阻尼基板19的上部與膜片13的底部之間保持預(yù)定間隙A。由于硅油21密封在凹陷部分11的內(nèi)部，因此該窄間隙△可以抑制并進(jìn)而消除了諧振型應(yīng)變計(jì)14的影響。
圖16至圖23是示出根據(jù)例如日本未審查專利申請、首次公開第H06-244438號(hào)披露的現(xiàn)有技術(shù)的諧振式壓力傳感器的主要部分的說明示意圖。首先，如圖16所示，在半導(dǎo)體襯底11的一個(gè)表面?zhèn)壬闲纬闪思饩庋訉?2。接下來，如圖17所不,在半導(dǎo)體襯底11和尖晶石外延層12之間形成氧化硅膜13。在1987 年 10 月 23 日 Sangyotosho 發(fā)表的、由 Seijiro Furukawa 所寫的 “SOIStructure Forming Technique, ”p. 259中描述了尖晶石外延層。尖晶石外延層12是代替半導(dǎo)體襯底11的晶體結(jié)構(gòu)的膜。接下來，如圖18所示，在尖晶石外延層12的表面上形成多晶硅層14，并利用退火處理將多晶硅層14轉(zhuǎn)化為單晶硅層。然后，如圖19所示，通過光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)(諸如反應(yīng)離子蝕刻(RIE)技術(shù))去除多晶娃層14、尖晶石外延層12、和氧化娃膜13的一些部分。參考標(biāo)號(hào)15表不抗蝕劑。接下來，如圖20所示，在半導(dǎo)體襯底11和多晶硅層14的表面上形成硅外延生長層16。接下來，如圖21所示，在硅外延生長層16上形成應(yīng)變檢測傳感器17。在此情況下，形成了壓阻元件。接下來，如圖22所示，蝕刻半導(dǎo)體襯底11的另一表面直達(dá)氧化硅膜13，以形成傳導(dǎo)孔18。接下來，如圖23所示，通過傳導(dǎo)孔18執(zhí)行選擇性蝕刻來去除氧化硅膜13。結(jié)果，形成了膜片和間隙室。簡言之，在此類型的諧振式壓力傳感器中，在向膜片施加了壓力時(shí)，該膜片變形。在膜片變形時(shí)，在諧振型應(yīng)變計(jì)中發(fā)生變形，從而諧振型應(yīng)變計(jì)的諧振頻率改變。施加至膜片的壓力可以通過檢測該頻率變化來測量得到。在利用諧振型應(yīng)變計(jì)的諧振式壓力傳感器中，諧振型應(yīng)變計(jì)利用外部電路自激，從而有利地將從外部電路提供的能量僅用于諧振型應(yīng)變計(jì)的振動(dòng)。然而，輸入至諧振型應(yīng)變計(jì)的部分能量作為膜片在某一頻率處的諧振能被消耗，其中在該頻率處，該膜片的諧振頻率與諧振型應(yīng)變計(jì)的自激頻率相同。因此，由于諧振型應(yīng)變計(jì)的Q值降低，諸如輸入/輸出特性的特性變壞。作為解決該問題的一種方法，已經(jīng)提出了利用填充有油的窄隙來抑制膜片的諧振的技術(shù)。作為實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的具體示例，已經(jīng)提出了如下方法在布置諧振型應(yīng)變計(jì)的一側(cè)布置加工件并形成間隙的方法(日本未審查實(shí)用新型申請、首次公開第ffi)l-171337號(hào))、在面向膜片的凹陷部分的一部分中布置凸出部分的方法(日本未審查專利申請、首次公開第H02-032224號(hào))、和蝕刻氧化層并形成間隙的方法(日本未審查專利申請、首次公開第H06-244438 號(hào))。作為根據(jù)相關(guān)技術(shù)的制造方法，具體地講，作為形成膜片的方法，存在日本未審查實(shí)用新型申請、首次公開第H01-171337號(hào)和日本未審查專利申請、首次公開第H02-032224號(hào)中描述的利用深度堿性蝕刻形成膜片的方法、和利用日本未審查專利申請、首次公開第H06-244438號(hào)中描述的氧化膜作為蝕刻終止層形成膜片的方法。圖24是示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的諧振式壓力傳感器的主要部分的說明示意圖。在利用深度堿性蝕刻形成膜片的方法中，對單晶晶片101進(jìn)行各向異性濕法蝕刻以將膜片102形成為期望厚度。該厚度基于蝕刻速率和蝕刻時(shí)間來控制。在該技術(shù)中，如圖24所示，形成了構(gòu)造有表面(111) 103的凹陷部分。在利用日本未審查專利申請、首次公開第H06-244438號(hào)中描述的氧化膜作為蝕刻終止層形成膜片的方法中，使用了利用堿性溶液的蝕刻和等離子體蝕刻，但是由于可以 將氧化膜用作蝕刻終止層，因此可以以比利用深度堿性蝕刻的方法高的精度來控制膜厚度。然而，上述方法具有下列問題。在日本未審查實(shí)用新型申請、首次公開第H01-171337號(hào)中公開的技術(shù)中，由于利用深度堿性蝕刻形成膜片，因此難以控制以為單位的幾U m到幾十ii m的厚度，從而難以抑制靈敏度的變化。此外，由于利用加工件形成間隙，因此難以以高精度形成幾十Pm以下的小間隙，從而對抑制膜片的諧振存在限制。此外，由于使用了加工件，因此在形成間隙時(shí)會(huì)混入外來物質(zhì)。在此情況下，限制了膜片的移動(dòng)范圍，從而會(huì)影響到諸如輸入/輸出特性的特性。此夕卜，由于在形成膜片時(shí)晶體表面取向受堿性蝕刻的影響而難以自由選擇膜片的形狀。為此，對膜片的形狀存在設(shè)計(jì)限制，從而難以靈活地設(shè)計(jì)膜片形狀。在日本未審查專利申請、首次公開第H02-032224號(hào)公開的技術(shù)中，由于利用深度堿性蝕刻形成了膜片，因此難以控制以Pm為單位的幾Pm到幾十Pm的厚度。此外，當(dāng)形成間隙時(shí)，難以以高精度利用堿性蝕刻來處理凹陷部分，并且面對的凸出部分的處理誤差也會(huì)降低該精度。從而，難以以高精度形成幾Pm的間隙，從而對抑制膜片的諧振存在限制。此外，由于在形成膜片時(shí)晶體表面取向受堿性蝕刻的影響而難以自由選擇膜片的形狀。從而，在設(shè)計(jì)膜片時(shí)，對膜片的形狀存在限制，從而難以設(shè)計(jì)靈活形狀的膜片。在日本未審查專利申請、首次公開第H06-244438號(hào)公開的技術(shù)中，由于利用氧化膜來形成間隙，因此在氧化膜和硅之間的邊界處出現(xiàn)應(yīng)力，從而晶片可能會(huì)彎曲或使氧化膜破裂。為了避免該狀態(tài)，氧化膜厚度的限制為約3 y m至約4 y m，從而難以形成約3 y m至約4 iim或以上的間隙。為此，膜片的移動(dòng)范圍受間隙的制約，從而對具有需要4 或更大的位移的壓力范圍的傳感器的設(shè)計(jì)存在制約。此外，膜片利用外延生長形成并受晶體表面的影響。從而，為了形成破裂應(yīng)力高、在襯底和膜片之間的邊界部分無晶體缺陷的膜片，需要考慮晶體表面來進(jìn)行設(shè)計(jì)。為此，難以設(shè)計(jì)具有不受晶體取向制約的靈活形狀的膜片。接下來，特別地，將描述根據(jù)相關(guān)技術(shù)的制造方法中的形成膜片的方法的問題。日本未審查實(shí)用新型申請、首次公開第mi-171337號(hào)和日本未審查專利申請、首次公開第H02-032224號(hào)中描述的深度堿性蝕刻具有下列問題。首先，深度堿性蝕刻易受到化學(xué)物溫度的影響，從而難以控制厚度。此外，即使蝕刻量較大，對膜片的膜厚度的精度要求也很高，從而難以控制。此外，在蝕刻時(shí)，需要保護(hù)元件表面不受化學(xué)物影響。同時(shí)，在日本未審查專利申請、首次公開第H06-244438號(hào)中描述的利用氧化膜作為蝕刻終止層的方法中，根據(jù)氧化膜的厚度形成間隙。為此，難以形成約3 y m至約4 y m或以上的間隙，這造成了晶片彎曲或氧化膜破裂。在此情況中，膜片與相對結(jié)構(gòu)接觸，從而制約了膜片的移動(dòng)范圍。換言之，在具有需要4pm或更大的位移的壓力范圍的傳感器的設(shè)計(jì)方面具有較大限制。圖25是示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的諧振式壓力傳感器的主要部分的說明示意圖。在深度堿性蝕刻中，如圖25所示，在以相同形狀的掩模以相同的膜片厚度執(zhí)行膜片形成處理時(shí)，在由于平面取向上的蝕刻速度差造成的不同厚度的晶片中形成了具有不同最終形狀的膜片。為此，在英制尺寸上不同的晶片具有不同的厚度，從而需要改變蝕刻條件或掩模 圖案。這意味著在研究開發(fā)階段制造諸如4英寸這樣的小英制尺寸的原型晶片之后，為了使具有大英制尺寸(諸如8英寸或12英寸)的晶片商業(yè)化和大規(guī)模生產(chǎn)，需要再次形成掩模并改變制造條件。從而，為了從試制轉(zhuǎn)變?yōu)樯虡I(yè)化，不可避免地要花費(fèi)格外多的時(shí)間。此外，在壓力傳感器中，需要再次根據(jù)壓力范圍設(shè)計(jì)膜片的形狀和厚度。為了利用深度堿性蝕刻實(shí)現(xiàn)對應(yīng)于多種壓力范圍的多種厚度的膜片，需要針對膜片的每個(gè)厚度來分別管理和制造掩模圖案和制造條件。此外，甚至日本未審查專利申請、首次公開第H06-244438號(hào)中所述的利用外延生長制造的膜片也受平面取向的影響，從而難以設(shè)計(jì)不受晶體取向制約的靈活形狀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了諧振式壓力傳感器及其制造方法。這種包括諧振型應(yīng)變計(jì)的諧振式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)具有下列特征I)其中可以抑制靈敏度的變化以及膜片厚度的可控性極好的結(jié)構(gòu)。2)其中可以以亞微米級(jí)精度實(shí)現(xiàn)用于防止膜片諧振的間隙(亞微米至幾十U m以上)的結(jié)構(gòu)。3)其中可以設(shè)計(jì)沒有晶體表面制約形狀的膜片的結(jié)構(gòu)。制造包括諧振型應(yīng)變計(jì)的諧振式壓力傳感器的方法包括以下特征I)不依賴于晶片英制尺寸的諧振式壓力傳感器的制造方法。2)其中甚至不同厚度的膜片也可以利用同一掩模制造的諧振式壓力傳感器的制造方法。3)包括厚度變化很小的、靈敏度一致的膜片的諧振式壓力傳感器的制造方法。4)能夠制造小間隙以抑制膜片諧振的諧振式壓力傳感器的制造方法。5)其中完成諧振型應(yīng)變計(jì)元件的現(xiàn)有工藝不包括在研磨/拋光工藝和接合工藝之后的工藝中的簡單工藝的諧振式壓力傳感器的制造方法。包括布置在膜片上的一個(gè)或多個(gè)諧振型應(yīng)變計(jì)的諧振式壓力傳感器可以包括傳感器襯底，其由硅制成，且包括在其上布置一個(gè)或多個(gè)諧振型應(yīng)變計(jì)元件的一個(gè)表面和被拋光成厚度與膜片相應(yīng)的另一表面；基底襯底，其由硅制成，且包括與所述傳感器襯底的所述另一表面直接接合的一個(gè)表面；凹陷部分，其形成在所述基底襯底的與所述傳感器襯底接合的部分中、在傳感器襯底中基本上形成了所述膜片、且包括預(yù)定間隙，該預(yù)定間隙不會(huì)由于外來物質(zhì)而限制膜片的移動(dòng)范圍，并且該預(yù)定間隙對由諧振型應(yīng)變計(jì)元件的振動(dòng)而激發(fā)的膜片的振動(dòng)進(jìn)行抑制；一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)孔，其將測量壓力導(dǎo)入所述凹陷部分；以及流體，其通過傳導(dǎo)孔將壓力傳播至所述凹陷部分并抑制膜片的振動(dòng)。包括布置在膜片上的一個(gè)或多個(gè)諧振型應(yīng)變計(jì)的諧振式壓力傳感器可以包括傳感器襯底，其由硅制成，且包括在其上布置一個(gè)或多個(gè)諧振型應(yīng)變計(jì)元件的一個(gè)表面和被拋光成具有與膜片相應(yīng)厚度的另一表面；基底襯底，其由硅制成，且包括與所述傳感器襯底的所述另一表面直接接合的一個(gè)表面；凹陷部分，其形成在所述傳感器襯底的與所述基底襯底接合的部分中、基本上在傳感器襯底中形成了所述膜片、且包括預(yù)定間隙，該預(yù)定間隙不會(huì)由于外來物質(zhì)而限制膜片的移動(dòng)范圍，并且該預(yù)定間隙對由諧振型應(yīng)變計(jì)元件的振動(dòng)而激發(fā)的膜片的振動(dòng)進(jìn)行抑制；一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)孔，其將測量壓力導(dǎo)入所述凹陷部分；以及流體，其通過傳導(dǎo)孔將壓力傳播至所述凹陷部分并抑制所述膜片的振動(dòng)?？梢栽诓焕醚趸せ蛉魏纹渌惙N材料的情況下來在所述傳感器襯底和所述 基底襯底之間進(jìn)行接合。凹陷部分可以通過等離子體蝕刻和濕法蝕刻之一形成。凹陷部分的形狀可以是四邊形、圓形和多邊形中的一種。凹陷部分可以是小于I U m至幾十m以下尺寸的小間隙?！N制造其中在膜片中形成有一個(gè)或多個(gè)諧振型應(yīng)變計(jì)的諧振式壓力傳感器的方法可以包括在傳感器晶片的一個(gè)表面上形成多個(gè)諧振型應(yīng)變計(jì)元件；將該傳感器晶片的所述表面附接至支撐晶片的一個(gè)表面；將傳感器晶片的另一表面研磨并拋光為具有與膜片相應(yīng)的厚度；在基底晶片的一個(gè)表面中形成具有預(yù)定間隙的凹陷部分；將傳感器晶片的所述另一表面直接接合至基底晶片的一個(gè)表面；從所述傳感器晶片分離支撐晶片；以及切割接合的晶片。一種制造其中在膜片中形成有一個(gè)或多個(gè)諧振型應(yīng)變計(jì)的諧振式壓力傳感器的方法可以包括在傳感器晶片的一個(gè)表面上形成多個(gè)諧振型應(yīng)變計(jì)元件；將該傳感器晶片的所述表面附接至支撐晶片的一個(gè)表面；將傳感器晶片的另一表面研磨并拋光為具有與膜片相應(yīng)的厚度；在傳感器晶片的一個(gè)表面中形成具有預(yù)定間隙的凹陷部分；將傳感器晶片的所述另一表面直接接合至基底晶片的一個(gè)表面；從所述傳感器晶片分離支撐晶片；以及切割接合的晶片?？梢栽诓焕醚趸せ蛉魏纹渌惙N材料的情況下來執(zhí)行將傳感器晶片接合至基底晶片?？梢酝ㄟ^等離子體蝕刻和濕法蝕刻之一來執(zhí)行凹陷部分的形成。凹陷部分的形狀可以是四邊形、圓形和多邊形中的一種。凹陷部分可以是小于I U m至幾十m以下尺寸的小間隙。根據(jù)本發(fā)明，獲得了如下效果?？梢栽诳紤]每個(gè)晶片的厚度變化的情況下針對每個(gè)晶片調(diào)整拋光量。從而，例如可以以亞微米至微米的精度來容易地控制膜片的厚度。從而，提供了能夠抑制靈敏度變化的諧振式壓力傳感器。由于未使用異種材料進(jìn)行接合，因此接合部分的破裂強(qiáng)度可以等于硅基底材料強(qiáng)度。從而，提供了具有耐破裂壓力(breakagepressure-resistance)特性的諧振式壓力傳感器。此外，由于抑制了由熱膨脹系數(shù)不同造成的熱變形，因此提供了具有優(yōu)良溫度特性的諧振式壓力傳感器。此外，提供了這樣的一種諧振式壓力傳感器其中抑制了由溫度和壓力變化歷程造成的異種材料之間的內(nèi)部殘余應(yīng)變，并且可以實(shí)現(xiàn)沒有遲滯的結(jié)構(gòu)。可以在基底襯底的凹陷部分和膜片之間形成幾十Pm或更小的間隙。從而，可以提供這樣的一種諧振式壓力傳感器其中，可以防止膜片的諧振，膜片的移動(dòng)范圍不會(huì)由于外來物質(zhì)而受到限制，并且諸如輸入輸出特性的特性優(yōu)良。由于形成基底襯底的凹陷部分的間隙的蝕刻量很小，因此提供了一種精度高且間隙可控性優(yōu)良的諧振式壓力傳感器?；滓r底的凹陷部分(例如，幾十Pm或更小)的形狀變?yōu)槟て男螤?。從而，與通過利用堿性溶液從形成有元件的晶片的背面進(jìn)行深度各向異性蝕刻形成膜片時(shí)相比，膜片的尺寸或形狀不受晶體表面(111)限制。因此，可以制造不受晶體取向限制的靈活形狀，諸如圓形。特別是，當(dāng)使用了利用等離子體的各向同性蝕刻時(shí)，提供了一種制造工藝簡單、成本低、且靈敏度高的諧振式壓力傳感器。 根據(jù)本發(fā)明，獲得了如下效果?？梢栽诳紤]每個(gè)晶片的厚度變化的情況下針對每個(gè)晶片調(diào)整拋光量。從而，例如可以以亞微米至微米的精度來容易地控制膜片的厚度。從而，提供了能夠抑制靈敏度變化的諧振式壓力傳感器。由于未使用異種材料進(jìn)行接合，因此接合部分的破裂強(qiáng)度可以等于硅基底材料強(qiáng)度。從而，提供了具有耐破裂壓力特性的諧振式壓力傳感器。此外，由于抑制了由熱膨脹系數(shù)不同造成的熱變形，因此提供了具有優(yōu)良溫度特性的諧振式壓力傳感器。此外，提供了這樣的一種諧振式壓力傳感器其中抑制了由溫度和壓力隨時(shí)間變化歷程造成的異種材料之間的內(nèi)部殘余應(yīng)變，并且可以實(shí)現(xiàn)沒有遲滯的結(jié)構(gòu)。例如，可以在形成于膜片的拋光表面?zhèn)壬系膫鞲衅饕r底的凹陷部分與基底襯底之間形成幾十Pm或更小的間隙。從而，提供了這樣的諧振式壓力傳感器其中可以防止膜片諧振、不會(huì)由于外來物質(zhì)而限制膜片的移動(dòng)范圍、且諸如輸入輸出特性的特性優(yōu)良。由于用于形成傳感器襯底的凹陷部分的間隙的蝕刻量很小，因此提供了一種精度高且間隙可控性優(yōu)良的諧振式壓力傳感器。傳感器襯底的凹陷部分(例如，幾十Pm或更小)的形狀變?yōu)槟て男螤睢亩?，與通過利用堿性溶液從形成有元件的晶片的背面進(jìn)行深度各向異性蝕刻形成膜片時(shí)相比，膜片的尺寸或形狀不受晶體表面(111)限制。因此，可以制造不受晶體取向限制的靈活形狀，諸如圓形。特別是，當(dāng)使用了利用等離子體的各向同性蝕刻時(shí)，可以簡化制造工藝，并且可以使膜片外周的應(yīng)力集中部分變圓，從而提高了耐破裂壓力特性。因此，提供了一種成本低且靈敏度高的諧振式壓力傳感器。根據(jù)本發(fā)明，獲得了下列效果。由于膜片的厚度基本由研磨/拋光處理決定，因此與利用深度堿性蝕刻不同，不需要針對由堿性蝕刻的深度造成的膜片形狀不同進(jìn)行掩模變化。與堿性蝕刻不同，即使在使用利用小的英制尺寸的晶片(4英寸晶片等)得到的試制結(jié)果來對大英制尺寸(8英寸、12英寸等)的晶片進(jìn)行商業(yè)化時(shí)，可以應(yīng)用相同的掩模圖案和相同的處理，從而可以有效地執(zhí)行向大規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化。從而，提供了一種不依賴于英制尺寸的諧振式壓力傳感器的制造方法。
考慮到每個(gè)晶片的厚度變化，可以針對每個(gè)晶片調(diào)整拋光量。從而，不同于深度堿性蝕刻，可以以幾Pm單位的精度來容易地控制厚度。為此，提供了一種其中膜片具有一致靈敏度的諧振式壓力傳感器的制造方法。由于間隙根據(jù)蝕刻量很小的基底晶片的凹陷部分的深度來決定，因此，例如，可以容易的制造幾十Pm至小于Iym的間隙。此外，由于蝕刻量很小，因此可以將精度控制在亞微米級(jí)的高精度。因此，提供了一種諧振式壓力傳感器的制造方法該方法能夠在可控性優(yōu)良狀態(tài)下制造小的間隙來抑制膜片的諧振。制造其中各硅晶片彼此在接近室溫下直接接合的膜片的處理(諸如室溫直接接合處理或金屬擴(kuò)散接合處理)在低于形成在傳感器晶片上的金屬互連的耐熱溫度的溫度下執(zhí)行。從而，接合處理可以在其中諧振型應(yīng)變計(jì)元件的金屬互連處理已經(jīng)完成的狀態(tài)下執(zhí)行。此外，即使要求根據(jù)壓力范圍改變膜片的形狀或厚度，也可以在不依賴于膜片的形狀或厚度的情況下利用相同的掩模和相同的處理來形成利用上述接合處理的膜片。低溫接合具有許多其他優(yōu)點(diǎn)。通常，當(dāng)在諧振型應(yīng)變計(jì)形成之后執(zhí)行800°C以上的·高溫處理時(shí)，會(huì)出現(xiàn)雜質(zhì)元素的重分布、原子的重排列、或再結(jié)晶，從而傳感器的器件特性會(huì)劣化。可以在例如約400°C以下的溫度下執(zhí)行制造膜片的處理(諸如室溫直接接合處理或金屬擴(kuò)散接合處理)，從而不存在不利地影響壓力傳感器的特性的硅蠕變(creep)或熱變形。從而，可以實(shí)現(xiàn)具有優(yōu)良特性的諧振式壓力傳感器的制造方法。根據(jù)本發(fā)明，獲得了下列效果。由于膜片的厚度基本由研磨/拋光處理決定，因此與深度堿性蝕刻不同，不需要針對深度蝕刻深度造成的膜片形狀不同進(jìn)行掩模變化。與堿性蝕刻不同，即使在使用利用小的英制尺寸的晶片(4英寸晶片等)得到的試制結(jié)果來對大英制尺寸(8英寸、12英寸等)的晶片進(jìn)行商業(yè)化時(shí)，也可以應(yīng)用相同的掩模圖案和相同的處理，從而可以有效地執(zhí)行向大規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化。從而，提供了一種不依賴于英制尺寸的諧振式壓力傳感器的制造方法。考慮到每個(gè)晶片的厚度變化，可以針對每個(gè)晶片調(diào)整拋光量。從而，不同于深度堿性蝕刻，可以以微米級(jí)的精度來容易地控制厚度。為此，提供了一種其中膜片具有一致靈敏度的諧振式壓力傳感器的制造方法。由于間隙根據(jù)蝕刻量很小的傳感器晶片的凹陷部分的深度來決定，因此，例如，可以容易的制造幾十Pm至小于Iym的間隙。此外，由于蝕刻量很小，因此可以將精度控制在亞微米級(jí)的高精度。因此，提供了一種諧振式壓力傳感器的制造方法該方法能夠在可控性優(yōu)良的狀態(tài)下制造小的間隙來抑制膜片的諧振。此外，當(dāng)使用了利用等離子體的各向同性蝕刻時(shí)，可以簡化制造工藝，以及可以使膜片外周上的應(yīng)力集中部分變圓，從而提高了耐破裂壓力特性。因此，提供了一種成本低且靈敏度高的諧振式壓力傳感器。制造其中各硅晶片彼此在接近室溫下直接接合的膜片的處理(諸如室溫直接接合處理或金屬擴(kuò)散接合處理)在低于形成在傳感器晶片上的金屬互連的耐熱溫度的溫度下執(zhí)行。從而，接合處理可以在其中諧振型應(yīng)變計(jì)元件的金屬互連處理已經(jīng)完成的狀態(tài)下執(zhí)行。此外，即使要求根據(jù)壓力范圍改變膜片的形狀或厚度，也可以在不依賴于膜片的形狀或厚度的情況下來利用相同的掩模和相同的處理來形成利用上述接合處理的膜片。通常，當(dāng)在形成諧振型應(yīng)變計(jì)之后執(zhí)行800°C以上的高溫處理時(shí)，會(huì)出現(xiàn)雜質(zhì)元素的重分布、原子的重排列、或再結(jié)晶，從而傳感器的器件特性會(huì)劣化?？梢栽诶缂s400°C以下的溫度下執(zhí)行制造膜片的處理(諸如室溫直接接合處理或金屬擴(kuò)散接合處理)，從而不存在不利地影響壓力傳感器的特性的硅蠕變(ere印)或熱變形。從而，可以實(shí)現(xiàn)具有優(yōu)良特性的諧振式壓力傳感器的制造方法。


從下面結(jié)合附圖對一些優(yōu)選實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯，附圖中圖I是示出根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的諧振式壓力傳感器的構(gòu)造的說明示意圖；
圖2是示出圖I所示膜片的多種形狀的說明示意圖；圖3 (a)至圖3 (g)是示出制造根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的圖I所示諧振式壓力傳感器的工藝的說明示意圖；圖4是示出圖3所示的制造工藝的工藝流程的說明示意圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的諧振式壓力傳感器的構(gòu)造的說明示意圖；圖6是示出圖5所示膜片的多種形狀的說明示意圖；圖7 (a)至圖7 (h)是示出制造根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的圖5所示諧振式壓力傳感器的工藝的說明示意圖；圖8是示出圖7所示的制造工藝的工藝流程的說明示意圖；圖9是示出根據(jù)本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施例的諧振式壓力傳感器的構(gòu)造的說明示意圖；圖10是示出圖9所示膜片的多種形狀的說明示意圖；圖11 (a)至圖11 (h)是示出制造根據(jù)本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施例的圖9所示諧振式壓力傳感器的工藝的說明示意圖；圖12是示出圖11所示的制造工藝的工藝流程的說明示意圖；圖13是示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的諧振式壓力傳感器的主要部分的說明示意圖；圖14示出以各種流體實(shí)際測量到的Q和膜片11的間隙a之間的關(guān)系的示例；圖15是示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的諧振式壓力傳感器的主要部分的說明示意圖；圖16至圖23是根據(jù)相關(guān)技術(shù)的諧振式壓力傳感器的主要部分的說明示意圖；圖24是示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的諧振式壓力傳感器的主要部分的說明示意圖；以及圖25是示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的諧振式壓力傳感器的主要部分的說明示意圖。
具體實(shí)施例方式下文中將參照示例性優(yōu)選實(shí)施例描述本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到可以利用本發(fā)明的教導(dǎo)完成許多替代優(yōu)選實(shí)施例，并且本發(fā)明不限于本發(fā)明所示出的優(yōu)選實(shí)施例，其僅用于說明的目的。第一優(yōu)選實(shí)施例圖I是示出根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的諧振式壓力傳感器的構(gòu)造的說明示意圖。圖2是示出圖I所示膜片的多種形狀的說明示意圖。諧振式壓力傳感器包括傳感器襯底410和基底襯底430。傳感器襯底410和基底襯底430由娃制成。多個(gè)諧振型應(yīng)變計(jì)兀件411設(shè)置在傳感器襯底410的一個(gè)表面上,而傳感器襯底410的另一表面在對應(yīng)于膜片412的厚度處保持拋光。傳感器襯底410的另一表面與基底襯底430的一個(gè)表面直接接合。在基底襯底430的與傳感器襯底410接合的一部分中形成了凹陷部分435。凹陷部分435實(shí)質(zhì)上在傳感器襯底410中形成膜片412。凹陷部分435具有預(yù)定間隙，其中膜片412的移動(dòng)范圍不受外來物質(zhì)的制約，并且其中對結(jié)合了流體446 (稍后描述)的諧振型應(yīng)變計(jì)元件411的振動(dòng)所激勵(lì)的膜片412的諧振施加阻尼效應(yīng)。傳導(dǎo)孔445將測量壓力導(dǎo)向凹陷部分435。流體446通過傳導(dǎo)孔445將壓力傳播至凹陷部分435，并抑制膜片412的振動(dòng)。
換言之，諧振式壓力傳感器400構(gòu)造有傳感器襯底410和基底襯底430。傳導(dǎo)孔445通過等離子體蝕刻、堿性蝕刻等形成在基底襯底430中。該孔具有傳導(dǎo)孔意義上的任何形狀。諧振型應(yīng)變計(jì)元件411制造在膜片412的上表面415上。膜片的厚度420根據(jù)傳感器襯底410的厚度來決定。為此，調(diào)整膜片的厚度420以執(zhí)行研磨/拋光達(dá)期望厚度。由于可以對每個(gè)晶片微調(diào)拋光量，因此每個(gè)晶片的厚度可以控制在以Pm為單位的高精度。傳感器襯底410和基底襯底430由硅制成，并且不利用氧化膜或任何其他異種材料來執(zhí)行這兩種襯底的接合。為此，甚至在接合界面上也可以實(shí)現(xiàn)等于硅基底材料強(qiáng)度的破裂強(qiáng)度。此外，可以實(shí)現(xiàn)具有優(yōu)良溫度特性的諧振式壓力傳感器 400?；滓r底430的凹陷部分435用作通過接合形成的間隙435。凹陷部分435通過等離子蝕刻、濕法蝕刻等形成。由于凹陷部分435無需利用堿性溶液(K0H、TMAH等)進(jìn)行深度蝕刻，因此可以以高精度形成小于I Pm至幾十Pm以下的間隙。從而，可以給予其中考慮了外來物質(zhì)的間隙的設(shè)計(jì)以自由度，或者給予其中考慮了膜片412的移動(dòng)范圍的間隙設(shè)計(jì)以自由度。膜片412的尺寸可以設(shè)置為基底襯底430的凹陷部分435的尺寸440。如圖2所示，可以將四邊形460、圓形465、多邊形470等用作凹陷部分435的具體形狀。由于基底襯底430的凹陷部分435是小于I 至幾十U m以下的小間隙，因此，與通過利用堿性化學(xué)物(K0H、TMAH等)的深度蝕刻形成膜片的方法不同，蝕刻表面對襯底面內(nèi)方向上的尺寸沒有限制。從而，可以不受膜片晶體取向限制而自由設(shè)計(jì)凹陷部分435的形狀。圖3是示出制造根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的圖I所示諧振式壓力傳感器的工藝的說明示意圖。圖4是示出圖3所示的制造工藝的工藝流程的說明示意圖。圖3中的(a)至(g)分別代表與圖4中的(a)至(g)相同的工藝。圖3(a)代表制造傳感器晶片510的工藝。已經(jīng)進(jìn)行了該工藝的傳感器晶片510包括形成在其一個(gè)表面上的諧振型應(yīng)變計(jì)元件411。即，傳感器晶片510是其上已經(jīng)形成了諧振型應(yīng)變計(jì)元件411和金屬互連的晶片。換言之，由于已經(jīng)完成了布置諧振型應(yīng)變計(jì)元件411的表面的處理，因此后續(xù)工藝中的該處理是不必要的。此外，由于諧振型應(yīng)變計(jì)元件411太小而不能顯示出，因此通過與傳感器晶片510不同的陰影來指示諧振型應(yīng)變計(jì)元件411的布置區(qū)域。圖3 (b)示出了附接傳感器晶片的處理。利用附接材料522將支撐晶片521附接至傳感器晶片510的元件表面。附接材料522的示例包括熱塑性粘合劑、化學(xué)溶液型粘合齊U、UV粘合劑、雙面膠帶、以及WAX。由于附接精度影響隨后的研磨/拋光處理中厚度的變化，因此需要控制總厚度變化(TTV)(晶片平面厚度的最小值與最大值之間的差)和彎曲。支撐晶片521由諸如藍(lán)寶石、玻璃、硅等的材料制成。支撐晶片的形狀沒有特別限制。圖3 (C)示出了研磨/拋光傳感器晶片的背面的處理。附接至支撐晶片521的傳感器晶片510的作為與諧振型應(yīng)變計(jì)元件411相反側(cè)的表面531被研磨/拋光達(dá)到期望厚度。此時(shí)，應(yīng)該執(zhí)行拋光直到在研磨工藝時(shí)形成的破裂層或研磨標(biāo)記消失。在減少了厚度的傳感器晶片510中，在進(jìn)行了研磨/拋光的研磨/拋光表面上呈現(xiàn)諧振型應(yīng)變計(jì)元件411的凹凸圖案來作為凹凸圖案。研磨/拋光表面的凹凸圖案導(dǎo)致接合時(shí)的非接合部分或?qū)е聜鞲衅髦械慕雍献冃巍亩?，期望傳感器晶?10的元件表面的凹凸圖案平坦化。此外，當(dāng)傳感器晶片510被研磨/拋光成lOOym以下厚度時(shí)，在以晶片為單位進(jìn)行處理時(shí)晶片易于破裂。然而，在附接了支撐晶片521的情況下，即使在傳感器晶片510為幾十m以下厚度時(shí)也可以進(jìn)行處理。 在研磨/拋光之后，優(yōu)選地執(zhí)行清潔處理(未示出)以提高研磨/拋光表面的潔凈度。例如，執(zhí)行物理清潔(CO2清潔或雙流體清潔)或酸及堿清潔來作為清潔處理。清潔處理可以在小于等于附接材料的耐熱溫度的溫度下執(zhí)行，從而有必要使用一種對該材料具有耐化學(xué)性的化學(xué)物。圖3 (d)不出了制造基底晶片的處理。在基底晶片540中形成壓力傳導(dǎo)孔541和凹陷部分542?？梢詫滓r底540實(shí)施能夠形成壓力傳導(dǎo)孔541的任何技術(shù)，諸如等離子體蝕刻或濕法蝕刻。該孔可以具有適于傳導(dǎo)孔的任何形狀。類似地，凹陷部分542利用等離子體蝕刻、濕法蝕刻等形成。圖3 (e)示出了直接接合晶片的處理。形成有壓力傳導(dǎo)孔541和凹陷部分542的基底襯底540與附接至支撐晶片521的研磨/拋光的傳感器晶片510接合在一起。此時(shí)，需要在小于等于附接材料的耐熱溫度的溫度下將基底晶片540與傳感器晶片510接合在一起。具體地，粘合劑的最高溫度為約100°C到約200°C，并且在雙面膠帶的情況下為約150°C。從簡化處理的角度來看，期望在還未對研磨/拋光表面執(zhí)行薄膜形成工藝或改性工藝(modifying process)的狀態(tài)下執(zhí)行接合處理。滿足該條件的接合處理的示例包括室溫直接接合處理和金屬擴(kuò)散接合處理。利用離子槍或快速原子束FAB槍對晶片的表面進(jìn)行蝕刻以提高接合表面的活性，然后在高真空條件下執(zhí)行室溫直接接合處理。該技術(shù)的特征在于在室溫下進(jìn)行接合處理，并且該表面適于進(jìn)行硅接合。此外，從附接材料放出的氣體被再次附至該表面，從而使接合力顯著降低。從而，應(yīng)該選擇不放出氣體的材料作為附接材料。金屬擴(kuò)散接合處理是指將原子級(jí)金屬層附接在襯底表面上的技術(shù)，而不是像室溫直接接合處理那樣通過蝕刻提高表面活性。類似于室溫直接接合處理，在高真空下執(zhí)行該接合處理。在該接合處理中，由于在原子層等級(jí)下非常薄地附接異種材料，因此可以不劣化壓力傳感器的特性地來執(zhí)行接合。除了上述技術(shù)，還可以將等離子體活化接合技術(shù)用作低溫接合技術(shù)。執(zhí)行等離子體活化接合以使得在其中通過利用諸如Ar，N2,和O2氣體的等離子體將OH基團(tuán)布置在表面上的狀態(tài)下，將各表面臨時(shí)彼此接合(簡單附接)，然后在約400°C的溫度下通過退火增加接合強(qiáng)度。在該技術(shù)中，接合時(shí)產(chǎn)生的H2O造成了空隙。然而，在具有小接合面積的結(jié)構(gòu)(諸如膜片)中，H2O脫離了接合界面，而即使在硅與硅之間進(jìn)行接合時(shí)也可以實(shí)施不會(huì)造成空隙的優(yōu)良接合。圖3 (f)示出了分離支撐晶片的處理?；拙?40和被拋光成具有薄的厚度并且隨后直接接合至基底晶片540的傳感器晶片510與支撐晶片521分離。分離支撐晶片521的方法根據(jù)使用的粘合劑而不同。例如，在熱塑性粘合劑的情況中，通過在加熱的狀態(tài)下滑動(dòng)支撐晶片來進(jìn)行分離。此外，在熱分離型雙面膠帶的情況中，可以簡單地通過加熱來進(jìn)行分離。盡管未示出，但是在分離后，為了去除附接材料的殘留，期望通過旋轉(zhuǎn)清洗、化學(xué)浸泡等方法清潔傳感器元件表面。圖3 (g)示出了切割處理。作為對晶片進(jìn)行的最終處理，對已經(jīng)去除了支撐晶片521的接合晶片560進(jìn)行切割處理。結(jié)果，完成了諧振式壓力傳感器400。
因此，由于膜片412的厚度根據(jù)研磨/拋光量進(jìn)行調(diào)整，因此可以對每個(gè)晶片的厚度進(jìn)行微調(diào)。例如，可以以微米至亞微米的精度容易地控制膜片的厚度。相應(yīng)地，提供了一種其中能夠抑制靈敏度變化的諧振式壓力傳感器。由于未使用異種材料進(jìn)行接合，因此接合部分可以具有與硅基底材料強(qiáng)度相同的破裂強(qiáng)度。從而，提供了一種具有優(yōu)良耐破裂壓力特性的諧振式壓力傳感器。此外，由于抑制了由不同熱膨脹系數(shù)造成的熱變形，提供了一種具有優(yōu)良溫度特性的諧振式壓力傳感器。此外，提供了一種其中抑制了由溫度和壓力歷程造成的異種材料之間的內(nèi)部殘余應(yīng)變、以及可以實(shí)施不具有遲滯的結(jié)構(gòu)的諧振式壓力傳感器。由于可以根據(jù)基底襯底540的凹陷部分的深度決定間隙，例如，可以在基底襯底的凹陷部分435和膜片412之間形成幾十Pm或以下的間隙。從而，提供了這樣的一種諧振式壓力傳感器其中可以防止膜片412的諧振、膜片的移動(dòng)范圍不會(huì)由于外來部物質(zhì)而受限，以及諸如輸入輸出特性的特性優(yōu)良?；滓r底430的(例如，幾十Pm或以下的)凹陷部分的形狀變?yōu)楹湍て?12—樣的形狀。從而，相比于通過從形成有諧振型應(yīng)變計(jì)411的晶片背面執(zhí)行利用堿性溶液的深度各向異性蝕刻形成膜片的情況，膜片的形狀或尺寸不受晶體表面(111)的限制。因此，可以制造不受晶體取向限制的靈活形狀(諸如圓形)。特別是，當(dāng)使用了利用等離子體的蝕刻時(shí)，實(shí)現(xiàn)了制造工藝簡單、成本低、且靈敏度高度一致的諧振式壓力傳感器。此外，與深度堿性蝕刻不同，由于膜片412的厚度基本由研磨/拋光處理決定，因此提供了這樣一種制造諧振式壓力傳感器的方法其不需要針對由蝕刻深度造成的膜片形狀不同來進(jìn)行掩模變化。與堿性蝕刻不同，即使在利用通過具有小英制尺寸的晶片(4英寸晶片等)的試制結(jié)果來對具有大英制尺寸(8英寸、12英寸等)的晶片進(jìn)行商業(yè)化時(shí)，也可以使用相同的掩模圖案和相同的處理，從而可以有效執(zhí)行向大規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化。從而，提供了一種不依賴于晶片的英制尺寸來制造諧振式壓力傳感器的方法。類似地，即使要求根據(jù)壓力范圍改變膜片412的形狀或厚度，也可以在不依賴于膜片412的形狀或厚度的情況下利用相同的掩模和相同的工藝來形成利用上述接合處理的膜片。在低于形成在傳感器晶片510上的金屬互連的耐熱溫度的溫度下執(zhí)行其中各硅晶片彼此直接接合的制造膜片的處理，諸如室溫直接接合處理或金屬擴(kuò)散接合處理。從而，可以在其中已經(jīng)首先完成了諧振型應(yīng)變計(jì)元件的金屬互連處理的狀態(tài)下執(zhí)行接合處理。
此外，可以在例如約400°C或以下的溫度下執(zhí)行制造膜片的處理，諸如室溫直接接合處理或金屬擴(kuò)散接合處理。從而，不會(huì)保留影響壓力傳感器特性的硅蠕變或熱變形。從而，可以實(shí)現(xiàn)制造具有優(yōu)良特性的諧振式壓力傳感器的方法。第二優(yōu)選實(shí)施例圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的諧振式壓力傳感器的構(gòu)造的說明示意圖。圖6是示出圖5所示的膜片的多種形狀的說明示意圖。諧振式壓力傳感器包括傳感器襯底610和基底襯底630。傳感器襯底610和基底襯底630由娃制成。多個(gè)諧振型應(yīng)變計(jì)兀件611設(shè)置在傳感器襯底610的一個(gè)表面上,而傳感器襯底610的另一表面在對應(yīng)于膜片612的厚度處被拋光以形成凹陷部分635。傳感器襯底610的另一表面與基底襯底630的一個(gè)表面直接接合。在傳感器襯底610的與基底襯底630接合的一部分中形成了凹陷部分635。凹陷 部分635實(shí)質(zhì)上在傳感器襯底610中形成膜片612。凹陷部分635具有預(yù)定間隙，其中膜片612的移動(dòng)范圍不受外來物質(zhì)的制約，并且其中對由于流體646 (稍后描述)造成的諧振型應(yīng)變計(jì)元件611的振動(dòng)所激勵(lì)的膜片612的諧振施加阻尼效應(yīng)。傳導(dǎo)孔645將測量壓力導(dǎo)向凹陷部分635。流體646通過傳導(dǎo)孔645將壓力傳播至凹陷部分635，并抑制膜片612的振動(dòng)。換言之，諧振式壓力傳感器600構(gòu)造有傳感器襯底610和基底襯底630。傳導(dǎo)孔645通過等離子體蝕刻、堿性蝕刻等形成在基底襯底630中。該孔可以具有適于傳導(dǎo)孔的任何形狀。諧振型應(yīng)變計(jì)元件611制造在膜片612的上表面615上。膜片的厚度620由通過從傳感器襯底610的厚度減去為了形成凹陷部分635而對傳感器襯底610的背面進(jìn)行的蝕刻量而得到的值來決定。為此，膜片612的厚度的精度以研磨/拋光的微米精度和蝕刻的亞微米精度之和來表達(dá)，從而具有微米級(jí)處理精度。傳感器襯底610和基底襯底630由硅制成，并且不利用氧化膜或任何其他異種材料來執(zhí)行這兩種襯底的接合。因此，甚至在接合界面上也可以實(shí)現(xiàn)等于硅基底材料強(qiáng)度的破裂強(qiáng)度。此外，可以實(shí)現(xiàn)具有優(yōu)良溫度特性的諧振式壓力傳感器。此外，為了蝕刻傳感器襯底610的凹陷部分635，使用了利用各向同性蝕刻形成的倒圓部分(rounding portion)650,從而可以分散膜片612的應(yīng)力集中。結(jié)果,提高了傳感器的耐破裂壓力性能。傳感器襯底的凹陷部分635與基底襯底630接合，從而形成了間隙。凹陷部分635通過等離子蝕刻、濕法蝕刻等形成。由于凹陷部分635無需進(jìn)行利用堿性化學(xué)物(K0H、TMAH等)的深度蝕刻，因此可以以高精度形成小于I Pm至幾十Pm以下的間隙。從而，可以給予其中考慮了外來物質(zhì)的間隙的設(shè)計(jì)以自由度，或者給予其中考慮了膜片612的移動(dòng)范圍的間隙設(shè)計(jì)以自由度。膜片612的尺寸可以設(shè)置為基底襯底630的凹陷部分635的尺寸640。如圖6所示，可以將四邊形660、圓形665、多邊形670等用作凹陷部分635的具體形狀。由于傳感器襯底610的凹陷部分635是小于I 至幾十Pm以下的小間隙，因此，與通過利用堿性化學(xué)物(K0H、TMAH等)的深度蝕刻形成膜片的方法不同，蝕刻表面對襯底面內(nèi)方向上的尺寸沒有限制。從而，可以不受膜片晶體取向限制而自由設(shè)計(jì)凹陷部分635的形狀。圖7是示出制造根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的圖5所示諧振式壓力傳感器的工藝的說明示意圖。圖8是示出圖7所示的制造工藝的工藝流程的說明示意圖。圖7中的(a)至(h)代表與圖8中的(a)至(h)相同的工藝。圖7(a)代表制造傳感器晶片710的處理。已經(jīng)進(jìn)行了該處理的傳感器晶片710包括形成在其一個(gè)表面上的諧振型應(yīng)變計(jì)元件611。即，傳感器晶片710是其上已經(jīng)形成了諧振型應(yīng)變計(jì)元件611和金屬互連的晶片。換言之，由于已經(jīng)完成了對在其上布置諧振型應(yīng)變計(jì)元件611的表面的處理，因此隨后工藝中的該處理是不必要的。圖7 (b)示出了附接傳感器晶片710的處理。利用附接材料722將支撐晶片721附接至傳感器晶片710的元件表面。附接材料722的示例包括熱塑性粘合劑、化學(xué)溶液型粘合劑、UV粘合劑、雙面膠帶、以及WAX。由于附接精度影響隨后的研磨/拋光處理中厚度的變化，因此需要控制TTV(晶片面內(nèi)厚度的最小值與最大值之間的差)和彎曲。支撐晶片721由諸如藍(lán)寶石、玻璃、硅等的 材料制成。支撐晶片721的形狀沒有特別限制。圖7 (C)示出了研磨/拋光傳感器晶片的背面的處理。附接至支撐晶片721的傳感器晶片710的與作為諧振型應(yīng)變計(jì)元件611相對側(cè)的表面731被研磨/拋光達(dá)到期望厚度。此時(shí)，應(yīng)該執(zhí)行拋光直到破裂層或在研磨工藝時(shí)形成的研磨標(biāo)記消失。在減少了厚度的傳感器晶片710中，在進(jìn)行了研磨/拋光的研磨/拋光表面上呈現(xiàn)諧振型應(yīng)變計(jì)元件611的凹凸圖案來作為凹凸圖案。研磨/拋光表面的凹凸圖案導(dǎo)致接合時(shí)的非接合部分或?qū)е聜鞲衅髦械慕雍献冃?。從而，期望使傳感器晶?10的元件表面的凹凸圖案平坦化。此外，當(dāng)傳感器晶片710被研磨/拋光成lOOym以下厚度時(shí)，在以晶片為單位進(jìn)行處理時(shí)晶片易于破裂。然而，在附接了支撐晶片721的情況下，即使在傳感器晶片710為幾十y m以下厚度時(shí)也可以進(jìn)行處理。在研磨/拋光之后，優(yōu)選地執(zhí)行清潔處理(未示出)以提高研磨/拋光表面的潔凈度。例如，執(zhí)行物理清潔(CO2清潔或雙流體清潔)或酸及堿清潔來作為清潔處理。清潔處理可以在小于等于附接材料的熱分解溫度的溫度下執(zhí)行，從而需要使用該材料對其具有耐化學(xué)性的化學(xué)物。圖7 (d)示出了在傳感器晶片的背面上形成圖案的處理。利用抗蝕劑通過光刻技術(shù)在研磨/拋光面上形成凹陷部分742，然后利用諸如干法蝕刻的技術(shù)對該凹陷部分742進(jìn)行蝕刻。蝕刻后，去除抗蝕劑，從而在傳感器晶片中形成了凹陷部分742。圖7 (e)示出了制造基底晶片的處理。在基底晶片740中形成壓力傳導(dǎo)孔741?？梢岳媚軌蛐纬蓧毫鲗?dǎo)孔的任何技術(shù)(諸如等離子體蝕刻或濕法蝕刻)來形成壓力傳導(dǎo)孔741。該孔可以具有適于傳導(dǎo)孔的任何形狀。圖7 (f)示出了直接接合晶片的處理。形成有壓力傳導(dǎo)孔741的基底晶片740與形成有凹陷部分742的傳感器晶片710接合在一起。此時(shí)，需要在小于等于附接材料的耐熱溫度的溫度下將基底晶片與傳感器晶片接合在一起。具體地，粘合劑的最高溫度為約100°C到約200°C，并且在雙面膠帶的情況下為約150°C。從簡化工藝的角度出發(fā)，期望在還未對研磨/拋光表面執(zhí)行薄膜形成處理或改性處理的狀態(tài)下執(zhí)行接合處理。滿足該條件的接合處理的示例包括室溫直接接合處理和金屬擴(kuò)散接合處理。在利用離子槍或FAB槍蝕刻晶片的表面來提高接合表面活性之后，在高真空下執(zhí)行室溫直接接合處理。該技術(shù)的特征在于在室溫下進(jìn)行接合處理，并且該表面適于進(jìn)行硅與硅之間的接合。此外，從附接材料放出的氣體被再次附至該表面，從而使接合力顯著降低。從而，應(yīng)該選擇不放出氣體的材料作為附接材料。金屬擴(kuò)散接合處理是指將原子級(jí)層附接在襯底表面上的技術(shù)，而不是像室溫直接接合處理那樣通過蝕刻提高表面活性。類似于室溫直接接合處理，在高真空下執(zhí)行該接合處理。在該接合處理中，由于在原子層等級(jí)下非常薄地附接異種材料，因此可以在不劣化壓力傳感器的特性的情況下執(zhí)行接合。除了上述技術(shù)，還可以將等離子體活化接合技術(shù)用作低溫接合技術(shù)。等離子體活化接合是指這樣一種技術(shù)，其中在利用諸如Ar，N2,和O2的氣體的等離子體將OH基團(tuán)布置在表面上的狀態(tài)下，將各表面臨時(shí)彼此接合(簡單附接)，然后在約400°C的溫度下通過退火增加接合強(qiáng)度。在該技術(shù)中，接合時(shí)由OH基團(tuán)產(chǎn)生的H2O造成了空隙。然而，在具有小接合面積的結(jié)構(gòu)(諸如膜片)中，H2O脫離了接合界面，從而可以實(shí)現(xiàn)不會(huì)造成空隙的優(yōu)良接合。
圖7 (g)示出了分離支撐晶片的處理?；拙捅粧伖獬删哂斜〉暮穸炔⑶译S后直接接合至基底晶片740的傳感器晶片與支撐晶片721分離。分離支撐晶片721的方法根據(jù)使用的粘合劑而不同。例如，在熱塑性粘合劑的情況中，通過在加熱的狀態(tài)下滑動(dòng)支撐晶片來進(jìn)行分離。此外，在熱分離型雙面膠帶的情況中，可以簡單地僅通過加熱來進(jìn)行分離。盡管未示出，但是在分離后，為了去除附接材料的殘留，期望通過旋轉(zhuǎn)清洗、化學(xué)浸泡等清潔傳感器兀件表面。圖7 (h)示出了切割處理。作為對晶片進(jìn)行的最終處理，對已經(jīng)分離了支撐晶片的接合晶片760進(jìn)行切割處理。結(jié)果，完成了諧振式壓力傳感器600。因此，通過研磨/拋光量以及干法蝕刻的精細(xì)調(diào)整來針對每個(gè)晶片調(diào)整膜片612的厚度，從而可以以微米至亞微米的精度容易地控制膜片的厚度。相應(yīng)地，提供了一種其中抑制了靈敏度變化的諧振式壓力傳感器。由于未使用異種材料進(jìn)行接合，因此接合部分可以具有與硅基底材料強(qiáng)度相同的破裂強(qiáng)度。從而，提供了一種具有優(yōu)良的耐破裂壓力特性的諧振式壓力傳感器。此外，由于抑制了由不同熱膨脹系數(shù)造成的熱變形，從而提供了一種具有優(yōu)良溫度特性的諧振式壓力傳感器。此外，提供了一種其中抑制了由溫度和壓力歷程造成的異種材料之間的內(nèi)部殘余應(yīng)變、以及可以實(shí)現(xiàn)不具有遲滯的結(jié)構(gòu)的諧振式壓力傳感器。由于可以根據(jù)傳感器襯底的凹陷部分的深度決定間隙，因此可以在傳感器襯底的凹陷部分635和基底襯底之間以微米至亞微米級(jí)精度來容易地控制膜片的厚度。此外，由于蝕刻量很小，因此可以將精度控制在亞微米級(jí)的高精度。因此，提供了這樣的一種諧振式壓力傳感器其中可以防止膜片612的諧振、膜片的移動(dòng)范圍不會(huì)由于外來物質(zhì)而受限，以及諸如輸入輸出特性的特性優(yōu)良。此外，當(dāng)使用了利用等離子體的各向同性蝕刻時(shí)，可以簡化制造工藝，并且可以使膜片外周上的應(yīng)力集中部分變圓，從而提高了耐破裂壓力特性。相應(yīng)地，提供了一種成本低靈敏度高的諧振式壓力傳感器。傳感器襯底610的(例如，幾十Pm或以下)凹陷部分635的形狀變?yōu)榕c膜片412一樣的形狀。從而，相比于通過從形成有諧振型應(yīng)變計(jì)元件611的襯底背面執(zhí)行利用堿性溶液的深度各向異性蝕刻形成膜片的情況，膜片的形狀或尺寸不受晶體表面(111)的限制。因此，可以制造不受晶體取向限制的靈活形狀(諸如圓形)。特別是，當(dāng)使用了利用等離子體的各向同性蝕刻時(shí)，可以簡化制造工藝，并且可以使膜片外周上的應(yīng)力集中部分變圓，從而提高了耐破裂壓力特性。相應(yīng)地，提供了一種成本低靈敏度高的諧振式壓力傳感器。此外，與深度堿性蝕刻不同，由于膜片的厚度由研磨/拋光處理以及等離子蝕刻決定，因此提供了一種這樣的制造諧振式壓力傳感器的方法該方法不需要針對由于蝕刻深度造成的膜片形狀的不同進(jìn)行掩模變化。換言之，與堿性蝕刻不同，即使在利用通過具有小英制尺寸的晶片(4英寸晶片等)的試制結(jié)果來對具有大英制尺寸(8英寸、12英寸等)的晶片進(jìn)行商業(yè)化時(shí)，也可以使用相·同的掩模圖案和相同的工藝，從而可以有效執(zhí)行向大規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化。從而，提供了一種不依賴于晶片的英制尺寸制造諧振式壓力傳感器的方法。類似地，即使要求根據(jù)壓力范圍改變膜片的形狀或厚度，也可以在不依賴于膜片的形狀或厚度的情況下利用相同的掩模和相同的工藝來形成利用上述接合處理的膜片。在低于形成在傳感器晶片710上的金屬互連的耐熱溫度的溫度下執(zhí)行其中各硅晶片彼此直接接合的制造膜片的處理，諸如室溫直接接合處理或金屬擴(kuò)散接合處理。從而，可以在其中已經(jīng)完成了諧振型應(yīng)變計(jì)元件611的金屬互連處理的狀態(tài)下執(zhí)行接合處理。此夕卜，由于可以在例如約400° C或以下的溫度下執(zhí)行制造膜片的處理(諸如室溫直接接合處理或金屬擴(kuò)散接合處理)，從而，不會(huì)保留影響壓力傳感器特性的硅蠕變或熱變形。從而，提供了一種制造具有優(yōu)良特性的諧振式壓力傳感器的方法。第三優(yōu)選實(shí)施例圖9是示出根據(jù)本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施例的諧振式壓力傳感器的構(gòu)造的說明示意圖。圖10是示出圖9所示的膜片的多種形狀的說明示意圖。諧振式壓力傳感器800包括傳感器襯底810和基底襯底830。傳導(dǎo)孔845通過等離子體蝕刻、堿性蝕刻等形成在基底襯底830中。傳導(dǎo)孔845可以具有適于傳導(dǎo)孔的任何形狀。諧振型應(yīng)變計(jì)元件811制造在膜片812的上表面815上。膜片的厚度根據(jù)傳感器襯底810的厚度來決定。為此，調(diào)整膜片的厚度820以執(zhí)行研磨/拋光達(dá)期望厚度。由于可以對每個(gè)晶片微調(diào)研磨/拋光量，因此每個(gè)晶片的厚度可以以Pm為單位進(jìn)行高精度的控制。傳感器襯底810和基底襯底830由硅制成，并且不利用氧化膜或任何其他異種材料來執(zhí)行這兩種襯底的接合。為此，甚至在接合界面上也可以實(shí)現(xiàn)等于硅基底材料強(qiáng)度的破裂強(qiáng)度。此外，可以實(shí)現(xiàn)具有優(yōu)良溫度特性的傳感器。基底襯底830的凹陷部分835被設(shè)置為通過接合形成的間隙。該間隙通過等離子蝕刻、濕法蝕刻等形成。由于該間隙無需利用堿性化學(xué)物(KOH、TMAH等)進(jìn)行深度蝕刻，因此可以以高精度形成小于I Pm至幾十Pm以下的間隙。從而，可以給予其中考慮了外來物質(zhì)的間隙的設(shè)計(jì)以自由度，或者給予其中考慮了膜片812的移動(dòng)范圍的間隙設(shè)計(jì)以自由度。膜片812的尺寸可以設(shè)置為基底襯底830的凹陷部分的尺寸840。如圖10所示，可以將四邊形860、圓形865、多邊形870等用作凹陷部分835的具體形狀。由于基底襯底830的凹陷部分835是小于I 至幾十U m以下的小間隙，因此，與通過利用堿性化學(xué)物(KOH、TMAH等)的深度蝕刻形成膜片的方法不同，蝕刻的平面取向?qū)ρ谀D案的形狀沒有限制。從而，可以不受膜片晶體取向限制地自由設(shè)計(jì)凹陷部分835的形狀。形成在傳感器襯底810中的環(huán)狀倒圓部分850可以減輕膜片上的應(yīng)力集中，從而可以提高耐破裂壓力特性。圖11是示出制造根據(jù)本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施例的圖9所示諧振式壓力傳感器的工藝的說明示意圖。圖12是圖11所示的制造工藝的工藝流程圖的說明示意圖。圖11 (a)代表制造傳感器晶片910的處理。已經(jīng)進(jìn)行了該處理的傳感器晶片910包括形成在其一個(gè)表面911上的諧振型應(yīng)變計(jì)元件811。即，傳感器晶片910是其上已經(jīng)形成了諧振型應(yīng)變計(jì)元件811和金屬互連的晶片。換言之，由于已經(jīng)完成了對在其上布置諧振型應(yīng)變計(jì)元件811的表面911的處理，因此后續(xù)工藝中的該處理是不必要的。 圖11 (b)示出了附接傳感器晶片910的處理。利用附接材料922將支撐晶片921附接至傳感器晶片910的元件表面。附接材料922的示例包括熱塑性粘合劑、化學(xué)溶液型粘合劑、UV粘合劑、雙面膠帶、以及WAX。由于附接精度影響隨后的研磨/拋光處理中厚度的變化，因此需要控制TTV(晶片面內(nèi)厚度的最小值與最大值之間的差)和彎曲。支撐晶片921由諸如藍(lán)寶石、玻璃、硅等的材料制成。支撐晶片的形狀沒有特別限制。圖11 (C)示出了研磨/拋光傳感器晶片的背面的處理。附接至支撐晶片921的傳感器晶片910的與作為諧振型應(yīng)變計(jì)元件811相對側(cè)的表面931被研磨/拋光達(dá)到期望厚度。此時(shí)，應(yīng)該執(zhí)行拋光直到破裂層或研磨時(shí)形成的研磨標(biāo)記消失。在減少了厚度的傳感器晶片910中，在進(jìn)行了研磨/拋光的研磨/拋光表面上呈現(xiàn)諧振型應(yīng)變計(jì)元件811的凹凸圖案來作為凹凸圖案。研磨/拋光表面的凹凸圖案導(dǎo)致接合時(shí)的非接合部分或?qū)е聜鞲衅髦械慕雍献冃?。從而，期望使傳感器晶?10的元件表面的凹凸圖案平坦化。此外，當(dāng)傳感器晶片910被研磨/拋光成lOOym以下厚度時(shí)，在以晶片為單位進(jìn)行處理時(shí)晶片易于破裂。然而，在附接了支撐晶片921的情況下，即使在晶片為幾十Pm以下厚時(shí)也可以進(jìn)行處理。在研磨/拋光之后，優(yōu)選地執(zhí)行清潔處理(未示出)以提高研磨/拋光表面的潔凈度。例如，執(zhí)行物理清潔(CO2清潔或雙流體清潔)或酸及堿清潔來作為清潔處理。清潔處理可以在小于等于附接材料的耐熱溫度的溫度下執(zhí)行，從而需要使用該材料對其具有耐化學(xué)性的化學(xué)物。圖11 (d)示出了在傳感器晶片的背面上形成圖案的處理。利用抗蝕劑通過光刻技術(shù)在研磨/拋光面上形成凹陷部分，然后利用諸如干法蝕刻的技術(shù)對該凹陷部分進(jìn)行蝕亥IJ。蝕刻后，去除抗蝕劑，從而形成傳感器晶片中的倒圓部分932。圖11 (e)示出了制造基底晶片的處理。在基底晶片940中形成壓力傳導(dǎo)孔941和凹陷部分942?？梢詫拙?40實(shí)施能夠形成壓力傳導(dǎo)孔的任何技術(shù)(諸如等離子體蝕刻或濕法蝕刻)。該孔可以具有適于傳導(dǎo)孔的任何形狀。類似地，凹陷部分942利用等離子體蝕刻、濕法蝕刻等形成。
圖11 (f)示出了直接接合晶片的處理。形成有壓力傳導(dǎo)孔941和凹陷部分942的基底襯底940與形成有倒圓部分932的傳感器晶片910接合在一起。此時(shí)，需要在小于等于附接材料的耐熱溫度的溫度下將基底晶片940與傳感器晶片910接合在一起。具體地，粘合劑的最高溫度為約100°C到約200°C，并且在雙面膠帶的情況下為約150°C。從簡化工藝的角度出發(fā)，期望在還未對研磨/拋光表面執(zhí)行薄膜形成處理或改性處理的狀態(tài)下執(zhí)行接合處理。滿足該條件的接合處理的示例包括室溫直接接合處理和金屬擴(kuò)散接合處理。在利用離子槍或FAB槍蝕刻晶片的表面來提高接合表面的活性之后，在高真空條件下執(zhí)行室溫直接接合處理。該技術(shù)的特征在于在室溫下進(jìn)行接合處理，并且該表面適于進(jìn)行硅與硅之間的接合。此外，從附接材料放出的氣體被再次附至該表面，從而使接合力顯著降低。從而，應(yīng)該選擇不放出氣體的材料作為附接材料。金屬擴(kuò)散接合處理是指將原子級(jí)金屬層附接至襯底表面上的技術(shù)，而不是像室溫直接接合處理那樣通過蝕刻提高表面活性。類似于室溫直接接合處理，在高真空下執(zhí)行該 接合處理。在該接合處理中，由于在原子層等級(jí)下非常薄地附接異種材料，因此可以在不劣化壓力傳感器的特性的情況下來執(zhí)行接合。除了上述技術(shù)，還可以將等離子體活化接合技術(shù)用作低溫接合技術(shù)。執(zhí)行等離子體活化接合以使得在其中利用諸如Ar，N2,和O2的氣體的等離子體將OH基團(tuán)布置在表面上的狀態(tài)下，將各表面彼此臨時(shí)接合(簡單附接)，然后在約400°C的溫度下通過退火增加接合強(qiáng)度。在該技術(shù)中，由于OH基團(tuán)產(chǎn)生的H2O會(huì)造成空隙。然而，在具有小接合面積的結(jié)構(gòu)(諸如膜片)中，H2O脫離了接合界面，能夠?qū)崿F(xiàn)不會(huì)造成空隙的優(yōu)良接合。圖11 (g)示出了分離支撐晶片921的處理?；拙?40和被拋光成具有薄的厚度并且隨后直接接合至基底晶片940的傳感器晶片910與支撐晶片921分離。分離支撐晶片921的方法根據(jù)使用的粘合劑而不同。例如，在熱塑性粘合劑的情況中，通過在加熱的狀態(tài)下滑動(dòng)支撐晶片來進(jìn)行分離。此外，在熱分離型雙面膠帶的情況中，可以簡單地通過加熱來進(jìn)行分離。盡管未示出，但是在分離后，為了去除附接材料的殘留，期望通過旋轉(zhuǎn)清洗、化學(xué)浸泡等清潔傳感器元件表面。圖11 (h)示出了切割處理。作為對晶片進(jìn)行的最終處理，對已經(jīng)分離了支撐晶片921的接合晶片960進(jìn)行切割處理。結(jié)果，完成了諧振式壓力傳感器800。因此，在圖9所示的第三優(yōu)選實(shí)施例中，在未減少圖I所示的第一優(yōu)選實(shí)施例的效果的情況下，可以實(shí)現(xiàn)其中能夠抑制應(yīng)力集中在膜片812上的結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，獲得了如下技術(shù)效果?？梢栽诮雍咸幚碇巴ㄟ^研磨/拋光處理調(diào)整膜片812的厚度。從而，可以容易地以微米至亞微米的精度控制膜片的厚度。相應(yīng)地，提供了一種其中抑制了靈敏度變化的諧振式壓力傳感器。由于未使用異種材料進(jìn)行接合，因此接合部分可以具有與硅基底材料強(qiáng)度相同的破裂強(qiáng)度。從而，提供了一種具有優(yōu)良的耐破裂壓力特性的諧振式壓力傳感器。此外，由于抑制了由不同熱膨脹系數(shù)造成的熱變形，從而提供了一種具有優(yōu)良溫度特性的諧振式壓力傳感器。此外，提供了一種其中抑制了由溫度和壓力歷程造成的異種材料之間的內(nèi)部殘余應(yīng)變、以及可以實(shí)施不具有遲滯的結(jié)構(gòu)的諧振式壓力傳感器。由于可以根據(jù)基底晶片的凹陷部分835的深度決定間隙，例如，可以在基底襯底的凹陷部分835和膜片812之間形成幾+ Um至小于I m的間隙。此外，由于蝕刻量很小，因此可以將精度控制在亞微米級(jí)的高精度。因此，提供了這樣的一種諧振式壓力傳感器其中可以防止膜片812的諧振、膜片的移動(dòng)范圍不會(huì)由于外來物質(zhì)而受限，以及諸如輸入輸出特性的特性優(yōu)良。此外，當(dāng)使用了利用等離子體的各向同性蝕刻時(shí)，可以簡化制造工藝，并且可以使膜片外周上的應(yīng)力集中部分變圓，從而提高耐破裂壓力特性。相應(yīng)地，提供了一種成本低靈敏度高的諧振式壓力傳感器?；滓r底830的(例如，幾十Pm或以下的)凹陷部分835的形狀變?yōu)榕c膜片812一樣的形狀。從而，相比于通過從形成有元件的晶片背面執(zhí)行利用堿性溶液 的深度各向異性蝕刻形成膜片的情況，膜片的形狀或尺寸不受晶體表面(111)的限制。因此，可以制造不受晶體取向限制的靈活形狀(諸如圓形)。特別是，當(dāng)使用了利用等離子體的各向同性蝕刻時(shí)，提供了一種制造工藝簡單、成本低和靈敏度高的諧振式壓力傳感器。此外，與深度堿性蝕刻不同，由于膜片812的厚度由研磨/拋光處理決定，因此不需要針對由蝕刻深度造成的膜片形狀不同進(jìn)行掩模變化。換言之，與堿性蝕刻不同，即使在利用通過具有小英制尺寸的晶片(4英寸晶片等)的試制結(jié)果來對具有大英制尺寸(8英寸、12英寸等)的晶片進(jìn)行商業(yè)化時(shí)，也可以使用相同的掩模圖案和相同的處理，從而可以有效執(zhí)行向大規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化。從而，提供了一種不依賴于晶片的英制尺寸制造諧振式壓力傳感器的方法。類似地，即使要求根據(jù)壓力范圍改變膜片812的形狀或厚度，也可以在不依賴于膜片812的形狀或厚度的情況下利用相同的掩模和相同的工藝來形成利用上述接合處理(例如上述的室溫直接接合工藝或者金屬擴(kuò)散接合工藝)的膜片812。在低于形成在傳感器晶片910上的金屬互連的耐熱溫度的溫度下執(zhí)行其中各硅晶片彼此直接接合的制造膜片812的處理，諸如室溫直接接合處理或金屬擴(kuò)散接合處理。從而，可以在其中已經(jīng)完成了諧振型應(yīng)變計(jì)元件的金屬互連處理的狀態(tài)下執(zhí)行接合處理。此外，可以在例如約400°C或以下的溫度下執(zhí)行制造膜片的處理(諸如室溫直接接合處理或金屬擴(kuò)散接合處理)。從而，不會(huì)保留影響壓力傳感器特性的硅蠕變或熱變形。從而，提供了一種制造具有優(yōu)良特性的諧振式壓力傳感器的方法。如本文中所使用的，下面的方向性術(shù)語“向前、向后、上、下、左、右、垂直、水平、下方、橫向、行和列”以及其他類似的方向性術(shù)語是指配備了本發(fā)明的設(shè)備的這些方向。因此，用來描述本發(fā)明的這些術(shù)語應(yīng)該針對配備了本發(fā)明的設(shè)備來解釋。術(shù)語“被構(gòu)造為”用于描述一個(gè)裝置的部件、單元或部分，包括被構(gòu)建和/或被編程來執(zhí)行期望功能的硬件和/或軟件。此外，在權(quán)利要求書中表達(dá)為“裝置加功能”的術(shù)語應(yīng)該包括可以用來執(zhí)行本發(fā)明那部分的功能的任何結(jié)構(gòu)。術(shù)語“單元”用于描述被構(gòu)建和/或被編程來執(zhí)行期望功能的硬件和/或軟件的部件、單元或部分。硬件的典型示例可以包括，但不限于，裝置和電路。
盡管以上已經(jīng)描述和示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是應(yīng)該理解，這些實(shí)施例僅是本發(fā)明的示例，而不應(yīng)該將其理解為對本發(fā)明的限制。在不背離本發(fā)明范圍的情況下可以進(jìn)行添加、省略、替代和其他改變。因此，本發(fā)明不應(yīng)被看作由前述說明書限定，而是應(yīng)僅 由權(quán)利要求書的范圍限定。
權(quán)利要求
1.ー種包括布置在膜片上的一個(gè)或多個(gè)諧振型應(yīng)變計(jì)的諧振式壓カ傳感器，所述諧振式壓カ傳感器包括 傳感器襯底，其由硅制成，且包括布置有一個(gè)或多個(gè)諧振型應(yīng)變計(jì)元件的ー個(gè)表面和被拋光成具有與所述膜片相應(yīng)的厚度的另ー表面； 基底襯底，其由硅制成，且包括與所述傳感器襯底的所述另ー表面直接接合的ー個(gè)表面； 凹陷部分，其形成在所述基底襯底的與所述傳感器襯底接合的部分中、在所述傳感器襯底中實(shí)質(zhì)上形成了所述膜片、并且包括預(yù)定間隙，所述預(yù)定間隙不會(huì)由于外來物質(zhì)而限制所述膜片的移動(dòng)范圍，并且所述預(yù)定間隙對由所述諧振型應(yīng)變計(jì)元件的振動(dòng)而激發(fā)的所述膜片的振動(dòng)進(jìn)行抑制； ー個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)孔，其將測量壓カ導(dǎo)向所述凹陷部分；以及 流體，其通過傳導(dǎo)孔將壓力傳播至所述凹陷部分并對所述膜片的振動(dòng)進(jìn)行抑制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的諧振式壓カ傳感器，其中， 在不利用氧化膜或任何其他異種材料的情況下執(zhí)行所述傳感器襯底和所述基底襯底之間的接合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的諧振式壓カ傳感器，其中， 通過等離子體蝕刻和濕法蝕刻之一來形成所述凹陷部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的諧振式壓カ傳感器，其中， 所述凹陷部分的形狀是四邊形、圓形和多邊形中的ー種。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的諧振式壓カ傳感器，其中， 所述凹陷部分是小于I U m至幾十y m以下的小間隙。
6.ー種包括布置在膜片上的一個(gè)或多個(gè)諧振型應(yīng)變計(jì)的諧振式壓カ傳感器，所述諧振式壓カ傳感器包括 傳感器襯底，其由硅制成，且包括布置有一個(gè)或多個(gè)諧振型應(yīng)變計(jì)元件的ー個(gè)表面和被拋光成具有與膜片相應(yīng)的厚度的另ー表面； 基底襯底，其由硅制成，且包括與所述傳感器襯底的所述另ー表面直接接合的ー個(gè)表面； 凹陷部分，其形成在所述傳感器襯底的與所述基底襯底接合的部分中、在所述傳感器襯底中實(shí)質(zhì)上形成了所述膜片、且包括預(yù)定間隙，所述預(yù)定間隙不會(huì)由于外來物質(zhì)而限制所述膜片的移動(dòng)范圍，并且所述預(yù)定間隙對由所述諧振型應(yīng)變計(jì)元件的振動(dòng)而激發(fā)的所述膜片的振動(dòng)進(jìn)行抑制； ー個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)孔，其將測量壓カ導(dǎo)向所述凹陷部分；以及 流體，其通過所述傳導(dǎo)孔將壓カ傳播至所述凹陷部分并抑制所述膜片的振動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的諧振式壓カ傳感器，其中， 在不利用氧化膜或任何其他異種材料的情況下執(zhí)行所述傳感器襯底和所述基底襯底之間的接合。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的諧振式壓カ傳感器，其中， 通過等離子體蝕刻和濕法蝕刻之一來形成所述凹陷部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的諧振式壓カ傳感器，其中，所述凹陷部分的形狀是四邊形、圓形和多邊形中的一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的諧振式壓力傳感器，其中， 所述凹陷部分是小于I U m至幾十y m以下的小間隙。
11.一種制造其中在膜片中形成有一個(gè)或多個(gè)諧振型應(yīng)變計(jì)的諧振式壓力傳感器的方法，所述方法包括 在傳感器晶片的一個(gè)表面上形成一個(gè)或多個(gè)諧振型應(yīng)變計(jì)元件； 將所述傳感器晶片的所述表面附接至支撐晶片的一個(gè)表面； 將所述傳感器晶片的另一表面研磨并拋光為具有與膜片相應(yīng)的厚度； 在基底晶片的一個(gè)表面中形成具有預(yù)定間隙的凹陷部分； 將所述傳感器晶片的所述另一表面直接接合至所述基底晶片的一個(gè)表面； 從所述傳感器晶片分離所述支撐晶片；以及 切割接合的晶片。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制造諧振式壓力傳感器的方法，其中， 在不利用氧化膜或任何其他異種材料的情況下執(zhí)行將所述傳感器襯底接合至所述基底晶片。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制造諧振式壓力傳感器的方法，其中， 通過等離子體蝕刻和濕法蝕刻之一來形成所述凹陷部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制造諧振式壓力傳感器的方法，其中， 所述凹陷部分的形狀是四邊形、圓形和多邊形中的一種。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制造諧振式壓力傳感器的方法，其中， 所述凹陷部分是小于I U m至幾十y m以下的小間隙。
16.一種制造其中在膜片中形成有一個(gè)或多個(gè)諧振型應(yīng)變計(jì)的諧振式壓力傳感器的方法，所述方法包括 在傳感器晶片的一個(gè)表面上形成一個(gè)或多個(gè)諧振型應(yīng)變計(jì)元件； 將所述傳感器晶片的所述表面附接至支撐晶片的一個(gè)表面； 將所述傳感器晶片的另一表面研磨并拋光為具有與膜片相應(yīng)的厚度； 在所述傳感器晶片的一個(gè)表面中形成具有預(yù)定間隙的凹陷部分； 將所述傳感器晶片的所述另一表面直接接合至所述基底晶片的一個(gè)表面； 從所述傳感器晶片分離所述支撐晶片；以及 切割接合的晶片。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造諧振式壓力傳感器的方法，其中， 在不利用氧化膜或任何其他異種材料的情況下來執(zhí)行將所述傳感器襯底接合至所述基底晶片。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造諧振式壓力傳感器的方法，其中， 通過等離子體蝕刻和濕法蝕刻之一來形成所述凹陷部分。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造諧振式壓力傳感器的方法，其中， 所述凹陷部分的形狀是四邊形、圓形和多邊形中的一種。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造諧振式壓力傳感器的方法，其中， 所述凹陷部分是小于I U m至幾十y m以下的小間隙。
全文摘要
本發(fā)明提供了諧振式壓力傳感器及制造其的方法。包括布置在膜片上的一個(gè)或多個(gè)諧振型應(yīng)變計(jì)的諧振式壓力傳感器可以包括傳感器襯底，其由硅制成，且包括其上布置有一個(gè)或多個(gè)諧振型應(yīng)變計(jì)元件的一個(gè)表面和被拋光成厚度與膜片相應(yīng)的另一表面；基底襯底，其由硅制成，且包括與所述傳感器襯底的所述另一表面直接接合的一個(gè)表面；凹陷部分，其形成在所述基底襯底的與所述傳感器襯底接合的部分中，以便基本上在傳感器襯底中形成所述膜片，且包括預(yù)定間隙，該預(yù)定間隙不會(huì)由于外來物質(zhì)而限制膜片的移動(dòng)范圍，并且該預(yù)定間隙對由諧振型應(yīng)變計(jì)元件的振動(dòng)而激發(fā)的膜片的振動(dòng)進(jìn)行抑制；一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)孔；以及流體。
文檔編號(hào)G01L9/00GK102954852SQ20121030284
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)明者吉田勇作, 吉田隆司, 鈴木廣志, 吉田周平, 寺下久志 申請人:橫河電機(jī)株式會(huì)社