具有多个膜片电极的mems压力传感器的制造方法
【专利说明】具有多个膜片电极的MEMS压力传感器
[0001]本发明要求获得于2012年8月21日提交的美国临时申请61/691，472的权益，其全部内容通过引用的方式并入本申请。
技术领域
[0002]本公开涉及MEMS装置领域。
【背景技术】
[0003]MEMS传感器通常使用可变形膜片，所述可变形膜片在施加压力的情况下偏转。对于电容式压力传感器，膜片上的电极在增大的压力下朝固定电极偏转，导致两个电极之间的电容方面的变化。然后，测量电容以确定施加到可变形膜片上的压力。类似地，电容式麦克风对导致电容方面的变化的声学振动进行响应。
[0004]虽然上述的基本MEMS传感器是可运行的，但所述基本装置结构在很多应用中不提供足够的精度需求。因此，一直研宄更复杂的结构以期望提供各种应用的更高精度需求。虽然在提高MEMS传感器的精度方面有了一些成功，但遇到重大的挑战。通常遇到的挑战中的一些包括:传感器的温度敏感性；可变电容(膜片)的和参考电容(不受压力影响)的温度敏感性方面的差异；静电致动或附加测量的需求；以及由MEMS传感器结构的几何形状和材料特性设置的有限的可测量压力范围。
[0005]鉴于上述情况，提供对温度方面的变化负责的MEMS压力传感器是有利的。如果所述压力传感器不需要显著的附加空间，则是更有利的。对温度方面的变化负责的、可以借助已知的制造技术制造的MEMS压力传感器是更有利的。附加地提供更大的运行范围的压力传感器也是有利的。
【发明内容】
[0006]在一个实施例中，MEMS传感器包括:第一层中的第一固定电极；限界在所述第一固定电极上方的空腔；在所述空腔上方延伸的膜片；限界在所述膜片中并且基本上直接位于所述第一固定电极上方的第一可移动电极；至少部分地限界在所述膜片内并且至少部分直接位于所述空腔上方的第二可移动电极。
[0007]在一个实施例中，一种形成MEMS传感器的方法包括:在第一层中形成第一固定电极；在所述第一层上方形成膜片层；在所述膜片层中并且基本上直接位于所述第一固定电极上方地形成第一可移动电极；在所述膜片层中形成第二可移动电极；以及在所述第一层和所述膜片层之间形成空腔，所述空腔在所述第一可移动电极下方并且至少部分地在所述第二可移动电极方下延伸。
[0008]在另一个实施例中，MEMS压力系统包括:MEMS传感器，其具有第一层中的第一固定电极、限界在所述第一固定电极上方的空腔、在所述空腔上方延伸的膜片、限界在所述膜片中并且基本上直接位于所述第一固定膜片上方的第一可移动电极、至少部分地限界在所述膜片内并且至少部分直接位于所述空腔上方的第二可移动电极；包括存储在其中的程序指令的存储器；可操作地连接到MEMS传感器和存储器的处理器，其配置用于执行程序指令以便在使用第一可移动电极的情况下从所述MEMS传感器获得第一信号，在使用第二可移动电极的情况下从所述MEMS传感器获得第二信号，以及基于所述第一信号和所述第二信号确定压力。
【附图说明】
[0009]图1示出一种传感器装置的俯视图，所述传感器装置包括定位在两个固定电极上方的膜片中的两个可移动电极；
[0010]图2示出图1的传感器装置的侧剖视图；
[0011]图3示出图1的传感器装置在侧剖视图，其中压力施加到柔性膜片上以致使柔性膜片变形；
[0012]图4示出在使用具有单个膜片中的至少两个可移动电极的传感器的情况下提供两种不同的压力机制的监视的系统的示意图；
[0013]图5示出包括柔性膜片中的多个内部电极和多个外部电极的传感器装置的膜片部的俯视图；
[0014]图6示出包括柔性膜片中的两个叉指型电极的传感器装置的膜片部的俯视图；
[0015]图7示出包括柔性膜片中的三个电极的传感器装置的膜片部的俯视图；
[0016]图8示出具有被蚀刻以限界两个面内电极的装置层的晶片的侧剖视图；
[0017]图9不出图8的晶片的俯视图；
[0018]图10示出图8的晶片，其具有以氧化物材料填充的沟槽并且具有在装置层上方形成的氧化物层；
[0019]图11示出图10的晶片的俯视图；
[0020]图12示出图10的晶片，其具有在装置层的接触部上方在氧化物层中蚀刻的开P ；
[0021]图13示出图12的晶片的俯视图；
[0022]图14示出图12的晶片，其具有在所述氧化物层上方形成的第一罩层部和在氧化物层中形成以限界直接在两个面内电极上方的两个面外电极的沟槽；
[0023]图15示出图14的晶片的俯视图。
[0024]为了有助于本发明的原理的理解，现在将参考在附图中示出的和以下书面说明中描述的实施例。应理解，不意图藉此限制本发明的范围。还应理解，本发明包括所描述的实施例的任何改变和改进并且包括本发明所属领域的技术人员通常能想到的本发明的原理的其他应用。
【具体实施方式】
[0025]在这些实施例中的许多中，MEMS传感器可以用于感测物理条件一一诸如声、光、加速度、压力或温度并且用于提供代表所感测的物理条件的电信号。例如，MEMS传感器可以是加速度仪传感器、运动传感器、倾斜传感器、温度传感器、压力传感器、光学传感器、IR传感器、声学传感器——诸如MEMS麦克风、MEMS接收器/扬声器或其组合。这些实施例可以在各种应用中实现或与其关联，诸如汽车、家用器具、膝上型计算机、手持式或便携式计算机、移动电话、智能手机、无线设备、平板计算机、个人数据助理(PDA)、MP3播放器、相机、GPS接收器或导航系统、电子阅读显示器、投影仪、驾驶舱控制器、游戏机、听筒、耳机、助听器、穿戴式显示装置、安全系统等。图1和图2示出MEMS传感器100。MEMS传感器100是电容式压力传感器并且包括装置层102和氧化物层104，所述氧化物层将装置层102与罩层106分开。
[0026]在装置层102内，通常圆形的、固定的内部电极108由电绝缘部110限界。固定的外部电极112基本上完全在固定的内部电极108周围延伸。外部电极112在其内侧由绝缘部110限界并且在其外侧由绝缘部114限界。内部电极108和外部电极112两者都通过空腔116与罩层106分开。
[0027]在罩层106内，通常圆形的、可移动的内部电极128由电绝缘部130限界。与内部电极108基本上形状相同的内部电极128基本上直接位于内部电极108上方。可移动的外部电极132基本上完全在可移动的内部电极128周围延伸。外部电极132在其内侧由绝缘部134限界并且在其外侧由绝缘部136限界。由绝缘部130和绝缘部134限界的绝缘环138位于内部电极128和外部电极132之间。在一些实施例中，单个绝缘部是绝缘环。与外部电极112基本上形状相同的外部电极132基本上直接位于外部电极112上方。膜片140限界为罩层106的直接位于空腔116上方的部分。在一个实施例中，柔性膜片140的直径比外部电极132的直径大。在一个实施例中，最外面的电极132延伸超过膜片140的边缘。
[0028]内部电极108经由引线152与触点150电连通。可以分多个步骤形成的引线152沿装置层102向上穿过氧化物层104延伸到罩层106的上表面，触点150位于所述上表面上。类似地，外部电极112经由引线156与触点154电连通，所述引线沿装置层102向上穿过氧化物层104延