[发明专利]最小化热噪声的半导体传感器件

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及微机电系统（MEMS）压力传感元件，所述微机电系统（MEMS）压力传感元件在背面具有沟槽，用于减少或消除诸如温度偏移电压输出（temperature offset voltage output）之类的热感应应力或热噪声的效应。

背景技术

MEMS压力传感器一般是公知的。一种类型的压力传感器是差压传感器，所述差压传感器包括被阳极结合（bond）到玻璃底座的由硅制成的压力传感元件，并且玻璃底座通过使用胶粘剂被安装到外壳基板。许多差压传感器被用在其中传感器被暴露于变化的温度的应用中。这引起传感元件、玻璃底座、胶粘剂和外壳基板响应于温度改变而膨胀和收缩。

压力传感元件包括以被称为“惠斯通电桥（Wheatstone Bridge）”的配置被定位的四个压电电阻器或电阻器。胶粘剂关于压力传感元件以不同的速率膨胀和收缩，这可以引起应力被施加到电阻器，从而影响由压力传感元件所检测到的压力读数。玻璃底座被并入在压力传感元件与胶粘剂之间，使得由在压力传感元件与胶粘剂之间的热膨胀差造成的应力通过玻璃底座被隔离。玻璃底座和压力传感元件具有稍微不同的热膨胀系数，并且因此当被暴露于变化的温度时以更低的不同的速率膨胀和收缩。玻璃底座基本上充当缓冲器，以隔离由在玻璃底座与胶粘剂之间的不同的膨胀和收缩率造成的应力。

上面所讨论的压力传感器的例子在图1至2B中一般以10被示出。传感器10包括压力传感元件12、玻璃底座14、胶粘剂16和外壳基板18。在图1中所示的压力传感元件12由硅制成，并且被阳极结合到玻璃底座14。胶粘剂16被用来把玻璃底座14结合到外壳基板18。

第一孔20被形成为外壳基板18的部分，而第二孔22被形成为玻璃底座14的部分，所述第二孔22基本上与第一孔20对准。第二孔22与腔（一般以24示出）流体连通，在那里腔24被形成为压力传感元件12的部分。压力传感元件12包括四个有角的内表面，在那里只有第一有角的内表面26和第二有角的内表面28在图1中被描绘，因为图1是横截面视图。四个有角的内表面中的每个都终止到底面30中，所述底面30是膜片32的部分。压力传感元件12还包括顶面34，并且存在被掺杂到压力传感元件12的顶面34上的相框（picture frame）换能器或相框惠斯通电桥36。至少热氧化层和钝化层被形成来保护该电路。如在图2B中所示出的那样，相框惠斯通电桥36由四个p-压电电阻器36A至36D形成。如在图3中所示出的那样，四个压电电阻器36A至36D也可以被形成为分布式惠斯通电桥38A至38D，用于压力传感。

膜片32是相对薄的，并且膜片32的厚度与压力范围有关。膜片32响应于被施加到膜片32的底面30和顶面34的压力而向上和向下偏转。腔24中的压力作为流入和流出孔20、22的流体的压力改变的结果而改变。

顶面34中的偏离还使相框惠斯通电桥36变形，所述相框惠斯通电桥36被掺杂到压力传感元件12的顶面34上。压力传感元件12由单晶硅（Si）制成。在压力传感元件12的顶部，四个p-压电电阻器36A至36D被形成，并且通过p+互连装置40被彼此连接，以形成如在图2A至2B中所示的用于压力传感的相框惠斯通电桥36。

麦林韦氏大学词典第11版把惠斯通电桥定义为如下电桥：所述电桥包括通过电流计被接合的并联电路的两个分支，并且被用于确定分支之一中的未知电阻的值。如在这里所使用的那样，术语“惠斯通电桥”指的是在图2A至2B中所示出的电路拓扑、即两个串联电阻器的并联连接。

图2A至2B表示具有被掺杂在膜片32上的相框惠斯通电桥36的压阻式压力传感元件12的俯视图。膜片32具有780μm×780μm的尺寸。膜片32的厚度一般在约5μm至20μm的范围内，并且如在图2A至2B中所示为约9μm。相框惠斯通电桥36通过使用常规技术被处理，以在压力传感元件12的顶面上形成四个电阻器36A至36D。电阻器36A至36D由p-材料形成，其实施例对于半导体领域中的普通技术人员是众所周知的。被连接到结合区（bond pad）42A至42D的底部的由p+材料制成的电互连40也被形成在压力传感元件12的顶面34上。每个互连40都提供两个电阻器之间的电连接，以便把电阻器彼此连接来形成压阻式惠斯通电桥电路。