CN118076868A - 使用固态半导体工艺的beol金属层构建的mems压力传感器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种MEMS压力传感器，其具有由多个金属层中的一者制成的膜。盖子定位在膜之上并连接到膜的远侧端部处的多个腔壁。盖子包括定位在盖子的区域上的孔阵列。固定的金属电极定位在盖子下方。

Description

使用固态半导体工艺的BEOL金属层构建的MEMS压力传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年8月10日提交的美国临时申请No.63/231,503的优先权，其内容全部包含在本文中。
背景技术
集成电路是一种具有半导体材料的衬底的半导体器件，在该衬底上使用光刻技术沉积了一系列层。这些层被掺杂和极化，从而产生电气元件(例如，电阻、电容器或阻抗)或电子元件(例如，二极管或晶体管)。随后沉积其它层，这些层形成电气连接所需的互连层的结构。
微机电机构或微机电***(MEMS)是使用基于光刻技术的层沉积技术制造的小型机电设备。MEMS可以在其内部提供空腔或中空空间，其中可以充注液体或气体。传统的集成电路为完全实心设备，即无任何类型的中空部。中空部可以定义为大于在原子或亚原子规模上的中空部的空腔。MEMS内部可以具有可移动元件。可移动元件可以通过其一端联结到MEMS结构的其余部分，或者可以在至少部分闭合(以防止松动部分从MEMS“逃逸”)的壳体内完全松动(即，未物理地附接到其周围环境)。芯片可以包括MEMS器件和集成电路(IC)，其中IC可以控制MEMS。
MEMS的一个应用是压力传感器。为了构建压力传感器，原则上，只需有一个膜就足够，其中在膜的一侧上具有固定的压力，并且在另一侧上用需要测量的压力对空气或气体进行采样。然后，该膜由于两侧上的压力差而弯曲或变形，并且如果固定电极在一侧上不移动，则固定电极和可移动电极之间的电容发生变化，并且通过测量该电容变化，可以知道压力变化。
虽然构建压力传感器的现有设计可以简单地实现，但是使用CMOS工艺开发的这种现有技术压力传感器具有许多实质性缺点，这些缺点极大地限制了传感器的性能、可靠性和产量，以至于几乎没有用处。
使用CMOS工艺开发的现有压力传感器的另一个问题是，如果通过添加新材料(如铝溅射、PI沉积或其他材料)进行密封，这种实施方式将显著地增加膜的厚度，从而显著地降低传感器的灵敏度。
另一个问题是，一旦膜被密封，参考压力将是在膜下产生的在该室内的压力。这是一个问题，因为像大多数(如果不是所有的话)半导体工艺一样，已知CMOS也有除气作用。这意味着将有气体分子进入参考空腔中，并且最终空腔不会完全地密封。因此，根据空腔和外部空气之间的压力差，压力可能随着时间的推移而发生轻微变化。因此空腔内的参考压力将随时间而漂移，并且这种效应随着温度而加速。
此外，另一个潜在的问题是膜将完全地暴露。传感器设备将无法抵抗恶劣条件，包括灰尘和水等。任何灰尘、水或其他污染物都可能掉落到膜上，导致其灵敏度发生变化或漂移，并最终永久性地损坏设备。根据应用的不同，可靠性不足。在电子烟或胎压监测***(TPMS)等存在污浊空气的应用中，这可能是个问题。此外，与现有的电容式传感器一样，希望简化感测机构以降低成本并提高可靠性。
发明内容
根据本公开中描述的主题的一个方面，提供了一种MEMS压力传感器。MEMS传感器包括由多个金属层中的一者制成的膜。盖子定位在膜之上并连接到膜的远侧端部处的多个腔壁。盖子包括定位在盖子的区域上的孔阵列。固定的金属电极定位在盖子下方。
根据本公开中描述的主题的另一方面，提供了一种MEMS压力传感器。MEMS压力传感器包括由多个金属层中的一者制成膜。该膜包括多个孔。电极定位在膜下方，由多个金属层中的不同金属层制成，该金属层具有与膜相同的形状或至少延伸至膜的多个孔所定位的整个区域。
根据本公开中描述的主题的另一方面，提供了一种MEMS压力传感器。MEMS压力传感器包括由多个金属层中的一者制成的金属层。基座(定位在金属层下方)由多个金属层中的成组的不同金属层制成，基座减小了金属层的中心处的电容间隙。
根据本公开中描述的主题的另一方面，提供了一种MEMS压力传感器。MEMS压力传感器包括由多个金属层中的一者制成的金属层。基座(定位在金属层下方)由多个金属层中的成组的不同金属层制成。该组不同的金属层包括多个翼形电极。
根据本公开中描述的主题的另一方面，提供了一种MEMS压力传感器。一种MEMS压力传感器包括由多个金属层中的一者制成的金属层。活塞(定位在金属层下方)由多个金属层中的成组的不同金属层制成。当压力施加到金属层时，活塞捕获金属层的位移。
根据本公开中描述的主题的另一方面，提供了一种MEMS压力传感器。一种MEMS压力传感器包括由多个金属层中的一者制成的金属层。基座(定位在金属层下方)由多个金属层中的成组的不同金属层制成。金属层包括整体地连接到多个翼形的金属层之一的翼形部分的膜。
本公开的附加特征和优点在本公开的详细描述中进行了描述，并且将从本公开的详细描述中变得清楚。
附图说明
本公开以示例性的方式而非限制性的方式在附图中示出，附图中相同的附图标记用于指代相似的元件。要强调的是，为了讨论的清楚，各种特征可能没有按比例绘制，并且各种特征的尺寸可能被任意地增大或减小。
图1A-1E是根据一些实施例的形成MEMS压力传感器的工艺的示意图，其中未示出二氧化硅、钝化层和衬底。
图2是根据一些实施例的图1A-1D的MEMS压力传感器的横截面视图的示意图。
图3是根据一些实施例的图1A-1D的MEMS压力传感器的SEM图像。
图4A-4D是根据一些实施例的形成MEMS压力传感器的工艺的示意图，其中未示出二氧化硅、钝化层和衬底。
图5是根据一些实施例的图4A-4D的MEMS压力传感器的横截面视图的示意图。
图6是根据一些实施例的MEMS压力传感器的横截面视图的示意图。
图7是根据一些实施例的MEMS压力传感器的分解视图的示意图，其中未示出二氧化硅、钝化层和衬底。
图8是根据一些实施例的图7的MEMS压力传感器的横截面视图的示意图。
图9是根据一些实施例的MEMS压力传感器的横截面视图的示意图，该MEMS压力传感器具有围绕膜的***的孔阵列。
图10A-10B是根据一些实施例的MEMS压力传感器的展开视图和侧视图的示意图，其中未示出二氧化硅、钝化层和衬底。
图11A-11B是根据一些实施例的MEMS压力传感器的金属层的展开视图和侧视图的示意图，其中未示出二氧化硅、钝化层和衬底。
图11C是根据一些实施例的图11A-11B中所示压力传感器的横截面视图的示意图。
图12A-12B是根据一些实施例的MEMS压力传感器的金属层的展开视图和侧视图的示意图，其中未示出二氧化硅、钝化层和衬底。
具体实施方式
本文提供的附图和描述可能已经被简化以说明为清楚理解本文描述的设备、***和方法相关的方面，同时为了清楚起见，消除了典型的类似设备、***和方法中可能存在的其他方面。本领域普通技术人员可以认识到，其他元件和/或操作对于实施本文描述的设备、***和方法可能是期望的和/或必要的。但是由于这些元件和操作在本领域中是众所周知的，并且由于它们不便于更好地理解本公开，因此本文可能不提供对这些元件和操作的讨论。然而，本公开被认为固有地包括本领域普通技术人员已知的对所描述的方面的所有这些元素、变化和修改。
本文使用的术语仅用于描述特定示例实施例的目的，并不旨在限制。例如，如本文所使用的，单数形式“一个”和“该”可以旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包括性的，并由此指定为存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。除非明确地标识为执行的顺序，否则本文描述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或示出的特定顺序执行。还应理解，可以采用附加的或替代的步骤。
尽管术语第一、第二、第三等在本文中可以用于描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应该受这些术语的限制。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分开来。也就是说，比如“第一”、“第二”和其他数字术语在本文中使用时并不意味着顺序或次序，除非上下文明确指出。
本公开的方面涉及MEMS压力传感器及其形成。压力传感器包括盖子、膜和固定电极。此外，传感器可以包括位于盖子的边缘处的竖直壁和具有相同形状的膜，使得它们可以联结以封闭空腔。该空腔可以包含参考压力。传感器的顶部金属层可以是工艺的顶部金属层，或者也可以是任何其他层。在一些实施例中，它可以具有两个孔阵列。
压力传感器包括一个穿过盖子的内部孔阵列，以便蚀刻由盖子、膜和周围的壁形成的空腔内的二氧化硅。此外，外部孔阵列用于蚀刻围绕该空腔的体积。以这种方式，膜可以由金属层制成，该金属层可以不是该工艺的顶部金属层。在一些实施例中，可以不密封金属层，因为它不具有孔。
压力传感器使用固态半导体工艺的后道(backend-of-the-line)(BEOL)金属层制造。
为此，已提出了不同的解决方案，例如使用等离子体和/或利用HF和其他化学物质的湿法蚀刻的组合。这些工艺很难以高产量进行批量生产，尤其是当涉及湿法蚀刻时。
先前已提出的简单后处理方法包括使用单一蒸汽HF(vHF)无掩模的后处理步骤。vHF蚀刻掉存在于BEOL的金属层之间的氧化硅，并留下所有金属。这是Baolab提出的。由于其简单性，它是成本最低的CMOS后处理方法。此外，它可以在相同CMOS铸造厂或封装或装配车间中实施。
在这种方法中，使用金属层(典型地是Al或AlCu和W)来构建MEMS器件，但也可以有其它金属层(如Cu)。通过正确的设计，可能将氧化物捕获在金属外壳内。可以使用其他材料，但它们必须存在于CMOS BEOL中。以前的大多数方法使用特殊的封装(比如叠层封装)，例如LGA，以便保护MEMS。这增加了成本和尺寸，从而最小化或消除了尺寸和成本优势，否则我们将使用CMOS工艺构建MEMS。
Baolab建议使用最顶层的金属层来保护MEMS，同时使用小孔来允许vHF进入MEMS空腔内。稍后，将应用包括铝溅射和图案化的第二组后处理步骤，以正确地密封MEMS器件。这通常会增加CMOS工艺10％的成本。这简化了封装要求，并且无需使用叠层或其他特殊封装。相反，任何标准的封装技术(如QFN或其他)都可以使用。这降低了最终IC的成本和尺寸。
除了顶部金属层之外，底部金属层用于完成MEMS器件所在的金属空腔。这样做是为了限制vHF朝向底部的蚀刻，由于大多数CMOS工艺在为最底部金属层的M1下方确实有掺杂的氧化硅。掺杂的氧化硅对vHF反应非常剧烈，迅速增加蚀刻速度，并留下难以清除的具有很大害处的残留物。这使得设计可移植到大多数CMOS工艺，否则该设计将仅适用于在BEOL的最底部金属层下方未掺杂氧化硅的特殊工艺。
与使用BEOL中的材料来实施MEMS器件的其他解决方案一样，Baolab的解决方案使用金属壁包围MEMS器件，该金属壁在ASIC模具内限定了MEMS空腔。以这种方式，电子器件就被放置在其周围。这些金属壁由金属层(通常由铝制成)和过孔(via)(通常由钨制成)堆叠而成。然而，如果我们使用低于0.18um工艺的较低CMOS节点，材料可能会有所不同，主要是铜。原则上，这不是直的竖直壁，由于DRC规则要求金属层延伸到过孔的边缘之外。然而，如果我们尽力增加暴露在壁上的横向面积，例如在平面电容传感器的情况下，可以对此做出一些例外。这将是铸造厂必须接受的DRV。
使用Baolab的解决方案，竖直金属壁原则上连接顶部金属平面和底部金属平面，从而使所有MEMS空腔在电气上短路。通常我们不会对此感兴趣，或者至少不会在所有空腔中的任意地方发生。为了解决这个问题，Baolab使用了竖直交错锚固结构。这些结构迫使vHF在氧化硅层上下移动，直到耗尽，从而留下一些未蚀刻氧化硅。通过这种方式，我们获得了机械上一致的壁，而不会使顶部和底部金属板发生电气短路。
这特别有效的一个原因是，通常在CMOS工艺的BEOL的金属层之间沉积的氧化硅层存在于两个不同的子层上，每个子层具有不同的氧化物密度。因此，这些层中的一层的vHF蚀刻速率慢于另一层。以这种方式，在竖直方向上用vHF蚀刻氧化硅比水平蚀刻更困难(即，花费更多时间)，由于蚀刻沿氧化硅子层之一传播得更快。利用这些锚固结构，我们迫使vHF在所有慢蚀刻速率的子层进行蚀刻，而无法穿过快蚀刻速率的子层快速传播。这些交错锚固件也可以用于在MEMS的不同位置增加柱或支柱，以便为顶部金属平面提供更大的一致性。这一点尤其重要，由于考虑到通常用铝溅射来支持随后的密封，从而顶部金属平面不会弯曲，否则会破坏MEMS器件或使其无法使用。
这些锚固壁的主要问题是，尽管该锚固壁提供了机械强度，同时使顶部金属平面和底部金属平面电气断开，但其之间的电容非常大。这是由于在交错锚定结构内彼此靠近放置的大表面，一个连接到顶部板，且另一个连接到底部板，甚至更糟的是，其中一个重要部分填充有氧化硅。
与前一个问题相关的另一个问题是，在顶部和底部金属板之间的寄生电容与生产产量和可靠性之间存在关键的权衡。为了最小化这种寄生电容，我们可以最小化锚固结构的长度，减少指状件的数量和/或其高度，和/或能够增加蚀刻时间。以这种方式，如果我们希望将寄生电容最小化，我们将拥有小型锚固结构，在vHF蚀刻后，其中残留在该结构内的氧化硅的量最少。然而，这将是非常脆弱的结构，由于机械冲击、振动或者仅仅是在密封或封装该器件时，容易发生机械故障。这也会导致低产量。由于轻微的过蚀刻将完全去除锚固结构内部的氧化硅，产生顶部部件和底部部件的塌陷，使器件完全无法使用。在生产中，我们需要避免这种对临界vHF蚀刻的要求，因为这始终导致低产量。原因是蚀刻速度和MEMS空腔内蚀刻的氧化硅不仅取决于vHF机器和所应用的配方，也取决于CMOS工艺。尽管我们可以严格控制vHF机器及其配方，但我们无法控制CMOS工艺，其公差通常在30％左右。
除了潜在地需要所有金属层来实施MEMS器件，因此需要特殊的封装工艺，需要在最底部金属板下方未掺杂氧化硅的特定CMOS工艺，以及较大的寄生电容之外，使用CMOSBEOL中的材料来实施MEMS的所有解决方案的两个主要问题是产量和可靠性。当我们使用具有顶部金属平面和底部金属平面的Baolab方法时，这些问题更为关键。然而，如果我们不使用该方法，那么过程变得更加复杂和昂贵，从而失去成本优势，以及批量生产、上市时间甚至性能优势。
当使用CMOS工艺的BEOL金属来实施MEMS器件时，发现的一个主要问题是竖直应力梯度。这在定制MEMS制造工艺中被最小化。然而，在CMOS中，由于这些金属线(其中不用于实施机械结构而仅仅是电气连接)在固态IC中被氧化硅包围，因此残余应力不太受关注，通常导致较大的值。除了较大的残余应力之外，我们通常会发现较大的竖直应力梯度。这导致金属弯曲或卷曲，通常向上，但根据层的不同，也可能向下，尤其是在顶部层。当我们使用顶部金属平面和底部金属平面时，这种弯曲是一个大问题。由于器件上方和下方可用的竖直间隙空间最小，并且器件能够容易地接触到该顶部金属平面和底部金属平面。当MEMS器件接触顶部金属平面或底部金属平面时，其将无法使用。这导致产量和可靠性非常差。
稍微减轻该问题的一种可能性是增加该竖直间隙距离，减少用于MEMS器件本身的金属层的数量。然而，这将降低平面外方向上的性能，由于间隙会更大，并且因此对于相同位移，给定传感器的相对电容变化会减小。同样，在惯性传感器的情况下，我们将被迫采用更小的检测质量块，无法使用所有可用的金属层，从而进一步降低性能。并且减少用于构建该器件的可移动部分的金属层的数量，如在惯性传感器情况下的检测质量块，将会进一步增加其曲率，如下所述，因此需要最小化MEMS器件的曲率高度。这被定义为沿整个MEMS器件或其特定元件的任何金属层在平面外方向的最大竖直位移。
这个问题的一个已知解决方案是堆叠两个或更多个金属层。以这种方式，我们能够增加所得金属结构的曲率半径，从而降低了总曲率高度。然而，尽管这是设计MEMS器件的某些部件的良好解决方案，例如惯性传感器的检测质量块，我们希望使其尽可能大，以提高传感器的灵敏度，但对于弹性件等其他部件，该检测质量块会导致非常大的硬度，从而大大降低灵敏度。实际上，硬度与长度对厚度的三次方成反比，因此增加厚度会很快导致弹性件非常硬。这意味着传感器的灵敏度非常低，而致动器的驱动电压较大。此外，许多层的堆叠受到工艺中金属层的数量的限制，并且如果需要修改或使用在BEOL中具有大量金属层的CMOS工艺，这将迅速增加其成本。
综上所述，需要找到正确的设计来实施MEMS器件，方法是重新使用标准CMOS工艺中存在的BEOL材料，使用vHF蚀刻去除MEMS空腔内的部分氧化硅，之后可以用WLCSP封装，并且这些器件具有非常高的产量、可靠性和性能。
在CMOS之后使用vHF蚀刻后处理步骤的另一个问题是，在CMOS晶圆的顶部沉积和构成图案的SiN钝化层被vHF部分蚀刻去除。这意味着在实践中，除非执行非常短的vHF蚀刻步骤，否则SiN钝化层将被大部分或全部蚀刻去除。这将在晶圆中留下有害的残留物，并且残留物将暴露不应该具有被蚀刻去除的氧化硅的ASIC区域的所有晶圆。
防止这种情况的已知解决方案是增加钝化层的硅含量，通常通过层的折射率或RI来测量。尽管从技术上来说，这并不复杂，但需要工艺调整，对于大型主流铸造厂来说，接受这一点非常具有挑战性。最终，这一要求意味着我们将不再能够使用完全标准的CMOS工艺，因此我们将在一定程度上失去低成本、上市时间短和大批量生产能力的优势。
在各个方面，本文公开的***、器件和方法由vHF蚀刻产生或使用vHF蚀刻来蚀刻掉CMOS工艺的BEOL中的部分氧化硅，从而释放BEOL中存在的将构成MEMS器件的材料，比如美国专利No.11,312,617中所述，其全部内容通过引用并入本文。
一些方面可以包括一种使用CMOS工艺的BEOL材料制造MEMS器件的方法，该方法包括：应用vHF后处理和后衬背(post backing)以形成MEMS器件，从而形成：由多个金属层之一制成的膜；盖子，该盖子位于膜上方并连接到膜的远侧端部处的多个腔壁，其中盖子包括定位在盖子的区域上的孔阵列；以及定位在位于盖子下方的固定金属电极。一些方面可以包括一种使用CMOS工艺的BEOL材料制造MEMS器件的方法，该方法包括：应用vHF后处理和后衬背来形成MEMS器件，以形成：由多个金属层之一制成的膜，其中该膜包括多个孔；以及电极，该电极定位在膜下方，由多个金属层中的不同金属层制成，该金属层具有与膜相同的形状或者至少延伸至膜的多个孔所定位的整个区域。
整个本申请中描述的所有发明概念尽管在原则上适用于CMOS，但也可以适用于任何其它固态半导体工艺的BEOL，如BiCMOS、GaAs、SiGe、GaN、SOI等。
图1A-1E是根据一些实施例的形成MEMS压力传感器100的工艺的示意图，其中未示出二氧化硅、钝化层和衬底。压力传感器100是使用CMOS工艺的后端的四个最顶层金属层构建的。特别地，使用0.18μm的节点，其总共具有6个金属层。这意味着最低的两个金属层(M1和M2)未被使用。因此，可以使用金属层M1和M2来实施下面的专用集成电路(ASIC)。压力传感器100包括圆形金属层M4，如图1A所示。金属层M4被配置成用作下部金属平面和电极。如图1B所示，圆形金属层M5定位在金属层M4上。金属层M5包括放置在其中间区域的膜102。此外，金属层M5具有多个孔，围绕膜102的***形成外部孔阵列104。
如图1C所示，过孔结构106围绕膜102的***放置。如图1E所示，过孔结构V5包括由两个过孔环114A和114B制成的双壁结构，以在压力传感器100中限定内腔并固定膜102的边缘。此外，过孔结构V5可以用于将氧化物捕获在内部以进行压力测量。如图1D所示，圆形金属层M6定位在金属层M5上并用作压力传感器100的盖子。金属层M6包括内部孔阵列108和外部孔阵列110。内部孔阵列108的孔定位成提供通向膜102的通路。此外，外部孔阵列104和110的孔对准以提供通向金属层M4的通路。在一些实施例中，内部孔阵列的孔的每个孔之间的距离至少为20μm。
在一些实施例中，金属层M4、M5和M6具有非圆形的形状。金属层M4、M5和M6采用固态半导体工艺的BEOL金属层制成。
压力传感器100是使用CMOS工艺的后端的四个最顶层金属层构建的。特别地，使用0.18μm的节点，其总共具有6个金属层。这意味着最底部的两个金属层(M1和M2)未被使用，并且可以用于实施下面的ASIC电路。最底部的金属层是直径为100μm的M4。这是电容的下部固定电极。在金属层M4之上，金属层M5具有相同的尺寸。外部孔阵列110的孔的尺寸为0.8μm，并且位于半径为14μm至18.5μm的金属层M5的环形区域中。
这些孔的目的是在晶圆的后处理过程中，允许气相氢氟酸(vHF)蚀刻工艺一直在直径为25μm的膜102下方进行。膜102上方的金属层M5和M4之间的所有氧化物被完全蚀刻掉。这就是孔需要位于膜102外部的原因。此外，优选的是，孔不会延伸得太远，因为这将增加膜102周围的蚀刻，从而将导致机械一致性降低。
金属层M6与金属层M5具有相同的形状。内部孔阵列108的孔定位在金属层M6上的直径为25μm的圆形区域中。这是为了蚀刻膜102上方的所有氧化硅。过孔结构V5是金属层M5和M6之间的过孔层。过孔环114A和114B可以具有过孔结构V5的标准宽度，通常为0.36μm。在这种情况下，过孔环114A和114B被配置成将氧化物捕获在内部，这在水平方向上构建了由氧化物+钨制成的更坚固的复合壁。该壁位于膜102的外部，但是位于金属层M5的外部孔阵列104的内部。
在一些实施例中，使用单个过孔环来形成壁。在一些实施例中，使用多个过孔环来形成壁。这可能适用于某些需要非常大的温度范围的应用。在这种情况下，由于铝、钨和氧化硅之间的热系数不匹配，因此可以使用只需要一个过孔环的纯金属壁。
膜102的上方和下方都完全不含氧化硅，并且可以通过使用过孔结构V5和二氧化硅制成的壁来固定其边缘。膜102外部的金属层M5的其余部分不表现为膜。这是由于两个原因：1.)上方和下方表面之间没有压力差；并且2.)金属层M5的大部分其余部分掩埋在二氧化硅中。因此，金属层M5的远侧部分牢固地附接到BEOL的周围二氧化硅，因此它紧密地支撑膜102。应当注意，vHF后处理在到达金属层M5的边缘之前耗尽。
在金属层M5或M6和金属层M4之间的任何一点处进行到ASIC的电连接以感测电容。在一些实施例中，使用传统的跨导放大器电路进行电容检测。在一些实施例中，使用MEMS实施周期性充电的RC电路来进行电容检测。输出被发送到比较器，以计算电容充电至特定值所需的时间。在一些实施例中，使用MEMS电容来完成电容的检测，以实施环形振荡器，该环形振荡器产生可能取决于MEMS压力传感器的电容的频率，该频率然后可以用于驱动计数器，并且在固定周期之后，该计数器可以给出可能取决于压力传感器的电容值的多个计数。在一些实施例中，使用可以用于测量电容的任何其他电路来进行电容检测。
图2是根据一些实施例的MEMS压力传感器100的横截面视图的示意图。特别地，图2示出了使用vHF蚀刻工艺处理的二氧化硅层202。此外，与压力传感器100的CMOS工艺相关的钝化层204A和204B定位在二氧化硅层202上，以保护并屏蔽二氧化硅层202免受腐蚀。密封件206可以定位在内部孔阵列108之上。
使用密封件206的一个原因是保护膜102完全不暴露。任何灰尘或污染物都必须穿过外部孔阵列110(由于该孔的尺寸较小，这已经非常困难)，然后灰尘或污染物必须行进并到达金属层M4的表面。如果膜102上方的内部孔阵列108保持打开并密封膜周围的孔阵列，一些灰尘或污染物可能穿过内部孔阵列108的顶部金属孔。这将直接到达膜102的表面上方。因此，这种密封内部孔阵列108并将这些孔留在外部区域的方法增加了额外的保护水平。使用密封件206的另一个原因是它保持膜102中的参考压力，其中膜102的所有内表面可以由金属(铝和钨)制成。这防止了除气效应或使除气效应变得非常困难，该除气效应可能导致该参考压力随时间的漂移。
在一些实施例中，使用激光渗出(laser bleeding)或类似技术局部地熔化金属来形成密封件206，使得内部孔阵列108的孔被密封。在一些实施例中，密封件206使用密封材料形成。在一些实施例中，可以使用标准半导体和光刻技术在内部孔阵列108的孔上沉积和图案化密封件。在一些实施例中，使用铝溅射形成密封件206。在一些实施例中，使用晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)工艺等的标准PI密封来形成密封件206。在一些实施例中，密封件206使用钝化层204的氮化硅残留物形成，以用于密封内部孔阵列108的孔。在一些实施例中，通过使用WLCSP中的标准凸块技术沉积凸块来形成密封件206。
金属层M4的端部部分延伸并牢固地锚定在二氧化硅层202内，以形成电容锚固件210A和210B，并且金属层M5的端部部分延伸并牢固地锚定在二氧化硅层202内以形成电容锚固件212A和212B。电容锚固件214A和214B由金属层M4的端部部分限定，该端部部分延伸并牢固地掩埋在二氧化硅层202内。电容锚固件210、212和214被配置成为金属层M4、M5和M6提供机械支撑，并提供测量膜102处的压力所需的必要电容。
压力传感器100包括用于捕获气体以测量压力的空腔216。空腔216提供使用过孔结构V5形成的腔壁218A和218B。腔壁218A和218B连同密封件206被配置成最小化除气并提高压力测量精度。
图3是根据一些实施例的MEMS压力传感器100的SEM。特别地，图3示出了来自蚀刻SiN钝化层的残留物302。这是不希望的影响，因为与vHF蚀刻工艺相关联的长蚀刻时间需要完全蚀刻掉不能具有孔的膜102下方的所有氧化物。残留物302甚至会堵塞内部孔阵列108和外部孔阵列110的蚀刻孔。解决这个问题的一种方法是对vHF蚀刻工艺采用一种不太具有侵蚀的方法。另一种方法是调整蚀刻时间。另一种选择是增加钝化层的硅含量，提高RI，因为这增加了被蚀刻的SiN的电阻。
当(通过金属层M4下方的固定电极和通过金属层M5或M6的膜)向两个电极施加电压时，通过用导出对压力的灵敏度(电容变化对压力变化)阻抗分析仪测量电容变化来计算硬度和谐振频率。令人惊讶的是，膜比预期的相对更软。这种柔软度可能是由于与其他MEMS传感器(如惯性传感器)相比，蚀刻没有孔的长型膜下的二氧化硅需要更长的蚀刻时间。较长的蚀刻时间必须蚀刻掉金属层的更多ARC/TiN子层，从而降低膜的整体硬度。这是优选的，因为它导致更敏感的压力传感器，并且它可以通过vHF蚀刻工艺使用更长或更短的蚀刻时间来调制。尽管超过一定时间后，当所有的ARC/TiN子层都消失时，压力传感器的柔软度和灵敏度应该没有任何进一步的提高。
图4A-4D是根据一些实施例的形成MEMS压力传感器400的工艺的示意图，其中未示出二氧化硅、钝化层和衬底。压力传感器400包括圆形金属层M4，如图4A所示。金属层M4被配置成用作直径为100μm的下部固定电极。如图4B所示，圆形金属层M5放置在金属层M4之上。金属层M5被配置成用作压力传感器300的膜。如图4C所示，双环形过孔402定位在直径为25μm的金属层M5上。如图4D所示，圆形金属层M6定位在双环形过孔402之上。在这种情况下，金属层M6被配置为用于压力传感器400的盖子。还有，金属层M6包括内部孔阵列404和外部孔阵列406。
在一些实施例中，金属层M4、M5和M6具有非圆形的形状。金属层M4、M5和M6采用固态半导体工艺的BEOL金属层制成。
压力传感器400被配置成使得膜/金属层M5不延伸到二氧化硅层。在这种情况下，金属层M5不包括电容锚固件。这是因为在金属层M5的边缘处用双环形过孔406构建的空腔的竖直壁足以在其边缘固定膜M5。这将在图5中进一步详细讨论。
在一些实施例中，不使用金属层M6，并且该金属层是可选特征。
图5是根据一些实施例的MEMS压力传感器400的横截面视图的示意图。特别地，图5示出了使用vHF蚀刻工艺处理的二氧化硅层502。此外，钝化层504A和504B定位在二氧化硅层502上，以保护并屏蔽二氧化硅层502免受腐蚀。密封件506可以定位在内部孔阵列108的孔之上。应当注意，密封件506使用与本文所述密封件206相同的方法形成。
压力传感器400包括用于捕获气体以测量压力的空腔516。空腔516包括使用双环形过孔V5形成的腔壁518A和518B。腔壁518A和518B连同密封件506被配置成最小化除气并提高压力测量精度。此外，每个腔壁518A和518B包括填充有来自二氧化硅层502的氧化物的区域520，该二氧化硅层未被vHF蚀刻工艺蚀刻。
金属层M4的端部部分延伸并牢固地锚定在二氧化硅层502内，以形成电容锚固件510A和510B。金属层M6的端部部分延伸并牢固地锚定在二氧化硅层502内，以形成电容锚固件512A和512B。电容锚固件510和512被配置成为金属层M4和M6提供机械支撑，并提供必要的电容来测量膜/金属层M5处的压力。腔壁518A和518B的边缘提供足够的机械支撑来固定膜/金属层M5。
图6是根据一些实施例的MEMS压力传感器600的横截面视图的示意图。压力传感器600类似于压力传感器400。关键区别在于增加了更大的腔壁602A和602B，从而产生更大的空腔604和更短长度的压力传感器600的金属层M1。较大的腔壁602A和602B可以使用竖直地堆叠的附加双环形过孔(比如双环形过孔406)来形成。压力传感器600通过减小金属层M1的尺寸来减小金属层M1与金属层M6的延伸部之间的寄生效应，金属层M1的尺寸不需要与金属层M6的尺寸相同。金属层M1的较短长度和较大的腔壁602保护了金属层M1下方的IMD氧化物，因为vHF蚀刻工艺不需要到达金属层M1进行处理。优选地，使金属层M1下方的IMD氧化物免于vHF工艺到达，因为这种氧化物通常被掺杂，从而产生具有危害的反应并损坏晶圆。
图7是根据一些实施例的MEMS压力传感器700的分解视图的示意图，其中未示出二氧化硅、钝化层和衬底。压力传感器700包括圆形金属层M1，该金属层是支撑压力传感器700的所有结构并防止vHF工艺到达金属层M1下面的IMD氧化物的下部金属平面。金属层M1可以具有90μm的直径。环形过孔V1被放置在直径为25μm的金属层M1之上。金属层M2定位在环形过孔V1之上。金属层M2包括环形过孔702，其中环形过孔702内设置有圆形金属平面704。环形过孔702可以具有42μm的直径，并且圆形金属平面704可以具有25μm的直径。过孔结构V2定位在金属层M2之上。过孔结构V2包括第一过孔环706，其中该第二过孔环708第一过孔环706内。第一环形过孔706可以具有42μm的直径，并且第二环形过孔708可以具有25μm的直径。
金属层M3定位在过孔结构V2之上。金属层M3包括环形过孔710，其中圆形金属平面712定位在环形过孔710内。环形过孔710可以具有42μm的直径，并且圆形金属平面712可以具有25μm的直径。过孔结构V3定位在金属层M3之上。过孔结构V2包括第一过孔环714，其中第二过孔环716定位在第一过孔环714内。第一环形过孔714可以具有42μm的直径，并且第二环形过孔716可以具有25μm的直径。
金属层M4定位在过孔结构V3之上。金属层M4包括环形过孔718，其中圆形金属平面720定位在环形过孔718内。环形过孔718可以具有42μm的直径，并且圆形金属平面720可以具有25μm的直径。过孔结构V4是定位在金属层M4之上的环形过孔722。环形过孔722可以具有42μm的直径。
金属层M5定位在过孔结构V4之上。金属层M4包括环形过孔724和压力传感器700的膜726，该膜是定位在环形过孔718内的圆形金属平面。环形过孔724可以具有42μm的直径，并且膜726可以具有25μm的直径。过孔结构V5定位在金属层M5之上。第一环形过孔714可以具有42μm的直径。过孔结构V5包括第一过孔环728，其中双环形过孔730定位在第一过孔环728内。双环形过孔730被配置成限定膜腔的竖直壁，从而在vHF蚀刻工艺之后将氧化硅捕获在内部。这在图8中更详细地示出。
金属层M6定位在过孔结构V5之上。金属层M6包括被配置为压力传感器700的盖子的圆形金属平面732。此外，金属层M6包括内部孔阵列734和外部孔阵列736。内部孔阵列734的孔定位成提供通向膜726的通路。此外，外部孔阵列736的孔被对准以提供通向金属层M1的通路。这在图8中更详细地示出。
在一些实施例中，金属层M1-M6具有非圆形的形状。金属层M1-M6采用固态半导体工艺的BEOL金属层制成。
在一些实施例中，不使用金属层M6，并且该金属层是可选特征。
图8是根据一些实施例的压力MEMS传感器700的横截面视图的示意图。具体而言，图8示出了与图2中描述的二氧化硅层202类似的二氧化硅层802，其使用本文描述的vHF蚀刻工艺进行处理。此外，钝化层804A和804B定位在二氧化硅层802上，以保护并屏蔽二氧化硅层802免受腐蚀。密封件806可以定位在内部孔阵列734上方。应当注意，密封件806使用与本文所述密封件206相同的方法形成。在一些实施例中，不使用密封件806，并且该密封件是可选部件。
压力传感器700包括用于捕获气体以测量压力的空腔816。空腔816包括使用过孔结构V5形成的腔壁818A和818B。腔壁818A和818B连同密封件806被配置成最小化除气并提高压力测量的精度。此外，每个腔壁818A和818B包括填充有来自氧化硅层802的氧化物的区域821，该氧化硅层未被vHF蚀刻工艺蚀刻。
金属层M6的端部部分延伸并牢固地掩埋在二氧化硅层802内，以形成电容锚固件810A和810B。金属层M1的端部部分延伸并牢固地掩埋在二氧化硅层502内，以形成电容锚固件812A和812B。电容锚固件810和812被配置成为金属层M6和M1提供机械支撑以及测量膜压力726所需的电容。腔壁818A和818B的边缘提供足够的机械支撑来固定膜726。
使用过孔环V1、708和716连同金属层M1和金属平面704、712和720形成基座820。特别地，基座820被配置成支撑膜726和盖子(金属层M6)并增加膜和下面的固定电极之间的距离。压力传感器700使用不同于压力传感器100和400的锚固件类型。基座820可以产生更紧凑的设计，尽管蚀刻仍可以确定钝化层802下方的水平尺寸。然而，正确的尺寸和工艺参数可以产生更低的寄生电容。基座820和vHF蚀刻需要调整以在寄生电容和产量之间进行权衡。此外，基座820包括填充有来自氧化硅层802的氧化物的多个区域824，该氧化硅层未被vHF蚀刻工艺蚀刻。
使用过孔环702、706、710、714、718、722、724和728以及金属平面704、712、720和726形成竖直电容锚固件822A和822B。竖直电容锚固件822A和822B被配置成保护并防止vHF蚀刻工艺蚀刻与竖直电容锚固件822A和822B相邻的二氧化硅层802的侧壁。此外，竖直电容锚固件822A和822B为被配置为压力传感器700的盖子的金属层M6提供额外的支撑。
图9是根据一些实施例的MEMS压力传感器900的横截面视图的示意图，该MEMS压力传感器具有围绕膜904的***的孔阵列902。具体而言，图9示出了与图2中描述的二氧化硅层202类似的二氧化硅层906，其使用本文描述的vHF蚀刻工艺进行处理。此外，钝化层908A和908B定位在二氧化硅层906上，以保护并屏蔽二氧化硅层904免受腐蚀。密封件910A和910B可以放置在孔阵列902之上。应当注意，密封件910A和910B使用与本文所述用于密封件206相同的方法形成。在一些实施例中，不使用密封件910A和910B，并且它们是可选部件。
在一些实施例中，密封件910和910B使用沉积或通过激光渗出或其他技术形成。
在一些实施例中，孔阵列定位穿过形成膜904的所有金属层M6。
在一些实施例中，孔阵列定位在金属层M6的***处或距金属层M6的中心的限定径向距离内(如图9所示)。这允许更长的蚀刻时间，以蚀刻掉金属层的TiN子层，仅留下暴露的Al层，这降低了层的硬度，增加了压力900的灵敏度。在一些实施例中，退火(如在300摄氏度下退火1小时)进一步降低了金属层的硬度。
压力传感器900包括金属层M5和M6。金属层M5被配置为下层电极。金属层M5的端部部分被掩埋并牢固地锚定在二氧化硅层906内，从而形成电容锚固件912A和912B。金属层M6的端部部分被掩埋并牢固地锚定在二氧化硅层906内，从而形成电容锚固件914A和914B。金属层M6的一部分用作压力传感器900的膜904。压力传感器900的配置避免了必须密封膜904，因为它不具有孔。此外，孔阵列902的孔形成在金属层M6上并围绕膜914的***。
图10A-10B是根据一些实施例的MEMS压力传感器1000的展开视图和侧视图的示意图，其中未示出二氧化硅、钝化层和衬底。压力传感器1000包括圆形金属层M1，该金属层被配置为直径为100μm的下部电极，如图10A所示。环形过孔V1定位在金属层M1上。圆形金属层M2定位在环形过孔V1上。环形过孔V2放置在金属层M1上。圆形金属层M3定位在环形过孔V2上。环形过孔V3定位在金属层M1上。
金属层M4定位在环形过孔V3上。金属层M5定位在金属层M4上。此外，金属层M5被配置成包括压力传感器1000的膜1004。此外，金属层M5包括孔阵列1002，该孔阵列在金属层M5的顶部表面上具有多个孔。优选地，压力传感器1000的最顶层被配置为膜1004，同时最小化硬度。
在一些实施例中，压力传感器1000的金属层M1-M5具有非圆形的形状。金属层M1-M6采用固态半导体工艺的BEOL金属层制成。
当施加压力时，膜1004在其中心位置偏转，并且围绕边缘的偏转可以是最小的。这意味着对膜1004的外部区域的电容变化的贡献是最小的。然而，膜1004的这些外部区域可能有助于初始电容。
压力传感器1000在膜1004的中心部分处显著有助于初始电容，在该处位移或偏转最大。这样做的方法是实施金属层M1，使得该金属层不仅在膜1004下面，而且在下方的一些位置上。如图10B所示，通过堆叠金属层M1-M4和环形过孔V1-V3形成具有柱形形状的基座1006。应当注意，基座1006被配置成减小膜1004的中心的电容间隙，并增加其***的电容间隙。基座1006可以位于膜1004的中心处并附接到金属层M1。
优选地，不使用附加顶部金属层(比如M6)来最小化压力传感器1000的厚度。在一些实施例中，膜包括既不定位在膜1004的中心处也不定位在其边缘处的孔。
在一些实施例中，压力传感器1000包括额外的过孔以形成基座1006。在一些实施例中，膜1004在其他金属层M1-M4上实施。在一些实施例中，如果金属层M5不是最顶部的金属层，则膜1004在最顶部的金属层上实施。
图11A-11B是根据一些实施例的具有全杠杆(full leverage)膜的MEMS压力传感器1100的金属层的展开视图和侧视图的示意图，其中未示出二氧化硅、钝化层和衬底。压力传感器1100包括被配置为下部电极的圆形金属层M1，如图11A所示。金属层M2定位在金属层M1上。金属层M2被配置为可移动电极。过孔层V2定位在金属层M2上。过孔层V2具有与金属层M2相似的设计，并且是可移动的。金属层M3定位在过孔层V2上。金属层M3具有与金属层M2相似的结构，并且是可移动的。过孔层V3包括环形地定位在金属层M3上的多个过孔1102。金属层M4定位在过孔层V3上。金属层M4由定位在过孔1102上的多个桥接件或弹性件1104组成。
过孔层V4定位在金属层M4上。过孔层V4具有定位在桥接件或弹性件1104上的第一部分1106。过孔层V4的第二部分1108定位在金属层M4的其余部分上。金属层M5定位在过孔层V4上。金属层M5包括定位在过孔层V4的第一部分1106上的第一部分1110。金属层M5的第二部分1112定位在金属层M4的其余部分上。过孔层V5是定位在金属层M5的第一部分1110上的环形过孔。金属层M6定位在过孔层V5上。金属层M6被配置成包括压力传感器1100的膜1114。
金属层M1和M4-M6被配置成具有圆形形状和径向尺寸，如图11B所示。在一些实施例中，金属层M1和M4-M6被配置成具有不同于圆形的形状。金属层M2和M3具有精确的径向尺寸，但相对地小于金属层M1和M4-M6。过孔层V2具有圆形形状，并且尺寸类似于金属层M2和M3。过孔层V4具有圆形形状，并且径向地大于过孔层V2，但是小于金属层M1和M4-M6。
在一些实施例中，压力传感器1000的金属层M1-M5具有非圆形的形状。金属层M1-M6采用固态半导体工艺的BEOL金属层制成。
图11C示出了根据一些实施例的压力传感器1100的横截面视图。在这种情况下，钝化层1122位于二氧化硅层1120上。在压力传感器1100的图11C所示的实施例中，孔阵列1120可以定位在膜1114上。应当注意，压力传感器1100利用膜1114来产生或感测超声波的压力。在一些实施例中，膜1114可以不包括孔阵列。
此外，压力传感器1100包括在其中心的内部活塞1116，以捕获膜1114的位移并将该位移朝向压力传感器1100的内部传输。桥接件或弹性件1104在一侧上附接到中心活塞1122，并且在另一侧上附接到固定支撑件1112，使得当活塞1122竖直地移位时，桥接件或弹性件1104倾斜。金属层M2和M3以及过孔层V2平行于桥接件或弹性件1104倾斜，包括金属层M1。内部电极1120A和1120B使用堆叠的金属层M2和M3来实施，因为仅使用一个金属层可能过度弯曲。
在一些实施例中，金属层M4和M5包括在中心的孔，以允许中心活塞1116的位移，该中心活塞由相同的金属层M4和M5加上将金属层M5连接到由金属层M5制成的膜1114的过孔层V4和V5制成。压力传感器1100的中心的这个孔填充有与金属层M4的位置处的桥接件一致的直线。
在一些实施例中，当中心活塞竖直地移位时，由金属层M4制成的桥接件或弹性件1104倾斜。每个桥接件或弹性件附接到由金属层M2和M3以及过孔层V3构成的内部电极的一部分。以这种方式，当桥接件或弹性件1104倾斜时，内部电极1120A和1120B也倾斜，因为该内部电极平行于它们所附接的桥接件或弹性件1104移动和倾斜。
在一些实施例中，如果金属层M6不是最顶部的金属层，则膜1104在最顶部的金属层上实施。
美国专利No.11,312,617中描述了用于实施压力传感器1100的类似方法，该专利的全部内容通过引用并入本文。
图12A-12B是根据一些实施例的MEMS压力传感器1200的金属层的展开视图和侧视图的示意图。压力传感器1200包括圆形金属层M1、过孔层V1、金属层M2、过孔层V2、金属层M3、金属层M4、过孔层V4和圆形金属层M5，如图12A所示。金属层M2和M3以及过孔层V2各自都被配置成翼形并且尺寸相似。此外，金属层M2和M3以及过孔层V1和V2被堆叠以形成定位在金属层M1上的基座1206，如图12B所示。在这种情况下，基座1206远离压力传感器1200的中心定位。金属层M4包括翼形部分1202和整体地连接到翼形部分1202的膜1204。基座1206位于翼形部分1202下方，这是发生最大位移的地方。过孔层V4是定位在膜1204的远侧端部上的过孔1208。金属层M5定位在过孔层V4上。
压力传感器1200不像在压力传感器1100中那样包括活塞。当压差施加到膜1204的远侧端部时，翼形部分1202可以从膜1204的具有最大斜率的最佳锚固点开始。此外，可以增加翼形部分1202的尺寸和/或在翼形部分1202的端部处增加基座1206，这产生最大位移。这加强了翼形部分1202的边缘部分对总电容的影响，因此最大化了压力传感器1200的灵敏度。
在一些实施例中，提供ASIC用作轮胎压力监测***(TPMS)。如本文所述，该ASIC包括MEMS压力传感器。压力传感器单片地集成在ASIC的BEOL中。
在一些实施例中，提供ASIC用作电子烟传感器。如本文所述，该ASIC包括MEMS压力传感器。压力传感器单片地集成在ASIC的BEOL中。在电子烟中使用压力传感器来检测用户的进气量。这是通过使用压差传感器来完成的。当用户吸气时，吸入空气，压差传感器的前部部分比后部基准更快地发现压力下降。因此，压差传感器发现压差，并且在给定的阈值下，它会触发打开电子烟灯丝的信号。
除了尺寸和组装期间的焊接误差之外，在SMD技术中使用MEMS压力传感器并因此降低成本具有益处。目前，驻极体型(electret-type)压力传感器用于大多数电子烟。然而，MEMS压力传感器IC更小。这样做的后果是，由于在电子烟内发现的油和灰尘，到达压力传感器后部基准的较窄空气路径更容易被堵塞或隔离一段时间。当这种情况发生时，背压基准不再发现环境的真实压力。
然后，当环境压力因环境条件而变化和/或用户移动到更高或更低的高度时，压力传感器的前侧会检测到它，并且它触发阈值，在用户不吸气时加热灯丝。防止这种情况的一种方法是使用非差压传感器，如该专利中公开的传感器。电路(优选地数字电路)可以跟踪环境压力。优选地，可以通过对测量的压力的移动平均值来实现。移动平均值可能不会对测量的压力做出即时反应，从而允许检测吸气事件。应当注意，也可以使用其他类型的平均值。不存在后部基准的压力输入端口被堵塞或与实际压力隔离的风险，因为没有此类端口，并且只有主端口最佳地暴露于空气中以测量压力。可以使用本文描述的MEMS压力传感器用作电子烟中的压差传感器。
在一些实施例中，提供了集成电路用作麦克风。如本文所述，该集成电路包括MEMS压力传感器。压力传感器单片地集成在集成电路的BEOL中。
在一些实施例中，提供了用作超声波传感器的集成电路。如本文所述，该集成电路包括MEMS压力传感器。压力传感器单片地集成在集成电路的BEOL中。
所描述的不同实施方式的元素或步骤可以组合以形成之前未具体阐述的其他实施方式。元件或步骤可以从先前描述的***或过程中省去，而不会对其操作或***的总体操作产生不利影响。此外，各种单独的元件或步骤可以组合成一个或更多个单独的元件或步骤，以执行本说明书中描述的功能。
说明书中提到的“一个实施方式”或“一种实施方式”意味着结合该实施方式描述的特定特征、结构或特性包括在本公开的至少一种实施方式中。说明书中的不同地方出现的短语“在一个实施方式中”、“在一些实施方式中”、“在一个实例中”、“在一些实例中”、“在一种情况下”、“在一些情况下”、“在一个实施例中”或“在一些实施例中”不一定都指同一实施方式或实施例。
最后，出于说明和描述的目的，已经呈现了本公开的实施方式的上述描述。它并不旨在穷举或将本公开限制于所公开的精确形式。根据上述教导，许多修改和变化是可能的。本公开的范围旨在不受该详细描述的限制，而是受本申请的权利要求的限制。本领域技术人员将应当理解，在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，本公开可以以其他特定形式实施。因此，本公开旨在说明而非限制在以下权利要求中阐述的本公开的范围。

Claims (31)

1.一种MEMS压力传感器，其包括：
膜，所述膜由多个金属层中的一者制成；
盖子，所述盖子定位在所述膜之上并连接到所述膜的远侧端部处的多个腔壁，其中所述盖子包括定位在盖子的区域上的孔阵列；以及
固定金属电极，所述固定金属电极定位在所述盖子下方。
2.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器，其中，所述盖子使用所述多个金属层中的不同于所述膜的金属层形成，并且所述膜使用所述盖子下方的第一金属层形成。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的MEMS压力传感器，其中，所述膜和盖子包括圆形形状。
4.根据权利要求3所述的MEMS压力传感器，其中，所述盖子和膜中的至少一者的直径大约为25μm、50μm、75μm或100μm。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的MEMS压力传感器，其中，所述金属层使用固态半导体工艺的后道金属层形成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的MEMS压力传感器，其中，所述腔壁使用至少一个过孔结构形成。
7.根据权利要求6所述的MEMS压力传感器，其中所述至少一个过孔结构包括双环形过孔。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的MEMS压力传感器，其中，所述孔阵列保护所述膜免受污染。
9.根据权利要求1至9中任一项所述的MEMS压力传感器，其中，所述盖子包括定位在所述盖子上的不同于由所述孔阵列限定的区域的第二区域上的第二孔阵列。
10.根据权利要求9所述的MEMS压力传感器，其中，所述盖子的所述第二区域远离所述膜定位。
11.根据权利要求9所述的MEMS压力传感器，其中，所述膜包括与所述盖子的第一孔阵列对准的第三孔阵列。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的MEMS压力传感器，其中所述多个金属层中的成组金属层被配置为基座。
13.根据权利要求12所述的MEMS压力传感器，其中，所述基座减小了所述膜的中心处的电容间隙。
14.根据权利要求13所述的MEMS压力传感器，其中，当施加压力时，所述膜偏离其中心位置。
15.根据权利要求12所述的MEMS压力传感器，其中，所述成组金属层为翼形。
16.根据权利要求13所述的MEMS压力传感器，其中，所述膜整体地连接到所述多个金属层中的一者的翼形部分。
17.根据权利要求14所述的MEMS压力传感器，其中，所述膜通过连接在所述膜的远侧端部处的过孔与所述盖子连接。
18.一种MEMS压力传感器，其包括：
膜，所述膜由多个金属层中的一者制成，其中所述膜包括多个孔；以及
电极，所述电极定位在所述膜下方，由多个金属层中的不同金属层制成，所述金属层具有与所述膜相同的形状或至少延伸至所述膜的所述多个孔所定位的整个区域。
19.根据权利要求18所述的MEMS压力传感器，其中，所述金属层使用固态半导体工艺的后道金属层形成。
20.根据权利要求18至19中任一项所述的MEMS压力传感器，其中，所述膜包括距所述多个孔中的每个孔至少20μm的距离。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的MEMS压力传感器，其还包括活塞，所述活塞形成用于在压力施加到所述膜时捕获所述膜的位移。
22.根据权利要求18至21中任一项所述的MEMS压力传感器，其中，所述多个金属层中的成组金属层是可移动电极，所述可移动电极被配置成在所述活塞移位时倾斜。
23.一种MEMS压力传感器，其包括：
金属层，所述金属层由多个金属层中的一者制成；以及
基座，所述基座定位在所述金属层下方，由多个金属层中的成组的不同金属层制成，其中所述基座减小了所述金属层的中心处的电容间隙。
24.根据权利要求23所述的MEMS压力传感器，其中，当施加压力时，所述金属层偏离其中心位置。
25.根据权利要求23至24中任一项所述的MEMS压力传感器，其中所述多个金属层包括金属层M1-M6，其中所述金属层M6是最顶部的金属层，并且所述金属层M5是第二顶部的金属层，并且其中所述基座由金属层M1-M4和多个过孔结构V1-V3制成。
26.一种MEMS压力传感器，其包括：
金属层，所述金属层由多个金属层中的一者制成；以及
基座，所述基座定位在所述金属层下方，由所述多个金属层中的成组的不同金属层制成，其中所述成组的不同金属层包括多个翼形金属层。
27.根据权利要求25所述的MEMS压力传感器，其中，所述金属层通过连接在金属层的远侧端部处的过孔连接到另一金属层。
28.一种MEMS压力传感器，其包括：
金属层，所述金属层由多个金属层中的一者制成；以及
活塞，所述活塞定位在所述金属层下方，由多个金属层中的成组的不同金属层制成，其中当压力施加到所述金属层时，所述活塞捕获所述金属层的位移。
29.根据权利要求25所述的MEMS压力传感器，其中，所述多个金属层中的成组金属层是可移动电极，所述可移动电极被配置成在所述活塞移位时倾斜。
30.一种MEMS压力传感器，其包括：
金属层，所述金属层由多个金属层中的一者制成；以及
基座，所述基座定位在所述金属层下方，由多个金属层中的成组的不同金属层制成，其中所述金属层包括整体地连接到多个翼形金属层中的一者的翼形部分的膜。
31.根据权利要求30所述的MEMS压力传感器，其中，所述基座远离所述金属层的中心定位。
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