[發(fā)明專(zhuān)利]用于制造傳感器的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010624375.7
• 申請(qǐng)日: 2010-12-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102157679A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: N·V·曼特拉瓦迪;S·K·加米奇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L41/22
• 分類(lèi)號(hào): H01L41/22;G01P15/12;G01L9/06
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 柯廣華;王忠忠

技術(shù)領(lǐng)域

一般來(lái)說(shuō)，本文中的主題涉及基于半導(dǎo)體微機(jī)電(MEMS)的傳感器配置，它們可用于檢測(cè)從機(jī)械應(yīng)力、化學(xué)機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力、電磁場(chǎng)等等生成的小力或撓曲。更具體來(lái)說(shuō)，本文所公開(kāi)的主題涉及用于制造基于MEMS的傳感器，特別是具有壓阻式讀出的加速度和壓力傳感器的方法。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體微電子和基于MEMS的傳感器的發(fā)展極大地用來(lái)減小這類(lèi)傳感器的尺寸和成本。已經(jīng)充分記載了硅微傳感器的電和機(jī)械性質(zhì)。硅微機(jī)械加工和半導(dǎo)體微電子技術(shù)已經(jīng)成長(zhǎng)為具有許多實(shí)際應(yīng)用的至關(guān)重要的傳感器工業(yè)。例如，微機(jī)械加工的硅壓力傳感器、加速度傳感器、流量傳感器、濕度傳感器、麥克風(fēng)、機(jī)械振蕩器、光和RF開(kāi)關(guān)、衰減器、微閥、噴墨打印頭、原子力顯微鏡探針(microscopy?tip)等等眾所周知在大量醫(yī)療、航天、工業(yè)和汽車(chē)市場(chǎng)中已經(jīng)得到各種應(yīng)用。硅的高強(qiáng)度、彈性和回彈力使它成為可以例如可用于電子頻率控制或傳感器結(jié)構(gòu)的共振結(jié)構(gòu)的理想基礎(chǔ)材料。甚至諸如手表、斯庫(kù)巴潛水設(shè)備和手持輪胎壓力計(jì)之類(lèi)的消費(fèi)類(lèi)商品可結(jié)合硅微機(jī)械加工傳感器。

在不斷擴(kuò)大的使用領(lǐng)域中對(duì)硅傳感器的需求繼續(xù)激發(fā)對(duì)于為特定環(huán)境和應(yīng)用而優(yōu)化的新的和不同的硅微傳感器幾何尺寸和配置的需要。遺憾的是，傳統(tǒng)的塊硅微機(jī)械加工技術(shù)的一個(gè)缺點(diǎn)在于，所得到的硅微結(jié)構(gòu)的輪廓和幾何尺寸極大地受到制造方法限制。例如，采用常規(guī)蝕刻技術(shù)來(lái)蝕刻硅結(jié)構(gòu)部分受硅襯底的晶體取向限制，這限制了許多預(yù)期結(jié)構(gòu)的幾何尺寸和小型化努力。

測(cè)量壓力或加速度的微傳感器的不斷增加的使用已經(jīng)刺激了例如用作電容器以及產(chǎn)生靜電力的小硅板結(jié)構(gòu)的發(fā)展。例如，存在使用互相交叉的多晶硅板的陣列來(lái)測(cè)量電容的微傳感器。類(lèi)似地，存在使用分層板的陣列來(lái)產(chǎn)生靜電力的微傳感器。此外，存在響應(yīng)諸如重量或加速度之類(lèi)的力而測(cè)量硅結(jié)構(gòu)的撓曲或彎曲的微傳感器。

在希望獲得壓力和加速度測(cè)量結(jié)果這兩者的應(yīng)用中。在這類(lèi)應(yīng)用中，在單個(gè)芯片上制造壓力和加速度傳感器這兩者會(huì)是有利的。隨著壓力和加速度傳感器制造成較小尺寸，希望將兩種類(lèi)型的傳感器集成到單個(gè)芯片上，并且同時(shí)優(yōu)化材料和結(jié)構(gòu)特性以及制造方法。還希望制造具有高靈敏度和高可靠性的更小的加速度傳感器。

一般來(lái)說(shuō)微機(jī)電裝置以及具體來(lái)說(shuō)加速度計(jì)和壓力傳感器的不斷擴(kuò)大的使用領(lǐng)域已經(jīng)引起對(duì)于更小裝置的需求。遺憾的是，生產(chǎn)對(duì)加速度或壓力的小變化也極為敏感的更小裝置一直存在困難。例如，一直需要將足夠薄的撓曲結(jié)構(gòu)與足夠大的檢測(cè)質(zhì)量(或地震質(zhì)量)組合以對(duì)加速度的小變化進(jìn)行響應(yīng)的更小加速度計(jì)。另外，由于所使用的裝置的小尺寸和幾何尺寸的薄性質(zhì)，用于生產(chǎn)這類(lèi)微機(jī)械加工裝置的常規(guī)技術(shù)會(huì)有在制造過(guò)程期間破損以及在現(xiàn)場(chǎng)可能降低的可靠性的風(fēng)險(xiǎn)。

有利的是，提供在單個(gè)芯片上制造的一個(gè)或多個(gè)傳感器，它們以改進(jìn)的制造和操作可靠性來(lái)提供所需的性能特性。

發(fā)明內(nèi)容

在一個(gè)實(shí)施例中，公開(kāi)一種用于制造傳感器的方法，包括下列步驟：在半導(dǎo)體襯底晶片中形成襯底凹槽；在半導(dǎo)體裝置晶片中形成裝置凹槽，其中裝置晶片包括第一裝置層、第二裝置層、第一氧化層和第二氧化層，其中第一氧化層位于第一裝置層之下，第二裝置層位于第一氧化層之下，第二氧化層位于第二裝置層之下，以及其中裝置凹槽貫穿第一裝置層以露出第一氧化層；將第一裝置層固定到襯底晶片，其中裝置凹槽在襯底凹槽之上對(duì)齊；以及將至少一個(gè)壓阻傳感器元件植入第二裝置層以感測(cè)第二裝置層中的撓曲。

在另一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括在裝置晶片中形成設(shè)置在襯底凹槽之上的懸掛結(jié)構(gòu)，其中懸掛結(jié)構(gòu)包括邊界區(qū)域，邊界區(qū)域除了在邊界區(qū)域的撓曲區(qū)域中之外與裝置晶片的其它部分脫離，其中懸掛結(jié)構(gòu)包括由第一裝置層的一部分、第一氧化層和第二裝置層所組成的檢測(cè)質(zhì)量，其中邊界區(qū)域的撓曲區(qū)域和邊界區(qū)域的脫離部分設(shè)置成準(zhǔn)許檢測(cè)質(zhì)量響應(yīng)力而移動(dòng)，其中檢測(cè)質(zhì)量的移動(dòng)引起撓曲區(qū)域的撓曲，并且其中壓阻傳感器元件感測(cè)撓曲區(qū)域中的撓曲。

在另一個(gè)實(shí)施例中，第二裝置層在裝置凹槽和襯底凹槽之上形成允許第二裝置層中撓曲的隔膜，并且其中壓阻傳感器元件感測(cè)隔膜中的撓曲。

在一些實(shí)施例中，傳感器可測(cè)量加速度。在其它實(shí)施例中，傳感器可測(cè)量壓力。

附圖說(shuō)明

以可理解本發(fā)明的特征的方式，本發(fā)明的詳細(xì)描述可通過(guò)參照某些實(shí)施例進(jìn)行，其中的一些實(shí)施例在附圖中示出。但是要指出，附圖僅示出本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不要認(rèn)為是對(duì)其范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明的范圍包含其它同樣有效的實(shí)施例。附圖不一定按比例繪制，重點(diǎn)一般在于說(shuō)明本發(fā)明的某些實(shí)施例的特征。因此，為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，可結(jié)合附圖參照以下詳細(xì)描述，其中：