傳感器件及其制造方法與流程
本發明實施例涉及傳感器件及其制造方法。
背景技術：
最近開發了微機電系統(mems)器件。mems器件包括使用半導體技術制造的器件，以形成機械部件和電氣部件。在壓力傳感器、麥克風、致動器、鏡子、加熱器和/或打印機噴嘴中實施mems器件。盡管現有的器件以及形成mems器件的方法一般能夠滿足它們預期的目的，但是它們并非在所有方面都盡如人意。
技術實現要素：
根據本發明的一些實施例，提供了一種傳感器件，包括：微機電系統(mems)力傳感器，包括膜；以及電容式加速傳感器，包括具有第一電極的電容器，其中，所述第一電極設置在所述膜的底面上。
根據本發明的另一些實施例，還提供了一種制造傳感器件的方法，所述方法包括：在第一襯底的前表面上方制備微機電系統(mems)力傳感器的傳感器部分，所述傳感器部分包括壓阻式元件和前電極；在所述第一襯底的背面上方形成底部電極和第一電極；以及將具有電極焊盤和第二電極的第二襯底附接至所述第一襯底的底部，從而使得所述底部電極連接至所述電極焊盤，并且所述第一電極面對所述第二電極并且所述第一電極和所述第二電極之間具有間隔。
根據本發明的又一些實施例，還提供了一種制造傳感器件的方法，所述方法包括：制備微機電系統(mems)傳感器，所述微機電系統傳感器包括：框架部分；膜部分；壓阻式元件，設置在所述膜部分中；腔體，設置在所述膜部分下面并由所述框架部分圍繞；以及中心錘部分，由所述腔體圍繞，其中，在所述框架部分的底部上形成底部電極，并且在所述中心錘部分的底部上形成第一電極；制備電容式傳感器的部分，其中，所述電容式傳感器的部分包括襯底、設置在所述襯底的主表面上的第二電極和設置在所述主表面上的電極焊盤；以及附接所述微機電系統傳感器和所述電容式傳感器的部分，從而使得所述底部電極連接至所述電極焊盤，并且所述第一電極面對所述第二電極，其中，所述第一電極和所述第二電極之間具有間隔，從而形成所述電容式傳感器的電容器。
附圖說明
當結合附圖進行閱讀時，從以下詳細描述可最佳地理解本發明的各個方面。應該注意，根據工業中的標準實踐，各個部件未按比例繪制。實際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增大或減小。
圖1a和圖1b示出根據本發明的實施例的傳感器件的示意圖。
圖2a和圖2b示出根據本發明的實施例的傳感器件的示意圖。
圖3示出根據本發明的實施例的傳感器件的示意圖。
圖4a和圖4b示出根據本發明的實施例的傳感器件的制造操作的各個階段。
圖5a和圖5b示出根據本發明的實施例的傳感器件的制造操作的各個階段。
圖6a和圖6b示出根據本發明的實施例的傳感器件的制造操作的各個階段。
圖7示出根據本發明的實施例的傳感器件的制造操作的各個階段中的一個階段。
圖8a、圖8b和圖8c示出根據本發明的實施例的傳感器件的制造操作的各個階段。
圖9示出根據本發明的實施例的傳感器件的制造操作的各個階段中的一個階段。
圖10a、圖10b、圖10c和圖10d示出根據本發明的另一實施例的傳感器件的制造操作的各個階段。
圖11a、圖11b、圖11c和圖11d示出根據本發明的另一實施例的傳感器件的制造操作的各個階段。
圖12a、圖12b和圖12c示出根據本發明的另一實施例的傳感器件的制造操作的各個階段。
圖13a和圖13b示出根據本發明的另一實施例的傳感器件的制造操作的各個階段。
圖14a和圖14b示出根據本發明的另一實施例的傳感器件的制造操作的各個階段。
圖15a和圖15b示出根據本發明的另一實施例的傳感器件的制造操作的各個階段。
圖16a和圖16b示出根據本發明的另一實施例的傳感器件的制造操作的各個階段。
圖17a、圖17b和圖17c示出根據本發明的另一實施例的傳感器件的制造操作的各個階段。
圖18a和圖18b示出根據本發明的另一實施例的傳感器件的制造操作的各個階段。
具體實施方式
應當理解，以下公開內容提供了許多用于實現本發明的不同特征的不同實施例或實例。下面描述了組件和布置的具體實例以簡化本發明。當然，這些僅僅是實例，而不旨在限制本發明。例如，元件的尺寸不限于所公開的范圍或值，但可能依賴于工藝條件和/或器件所需的性能。此外，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件以直接接觸的方式形成的實施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成額外的部件，從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實施例。為了簡明和清楚，可以以不同的尺寸任意地繪制各個部件。
而且，為了便于描述，在此可以使用諸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空間相對術語以描述如圖所示的一個元件或部件與另一個(或另一些)元件或部件的關系。除了圖中所示的方位外，空間相對術語旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。裝置可以以其他方式定向(旋轉90度或在其他方位上)，并且在此使用的空間相對描述符可以同樣地作出相應的解釋。另外，術語“由...制成”可以意為“包括”或者“由...組成”。在本發明中，a、b和c中的至少一個意味著“a”、“b”、“c”、“a和b”、“a和c”、“b和c”或“a、b和c”，并不意味著來自a的一個、來自b的一個和來自c的一個，除非另有說明。
圖1a和圖1b示出根據本發明的實施例的傳感器件的示意圖。圖1a示出平面圖(從上方觀察)，并且圖1b示出對應于圖1a的線x1-x1的截面圖。
如圖1a和圖1b所示，根據本發明的實施例的傳感器件1包括微機電系統(mems)傳感器100和電容式傳感器200。在一些實施例中，mems傳感器100是壓力傳感器。在其他實施例中，mems傳感器100是麥克風。在一些實施例中，電容式傳感器200是加速計。在其他實施例中，電容式傳感器200是觸摸傳感器。
在一些實施例中，mems傳感器100是壓阻式力傳感器。如圖1a和圖1b所示，壓阻式力傳感器100包括框架部分52、膜部分(例如，隔膜)50、設置在膜部分50中的壓阻式元件20、以及設置在膜部分50下面且由框架部分52圍繞的腔體56。如圖1a和圖1b所示，在一些實施例中，壓阻式力傳感器100還包括由腔體56圍繞的中心錘部分(centerweightportion)54。框架部分52、膜部分50和中心錘部分54可以統稱為mems襯底。
在一些實施例中，壓阻式力傳感器100還包括形成在mems襯底的上表面上的第一絕緣層15、形成在第一絕緣層15上的第二絕緣層25、一個或多個前布線圖案(例如，電極)30以及連接壓阻式元件20和前布線圖案30的一個或多個通孔導體40。
如圖1a所示，壓阻式力傳感器100包括四個壓阻式元件20。腔體56被密封以形成封閉空間。當壓阻式力傳感器100外部的壓力與腔體56內的壓力不同時，膜部分50變形。膜部分50的變形引起壓阻式元件20的電阻的變化。四個壓阻式元件20電連接以形成惠斯通電橋，并且電阻的變化對應于施加的壓力，其中，使用惠斯通電橋測量施加的壓力。在一些實施例中，放大電路(例如，晶體管)集成到壓阻式力傳感器100中以輸出與所施加的壓力相對應的信號。在其他實施例中，壓阻式力傳感器100是麥克風并且腔體56未被密封。
在一些實施例中，mems襯底由諸如硅的半導體材料制成。在一些實施例中，硅襯底是摻雜有p、as和/或sb(n型)或b(p型)的重摻雜的硅襯底。在一些實施例中，膜部分50的厚度在從約1μm至100μm的范圍內，并且在其他實施例中，膜部分50的厚度從約5μm至50μm的范圍內。由mems襯底的膜部分50處的摻雜區形成壓阻式元件20。
如圖1b所示，電容式傳感器200包括由第一電極55和第二電極65形成的電容器210。在一些實施例中，第一電極55和第二電極65之間的間隔在從約0.5μm至約2μm的范圍內，并且在其他實施例中，該間隔在從約0.8μm至約1.2μm的范圍內。
在一些實施例中，電容式傳感器200是檢測加速度的加速計。當力施加到錘部分54時，電容式傳感器200檢測錘部分54的位移作為電容值的變化。通過使用等式a＝f/m＝kx/m，其中，a是加速度，f是力，k是彈簧常數(膜部分的剛度)，x是位移，以及m是錘部分54的質量，可以計算加速度。
在一些實施例中，如圖1b所示，在電容式傳感器側襯底60的主表面上設置第二電極65。也在電容式傳感器側襯底60的主表面上設置一個或多個電容式傳感器側電極78。在一些實施例中，第二電極65電連接至電容式傳感器側電極78中的一個。此外，在電容式傳感器側電極78上設置電極焊盤76。
在mems襯底中，在框架部分52的底面上設置底部電極72。在一些實施例中，如圖1b所示，在底部電極72上設置電極焊盤74。此外，在一些實施例中，提供穿過框架部分52的導電連接件45以電連接前布線圖案30和底部電極。當mems襯底由具有低電阻率的摻雜硅形成時，在導電連接件和框架部分52之間設置絕緣層44。在一些實施例中，導電連接件45包括金屬材料。在其他實施例中，導電連接件45是由框架部分52的半導體材料的被絕緣層44圍繞的部分制成的硅柱。
如圖1b所示，形成在壓阻式力傳感器100的底部上的電極焊盤74連接至形成在電容式傳感器側襯底60的主表面上的電極焊盤76。在一些實施例中，通過共晶接合連接電極焊盤72和電極焊盤74。底部電極72、電極焊盤74、電極焊盤76和電容式傳感器側電極78構成連接電極70，其中，該連接電極70連接mems襯底和電容式傳感器側襯底60。
在一些實施例中，如圖1a所示，在壓阻式力傳感器100上設置電子電路90。電子電路90包括例如放大器、信號處理器和/或i/o電路。電子電路電連接至壓阻式力傳感器100和電容式傳感器200的壓電式元件，并接收來自壓阻式力傳感器100的信號和來自電容式傳感器200的信號。在一些實施例中，電子電路90是形成在半導體mems襯底中的半導體器件。在其他實施例中，電子電路90是與mems襯底分開制造并附接至mems襯底的集成電路(ic)。
根據傳感器件1，可以通過一個器件測量施加到膜上的壓力和加速度(力)。
圖2a和圖2b示出根據本發明的另一實施例的傳感器件2的示意圖。圖2a示出平面圖(從上方觀察)，并且圖2b示出對應于圖2a的線x2-x2的截面圖。在接下來的實施例中使用與圖1a和圖1b中描述的先前實施例相同或類似的材料、配置、尺寸和/或工藝，并且可以省略其詳細說明。
在圖1a和圖1b中，電容式傳感器側電極78通過導電連接件45電連接至前布線圖案30，其中，前布線圖案30通過通孔導體40連接至壓阻式元20。在圖2a和圖2b的實施例中，電容式傳感器側電極78通過導電連接件45電連接至前布線圖案30，其中，前布線圖案30不通過通孔導體40連接至壓阻式元件20。在一些實施例中，前布線圖案30電連接至電子電路90。
圖3示出根據本發明的另一實施例的傳感器件3的示意圖。在接下來的實施例中使用與圖1a-圖2b中描述的先前實施例相同或類似的材料、配置、尺寸和/或工藝，并且可以省略其詳細說明。
在圖3的實施例中，由膜部分和梁59支撐錘部分54。在一些實施例中，梁59的厚度與錘部分54的厚度大致相同。在其他實施例中，梁59的厚度小于錘部分54的厚度。在錘部分的底部上設置第一電極。在其他實施例中，在錘部分54的底部和梁59的底部上設置第一電極。
圖4a-圖9示出根據本發明的實施例的傳感器件的制造操作的各個階段。應當理解，可以在圖4a-圖9示出的工藝之前、期間和之后提供額外的操作，并且對于該方法的額外實施例，可以替換或消除下文中描述的一些操作。可以互換操作/工藝的順序。在接下來的實施例中使用與圖1a-圖3描述的先前實施例相同或類似的材料、配置、尺寸和/或工藝，并且可以省略其詳細說明。
圖4a-圖7示出mems傳感器側結構的制造操作的各個階段。如圖4a所示，在mems襯底11上制造壓阻式力傳感器100的表面結構和電氣部件。在一些實施例中，mems襯底11是si。在特定實施例中，mems襯底11是p型si，并且在其他實施例中，mems襯底11是n型si。在一些實施例中，mems襯底11的厚度在從約300μm至約1000μm的范圍內。在特定實施例中，mems襯底是本征si。電氣部分包括壓阻式元件20、通孔導體40和前布線圖案30，并且表面結構包括第一絕緣層15和第二絕緣層25。在一些實施例中，第一絕緣層15和第二絕緣層25包括諸如sio2、sin和sion的基于氧化硅的材料或基于氮化硅的材料。
然后，如圖4b所示，偽襯底300附接至mems襯底11的前部。在一些實施例中，偽襯底300是si襯底，并通過熔融接合接合至第二絕緣層25。
如圖4b所示，在附接偽襯底300之后，通過使用一個或多個光刻操作和蝕刻操作在mems襯底11中形成貫通孔41。后續地，如圖5a所示，在貫通孔41的內壁上形成絕緣層44，并且在貫通孔中填充導電材料，從而形成導電連接件45。可以通過化學汽相沉積(cvd)、熱氧化或化學氧化形成絕緣層44。用于導電連接件45的導電材料包括al、cu、w、ti、tin、ta、tan或任何其他合適的材料。通過cvd、包括濺射或電鍍的物理汽相沉積(pvd)形成導電材料，并且實施諸如化學機械拋光(cmp)的平坦化操作以去除形成在mems襯底11的后表面上的多余材料。
后續地，如圖5b所示，在mems襯底11的后表面上形成用于電容式傳感器200的電容器的第一電極55、底部電極72和電極焊盤74。在一些實施例中，在mems襯底11的后表面上形成用于第一電極55和底部電極72的第一導電層的毯式層，并且在第一導電層上形成用于電極焊盤74的第二導電層的毯式層。然后，通過使用一個或多個光刻操作和蝕刻操作將第二導電層圖案化以形成電極焊盤74，并且然后通過使用一個或多個光刻操作和蝕刻操作將第一導電層圖案化以形成第一電極55和底部電極72。
在一些實施例中，用于第一電極55和底部電極72的第一導電層包括厚度在從約50nm至約200nm的范圍內的tin。在一些實施例中，用于電極焊盤74的第二導電層包括厚度在從約500nm至1200nm的范圍內的al、alcu和/或cu。可以通過cvd、pvd或電鍍形成第一導電層和第二導電層。
后續地，如圖6a所示，在mems襯底11的后表面上形成光刻膠層310，以覆蓋電極焊盤74、底部電極72和第一電極55。
然后，如圖6b所示，通過使用光刻膠圖案310作為蝕刻掩模，蝕刻mems襯底11以形成腔體56、框架部分52、錘部分54和膜部分50。在一些實施例中，使用干蝕刻和/或濕蝕刻。在濕蝕刻的情況下，蝕刻溶液可以是四甲基氫氧化銨(tmah)。
在蝕刻mems襯底11之后，去除光刻膠層310，并且獲得圖7所示的結構。在其他實施例中，在形成電極焊盤74、底部電極72和第一電極55之前，通過使用光刻膠層310進行蝕刻來形成腔體56。
圖8a-圖8c示出電容式傳感器側結構的制造操作的各個階段。
如圖8a所示，提供電容式傳感器側襯底360。在一些實施例中，電容式傳感器側襯底360是si。在特定實施例中，電容式傳感器側襯底360是p型si，并且在其他實施例中，電容式傳感器側襯底360是n型si。在一些實施例中，電容式傳感器側襯底360的厚度在從約300μm至約1000μm的范圍內。在一些實施例中，如圖8a所示，修整電容式傳感器側襯底360的邊緣以形成處理部分(handlingportion)365。
然后，如圖8b所示，在電容式傳感器側襯底360的主表面上方形成第三導電層370，從而用于電容式傳感器的電容器的第二電極65和電容式傳感器側電極78。此外，如圖8b所示，在第三導電層370上形成用于電極焊盤76的第四導電層375。
在一些實施例中，用于第二電極65和電容式傳感器側電極78的第三導電層包括厚度在從約50nm至約200nm的范圍內的tin。在一些實施例中，用于電極焊盤76的第四導電層375包括厚度在從約300nm至800nm的范圍內的al、alcu和/或cu。在其他實施例中，用于電極焊盤76的第四導電層包括ge。可以通過cvd、pvd或電鍍形成第三導電層和第四導電層。
后續地，如圖8c所示，通過使用一個或多個光刻操作和蝕刻操作圖案化第四導電層375以形成電極焊盤76，并且然后通過使用一個或多個光刻操作和蝕刻操作圖案化第三導電層375以形成第二電極65和電容式傳感器側電極78。
然后，如圖9所示，圖7所示的mems側結構和圖8c所示的電容式傳感器側結構接合在一起。在接合中，mems側結構的電極焊盤74與電容式傳感器側結構的電極焊盤76共晶接合。
然后，在一些實施例中，削薄電容式傳感器側襯底360的后側，從而使得電容式傳感器側襯底360的厚度在從約100μm至300μm的范圍內。然后，脫粘偽襯底300。因此，可以獲得如圖1a-圖3所示的傳感器件1-3。
圖10a-圖18b示出根據本發明的另一實施例的傳感器件的制造操作的各個階段。應當理解，可以在圖10a-圖18b示出的工藝之前、期間和之后提供額外的操作，并且對于該方法的額外實施例，可以替換或消除下文中描述的一些操作。可以互換操作/工藝的順序。在接下來的實施例中使用與圖1a-圖9描述的先前實施例相同或類似的材料、配置、尺寸和/或工藝，并且可以省略其詳細說明。
如圖10a所示，在mems襯底1011的表面上形成第一絕緣層1100。在一些實施例中，第一絕緣層1100是通過熱氧化形成的氧化硅層。在其他實施例中，可以通過cvd形成第一絕緣層1100。在一些實施例中，第一絕緣層1100的厚度在從約5nm至約20nm的范圍內。熱氧化可以是干氧化或濕氧化。在一些實施例中，在mems襯底1011的前表面和后表面上形成第一絕緣層1100。
然后，如圖10b所示，在mems襯底1011的前表面上形成壓阻式元件1020。壓阻式元件1020是n型區，并且可以通過使用光刻膠圖案(未示出)作為掩模進行離子注入而形成。在一些實施例中，將磷(p)注入到mems襯底1011的表面中。
此外，如圖10c所示，形成連接至壓阻式元件1020的互連區1022。互連區1022也是比壓阻式元件1020更高摻雜的n型區。可以通過使用光刻膠圖案(未示出)作為掩模進行離子注入來形成互連區1022。在一些實施例中，將磷(p)注入到mems襯底1011的表面中。
如圖10d所示，在離子注入操作之后，通過例如使用稀hf的濕蝕刻去除第一絕緣層1100。
然后，如圖11a所示，在mems襯底1011的前表面上形成第二絕緣層1110。可以通過cvd形成第二絕緣層1110。在一些實施例中，第二絕緣層1110是原硅酸四乙酯(teos)層。在一些實施例中，第二絕緣層1110的厚度在從約100nm至約300nm的范圍內。
如圖11b所示，通過使用一個或多個光刻操作和蝕刻操作，在第二絕緣層1110中形成接觸開口1115。
后續地，如圖11c所示，在接觸開口1115中填充導電材料，從而形成通孔導體1040和1041。在一些實施例中，導電材料包括w、cu和al中的一種或多種。在特定實施例中，在形成w層之前，在mems襯底1011的前表面上形成用于晶種層的ti層和用于阻擋層的tin層，其中，ti層的厚度在從約20nm至約40nm的范圍內，tin層的厚度在從約5nm至約20nm的范圍內。通過cvd、包括濺射或電鍍的物理汽相沉積(pvd)形成導電材料，并且實施諸如化學機械拋光(cmp)的平坦化操作以去除形成在第二絕緣層1110的表面上的多余材料。
然后，如圖11d所示，在第二絕緣層1110上方形成用于前布線圖案的一個或多個導電層。在一些實施例中，在第二絕緣層1110上形成諸如tin的底部層1120，在底部層1120上形成諸如alcu、al或cu的主金屬層1130，并且在主金屬層1130上形成諸如tin的上部層1140。在一些實施例中，底部層1120的厚度在從約30nm至約70nm的范圍內，主金屬層1130的厚度在從約600nm至約1000nm的范圍內，并且上部層1140的厚度在從約80nm至約120nm的范圍內。
此外，如圖12a所示，圖案化導電層以形成前布線圖案1030。
此外，如圖12b所示，形成鈍化層1025。在一些實施例中，鈍化層1025包括底部絕緣層1150、中間絕緣層1160和上部絕緣層1170。在一些實施例中，底部絕緣層1150包括氧化硅，中間絕緣層1160包括氮化硅，以及上部絕緣層1170包括氧化硅。可以通過cvd形成鈍化層1025的每層。在一些實施例中，底部絕緣層1150的厚度在從約300nm至約700nm的范圍內，中間絕緣層1160的厚度在從約200nm至約400nm的范圍內，并且上部絕緣層1170的厚度在從約300nm至約700nm的范圍內。
在特定實施例中，在形成鈍化層1025期間實施諸如cmp的一個或多個平坦化操作。
在一些實施例中，如圖12c所示，圖案化鈍化層1025的部分以在前布線圖案1030上方形成一個或多個窗口1027。在一些實施例中，位于窗口1027處的前布線圖案1030上方的底部絕緣層1150的剩余厚度在從約200nm至約400nm的范圍內。
此外，如圖13a所示，在一些實施例中，修整mems襯底1011的邊緣以形成處理部分1012。
然后，如圖13b所示，具有處理部分1302的偽襯底1300附接至mems襯底1011的前部。在一些實施例中，偽襯底1300是通過熔融接合而接合至鈍化層1025的上部絕緣層1170的si襯底。在特定實施例中，實施在從約250℃至350的℃范圍內的溫度下的退火操作。
如圖14a所示，在一些實施例中，在附接偽襯底1300之后，削薄偽襯底1300以具有在從約200μm至400μm的范圍內的厚度。此外，在一些實施例中，翻轉襯底，并且然后削薄mems襯底1011以具有在從約200μm至400μm的范圍內的厚度。可以通過研磨方法或任何其他合適的方法實施削薄操作。
額外地，通過一個或多個光刻和蝕刻操作圖案化mems襯底1011以形成穿過mems襯底1011的圓柱形孔，從而形成導電柱1045。然后，圓柱形孔填充有絕緣材料1044。絕緣材料可以是氧化硅。通過cvd形成絕緣材料，并且實施諸如化學機械拋光(cmp)的平坦化操作以去除形成在mems襯底1011的后表面上的多余材料。
后續地，如圖15b所示，在mems襯底1011的后表面上形成用于電容式傳感器的電容器的第一電極1055、底部電極1072和電極焊盤1074。在一些實施例中，在mems襯底1011的后表面上形成用于第一電極1055和底部電極1072的第一導電層的毯式層，并且在第一導電層上形成用于電極焊盤1074的第二導電層的毯式層。然后，通過使用一個或多個光刻操作和蝕刻操作圖案化第二導電層以形成電極焊盤1074，并且然后通過使用一個或多個光刻操作和蝕刻操作圖案化第一導電層以形成第一電極1055和底部電極1072。
在一些實施例中，用于第一電極1055和底部電極1072的第一導電層包括厚度在從約50nm至約200nm的范圍內的tin。在一些實施例中，用于電極焊盤1074的第二導電層包括厚度在從約500nm至1200nm的范圍內的al、alcu和/或cu。可以通過cvd、pvd或電鍍形成第一導電層和第二導電層。
后續地，如圖16a所示，在mems襯底1011的后表面上形成光刻膠層1310，以覆蓋電極焊盤1074、底部電極1072和第一電極1055。
然后，如圖16b所示，通過使用光刻膠圖案1310作為蝕刻掩模，蝕刻mems襯底1011以形成腔體1056、框架部分1052、錘部分1054和膜部分1050。在一些實施例中，使用干蝕刻和/或濕蝕刻。在濕蝕刻的情況下，蝕刻溶液可以是四甲基氫氧化銨(tmah)。在蝕刻mems襯底1011之后，去除光刻膠層1310，并且獲得圖16b所示的結構。在其他實施例中，在形成電極焊盤1074、底部電極1072和第一電極1055之前，通過使用光刻膠層1310進行蝕刻來形成腔體1056。
圖17a-圖17c示出電容式傳感器側結構的制造操作的各個階段。
如圖17a所示，提供電容式傳感器側襯底1360。在一些實施例中，電容式傳感器側襯底1360是si。在特定實施例中，電容式傳感器側襯底1360是p型si，并且在其他實施例中，電容式傳感器側襯底1360是n型si。在一些實施例中，電容式傳感器側襯底1360的厚度在從約300μm至約1000μm的范圍內。在一些實施例中，如圖17a所示，修整電容式傳感器側襯底1360的邊緣以形成處理部分1365。
然后，如圖17b所示，在電容式傳感器側襯底1360的主表面上方形成第三導電層1370，從而用于電容式傳感器的電容器的第二電極1065和電容式傳感器側電極1078。此外，如圖17b所示，在第三導電層1370上形成用于電極焊盤1076的第四導電層1375。
在一些實施例中，用于第二電極1065和電容式傳感器側電極1078的第三導電層包括厚度在從約50nm至約200nm的范圍內的tin。在一些實施例中，用于電極焊盤1076的第四導電層包括厚度在從約300nm至800nm的范圍內的al、alcu和/或cu。在其他實施例中，用于電極焊盤1076的第四導電層包括ge。可以通過cvd、pvd或電鍍形成第三導電層和第四導電層。
后續地，如圖17c所示，通過使用一個或多個光刻操作和蝕刻操作圖案化第四導電層1375以形成電極焊盤1076，并且然后通過使用一個或多個光刻操作和蝕刻操作圖案化第三導電層1370以形成第二電極1065和電容式傳感器側電極1078。
然后，如圖18a所示，圖16b所示的mems側結構和圖17c所示的電容式傳感器側結構接合在一起。在接合中，mems側結構的電極焊盤1074與電容式傳感器側結構的電極焊盤1076共晶接合。
然后，在一些實施例中，削薄電容式傳感器側襯底1360的后側，從而使得電容式傳感器側襯底1360的厚度在從約100μm至300μm的范圍內。此外，去除窗口中的前布線圖案上方的剩余的底部絕緣層1050。然后，如圖18b所示，脫粘偽襯底1300。
圖18b所示的傳感器件4大致類似于圖1a-圖3所示的傳感器件1-3。傳感器件4包括mems傳感器1000和電容式傳感器2000。
在一些實施例中，mems傳感器1000是壓阻式力傳感器，并且包括框架部分1052、膜部分(例如，隔膜)1050、設置在膜部分1050中的壓阻式元件1020、設置在膜部分1050下面并由框架部分1052圍繞的腔體1056，以及由腔體1056圍繞的中心錘部分1054。
在一些實施例中，壓阻式力傳感器1000還包括形成在mems襯底的上表面上的第一絕緣層1110、鈍化層1025、一個或多個前布線圖案(例如，電極)1030和連接壓阻式元件1020和前布線圖案1030的一個或多個通孔導體1040。在一些實施例中，鈍化層1025包括多個層(例如，1150、1160和1170)。壓阻式力傳感器1000包括壓阻式元件1020和互連區1022，并且互連區連接至通孔導體1040。
電容式傳感器2000包括由第一電極1055和第二電極1065形成的電容器。在一些實施例中，第一電極1055和第二電極1065之間的間隔在從約0.5μm至約2μm的范圍內，并且在其他實施例中，該間隔在從約0.8μm至約1.2μm的范圍內。在一些實施例中，在電容式傳感器側襯底1360的主表面上設置第二電極1065。也在電容式傳感器側襯底1360的主表面上設置一個或多個電容式傳感器側電極1078。在一些實施例中，第二電極1065電連接至電容式傳感器側電極1078中的一個。此外，在電容式傳感器側電極1078上設置電極焊盤1076。
在mems襯底中，在框架部分1052的底面上設置底部電極1072。在一些實施例中，在底部電極1072上設置電極焊盤1074。此外，在一些實施例中，提供穿過框架部分1052的由絕緣層1044圍繞的作為導電連接件的柱1045以電連接前布線圖案1030和底部電極。
形成在壓阻式力傳感器1000的底部上的電極焊盤1074連接至形成在電容式傳感器側襯底1360的主表面上的電極焊盤1076。
根據傳感器件4，可以通過一個器件測量施加到膜上的壓力和加速度(力)。
如上所述，本文描述的各個實施例或實例提供優于現有技術的一些優勢。應當理解，在此不必討論所有優勢，沒有特定的優勢是所有實施例或實例都必需的，并且其他實施例或實例可提供不同的優勢。
本發明中，傳感器件包括整體形成的mems力傳感器和電容式加速傳感器，并且因此可以通過一個器件測量施加到膜上的力(例如，壓力)和加速度。
根據本發明的一個方面，傳感器件包括微機電系統(mems)力傳感器和電容式加速傳感器。在一個或多個前述和以下實施例中，mems力傳感器和電容式加速傳感器彼此電連接。在一個或多個前述和以下實施例中，電容式加速傳感器包括具有第一電極和面向第一電極的第二電極的電容器，并且第一電極設置在mems力傳感器的底部上。在一個或多個前述和以下實施例中，mems力傳感器包括框架部分、膜部分、設置在膜部分中的壓阻式元件、設置在膜部分下面并由框架部分圍繞的腔體，以及由腔體圍繞的中心錘部分。在一個或多個前述和以下實施例中，在中心錘部分的底面上設置第一電極。在一個或多個前述和以下實施例中，mems力傳感器和電容式加速傳感器通過設置在框架部分的底部上的底部電極彼此電連接。在一個或多個前述和以下實施例中，mems力傳感器還包括前電極，和穿過框架部分并連接前電極和底部電極的導電連接件。在一個或多個前述和以下實施例中，前電極電連接至壓阻式元件。在一個或多個前述和以下實施例中，膜部分由半導體材料制成。在一個或多個前述和以下實施例中，壓阻式元件是半導體材料的摻雜區。在一個或多個前述和以下實施例中，傳感器件還包括電連接至mems力傳感器和電容式加速傳感器的電路，從而用于接收來自mems力傳感器的信號和來自電容式加速傳感器的信號。
根據本發明的另一方面，傳感器件包括mems傳感器和電容式傳感器。mems傳感器包括框架部分、膜部分、設置在膜部分中的壓阻式元件、設置在膜部分下面并由框架部分圍繞的腔體，以及由腔體圍繞的中心錘部分。電容式傳感器包括具有第一電極和面對第一電極的第二電極的電容器。在中心錘部分的底部上設置第一電極，并且在與框架部分的底部附接的襯底的表面上設置第二電極。在一個或多個前述和以下實施例中，mems傳感器還包括前電極，和穿過框架部分并連接前電極和底部電極的導電連接件。在一個或多個前述和以下實施例中，框架部分由半導體材料制成。在一個或多個前述和以下實施例中，導電連接件是由半導體材料的部分制成的柱，并且通過絕緣層與框架部分分離。在一個或多個前述和以下實施例中，導電連接件由金屬材料制成。在一個或多個前述和以下實施例中，金屬材料與框架部分絕緣。在一個或多個前述和以下實施例中，前電極電連接至壓阻式元件。在一個或多個前述和以下實施例中，傳感器件還包括電連接至mems力傳感器和電容式加速傳感器的電路，從而用于接收來自mems力傳感器的信號和來自電容式加速傳感器的信號。前電極電連接至電路。
根據本發明的另一方面，傳感器件包括mems傳感器和電容式傳感器。mems傳感器包括框架部分、膜部分、設置在膜部分中的壓阻式元件、具有十字形狀并連接至框架部分的梁部分、連接至梁的錘部分、以及設置在膜部分下面并且由框架部分和梁部分圍繞的腔體。電容式傳感器包括具有第一電極和面向第一電極的第二電極的電容器，其中，第一電極設置在錘部分的底部上，第二電極設置在與框架部分的底部附接的襯底的表面上。
根據本發明的一個方面，在制造傳感器件的方法中，在第一襯底的前表面上方制備微機電系統(mems)壓力傳感器的傳感器部分。傳感器部分包括壓阻式元件和前電極。在第一襯底的背面上形成底部電極和第一電極。具有電極焊盤和第二電極的第二襯底附接至第一襯底的底部，從而使得底部電極連接至電極焊盤，并且第一電極面對第二電極并且其之間具有間隔。在一個或多個前述和以下實施例中，通過蝕刻第一襯底的背面進一步形成腔體和膜部分。在一個或多個前述和以下實施例中，膜部分由半導體材料制成。在一個或多個前述和以下實施例中，壓阻式元件是半導體材料的摻雜區。在一個或多個前述和以下實施例中，進一步形成穿過第一襯底的貫通孔，并且在貫通孔中形成導電材料，從而形成導電連接件。前電極連接至導電連接件，并且底部電極形成為連接至導電連接件。在一個或多個前述和以下實施例中，底部電極通過共晶接合接合至電極焊盤。在一個或多個前述和以下實施例中，前電極電連接至壓阻式元件。在一個或多個前述和以下實施例中，第二電極距襯底的主表面的高度小于電極焊盤距主表面的高度。在一個或多個前述和以下實施例中，進一步形成保護層以至少覆蓋膜部分，并且將支撐襯底附接至保護層。在一個或多個前述和以下實施例中，在mems傳感器附接至電容式傳感器的部分之后，去除支撐襯底。
根據本發明的另一方面，在制造傳感器件的方法中，制備mems傳感器。mems傳感器包括框架部分、膜部分、設置在膜部分中的壓阻式元件、設置在膜部分下面并由框架部分圍繞的腔體，以及由腔體圍繞的中心錘部分。在框架部分的底部上形成底部電極，并且在中心錘部分的底部上形成第一電極。制備電容式傳感器的部分，其中，該部分包括襯底、設置在襯底的主表面上的第二電極和設置在主表面上的電極焊盤。附接mems傳感器和電容式傳感器的部分，從而使得底部電極連接至電極焊盤，并且第一電極面對第二電極并且其之間具有間隔，從而形成電容式傳感器的電容器。在一個或多個前述和以下實施例中，底部電極通過共晶接合接合至電極焊盤。在一個或多個前述和以下實施例中，膜部分由半導體材料制成。在一個或多個前述和以下實施例中，壓阻式元件是半導體材料的摻雜區。在一個或多個前述和以下實施例中，在準備mems傳感器時，形成穿過第一襯底的貫通孔，在貫通孔中形成導電材料，從而形成導電連接件，并且第一電極和底部電極形成為連接至導電連接件。在一個或多個前述和以下實施例中，形成保護層以至少覆蓋膜部分，并且將支撐襯底附接至保護層。在一個或多個前述和以下實施例中，在mems傳感器附接至電容式傳感器的部分之后，去除支撐襯底。在一個或多個前述和以下實施例中，在準備mems傳感器時，形成穿過第一襯底的圓柱形孔，在圓柱形孔中形成絕緣材料，從而形成由半導體材料的部分制成的導電柱，并且第一電極和底部電極形成為連接至導電柱。在一個或多個前述和以下實施例中，第二電極距主表面的高度小于電極焊盤距主表面的高度。
根據本發明的另一方面，在制造傳感器件的方法中，制備mems傳感器。mems傳感器包括框架部分、膜部分、設置在膜部分中的壓阻式元件、具有十字形狀并連接至框架部分的梁部分、連接至梁部分的錘部分，以及設置在膜部分下面并且由框架部分和梁部分圍繞的腔體。在框架部分的底部上形成底部電極，并且在錘部分的底部上形成第一電極。形成電容式傳感器的部分，其中，該部分包括襯底，設置在襯底的主表面上的第二電極和設置在主表面上的電極焊盤。附接mems傳感器和電容式傳感器的部分，從而使得底部電極連接至電極焊盤，并且第一電極面對第二電極，并且其之間具有間隔，從而形成電容式傳感器的電容器。
根據本發明的一些實施例，提供了一種傳感器件，包括：微機電系統(mems)力傳感器，包括膜；以及電容式加速傳感器，包括具有第一電極的電容器，其中，所述第一電極設置在所述膜的底面上。
在上述傳感器件中，所述微機電系統力傳感器和所述電容式加速傳感器彼此電連接。
在上述傳感器件中，所述電容式加速傳感器的電容器包括面向所述第一電極的第二電極。
在上述傳感器件中，所述微機電系統力傳感器包括：框架部分；膜部分；壓阻式元件，設置在所述膜部分中；以及腔體，設置在所述膜部分下面并且被所述框架部分圍繞。
在上述傳感器件中，所述微機電系統力傳感器還包括由所述腔體圍繞的中心錘部分，以及所述第一電極設置在所述中心錘部分的底面上。
在上述傳感器件中，所述微機電系統力傳感器和所述電容式加速傳感器通過設置在框架部分的底部上的底部電極彼此電連接。
在上述傳感器件中，所述微機電系統力傳感器還包括：前電極；以及導電連接件，穿過所述框架部分并連接所述前電極和所述底部電極。
在上述傳感器件中，所述前電極電連接至所述壓阻式元件。
在上述傳感器件中，所述膜部分由半導體材料制成。
在上述傳感器件中，所述壓阻式元件是所述半導體材料的摻雜區。
在上述傳感器件中，還包括電連接至所述微機電系統力傳感器和所述電容式加速傳感器的電路，以接收來自所述微機電系統力傳感器的信號和來自所述電容式加速傳感器的信號。
根據本發明的另一些實施例，還提供了一種制造傳感器件的方法，所述方法包括：在第一襯底的前表面上方制備微機電系統(mems)力傳感器的傳感器部分，所述傳感器部分包括壓阻式元件和前電極；在所述第一襯底的背面上方形成底部電極和第一電極；以及將具有電極焊盤和第二電極的第二襯底附接至所述第一襯底的底部，從而使得所述底部電極連接至所述電極焊盤，并且所述第一電極面對所述第二電極并且所述第一電極和所述第二電極之間具有間隔。
在上述方法中，還包括通過蝕刻所述第一襯底的背面來形成腔體和膜部分。
在上述方法中，所述膜部分由半導體材料制成。
在上述方法中，所述壓阻式元件是所述半導體材料的摻雜區。
在上述方法中，還包括：形成穿過所述第一襯底的貫通孔；和在所述貫通孔中形成導電材料，從而形成導電連接件，其中：所述前電極連接至所述導電連接件，以及所述底部電極連接至所述導電連接件。
在上述方法中，所述底部電極通過共晶接合而接合至所述電極焊盤。
在上述方法中，所述前電極電連接至所述壓阻式元件。
根據本發明的又一些實施例，還提供了一種制造傳感器件的方法，所述方法包括：制備微機電系統(mems)傳感器，所述微機電系統傳感器包括：框架部分；膜部分；壓阻式元件，設置在所述膜部分中；腔體，設置在所述膜部分下面并由所述框架部分圍繞；以及中心錘部分，由所述腔體圍繞，其中，在所述框架部分的底部上形成底部電極，并且在所述中心錘部分的底部上形成第一電極；制備電容式傳感器的部分，其中，所述電容式傳感器的部分包括襯底、設置在所述襯底的主表面上的第二電極和設置在所述主表面上的電極焊盤；以及附接所述微機電系統傳感器和所述電容式傳感器的部分，從而使得所述底部電極連接至所述電極焊盤，并且所述第一電極面對所述第二電極，其中，所述第一電極和所述第二電極之間具有間隔，從而形成所述電容式傳感器的電容器。
在上述方法中，所述底部電極通過共晶接合而接合至所述電極焊盤。
上面概述了若干實施例或實例的特征，使得本領域技術人員可以更好地理解本發明的各方面。本領域技術人員應該理解，他們可以容易地使用本發明作為基礎來設計或修改用于實施與在此所介紹實施例相同的目的和/或實現相同優勢的其他工藝和結構。本領域技術人員也應該意識到，這種等同構造并不背離本發明的精神和范圍，并且在不背離本發明的精神和范圍的情況下，在此他們可以做出多種變化、替換以及改變。
技術特征：
技術總結
一種傳感器件包括微機電系統(MEMS)力傳感器和電容式加速傳感器。在制造傳感器件的方法中，在第一襯底的前表面上方準備MEMS力傳感器的傳感器部分。傳感器部分包括壓阻式元件和前電極。在第一襯底的后表面上形成底部電極和第一電極。具有電極焊盤和第二電極的第二襯底附接至第一襯底的底部，從而使得底部電極連接至電極焊盤，并且第一電極面對第二電極，其中，在第一電極和第二電極之間具有間隔。本發明實施例涉及傳感器件及其制造方法。
