專利名稱：用于防止傳感器腐蝕的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開(kāi)的主旨涉及基于半導(dǎo)體微機(jī)電的傳感器(MEMS)，其可以用于檢測(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)等產(chǎn)生的小的力或撓曲。更具體地，本文公開(kāi)的主旨涉及用于防止這樣的傳感器腐蝕的方法和裝置。
背景技術(shù)：
基于半導(dǎo)體微電子的傳感器的發(fā)展已經(jīng)極大地起到降低這樣的傳感器的尺寸和成本的作用。已經(jīng)很好地記載了硅微傳感器的電氣和機(jī)械性質(zhì)。硅微加工和半導(dǎo)體微電子技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成具有許多實(shí)際應(yīng)用的極重要的傳感器產(chǎn)業(yè)。例如，廣泛地已知微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、光學(xué)和RF開(kāi)關(guān)和衰減器、微型閥、噴墨打印頭、原子力顯微鏡針尖等進(jìn)入高容量的醫(yī)療、航空、工業(yè)和汽車市場(chǎng)中的各種應(yīng)用。硅的高屈服點(diǎn)、在室溫的彈性和硬度性質(zhì)使其對(duì)于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)是理想的基底材料。甚至例如手表、潛水設(shè)備和手持式輪 胎壓力計(jì)等消費(fèi)品可包含硅微加工的傳感器。對(duì)于硅傳感器在不斷擴(kuò)大的使用領(lǐng)域中的需求持續(xù)激發(fā)對(duì)為特定環(huán)境和應(yīng)用而優(yōu)化的新的且不同的硅微傳感器幾何形狀和配置的需要。許多應(yīng)用要求這些傳感器在惡劣的環(huán)境條件內(nèi)操作并且經(jīng)受惡劣的環(huán)境條件，例如高濕度或酸度條件，其可以導(dǎo)致硅傳感器的金屬化層(例如提供到傳感器以及來(lái)自傳感器的導(dǎo)電的連接和引線接合盤)的腐蝕。這樣的腐蝕可以導(dǎo)致傳感器不準(zhǔn)確、故障以及甚至失效。為了防止這樣的腐蝕發(fā)生，一些傳感器利用抗腐蝕的赤金(solid gold)金屬化層。然而,金是容易被刮擦和損壞的軟金屬。許多傳感器另外利用玻璃層，其接合到硅襯底層來(lái)使裝置與其封裝隔離。因?yàn)樵谕瓿晒璧讲ＡЫ雍现鬅o(wú)法使用濕法蝕刻技術(shù)來(lái)加工金金屬化層，金金屬化的使用影響傳統(tǒng)的制造工藝。此外，在進(jìn)行硅到玻璃接合之前加工金金屬化層將需要降低接合的質(zhì)量以便防止金擴(kuò)散進(jìn)入硅的技術(shù)。因此，需要有用于在硅傳感器上制造抗腐蝕的電氣連接的低成本裝置和方法，其不僅耐用，還便于使用高質(zhì)量的硅到玻璃接合技術(shù)。上面的論述只對(duì)于一般背景信息提供并且不意在用作確定要求保護(hù)的主旨的范圍的輔助手段。

發(fā)明內(nèi)容
公開(kāi)了用于防止傳感器腐蝕的裝置及其制造方法，其中該裝置包括覆蓋硅傳感器的金屬化層的絕緣層和粘合層，其中抗腐蝕層位于該粘合層上?？稍诿枋龅难b置和制造方法的一些實(shí)施例的實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)是其能夠使用常規(guī)的硅到玻璃接合技術(shù)，同時(shí)使金適應(yīng)用作抗腐蝕層。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，公開(kāi)了用于防止傳感器腐蝕的方法。該方法包括以下步驟將絕緣層沉積在具有由硅組成的襯底層的傳感器的金屬化層上；蝕刻通過(guò)絕緣層的至少一個(gè)接觸溝道蝕刻來(lái)暴露金屬化層的一部分；將粘合層沉積在絕緣層的一部分以及該至少一個(gè)接觸溝道的內(nèi)表面上，該粘合層接觸絕緣層的一部分以及金屬化層的一部分；以及將抗腐蝕層沉積在該粘合層上。在另一個(gè)示范性實(shí)施例中，公開(kāi)了用于防止傳感器腐蝕的裝置。該裝置包括絕緣層，其位于具有由硅組成的襯底層的傳感器的金屬化層上；至少一個(gè)接觸溝道，其延伸通過(guò)該絕緣層來(lái)暴露金屬化層的一部分；粘合層，其位于絕緣層的一部分以及該至少一個(gè)接觸溝道的內(nèi)表面上，該粘合層接觸絕緣層的一部分以及金屬化層的一部分；以及抗腐蝕層，其位于該粘合層上。在另一個(gè)示范性實(shí)施例中，裝置包括絕緣層，其包括位于具有由硅組成的襯底層的傳感器的金屬化層上的二氧化硅，該金屬化層包括鋁；玻璃層，其接合到襯底層的底部；至少一個(gè)接觸溝道，其延伸通過(guò)絕緣層來(lái)暴露金屬化層的一部分；位于絕緣層的一部分以及至少一個(gè)接觸溝道的內(nèi)表面上的粘合層，其包括鈦鎢，該粘合層接觸絕緣層的一部分以及金屬化層的一部分；以及位于該粘合層上的包括金的抗腐蝕層。 本發(fā)明的簡(jiǎn)要描述只意在根據(jù)一個(gè)或多個(gè)說(shuō)明性實(shí)施例提供對(duì)本文公開(kāi)的主旨的簡(jiǎn)要概述，并且不起到解釋權(quán)利要求或起到限定或限制本發(fā)明的范圍的指導(dǎo)的作用，本發(fā)明的范圍僅由附上的權(quán)利要求限定。提供該簡(jiǎn)要描述以采用簡(jiǎn)化的形式介紹概念的說(shuō)明性選擇，在下文在詳細(xì)說(shuō)明中進(jìn)一步描述這些概念。該簡(jiǎn)要描述不意在識(shí)別被要求保護(hù)的主旨的關(guān)鍵特征或基本特征，也不意在用作確定被要求保護(hù)的主旨的范圍的輔助手段。被要求保護(hù)的主旨不限于解決在背景中指出的任何或全部劣勢(shì)的實(shí)現(xiàn)。


因此提供這樣的方式，采用該方式，可以理解本發(fā)明的特征，可通過(guò)參考某些實(shí)施例(其中一些在附圖中說(shuō)明)來(lái)提供本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明。然而，要注意，圖只圖示本發(fā)明的某些實(shí)施例并且因此不視為它的范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明的范圍包含其他同等有效的實(shí)施例。圖不必按比例繪制，重點(diǎn)一般放在圖示本發(fā)明的某些實(shí)施例的特征上。在圖中，類似的符號(hào)用于指示貫穿各種圖的類似的部件。從而，為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，可以參考連同圖閱讀的下列詳細(xì)說(shuō)明，其中
圖I是本發(fā)明的示范性實(shí)施例中的傳感器的接合盤的示范性橫截面 圖2是示出制造本發(fā)明的示范性實(shí)施例中的傳感器的接合盤的步驟的示范性工藝流
程;
圖3是本發(fā)明的示范性實(shí)施例中的襯底層、鈍化層和金屬化層的示范性橫截面 圖4是本發(fā)明的示范性實(shí)施例中的襯底層和鈍化層(其中蝕刻的金屬化層在絕緣層中被覆蓋)的示范性橫截面 圖5是本發(fā)明的示范性實(shí)施例中的襯底層、鈍化層和在蝕刻的絕緣層(其具有接觸溝道)中被覆蓋的蝕刻的金屬化層的示范性橫截面 圖6是本發(fā)明的示范性實(shí)施例中的襯底層、鈍化層和在蝕刻的絕緣層(其具有由粘合層和抗腐蝕層覆蓋的接觸溝道)中被覆蓋的蝕刻的金屬化層的示范性橫截面圖。
具體實(shí)施方式
公開(kāi)了用于防止傳感器腐蝕的裝置及其制造方法，其中該裝置包括覆蓋硅傳感器的金屬化層的絕緣層和粘合層，其中抗腐蝕層位于該粘合層上?？稍诿枋龅难b置和制造方法的一些實(shí)施例的實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)是其能夠使用常規(guī)的硅到玻璃接合技術(shù)，同時(shí)使金適應(yīng)用作抗腐蝕層。在制造期間，需要足夠的熱來(lái)產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的硅到玻璃陽(yáng)極接合。因此，如果玻璃層通過(guò)使用赤金金屬化層的常規(guī)技術(shù)接合到襯底層，形成優(yōu)質(zhì)的陽(yáng)極接合所需要的熱可以導(dǎo)致金擴(kuò)散進(jìn)入硅中。通過(guò)使用較低的溫度改變硅到玻璃接合工藝可以導(dǎo)致質(zhì)量較低的接合。備選地，如果玻璃層在使用金的常規(guī)金屬化之前接合到襯底層，金金屬化層的存在將在圖案化金屬化層中排除使用濕法加工技術(shù)，因?yàn)椴Ａc這樣的濕法加工將在化學(xué)上不相容?？稍诿枋龅难b置和制造方法的一些實(shí)施例的實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)的另外的優(yōu)勢(shì)是絕緣層不僅抗腐蝕(因?yàn)槭强垢g層)，還防刮擦。因此，絕緣層的使用可以提高所得的傳感器的整體耐久性，尤其是在易受例如引線或其他物理連接刮擦的接合盤聯(lián)結(jié)處?？稍诿枋龅难b置和制造方法的一些實(shí)施例的實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)的再另外的優(yōu)勢(shì)是抗腐蝕層可以制成非常薄。在金用作抗腐蝕材料的情況下，這可以減少制造傳感器所需要的金的量并且降低其整體成本，因?yàn)榻饘倩瘜涌梢匀耘f是例如更低成本的鋁。 圖I示出本發(fā)明的示范性實(shí)施例中的傳感器的接合盤10的橫截面圖。接合盤10可以在硅傳感器的金屬化層300與各種外部部件(例如引線或接觸引腳)之間提供電氣連接。接合盤10可以包括具有鈍化層600的硅襯底層700。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底層700可以是硅晶圓(其可以具有η型或P型摻雜)，并且可以具有合適的厚度來(lái)滿足被制造的硅傳感器的設(shè)計(jì)和操作要求。鈍化層600可以由例如二氧化硅層、氮化硅層或這兩者的組合組成。鈍化層600可以向襯底層700提供電氣絕緣和保護(hù)。接合盤10可以進(jìn)一步包括金屬化層300。金屬化層300可以提供從硅傳感器的外表面到感測(cè)元件的導(dǎo)電，并且可以由例如鋁組成。該金屬化層300可以由絕緣層400覆蓋，該絕緣層400可以包括，例如低溫氧化物(例如防刮擦的二氧化硅)的層?？梢赃x擇絕緣層400的性質(zhì)使得它可以以相對(duì)低的溫度(例如400°C )沉積在金屬化層300上，使得它涂覆金屬化層300的整個(gè)暴露表面來(lái)防止金屬化層300的腐蝕和刮擦兩者。因?yàn)榻^緣層400可不導(dǎo)電，一個(gè)或多個(gè)接觸溝道450可以被蝕刻通過(guò)絕緣層400以通過(guò)絕緣層400提供對(duì)金屬化層300的接近。接合盤10可以進(jìn)一步包括粘合層200，其可以沉積在絕緣層400的一部分上并且沉積進(jìn)入接觸溝道450使得粘合層200覆蓋接觸溝道450的內(nèi)表面，如在圖I中示出的。在一些實(shí)施例中，粘合層200可只沉積在接觸溝道450內(nèi)。此外，抗腐蝕層100可以沉積在粘合層200上使得粘合層200位于抗腐蝕層100與絕緣層400和金屬化層300的組合之間，如在圖I中示出的。粘合層200可以由例如鈦鎢(TiW)或任何其他合適的合金的層組成，并且可以不僅充當(dāng)抗腐蝕層100的粘合層，還充當(dāng)防止抗腐蝕層100擴(kuò)散進(jìn)入襯底層700的屏障。粘合層200可以是導(dǎo)電的?？垢g層100可以是，例如金或可以導(dǎo)電并且不易由環(huán)境因素(例如高的濕度或酸度)腐蝕的其他材料的層?？垢g層100可以處于與外部部件(例如引線或接觸引腳(未示出))物理接觸，以在接合盤10和外部部件之間提供導(dǎo)電。用于制造與在圖I中圖示的那個(gè)類似的接合盤10的示范性工藝參照?qǐng)DI至6解釋。圖2是用于制造本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的傳感器的接合盤10的示范性工藝流程900。圖3是本發(fā)明的示范性實(shí)施例中的襯底層700、鈍化層600和金屬化層300的示范性橫截面圖。參照?qǐng)D3，在圖2的工藝步驟910中，金屬化層300可以沉積在硅晶圓50的期望的部分之上。硅晶圓50可以包括具有鈍化層600的襯底層700。襯底層700可以是硅(其可以具有η型或P型摻雜)，并且可以具有合適的厚度來(lái)滿足被制造的硅傳感器的設(shè)計(jì)和制作要求。襯底層700可以是硅傳感器的任何裝置或其他層。鈍化層600可以由例如二氧化硅層、氮化硅層或這兩者的組合組成。鈍化層600可以在制作和操作期間向襯底層700提供電氣絕緣和保護(hù)。金屬化層300可以使用濺射或蒸發(fā)技術(shù)沉積，并且可以由例如鋁組成。金屬化層300可以沉積到任何期望的厚度以適合于裝置設(shè)計(jì)和制造要求。在圖2的工藝步驟920中，金屬化層30 0被蝕刻并且圖案化以滿足正被制造的硅傳感器的設(shè)計(jì)規(guī)格。金屬化層300使用光阻掩模和干法或濕法蝕刻技術(shù)(例如DRIE、采用KOH或TMAH的濕法蝕刻或類似物)而圖案化。圖4是本發(fā)明的示范性實(shí)施例中的襯底層700和鈍化層600 (其中蝕刻的金屬化層300在絕緣層400中被覆蓋)的示范性橫截面圖。在圖2的工藝步驟930中，絕緣層400 (例如二氧化硅等低溫氧化物)可以沉積在金屬化層300和鈍化層600上，如在圖4中示出的。絕緣層400可以使用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)而沉積，其提供金屬化層300的合適的臺(tái)階覆蓋。圖5是本發(fā)明的示范性實(shí)施例中的襯底層700、鈍化層600和在蝕刻的絕緣層400(其具有接觸溝道450)中被覆蓋的蝕刻的金屬化層300的示范性橫截面圖。在圖2的工藝步驟940中，使用光阻掩模500和干法或濕法蝕刻技術(shù)(例如DRIE、采用KOH或TMAH的濕法蝕刻或類似物)蝕刻并且圖案化絕緣層400，如在圖5中示出的。在工藝步驟940期間進(jìn)行的蝕刻可以在離金屬化層300選擇的距離處將絕緣層400從鈍化層600的表面去除。另夕卜，一個(gè)或多個(gè)垂直的接觸溝道450(其可以是通過(guò)絕緣層400向下延伸到金屬化層300的空腔)可以使用例如濕法或干法蝕刻技術(shù)而形成。接觸溝道450可以通過(guò)接觸溝道450提供金屬化層300的一部分的暴露。圖6是本發(fā)明的示范性實(shí)施例中的玻璃層800、襯底層700、鈍化層600和在蝕刻的絕緣層400 (其具有由粘合層200和抗腐蝕層100覆蓋的接觸溝道450)中被覆蓋的蝕刻的金屬化層300的示范性橫截面圖。在圖2的工藝步驟950中，玻璃層800使用例如陽(yáng)極接合等硅到玻璃接合技術(shù)而接合到襯底層700的底側(cè)。玻璃層800可以使襯底層700的硅與可以環(huán)繞完成的傳感器的裝置封裝隔離。在圖2的工藝步驟960中，硬掩模850 (例如陰影掩模)可以置于接合盤10上使得該硬掩模850的開(kāi)口部分留下蝕刻的絕緣層400的一部分和暴露的接觸溝道450，如在圖6中示出的。一旦硬掩模850就位，粘合層200可以使用濺射或蒸發(fā)工藝而沉積在絕緣層400的暴露部分和接觸溝道450的內(nèi)表面上，如在圖6中示出的。在一些實(shí)施例中，粘合層200可以只沉積在接觸溝道450內(nèi)。粘合層200可以由例如鈦鎢(TiW)或任何其他合適的導(dǎo)電合金的層組成，并且可以不僅充當(dāng)抗腐蝕層100的粘合層，還充當(dāng)防止抗腐蝕層100擴(kuò)散進(jìn)入硅中的屏障。粘合層200可以沉積到任何厚度來(lái)滿足設(shè)計(jì)規(guī)格，并且可以制成非常薄，例如100埃(如需要的話)。最后，在圖2的工藝步驟970中，抗腐蝕層100可以使用濺射或蒸發(fā)工藝而沉積在粘合層200和接觸溝道450的暴露部分上，如在圖6中示出的?？垢g層100可以由例如金或其他抗腐蝕導(dǎo)電材料的層組成?？垢g層100可以是薄的，例如近似O. I μ m，但可以沉積到任何厚度來(lái)滿足給定的設(shè)計(jì)參數(shù)。粘合層200和抗腐蝕層100 —起提供從接合盤10的上表面到金屬化層300的導(dǎo)電路徑。粘合層200和抗腐蝕層100的形狀可以由絕緣層400的厚度和接觸溝道450的尺寸、形狀和數(shù)量規(guī)定。一旦抗腐蝕層100被沉積，可以去除硬掩模 850。提供上文的詳細(xì)描述以說(shuō)明示范性實(shí)施例并且不意在為限制性的。盡管用于制造抗腐蝕傳感器的方法已經(jīng)被示出并且關(guān)于牽涉接合盤的實(shí)施例描述，相似的技術(shù)可以用于防止任何形式的硅傳感器金屬化或電氣接觸的腐蝕對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將是明顯的。因此，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到本文描述的裝置和制作方法在本文沒(méi)有明確描述的很多種其他應(yīng)用中是有用的。在本發(fā)明的范圍內(nèi)的許多修改和變化是可能的，這對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員也將是明顯的。此外，如將由本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到的，許多其他材料和工藝可以在描述的示范性方法和結(jié)構(gòu)的范圍內(nèi)使用。另外，在各種示范性實(shí)施例中識(shí)別并且描述的步驟的序列不必按描述的序列出現(xiàn)，并且在其他實(shí)施例中各種步驟可以組合、按不同的順序、或連續(xù)、不連 續(xù)或并行進(jìn)行并且仍然實(shí)現(xiàn)相同的結(jié)果，這對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將是明顯的。該書面描述使用示例以公開(kāi)本發(fā)明，其包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域內(nèi)任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)并且進(jìn)行任何包含的方法。本發(fā)明的專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員想起的其他示例。這樣的其他示例如果它們具有不與權(quán)利要求的書面語(yǔ)言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求的書面語(yǔ)言無(wú)實(shí)質(zhì)區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件則規(guī)定在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于防止傳感器腐蝕的裝置，包括 絕緣層(400)，其位于所述傳感器的金屬化層(300)上，所述傳感器具有由硅組成的襯底層(700)； 至少一個(gè)接觸溝道(450 )，其延伸通過(guò)所述絕緣層(400 )來(lái)暴露所述金屬化層(300 )的一部分； 粘合層(200)，其位于所述絕緣層(400)的一部分和所述至少一個(gè)接觸溝道(450)的內(nèi)表面上，所述粘合層(200)接觸所述絕緣層(400)的一部分和所述金屬化層(300)的一部分；以及 抗腐蝕層(100 )，其位于所述粘合層(200 )上。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其進(jìn)一步包括接合到所述襯底層(700)的底部的玻璃層(800)。
3.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述絕緣層(400)由二氧化硅組成。
4.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述金屬化層(300)由鋁組成。
5.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述抗腐蝕層(100)由金組成。
6.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述粘合層(200)由鈦鎢組成。
7.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述裝置是接合盤(10)。
8.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述裝置是電氣接觸。
9.一種用于防止傳感器腐蝕的方法，包括以下步驟 將絕緣層(400)沉積在所述傳感器的金屬化層(300)上，所述傳感器具有由硅組成的襯底層(700)； 形成通過(guò)所述絕緣層(400)的至少一個(gè)接觸溝道(450)來(lái)暴露所述金屬化層(300)的一部分； 將粘合層(200)沉積在所述絕緣層(400)的一部分和所述至少一個(gè)接觸溝道(450)的內(nèi)表面上，所述粘合層(200)接觸所述絕緣層(400)的一部分和所述金屬化層(300)的一部分； 將抗腐蝕層(100)沉積在所述粘合層(200)上。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中形成所述至少一個(gè)接觸溝道(450)的步驟進(jìn)一步包括將玻璃層(800)接合到所述傳感器的所述襯底層(700)的步驟。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述絕緣層(400)由二氧化硅組成。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述金屬化層(300)由鋁組成。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述抗腐蝕層(100)由金組成。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述粘合層(200)由鈦鎢組成。
15.如權(quán)利要求9所述的方法，其中沉積粘合層(200)的所述步驟和沉積所述抗腐蝕層(100)的所述步驟使用硬掩模和濺射工藝進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于防止傳感器腐蝕的方法和裝置。公開(kāi)了用于防止傳感器腐蝕的裝置及其制造方法，其中該裝置包括覆蓋硅傳感器的金屬化層(300)的絕緣層(400)和粘合層(200)，其中抗腐蝕層(100)位于該粘合層(200)上。
文檔編號(hào)B81C1/00GK102786027SQ201210157589
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月19日
發(fā)明者K.M.杰克遜, N.V.曼特拉瓦迪, Q.王 申請(qǐng)人:通用電氣公司