用于測量力的裝置和制作其的方法
【專利摘要】公開了用于測量力的裝置和制造其的方法。該裝置包括隔膜腔內(nèi)的凸起結(jié)構(gòu)，其中該凸起結(jié)構(gòu)具有大致上平行的側(cè)壁。一個或多個傳感器靠近隔膜安裝來感測隔膜中的撓曲，其受該凸起結(jié)構(gòu)控制。
【專利說明】用于測量力的裝置和制作其的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文公開的主題涉及基于半導(dǎo)體微機電的傳感器(MEMS)，其用于檢測從機械應(yīng)力、化學(xué)機械應(yīng)力、熱應(yīng)力、電磁場等產(chǎn)生的小的力或撓曲。更具體地，本文公開的主題涉及用于感測壓力的裝置和制造其的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]基于半導(dǎo)體微電子的傳感器的發(fā)展已經(jīng)極大地降低這樣的傳感器的尺寸和成本。硅微傳感器的電和機械性質(zhì)以及硅微加工和半導(dǎo)體微電子技術(shù)已經(jīng)得到改進。例如，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)、機械振蕩器、光學(xué)和RF開關(guān)和衰減器、微型閥、噴墨打印頭、原子力顯微鏡針尖等在醫(yī)療、航空、工業(yè)和汽車市場中的各種應(yīng)用中使用。硅的高屈服強度、在室溫的彈性以及硬度性質(zhì)使其對于例如可用于傳感器結(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、手持式輪胎壓力計和睡眠呼吸機的消費品可包含硅微加工傳感器。
[0003]對硅傳感器在不斷擴大的使用領(lǐng)域中的需求持續(xù)激發(fā)對為特定環(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。一般的微機電裝置以及用于測量例如特別是壓力的力的傳感器的擴大的使用領(lǐng)域已經(jīng)形成對甚至更小的裝置的需求。遺憾地，已經(jīng)難以生產(chǎn)對于壓力中的小變化也高度靈敏的更小的裝置。因為裝置的小尺寸以及使用的幾何形狀的薄的性質(zhì)，常規(guī)的技術(shù)難以維持需要的嚴格的公差，尤其是在高容量制造期間。另外，在制造期間結(jié)構(gòu)可在這樣的MEMS裝置內(nèi)擴散或注入的深度中的限制限制了這樣的裝置的設(shè)計和操作特性。
[0004]提供用于制造不僅尺寸小而且可以在高容量中有效生產(chǎn)的高度靈敏的壓力傳感器，這將是有利的。上面的論述只對于一般背景信息提供并且不意在用作確定要求保護的主題的范圍的輔助手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]公開了用于測量力的裝置和制作其的方法。該裝置包括隔膜腔內(nèi)的凸起結(jié)構(gòu)，其中該凸起結(jié)構(gòu)具有大致上平行的側(cè)壁并且在它的寬度上具有大致上均勻的厚度。一個或多個傳感器靠近隔膜安裝來感測隔膜中的撓曲，其受該凸起結(jié)構(gòu)控制。可在傳感器的一些公開的實施例的實踐中實現(xiàn)的優(yōu)勢是隔膜和基于MEMS的壓力傳感器的凸起結(jié)構(gòu)兩者的形狀和尺寸甚至可以使用高容量制造技術(shù)來精確地控制。
[0006]在一個示范性實施例中，公開用于測量力的裝置，該裝置包括第一晶片，其包括設(shè)置在第一裝置層與第二裝置層之間的第一氧化埋層。該裝置進一步包括通過第二氧化埋層而結(jié)合到第一裝置層的第二晶片。隔膜腔從第二裝置層延伸通過第一裝置層、第二氧化埋層和第二晶片，其中第二裝置層在隔膜腔上形成隔膜。在從第一氧化埋層延伸的隔膜腔內(nèi)提供凸起結(jié)構(gòu)。該凸起結(jié)構(gòu)具有大致上平行的側(cè)壁。提供第二裝置層中的第一傳感器來感測隔膜中的撓曲。[0007]在另一個示范性實施例中，公開用于測量力的裝置，該裝置包括第一晶片，其包括設(shè)置在第一裝置層與第二裝置層之間的第一氧化埋層。該裝置進一步包括通過第二氧化埋層而結(jié)合到第一裝置層的第二晶片。隔膜腔從第二裝置層延伸通過第一裝置層、第二氧化埋層和第二晶片，其中第二裝置層在隔膜腔上形成隔膜。在從第一氧化埋層延伸的隔膜腔內(nèi)提供凸起結(jié)構(gòu)。該凸起結(jié)構(gòu)具有大致上平行的側(cè)壁。提供第二裝置層中的第一傳感器來感測隔膜中的撓曲。
[0008]在再另一個示范性實施例中，公開了限定凸起結(jié)構(gòu)的方法，其用于在用于測量力的裝置中使用，該方法包括蝕刻第一晶片的第一裝置層中的第一和第二溝道的步驟，該第一和第二溝道大致上互相平行并且從第一晶片的頂表面延伸到第一氧化埋層來限定凸起結(jié)構(gòu)。在第一和第二溝道的垂直側(cè)壁(其包括鄰近由第一和第二溝道限定的凸起結(jié)構(gòu)的內(nèi)垂直側(cè)壁)上施加熱氧化層。在施加熱氧化層的步驟后在第一裝置層中蝕刻至少兩個犧牲鰭，這些犧牲鰭從頂表面延伸到第一氧化埋層并且具有大致上無氧化物的邊緣，這些犧牲鰭設(shè)置在位于第一和第二溝道的側(cè)面的區(qū)中。犧牲鰭通過蝕刻第一裝置層的一部分而去除來限定隔膜和隔膜腔。內(nèi)垂直側(cè)壁上的熱氧化層被去除。
[0009]提供一種用于測量力的裝置，所述裝置包括:
第一晶片，其包括設(shè)置在第一裝置層與第二裝置層之間的第一氧化埋層；
第二晶片，其通過第二氧化埋層而結(jié)合到所述第一裝置層；
隔膜腔，其從所述第二裝置層延伸通過所述第一裝置層、所述第二氧化埋層和所述第二晶片，其中所述第二裝置層在所述隔膜腔上形成隔膜；
所述隔膜腔內(nèi)的凸起結(jié)構(gòu)，所述凸起結(jié)構(gòu)從所述第一氧化埋層延伸，所述凸起結(jié)構(gòu)具有大致上平行的側(cè)壁；以及
靠近所述隔膜的所述第二裝置層中的第一傳感器，用于感測所述隔膜中的撓曲。
[0010]優(yōu)選的，所述凸起結(jié)構(gòu)在它的寬度上具有大致上均勻的厚度。
[0011 ] 優(yōu)選的，所述第一傳感器包括壓電電阻器。
[0012]優(yōu)選的，所述裝置進一步包括靠近所述隔膜的所述第二裝置層中的第二傳感器，所述第一和第二傳感器位于所述凸起結(jié)構(gòu)的側(cè)面。
[0013]優(yōu)選的，所述裝置進一步包括分別設(shè)置在所述第一和第二傳感器上的第一和第二
金屬化層。
[0014]優(yōu)選的，所述裝置進一步包括接合到所述第二晶片的襯底。
[0015]優(yōu)選的，所述襯底包括預(yù)制孔，其使所述隔膜腔連接到環(huán)繞所述裝置的環(huán)境。
[0016]優(yōu)選的，所述第二裝置層具有第一和第二暴露部分，其暴露于所述隔膜腔，所述第一和第二暴露部分位于所述凸起結(jié)構(gòu)的側(cè)面。
[0017]優(yōu)選的，所述第二氧化埋層包括與所述凸起結(jié)構(gòu)和所述第二裝置層兩者鄰接并且設(shè)置在所述第二裝置層的第一與第二暴露部分之間的部分。
[0018]提供一種用于測量力的裝置，所述裝置包括:
第一晶片，其包括設(shè)置在第一裝置層與第二裝置層之間的第一氧化埋層；
第二晶片，其通過第二氧化埋層而結(jié)合到所述第一裝置層；
隔膜腔，其從所述第二裝置層延伸通過所述第一裝置層、所述第二氧化埋層和所述第二晶片，其中所述第二裝置層在所述隔膜腔上形成隔膜； 所述隔膜腔內(nèi)的凸起結(jié)構(gòu)，所述凸起結(jié)構(gòu)從所述第一氧化埋層延伸，所述凸起結(jié)構(gòu)具有大致上平行的側(cè)壁并且在它的寬度上具有大致上均勻的厚度；以及
靠近所述隔膜的所述第二裝置層中的第一傳感器，用于感測所述隔膜中的撓曲。
[0019]提供一種限定凸起結(jié)構(gòu)的方法，用于在用于測量力的裝置中使用，所述方法包括以下步驟:
蝕刻第一晶片的第一裝置層中的第一和第二溝道，所述第一和第二溝道大致上互相平行并且從所述第一晶片的頂表面延伸到第一氧化埋層來限定所述凸起結(jié)構(gòu)；
在所述第一和第二溝道的垂直側(cè)壁上施加熱氧化層，所述第一和第二溝道包括鄰近由所述第一和第二溝道限定的所述凸起結(jié)構(gòu)的內(nèi)垂直側(cè)壁；
在施加所述熱氧化層的步驟后在所述第一裝置層中蝕刻至少兩個犧牲鰭，所述犧牲鰭從所述頂表面延伸到所述第一氧化埋層并且具有大致上無氧化物的邊緣，所述犧牲鰭設(shè)置在位于所述第一和第二溝道的側(cè)面的區(qū)中；
通過蝕刻所述第一裝置層的一部分而去除所述犧牲鰭來限定隔膜和隔膜腔；以及 去除所述內(nèi)垂直側(cè)壁上的所述熱氧化層。
[0020]優(yōu)選的，所述方法進一步包括將第一鈍化層沉積在至少所述第一裝置層上的步驟，其中所述第一裝置層與所述第一鈍化層和所述第一氧化埋層兩者鄰接。
[0021]優(yōu)選的，所述方法進一步包括在所述第一晶片的所述第一鈍化層中形成第一窗和第二窗來暴露所述第一裝置層的部分的步驟，其中蝕刻第一和第二溝道的步驟分別在所述第一和第二窗處蝕刻。
[0022]優(yōu)選的，所述方法進一步包括形成位于所述隔膜的側(cè)面用于感測所述隔膜中的偏離的第一和第二傳感器的步驟。
[0023]優(yōu)選的，所述方法進一步包括將離子注入位于所述隔膜側(cè)面的所述第二裝置層中的第一和第二傳感器的步驟。
[0024]優(yōu)選的，所述第一晶片進一步包括第二裝置層與處理層之間的第二氧化層，并且所述方法進一步包括去除所述處理層來暴露所述第二裝置層的步驟。
[0025]優(yōu)選的，所述方法進一步包括使第二晶片熔融到所述第一裝置層的步驟。
[0026]優(yōu)選的，所述方法進一步包括去除所述第二晶片的一部分來顯露暴露表面的步驟。
[0027]優(yōu)選的，所述方法進一步包括使所述第二晶片的暴露表面接合到襯底的步驟，其中所述襯底是玻璃襯底或硅襯底中的一個。
[0028]優(yōu)選的，所述方法進一步包括使所述襯底中的預(yù)制孔與所述隔膜腔對齊的步驟。
[0029]本發(fā)明的簡要描述只意在根據(jù)一個或多個說明性實施例提供本文公開的主題的簡要概述，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。提供該簡要描述以采用簡化的形式引入概念的說明性選擇，其在下文在詳細描述中進一步描述。該簡要描述不意在識別被要求保護的主題的關(guān)鍵特征或基本特征，也不意在用作確定要求保護的主題的范圍的輔助手段。要求保護的主題不限于解決在背景中指出的任何或全部劣勢的實現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】[0030]因此，可以理解本發(fā)明的特征所采用的方式，可通過參考某些實施例(其的一些在附圖中圖示)來提供本發(fā)明的詳細描述。然而，要注意，圖只圖示本發(fā)明的某些實施例并且因此不視為它的范圍的限制，因為本發(fā)明的范圍包含其他同等有效的實施例。圖不必按比例繪制，重點一般放在圖示本發(fā)明的某些實施例的特征上。在圖中，類似的符號用于指示貫穿各種視圖的類似的部件。從而，為了進一步理解本發(fā)明，可以參考連同圖閱讀的下列詳細描述，其中:
圖1是用于測量力的示范性裝置的橫截面視圖；
圖2是包括兩個氧化埋層的第一晶片的橫截面視圖；
圖3是在已經(jīng)沉積第一鈍化層后第一晶片的橫截面視圖；
圖4是圖示在第一鈍化層中形成第一和第二窗的第一晶片的透視圖；
圖5是第一晶片的橫截面視圖，其示出第一晶片的第一裝置層中的第一和第二溝道； 圖6是在去除第一鈍化層并且施加氧化層后的第一晶片的橫截面視圖；
圖7是示出在氧化層中形成第一和第二多個窗的第一晶片的橫截面視圖；
圖8是第一晶片的橫截面視圖，其示出在第一裝置層中蝕刻犧牲鰭；
圖9是第一晶片接合到第二晶片來形成晶片組裝件的橫截面視圖；
圖10是在去除處理層后的晶片組裝件的橫截面視圖；
圖11是已經(jīng)沉積第二鈍化層后的晶片組裝件的橫截面視圖；
圖12是晶片組裝件的橫截面視圖，其示出第一和第二傳感器到第二裝置層內(nèi)的形成；圖13是晶片組裝件的橫截面視圖，其描繪在第二鈍化層中形成第一和第二窗(每個連接到第一和第二傳感器)；
圖14是晶片組裝件的橫截面視圖，其圖示金屬化層沉積到第一和第二窗內(nèi)的沉積；
圖15是晶片組裝件的橫截面視圖，其描繪在第二鈍化層中形成第三窗；
圖16是在蝕刻通過第二晶片和第一裝置層兩者之后的晶片組裝件的橫截面視圖；
圖17是晶片組裝件的橫截面視圖，其示出在去除氧化層后的凸起結(jié)構(gòu)；以及 圖18是示出制造用于測量力的示范性裝置的步驟的工藝流程。
【具體實施方式】
[0031]圖1是用于測量力的示范性裝置100的橫截面視圖。示出制造用于測量力的示范性裝置100的方法500的步驟的工藝流程在圖18中示出，其中制造的各個階段在圖2-17中示出。
[0032]裝置100包括第一晶片102、第二晶片200和熔融在一起來形成隔膜腔326的襯底400。第一晶片102包括第一裝置層108和第二裝置層110，其中第一氧化埋層112設(shè)置在其之間。氧化層130處于第一晶片102的第一裝置層108與第二晶片200之間。
[0033]隔膜330在隔膜腔326上形成。第一和第二傳感器304、306位于隔膜330側(cè)面。在一個實施例中，裝置100通過使用第一和第二傳感器304、306來測量壓力以感測由作用于隔膜330來使隔膜330朝或遠離隔膜腔326偏離的壓力引起的隔膜330的偏離。
[0034]凸起結(jié)構(gòu)136從隔膜330的第一氧化埋層112延伸。通過控制凸起結(jié)構(gòu)136的形狀和尺寸(例如，寬度、厚度，等)，可以調(diào)諧隔膜330的靈敏度并且可采用更加可重復(fù)且一致的方式生產(chǎn)裝置。[0035]在一個實施例中，凸起結(jié)構(gòu)136具有大致上平行的側(cè)壁126、128并且在它的寬度(W)上具有大致上均勻的厚度(O。這允許凸起結(jié)構(gòu)136具有定義良好且受控的形狀和尺寸?？稍诿枋龅难b置和制造方法的一些實施例的實踐中實現(xiàn)的優(yōu)勢是隔膜和基于MEMS的壓力傳感器的凸起結(jié)構(gòu)兩者的形狀和尺寸可使用高容量制造技術(shù)來精確地控制。
[0036]在差壓傳感器實施例(例如圖1的示范性實施例)中，相對于裝置100所處的環(huán)境壓力關(guān)于作用于隔膜330的壓力做出壓力測量。隔膜腔326可以通過襯底400中的預(yù)制孔402而對周圍環(huán)境開放。襯底400可以是，例如玻璃或硅襯底。在絕對壓力傳感器實施例(其中相對于選擇的參考壓力做出測量)中，隔膜腔326可通過關(guān)閉或消除預(yù)制孔402而被隔離。
[0037]裝置100的各種結(jié)構(gòu)特征可使用蝕刻和掩模技術(shù)而形成。適合的蝕刻技術(shù)包括干法或濕法蝕刻技術(shù)，例如深反應(yīng)離子蝕刻(DRIE)、用氫氧化鉀(KOH)濕法蝕刻、氫氧化四甲基銨(TMAH)或其他硅蝕刻劑。掩?？梢允枪庵驴刮g劑掩模、二氧化硅掩模、氮化硅掩?；蚱渌m合的掩模。
[0038]圖2是第一晶片102的橫截面視圖，該第一晶片102包括處理層104和設(shè)置在其上的裝置晶片106。該處理層104可以用于在制造過程期間把持第一晶片102。第一晶片102包括第一裝置層108和第二裝置層110，其中第一氧化埋層112設(shè)置在其之間。在一個實施例中，裝置晶片106是雙絕緣體上硅(DSOI)晶片。第二氧化埋層114設(shè)置在處理層104與第二裝置層110之間。第一氧化埋層112和第二裝置氧化埋層114可以是，例如二氧化硅層。裝置層108、110和處理層104可以是具有各種摻雜劑類型的單晶硅。例如，第一裝置層108、第二裝置層110和處理層104可獨立地用η型或P型摻雜劑形成。在一個實施例中，第二裝置層110是η型，而第一裝置層108和處理層104中的每個可以是η型或ρ型。第二裝置層110可具有從大約0.5 ohm-cm至大約1.0 ohm-cm的電阻率。
[0039]如可以在圖1中看到的，可以選擇各種層的厚度來滿足裝置100的設(shè)計要求。例如，選擇第一裝置層108的厚度來控制凸起結(jié)構(gòu)136的厚度。選擇第二裝置層110(其將形成隔膜330)的厚度來調(diào)整所得裝置100的期望壓力范圍。第二裝置層110的厚度典型地在3微米和20微米之間，其中較薄的層提供較大的偏離并且因此提供較大的靈敏度。其他組件(例如，114、200)典型地大小適于提供具有從大約400微米至大約500微米之間的厚度的隔膜腔326。
[0040]圖3是已經(jīng)在步驟502中沉積第一鈍化層116 (圖18)之后的第一晶片102的橫截面視圖。該第一鈍化層116沉積在至少第一晶片102的第一裝置層108上并且在制造期間提供電絕緣和保護。第一鈍化層116可以由二氧化硅、氮化硅或兩者的組合組成。第一鈍化層116可通過濕法沉積或干法沉積技術(shù)而施加。
[0041]在已經(jīng)沉積第一鈍化層116之后，如在圖4和5中示出的，通過在步驟504(圖18)中在第一晶片102的第一裝置層108中形成溝道而限定凸起結(jié)構(gòu)136。圖4是圖示在第一鈍化層116中形成第一和第二窗118、120的第一晶片102的透視圖。圖5是第一晶片102的橫截面視圖，其示出在第一晶片102的第一裝置層108中形成的第一和第二溝道122、124。
[0042]如在圖4和5中圖示的，這些溝道122、124通過在第一鈍化層116中蝕刻第一和第二窗118、120來暴露第一裝置層108的部分而形成。在一個實施例中，使用干法蝕刻技術(shù)來執(zhí)行蝕刻。凸起結(jié)構(gòu)136的寬度(W)通過第一窗118與第二窗120之間的距離而確定。在一個實施例中，溝道122、124的蝕刻包括兩步過程，由此相對快的蝕刻條件后跟相對慢的蝕刻條件。例如，大部分的蝕刻可使用氫氧化鉀來執(zhí)行。之后，TMAH用于完成蝕刻。這允許第一和第二溝道122、124具有受控的形狀和尺寸，其包括大致上平行的內(nèi)垂直側(cè)壁126、128。例如，第一溝道122的第一內(nèi)垂直側(cè)壁126大致上平行于第二溝道124的第二內(nèi)垂直側(cè)壁128。蝕刻形成溝道122、124，其從第一裝置層108的頂表面延伸到第一氧化埋層112。
[0043]圖6是在去除第一鈍化層116并且在步驟506 (圖18)中在第一晶片102的外表面上施加氧化層130之后的第一晶片102的橫截面視圖。在一個實施例中，氧化層130是大約1.0微米厚。在第一和第二溝道122、124的垂直側(cè)壁(其包括鄰近凸起結(jié)構(gòu)136的內(nèi)垂直側(cè)壁126、128)上施加氧化層130。例如，氧化層130可使用涂覆技術(shù)、沉積技術(shù)、熱生長技術(shù)等而施加。沿內(nèi)垂直側(cè)壁126、128的氧化層130保護凸起結(jié)構(gòu)136不受后續(xù)蝕刻影響。第一和第二溝道122、124的內(nèi)垂直側(cè)壁126、128形成凸起結(jié)構(gòu)136的側(cè)壁。
[0044]在已經(jīng)施加氧化層130之后，如在圖7和8中示出的，在步驟508 (圖18)中在第一裝置層108中蝕刻多個犧牲鰭138、140。這些犧牲鰭138、140將相繼被去除來形成隔膜腔326的一部分。圖7是不出在氧化層130中形成第一和第二多個窗132、134的第一晶片102的橫截面視圖。以相對緊密的間隔(例如，相隔大約10微米至50微米)安置該多個窗132、134內(nèi)的每個窗。如在圖8中示出的，當(dāng)經(jīng)由第一和第二多個窗132、134相繼蝕刻溝道時，所得的第一多個和第二多個犧牲鰭138、140是相對薄的。形成至少兩個犧牲鰭，其位于由第一和第二溝道122、124限定的凸起結(jié)構(gòu)136的側(cè)面。在一些實施例中，形成兩個以上犧牲鰭以便于在后續(xù)步驟中通過提供增加的表面區(qū)域用于蝕刻而去除犧牲鰭。在圖8的實施例中，在隔膜330的每側(cè)上對于總共六個犧牲鰭138、140形成三個犧牲鰭138、140。因為在已經(jīng)沉積氧化層130后蝕刻多個犧牲鰭138、140，多個犧牲鰭138、140的垂直邊緣142、144大致上無氧化物。相比之下，用氧化層130涂覆第一和第二溝道122、124的垂直側(cè)壁(其包括凸起結(jié)構(gòu)136的側(cè)壁126、128)，由此保護凸起結(jié)構(gòu)136。因為氧化層130提供防止蝕刻的保護程度，選擇性地去除第一和第二多個犧牲鰭138、140而不去除凸起結(jié)構(gòu)136，這是可能的。
[0045]圖9是在步驟510 (圖18)中將第一晶片102接合到第二晶片200來形成晶片組裝件300的橫截面視圖。圖8的第一晶片102示出為反向的并且它的圖案化表面146接合到第二晶片200。在一個實施例中，第二晶片200是雙面拋光晶片。第二晶片200可以是單晶硅晶片并且可以是η型或ρ型。第二晶片200與第一晶片102之間的接合可通過在提升的溫度(例如，在900°C至1200°C的范圍內(nèi))處的硅熔融接合而發(fā)生。
[0046]在接合之后，如在圖10中示出的，處理層104通過適合的方法在步驟511 (圖18)中去除。在一個實施例中，大部分的處理層104通過摩擦而去除。隨后使用蝕刻技術(shù)去除殘余材料。在已經(jīng)去除處理層104之后，第二氧化埋層114通過濕法或干法蝕刻而去除以提供在圖10中示出的晶片組裝件300。
[0047]圖11是在已經(jīng)在步驟512 (圖18)中沉積第二鈍化層302后的晶片組裝件300的橫截面視圖。在圖11的示范性實施例中，在晶片組裝件300的所有暴露表面(其包括它的上和下表面)上涂覆第二鈍化層302。第二鈍化層302可以由二氧化硅、氮化硅或兩者的組合組成。第二鈍化層302可通過濕法沉積或干法沉積技術(shù)而施加。
[0048]之后，如在圖12中示出的，在步驟514 (圖18)中通過使摻雜劑擴散或離子注入到第二裝置層110內(nèi)而通過第二鈍化層302形成第一和第二傳感器304、306。注入的摻雜劑具有與第二裝置層110的相反的極性。例如，如果第二裝置層110具有η型摻雜劑，第一和第二傳感器304、306通過注入ρ型摻雜劑而形成?；ミB310、314和壓電電阻器308、312可以通過控制摻雜劑的濃度而在第一和第二傳感器304、306內(nèi)形成。例如,第一壓電電阻器308通過注入低濃度的摻雜劑而在第一傳感器304內(nèi)形成，而第一互連310通過注入高濃度的摻雜劑而形成。第二壓電電阻器312和第二互連314采用類似的方式形成。在圖12的實施例中，第一和第二壓電電阻器308、312在凸起結(jié)構(gòu)136的近端，而第一和第二互連310、314在凸起結(jié)構(gòu)136遠端。第一和第二壓電電阻器308、312分別在凸起結(jié)構(gòu)136與第一和第二互連310、314之間。在其他實施例中，在第二裝置層110中提供一個或多個額外的傳感器。這些額外的傳感器可戰(zhàn)略地安置在隔膜330上的各種點處。例如，在一個實施例中，在第一傳感器304與第一內(nèi)垂直側(cè)壁126之間的第二裝置層110中提供第三傳感器。同樣，可在第二傳感器306與第二內(nèi)垂直側(cè)壁128之間的第二裝置層110中提供第四傳感器。
[0049]在形成第一和第二傳感器304、306之后，如在圖13和14中示出的，在步驟515(圖18)中將第一和第二金屬化層320、322沉積在傳感器304、306上。在圖13的實施例中，在第一和第二互連310、314上形成第一和第二窗316、318。如在圖14中示出的，第一和第二金屬化層320、322隨后沉積在第二鈍化層302上使得第一和第二窗316、318被填充，由此分別在第一和第二金屬化層320、322與第一和第二傳感器304、306之間提供電連接。第一和第二金屬化層320、322可以是例如金或鋁的層并且可以具有期望的厚度用于后續(xù)處理和組裝步驟。
[0050]如在圖15-16中示出的，隔膜腔326在步驟516 (圖18)中形成。如在圖15中示出的，在第二鈍化層302的下表面中蝕刻第三窗324使得第二晶片200的下表面的一部分被暴露。如在圖16中示出的，隔膜腔326然后通過蝕刻通過第三窗324到第一氧化埋層112而形成。在該蝕刻過程期間，氧化層130保護凸起結(jié)構(gòu)136免于蝕刻。相比之下，第一和第二多個犧牲鰭138、140的垂直邊緣142、144大致上無氧化物并且因此被蝕刻。因為第一和第二多個犧牲鰭138、140是相對薄的(例如，10微米至50微米)，蝕刻步驟去除了多個犧牲鰭138、140并且形成隔膜腔326。
[0051]參考圖17，通過步驟518 (圖18)中的蝕刻將氧化層130從凸起結(jié)構(gòu)136中去除。位于凸起結(jié)構(gòu)136側(cè)面的第一氧化埋層112的部分也被去除來顯露第二裝置層110的暴露部分，其暴露于隔膜腔326。第二晶片200的下表面332通過蝕刻第二鈍化層302的下邊緣而暴露。如在圖1中示出的，在步驟520 (圖18)中第二晶片200的暴露的下表面332然后可接合到支承襯底，例如襯底400 (圖1)。襯底400可以是例如玻璃或硅襯底。在圖1的實施例中，襯底400包括預(yù)制孔402，其將隔膜腔326連接到環(huán)境。襯底400可在提升的溫度(例如，在100V-3000V處300°C至450°C)接合到暴露的下表面332。在一個實施例中，襯底400的厚度在大約500微米至1000微米之間。在某些實施例中，接合材料用于將第二晶片200接合到襯底400。接合材料的示例包括玻璃粉、Au-Si共晶焊料和相似的金屬合金。
[0052]在圖1的實施例中，預(yù)制孔402包括鄰近隔膜腔326的沉孔404。取決于第二晶片200的高度，提供具有比凸起結(jié)構(gòu)136的寬度(W)更寬并且比預(yù)制孔402的寬度更寬的寬度的沉孔404，這可是有利的。在這樣的實施例中，凸起結(jié)構(gòu)136提供波狀區(qū)域，其可以在隔膜330向下偏離時收容凸起結(jié)構(gòu)136。在第二晶片200是厚的那些實施例中，沉孔404可省略。
[0053]該書面描述使用示例來公開本發(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)并且執(zhí)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)利要求的文字語言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求的文字語言無實質(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)。
[0054]
【權(quán)利要求】
1.一種用于測量力的裝置，所述裝置包括: 第一晶片，其包括設(shè)置在第一裝置層與第二裝置層之間的第一氧化埋層； 第二晶片，其通過第二氧化埋層而結(jié)合到所述第一裝置層； 隔膜腔，其從所述第二裝置層延伸通過所述第一裝置層、所述第二氧化埋層和所述第二晶片，其中所述第二裝置層在所述隔膜腔上形成隔膜； 所述隔膜腔內(nèi)的凸起結(jié)構(gòu)，所述凸起結(jié)構(gòu)從所述第一氧化埋層延伸，所述凸起結(jié)構(gòu)具有大致上平行的側(cè)壁；以及 靠近所述隔膜的所述第二裝置層中的第一傳感器，用于感測所述隔膜中的撓曲。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述凸起結(jié)構(gòu)在它的寬度上具有大致上均勻的厚度。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第一傳感器包括壓電電阻器。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，進一步包括靠近所述隔膜的所述第二裝置層中的第二傳感器，所述第一和第二傳感器位于所述凸起結(jié)構(gòu)的側(cè)面。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，進一步包括分別設(shè)置在所述第一和第二傳感器上的第一和第二金屬化層。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，進一步包括接合到所述第二晶片的襯底。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述襯底包括預(yù)制孔，其使所述隔膜腔連接到環(huán)繞所述裝置的環(huán)境。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第二裝置層具有第一和第二暴露部分，其暴露于所述隔膜腔，所述第一和第二暴露部分位于所述凸起結(jié)構(gòu)的側(cè)面。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述第二氧化埋層包括與所述凸起結(jié)構(gòu)和所述第二裝置層兩者鄰接并且設(shè)置在所述第二裝置層的第一與第二暴露部分之間的部分。
10.一種用于測量力的裝置，所述裝置包括: 第一晶片，其包括設(shè)置在第一裝置層與第二裝置層之間的第一氧化埋層； 第二晶片，其通過第二氧化埋層而結(jié)合到所述第一裝置層； 隔膜腔，其從所述第二裝置層延伸通過所述第一裝置層、所述第二氧化埋層和所述第二晶片，其中所述第二裝置層在所述隔膜腔上形成隔膜； 所述隔膜腔內(nèi)的凸起結(jié)構(gòu)，所述凸起結(jié)構(gòu)從所述第一氧化埋層延伸，所述凸起結(jié)構(gòu)具有大致上平行的側(cè)壁并且在它的寬度上具有大致上均勻的厚度；以及 靠近所述隔膜的所述第二裝置層中的第一傳感器，用于感測所述隔膜中的撓曲。
【文檔編號】B81B3/00GK103575431SQ201310338471
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月6日
【發(fā)明者】S.K.賈馬奇, N.V.曼特拉瓦迪, C.V.麥克勞斯 申請人:通用電氣公司