用于感測(cè)壓力波和周圍壓力的傳感器結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]各種實(shí)施例總地涉及用于感測(cè)壓力波和周圍壓力的傳感器結(jié)構(gòu)。該傳感器結(jié)構(gòu)能夠感測(cè)周圍壓力的改變以及可能影響傳感器結(jié)構(gòu)的壓力波的幅度。
【背景技術(shù)】
[0002]許多電子設(shè)備使用各種各樣的傳感器，例如加速度計(jì)、陀螺儀、磁場(chǎng)傳感器、麥克風(fēng)和壓力傳感器。這些傳感器中的許多傳感器可以集成到單一傳感器封裝體中。這些傳感器封裝體典型地包括形成在傳感器之上的保護(hù)性樹脂或環(huán)氧樹脂層，以提供增加的對(duì)各種環(huán)境因素的抵抗性和耐用性。然而，為了正確運(yùn)作，一些傳感器不能通過(guò)保護(hù)層來(lái)密封，例如麥克風(fēng)和壓力傳感器。典型的麥克風(fēng)具有暴露于入射壓力波的隔膜(diaphragm)。這些壓力波使得隔膜變形，并且該變形由各種換能機(jī)制檢測(cè)到并轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的電信號(hào)。在微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的麥克風(fēng)中，常規(guī)的換能機(jī)制可以包括壓電、壓阻、光學(xué)和電容性機(jī)制。許多MEMS壓力傳感器類似地采用這些類型的換能機(jī)制來(lái)感測(cè)周圍壓力的改變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在各種實(shí)施例中，提供一種傳感器結(jié)構(gòu)。該傳感器結(jié)構(gòu)可以包括:第一傳導(dǎo)層；電極元件；以及相對(duì)于所述第一傳導(dǎo)層布置在所述電極元件的相反側(cè)上的第二傳導(dǎo)層。第一傳導(dǎo)層和第二傳導(dǎo)層可以形成腔室。腔室中的壓力可以小于腔室外的壓力。
【附圖說(shuō)明】
[0004]在附圖中，貫穿不同的視圖，類似的參考標(biāo)號(hào)通常指代相同的部件。附圖不一定按比例繪制，而是通常強(qiáng)調(diào)圖示本公開的原理。在以下描述中，參照以下附圖描述本公開的各種實(shí)施例，其中:
[0005]圖1A示出根據(jù)各種實(shí)施例的傳感器結(jié)構(gòu)的透視橫截面圖，該傳感器結(jié)構(gòu)具有用于感測(cè)周圍壓力的改變的區(qū)域和用于感測(cè)入射壓力波的幅度的區(qū)域；
[0006]圖1B和圖1C示出可以在圖1A的傳感器結(jié)構(gòu)中實(shí)施的用于感測(cè)入射壓力波的幅度的單獨(dú)腔室的透視橫截面高度抽象視圖；
[0007]圖2示出可以用于感測(cè)周圍壓力的改變的圖1A的傳感器結(jié)構(gòu)的一部分的各種潛在方面；
[0008]圖3A和圖3B以圖表圖示針對(duì)不同厚度和側(cè)邊長(zhǎng)度的無(wú)應(yīng)力多晶硅隔膜的單位平方區(qū)段的Ibar (I巴)壓力(周圍壓力)下的薄膜(membrane)變形的計(jì)算結(jié)果；
[0009]圖4A至圖4D以圖表圖示根據(jù)各種實(shí)施例的用于形成圖2的傳感器結(jié)構(gòu)的示例性方法；
[0010]圖5A和圖5B圖示用于形成圖2的傳感器結(jié)構(gòu)的示例性方法中的潛在其它步驟；
[0011]圖6A和圖6B圖示在用于形成圖2的傳感器結(jié)構(gòu)的示例性方法中的附加的潛在構(gòu)造步驟；
[0012]圖7A和圖7B圖示在用于形成圖2的傳感器結(jié)構(gòu)的示例性方法中的其它構(gòu)造和/或?qū)映练e步驟；
[0013]圖8A和圖SB圖示在用于形成圖2的傳感器結(jié)構(gòu)的示例性方法中的潛在構(gòu)造步驟；
[0014]圖9A和圖9B圖示在用于形成圖2的傳感器結(jié)構(gòu)的示例性方法中的潛在金屬化步驟；
[0015]圖10圖示在用于形成圖2的傳感器結(jié)構(gòu)的示例性方法中的潛在構(gòu)造步驟；
[0016]圖1lA和圖1lB圖示在用于形成圖2的傳感器結(jié)構(gòu)的示例性方法中的潛在構(gòu)造步驟；
[0017]圖12A和圖12B圖示在用于形成圖2的傳感器結(jié)構(gòu)的示例性方法中的潛在構(gòu)造步驟；
[0018]圖13A和圖13B圖示在用于形成圖2的傳感器結(jié)構(gòu)的示例性方法中的潛在構(gòu)造步驟；
[0019]圖14A和圖14B圖示在用于形成圖2的傳感器結(jié)構(gòu)的示例性方法中的潛在構(gòu)造步驟；
[0020]圖15A和圖15B進(jìn)一步圖示在用于形成圖2的傳感器結(jié)構(gòu)的示例性方法中的潛在構(gòu)造步驟；
[0021]圖16A和圖16B示出圖4至圖15所示的傳感器結(jié)構(gòu)的潛在實(shí)施例的橫截面圖和頂部透視圖；
[0022]圖17示出圖4至圖15所示的傳感器結(jié)構(gòu)的潛在實(shí)施例的橫截面圖；
[0023]圖18示出根據(jù)各種實(shí)施例的集成到蜂窩電話設(shè)備中的圖1A的傳感器結(jié)構(gòu)的框圖表不;
[0024]圖19A至圖19C以流程圖形式圖示可以實(shí)現(xiàn)制造圖1至圖17所示傳感器結(jié)構(gòu)的各種方法。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下詳細(xì)描述參考附圖，附圖通過(guò)圖示的方式示出了可以實(shí)施本公開的特定細(xì)節(jié)和實(shí)施例。
[0026]這里使用用語(yǔ)“示例性”來(lái)意指“用作示例、實(shí)例或圖示”。這里描述為“示例性”的任意實(shí)施例或設(shè)計(jì)并不一定被理解為相對(duì)其他實(shí)施例或設(shè)計(jì)是優(yōu)選或有利的。
[0027]關(guān)于形成在側(cè)面或表面“之上”的沉積材料而使用的用語(yǔ)“之上”這里可以用來(lái)意指:可以“直接在所暗示的側(cè)面或表面上”形成沉積材料，例如與所暗示的側(cè)面或表面直接接觸地形成沉積材料。關(guān)于形成在側(cè)面或表面“之上”的沉積材料而使用的用語(yǔ)“之上”這里可以用來(lái)意指:可以在一個(gè)或多個(gè)附加層布置在所暗示的側(cè)面或表面與沉積材料之間的情況下，“間接地在所暗示的側(cè)面或表面上”形成沉積材料。
[0028]在各種實(shí)施例中，隔膜可以包括平板或薄膜。平板可以理解為處于壓力下的隔膜。此外，薄膜可以理解為處于張力下的隔膜。盡管下面將參照薄膜更具體地描述各種實(shí)施例，但可以備選地提供有平板或者總地提供有隔膜。
[0029]根據(jù)各種實(shí)施例，提供傳感器結(jié)構(gòu)100。如圖1A所示，傳感器結(jié)構(gòu)100可以包括支撐結(jié)構(gòu)102，該支撐結(jié)構(gòu)102具有第一導(dǎo)電層104、電極元件108和第二導(dǎo)電層112，該第一導(dǎo)電層104形成在支撐結(jié)構(gòu)102的表面上，該第二導(dǎo)電層112相對(duì)于第一導(dǎo)電層104布置在電極元件108的相反側(cè)上。
[0030]根據(jù)各種實(shí)施例，傳感器結(jié)構(gòu)100可以進(jìn)一步包括被配置為形成第一腔室114的第一導(dǎo)電層104的部分和第二導(dǎo)電層112的部分。第一腔室114中的壓力可以低于第一腔室114外的壓力。第一腔室114中的壓力可以在約0.5mbar (毫巴)到約1mbar的范圍內(nèi)，例如在約0.5mbar到約Imbar的范圍內(nèi)，例如在約Imbar到約1.5mbar的范圍內(nèi)，例如在約2mbar到約2.5mbar的范圍內(nèi)，例如在約2.5mbar到約3mbar的范圍內(nèi)，例如在約3mbar到約5mbar的范圍內(nèi)，例如在約5mbar到約1mbar的范圍內(nèi)。
[0031]根據(jù)各種實(shí)施例，第二導(dǎo)電層112的另一部分和電極元件108的部分可以形成第二腔室116，并且第二腔室116中的壓力可以低于第二腔室116外的壓力。第二腔室116中的壓力可以在約0.5mbar到約1mbar的范圍內(nèi)，例如在約0.5mbar到約Imbar的范圍內(nèi)，例如在約Imbar到約1.5mbar的范圍內(nèi)，例如在約2mbar到約2.5mbar的范圍內(nèi)，例如在約2.5mbar到約3mbar的范圍內(nèi)，例如在約3mbar到約5mbar的范圍內(nèi)，例如在約5mbar到約1mbar的范圍內(nèi)。
[0032]根據(jù)各種實(shí)施例，傳感器結(jié)構(gòu)100可以進(jìn)一步包括第一柱結(jié)構(gòu)118，該第一柱結(jié)構(gòu)118布置在第一導(dǎo)電層104與第二導(dǎo)電層112之間的第一腔室114中。傳感器結(jié)構(gòu)100也可以包括第二柱結(jié)構(gòu)120，該第二柱結(jié)構(gòu)120布置在第二導(dǎo)電層112與電極元件108之間的第二腔室116中。
[0033]根據(jù)各種實(shí)施例，傳感器結(jié)構(gòu)100可以包括形成在支撐結(jié)構(gòu)102中的空腔122?？涨?22可以布置在支撐結(jié)構(gòu)102中，使得第一導(dǎo)電層104的一部分可以跨空腔122懸置。
[0034]根據(jù)各種實(shí)施例，傳感器結(jié)構(gòu)100可以包括穿過(guò)第一導(dǎo)電層104、第一間隔層106、電極元件108、第二間隔層110和第二導(dǎo)電層112的部分而形成的空隙124。根據(jù)各種實(shí)施例，空隙124可以穿過(guò)第一導(dǎo)電層104、第一間隔層106、電極元件108和第二間隔層110的部分來(lái)形成，而不延伸穿過(guò)第二導(dǎo)電層112?？障?24可以布置成使得傳感器結(jié)構(gòu)的可以包含第一腔室114的部分和傳感器結(jié)構(gòu)100的可以包含第二腔室116的部分可以彼此電隔離。
[0035]圖1B和圖1C示出第一腔室114的截面的孤立視圖，其中根據(jù)各種實(shí)施例，入射在第二導(dǎo)電層112上的聲波110可以引起腔室相對(duì)于電極元件108變形。由于第一腔室114可由于聲波110而變形，所以第二導(dǎo)電層112可以在基本朝向電極元件108的方向上變形，而第一導(dǎo)電層104可以同時(shí)在與第二導(dǎo)電層基本相同的方向上變形并因此可以遠(yuǎn)離電極元件108而移動(dòng)。由于第一導(dǎo)電層104可以通過(guò)第一柱結(jié)構(gòu)118被固定到第二導(dǎo)電層112，所以第一導(dǎo)電層104和第二導(dǎo)電層112的變形的幅度可以基本相等。
[0036]根據(jù)各種實(shí)施例，可以通過(guò)第一導(dǎo)電層104和第二導(dǎo)電層112的移動(dòng)而產(chǎn)生信號(hào)。這些信號(hào)然后可以通過(guò)諸如可任選的處理電路132之類的一個(gè)或多個(gè)處理電路進(jìn)行比較并轉(zhuǎn)換成可期望用于給定應(yīng)用的可用信息，例如感測(cè)壓力的改變，例如檢測(cè)入射在第一導(dǎo)電層104和第二導(dǎo)電層112上的壓力波的幅度。根據(jù)各種實(shí)施例，第一導(dǎo)電層104和第二導(dǎo)電層112之間的距離的改變可以引起在第一導(dǎo)電層104和第二導(dǎo)電層112之間產(chǎn)生的電容的改變。根據(jù)各種實(shí)施例，該電容的改變可以通過(guò)諸如可任選的電路132之類的一個(gè)或多個(gè)處理電路來(lái)檢測(cè)。
[0037]根據(jù)各種實(shí)施例，支撐結(jié)構(gòu)102可以為半導(dǎo)體襯底，諸如硅襯底。根據(jù)各種實(shí)施例，支撐結(jié)構(gòu)102可以包括或基本包括給定應(yīng)用可以期望的其它半導(dǎo)體材料，諸如鍺、鍺硅、碳化硅、氮化鎵、銦、氮化銦鎵、砷化銦鎵、氧化銦鎵鋅或其它元素和/或化合物半導(dǎo)體(例如諸如砷化鎵或磷化銦之類的II1-V化合物半導(dǎo)體，或者I1-VI化合物半導(dǎo)體或三元化合物半導(dǎo)體或四元化合物半導(dǎo)體)。支撐結(jié)構(gòu)102可以包括或基本包括給定應(yīng)用可期望的其它材料或材料組合，例如各種電介質(zhì)、金屬和聚合物。根據(jù)各種實(shí)施例，支撐結(jié)構(gòu)102可以包括或基本包括例如玻璃和/或各種聚合物。支撐結(jié)構(gòu)102可以為絕緣體上硅(SOI)結(jié)構(gòu)。根據(jù)各種實(shí)施例，支撐結(jié)構(gòu)102可以為印刷電路板。
[0038]根據(jù)各種實(shí)施例，空腔122可以借助于各種技術(shù)形成在支撐結(jié)構(gòu)120中，例如各向同性氣相刻蝕、蒸汽刻蝕、濕法刻蝕、各向同性干法刻蝕、等離子體刻蝕、激光鉆蝕、各種研磨技術(shù)等。
[0039]根據(jù)各種實(shí)施例，空腔122的形狀可以為方形或基本方形?？涨?22的形狀可以為矩形或基本矩形。根據(jù)各種實(shí)施例，空腔122的形狀可以為圓形或基本圓形。空腔122的形狀可以為橢圓形或基本橢圓形。根據(jù)各種實(shí)施例，空腔122的形狀可以為三角形或基本三角形?？涨?22可以為十字形或基本十字形。根據(jù)各種實(shí)施例，空腔122可以形成為可以期望用于給定應(yīng)用的任意形狀。根據(jù)各種實(shí)施例，跨空腔122的距離126可以例如在從約0.5mm到約5mm的范圍內(nèi)，例如在從約0.5mm到約Imm的范圍內(nèi)，例如在從約Imm到約
1.5mm的范圍內(nèi)，例如在從約1.5mm到約2mm的范圍內(nèi)，例如在從約2mm到約2.5mm的范圍內(nèi)，例如在從約2.5mm到約3mm的范圍內(nèi)，例如在從約3mm到約5mm的范圍內(nèi)。
[0040]根據(jù)各種實(shí)施例，第一導(dǎo)電層104可以借助于各種制造技術(shù)形成在支撐結(jié)構(gòu)102的頂表面102a之上，例如物理氣相沉積、電化學(xué)沉積、化學(xué)氣相沉積和分子束外延。
[0041]根據(jù)各種實(shí)施例，第一導(dǎo)電層104可以具有厚度Tl，該厚度Tl例如在從約300nm到約10 μ m的范圍內(nèi)，例如在從約300nm到約400nm的范圍內(nèi)，例如在從約400nm到約500nm的范圍內(nèi)，例如在從約500nm到約I μ m的范圍內(nèi)，例如在從約I μ m到約3 μ m的范圍內(nèi)，例如在從約3 μ m到約5 μ m的范圍內(nèi)，例如在從約5 μ m到約10 μ m的范圍內(nèi)。
[0042]根據(jù)各種實(shí)施例，第一導(dǎo)電層104可以包括或基本包括諸如硅的半導(dǎo)體材料。根據(jù)各種實(shí)施例，第一導(dǎo)電層104可以包括或者基本包括給定應(yīng)用所期望的其他半導(dǎo)體材料，諸如鍺、鍺硅、碳化硅、氮化鎵、銦、氮化銦鎵、砷化銦鎵、氧化銦鎵鋅或其它元素和/化合物半導(dǎo)體(例如諸如砷化鎵或磷化銦之類II1-V化合物半導(dǎo)體，或者I1-VI化合物半導(dǎo)體或三元化合物半導(dǎo)體或四元化合物半導(dǎo)體)。第一導(dǎo)電層10