在單芯片上的慣性和壓力傳感器的制造方法
【專利摘要】在一個(gè)實(shí)施例中，用于電容式壓力傳感器的工藝流程與用于慣性傳感器的工藝流程相結(jié)合。以此方式，在壓力傳感器的膜層內(nèi)實(shí)現(xiàn)慣性傳感器。器件層同時(shí)用作慣性傳感器中進(jìn)行平面外傳感的z軸電極和/或慣性傳感器的布線層。壓力傳感器工藝流程的膜層（或覆蓋層）用來限定慣性傳感器傳感結(jié)構(gòu)。在膜層中的絕緣氮化物塞用于使多軸慣性傳感器的各種傳感結(jié)構(gòu)解除電氣聯(lián)接，從而允許完全的差動傳感。
【專利說明】
在單芯片上的慣性和壓力傳感器
[0001 ] 交叉引用 本申請要求于2013年8月5日提交的美國臨時(shí)申請?zhí)?1/862,370的權(quán)益，其全部內(nèi)容通 過引用并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本公開大體涉及晶片和基板，例如用于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件或者半導(dǎo)體器件的 那些。
【背景技術(shù)】
[0003] 由于更小尺寸、更低能量消耗以及低成本硅制造的潛能，靜電MEMS諧振器已經(jīng)是 取代常規(guī)石英晶體諧振器的有前景的技術(shù)選擇。然而，此類器件通常遭受無法接受地過大 的動生阻抗(R x)。在平面外的方向上操作的（即在垂直于由基板限定的平面的方向上操作 的)MEMS器件的優(yōu)勢在于在頂部表面和底部表面上大的換能面積，這引起動生阻抗的減小， 其中，該器件形成在基板上。因此，平面外器件已經(jīng)受到越來越多的關(guān)注，這引起該領(lǐng)域的 重大突破，例如數(shù)字微鏡器件和干涉調(diào)制器。
[0004] 平面外電極的潛在益處在考慮到影響Rx的因素時(shí)是明顯的。描述Rx的等式如下：
其中，"cr"是諧振器的有效阻尼常數(shù)， "η"是換能效率， "g"是電極之間的間隙， "A"是換能面積，以及 "V"是偏壓。
[0005] 對于平面內(nèi)器件而言，"A"被定義為HXL，其中，"H"是平面內(nèi)部件的高度以及"L" 是平面內(nèi)部件的長度。因此η是H/g的函數(shù)并且H/g受到刻蝕深寬比的限制，該刻蝕深寬比通 常限制至大約20:1。然而，對于平面外器件而言，"A"被定義為LXW，其中，"W"是器件寬度。 因此，η不是平面外器件的高度的函數(shù)。相反，η是(Lxw)/g的函數(shù)。因此，器件的所需占地面 積是影響換能效率的主要因素。由此，與平面內(nèi)器件相比，平面外器件具有實(shí)現(xiàn)顯著更大的 換能效率的能力。
[0006] 慣性傳感器的封裝是標(biāo)準(zhǔn)工藝，例如，由晶片鍵合所執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)工藝。需要進(jìn)行封 裝以便保護(hù)傳感器結(jié)構(gòu)免受環(huán)境影響以及來提供最優(yōu)操作壓力。加速計(jì)通常具有更高的壓 力OlOmbar)以便提供足夠的阻尼。陀螺儀具有更低的壓力（〈lOmbar)以便有效地操作。封 裝工藝未在此進(jìn)一步描述，也未在圖中示出。
[0007] 額外地，MEMS傳感器通常使用對于每個(gè)傳感器而言專用的工藝流程所制造，其中， 每個(gè)傳感器均在單個(gè)的芯片上。例如，利用與制造慣性傳感器完全不同的工藝流程來制造 壓力傳感器，并且因此難以將兩種傳感器制造在單芯片上。
[0008] 所需要的是使用通常理解的制造步驟制造并且將不同類型的多種傳感器件結(jié)合 在單芯片上的器件。如果所述器件能夠使用在單芯片上的單個(gè)制造工藝來實(shí)現(xiàn)，則將是有 益的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本公開有利地將用于多個(gè)MEMS傳感器的工藝流程相結(jié)合，使得將這些傳感器制造 在單芯片上。例如，一些實(shí)施例使用用于電容式壓力傳感器的工藝流程并且在制造所述壓 力傳感器的同時(shí)制造慣性傳感器。以此方式，慣性傳感器實(shí)現(xiàn)在壓力傳感器的膜層內(nèi)。同 時(shí)，器件層用作在慣性傳感器中進(jìn)行平面外傳感的z軸電極，和/或用作慣性傳感器的布線 層。壓力傳感器工藝流程的膜層(或覆蓋層）用來限定慣性傳感器傳感結(jié)構(gòu)。在膜層中的絕 緣氮化物塞用來使用于多軸線慣性傳感器的各種傳感結(jié)構(gòu)解除電氣聯(lián)接，從而允許進(jìn)行完 全的差動傳感/讀出。額外地，通過將慣性傳感器制造在膜層內(nèi)，減小了整體的傳感面積。此 類慣性傳感結(jié)構(gòu)具有與當(dāng)前的慣性傳感器相同的設(shè)計(jì)靈活性，例如在沒有額外的工藝步驟 的情況下允許大的側(cè)向間隙。
[0010] 其它工藝流程可適于壓力傳感器膜層的工藝流程，從而允許將許多傳感器集成在 單個(gè)工藝流程和單芯片中。額外地，本公開不限于電容式壓力傳感器工藝流程并且還能夠 應(yīng)用到其它換能器，例如壓阻式換能器。另外，本公開不限于多晶硅膜的使用。
[0011] 在一個(gè)實(shí)施例中，一種MEMS傳感器器件，其包括:處理層;器件層，其定位在所述處 理層之上;第一固定電極，其限定在所述器件層中；第二固定電極，其限定在所述器件層中 并且與所述第一固定電極電氣地隔離開;覆蓋層，其定位在所述器件層之上;第一可移動電 極，其限定在所述覆蓋層中且在所述第一固定電極正上方的位置處;第二可移動電極，其限 定在所述覆蓋層中，其至少部分地在所述第二固定電極的正上方并且與所述第一可移動電 極電氣地隔離開;第一空間，其正好定位在所述第一固定電極與所述第一可移動電極之間， 所述第一空間被密封以與所述覆蓋層之上的大氣隔絕；以及第二空間，其正好定位在所述 第二固定電極與所述第二可移動電極之間，所述第二空間與大氣相通。
[0012] 在一些MEMS傳感器器件，支撐所述第一可移動電極的所述覆蓋層的第一部分具有 第一最小厚度;支撐所述第二可移動電極的所述覆蓋層的第二部分具有第二最小厚度；以 及所述第一最小厚度小于所述第一最小厚度。
[0013] 在一些上述實(shí)施例中，所述第一可移動電極的最大厚度與所述第二可移動電極的 最大厚度基本上相等。
[0014] 在一些上述實(shí)施例中，所述第一空間包括:第一空間部分，其正好定位在所述第一 固定電極與所述第一可移動電極之間；以及第二空間部分，其從所述第一空間部分向上延 伸到所述覆蓋層中。
[0015] 在一些上述實(shí)施例中，所述第一可移動電極的最大厚度小于所述第二可移動電極 的最大厚度。
[0016] 在一些上述實(shí)施例中，所述第一可移動電極的最上表面在所述第二可移動電極的 最上表面下方。
[0017] 在一些上述實(shí)施例中，所述第一可移動電極至少部分地由下述限定：第一氮化物 部分，其從所述第一空間的一部分垂直向上延伸；以及第二氮化物部分，其從所述第一氮化 物部分水平延伸。
[0018] 在一些上述實(shí)施例中，所述第一可移動電極進(jìn)一步至少部分地由從所述第二氮化 物部分垂直向上延伸的第三氮化物部分限定。
[0019] 在一些上述實(shí)施例中，所述第二可移動電極包括:第一可移動電極部分，其在所述 第二固定電極的正上方;第二可移動電極部分，其從所述第二固定電極水平地偏置;以及氮 化物間隔件，其使所述第一可移動電極部分與所述第二可移動電極部分電氣地隔離開，所 述MEMS傳感器器件進(jìn)一步包括第三固定電極，其限定在所述覆蓋層中且鄰近所述第二可移 動電極部分。
[0020] 在一些上述實(shí)施例中，所述第一固定電極和所述第一可移動電極配置成壓力傳感 器，以及 所述第二固定電極和所述第二可移動電極配置成陀螺儀傳感器。
[0021] 在一些上述實(shí)施例中，所述第一固定電極和所述第一可移動電極配置成壓力傳感 器，以及 所述第二固定電極和所述第二可移動電極配置成加速計(jì)傳感器。
[0022] 根據(jù)另外的實(shí)施例，一種形成MEMS傳感器器件的方法，其包括:在位于處理層上方 的器件層中限定第一固定電極;在限定所述第一固定電極的同時(shí)，在所述器件層中限定第 二固定電極;在所述器件層上方的覆蓋層中限定第一可移動電極，所述第一可移動電極在 所述第一固定電極正上方的位置處;在所述覆蓋層中限定第二可移動電極，所述第二可移 動電極至少部分地在所述第二固定電極的正上方，并且與所述第一可移動電極電氣地隔離 開;通過形成第一空間從所述器件層釋放所述第一可移動電極;密封所述第一空間使其與 所述覆蓋層之上的大氣隔離;通過形成第二空間從所述器件層釋放所述第二可移動電極； 以及使所述第二空間與大氣相通。
[0023] 在一些上述實(shí)施例中，釋放所述第二可移動電極發(fā)生在與釋放所述第一可移動電 極的相同的工藝步驟期間。
[0024] 在一些上述實(shí)施例中，釋放所述第二可移動電極發(fā)生在釋放所述第一可移動電極 之后的工藝步驟期間。
[0025] 在一些上述實(shí)施例中，使所述第二可移動電極的第一部分與所述第二可移動電極 的第二部分隔離開，其中，所述第一部分在所述第二固定電極的正上方；以及在所述覆蓋層 中鄰所述第二部分的位置處限定第三固定電極。
[0026] 在一些上述實(shí)施例中，限定第一可移動電極包括:在所述覆蓋層內(nèi)形成下部氮化 物部分，所述下部氮化物部分從掩埋氧化物層向上延伸；在所述下部氮化物部分之上形成 墊片部分；以及在所述覆蓋層內(nèi)形成上部氮化物部分，所述上部氮化物部分從墊片向上延 伸。
[0027]在一些上述實(shí)施例中，方法包括刻蝕所述覆蓋層在所限定的第一可移動電極的正 上方的一部分以提供厚度減小的膜，所述第一可移動電極限定在所述膜中。
[0028]在一些上述實(shí)施例中，從所述器件層釋放所述第一可移動電極包括:形成第一空 間部分，其正好定位在所限定的第一固定電極和所限定的第一可移動電極之間；以及形成 第二空間部分，其從所述第一空間部分在所述覆蓋層內(nèi)向上延伸。
[0029]在一些上述實(shí)施例中，在限定所述第一固定電極的同時(shí)在所述器件層中限定第三 固定電極；以及在所述覆蓋層中限定第三可移動電極，所述第三可移動電極至少部分地在 所述第三固定電極的正上方，并且與所述第二可移動電極電氣地隔離開。
【附圖說明】
[0030] 圖1描繪了在單芯片上并入了平面內(nèi)和平面外慣性傳感器和壓力傳感器的傳感器 器件的側(cè)面剖視圖； 圖2-21描繪了用于圖1的傳感器器件的制造工藝的側(cè)面剖視圖； 圖22描繪了與圖1的傳感器器件相似的傳感器器件的側(cè)面剖視圖，其中，壓力傳感器膜 具有類似凸臺的構(gòu)造，由此減小了壓力傳感器膜的有效厚度； 圖23描繪了與圖1的傳感器器件相似的傳感器器件的側(cè)面剖視圖，其中，暴露壓力傳感 器的寬的刻蝕部分被刻蝕地更深，以便所述壓力傳感器膜具有減小的厚度；以及 圖24描繪了更改的工藝步驟，其中，已經(jīng)在壓力傳感器上方刻蝕了寬的刻蝕部分并且 使用薄的氧化物層作為刻蝕停止層。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 為了促進(jìn)理解本公開原理的目的，現(xiàn)在將參照在附圖中說明的以及在下面的書面 說明書中描述的實(shí)施例。應(yīng)理解的是本公開的范圍由此不受到任何限制。另外應(yīng)理解的是， 本公開包括對所說明的實(shí)施例的任何改變和更改，并且包括如本公開所涉及的技術(shù)領(lǐng)域的 技術(shù)人員通常所能想到的本公開原理的另外的應(yīng)用。
[0032] 圖1描繪了慣性和壓力傳感器100,其包括處理層(handle layer)102、掩埋氧化物 層104和器件層106。氧化物層108將器件層106和覆蓋層110隔離開。鈍化層112的其余部分 定位在覆蓋層110上方。
[0033] 在器件層106內(nèi)，下部壓力傳感器電極114由兩個(gè)刻蝕部分116和118限定。雖然說 明書以分開的方式論述了刻蝕部分116和118,但是應(yīng)理解的是，在至少一些實(shí)施例中，刻蝕 部分116和118是約束電極114的單個(gè)刻蝕部分。下部壓力傳感器電極114通過氧化物層108 的刻蝕部分120與覆蓋層110隔離開。如在下面更加詳細(xì)討論的，刻蝕部分116、118和120通 過通風(fēng)孔被釋放，該通風(fēng)孔由覆蓋層110密封。通風(fēng)孔的密封提供了包括刻蝕部分116、118 和120的封閉空間。
[0034] 上部壓力傳感器電極122定位在下部壓力傳感器電極114上方，并且通過刻蝕部分 120與下部壓力傳感器電極電氣地且機(jī)械地隔離開。上部壓力傳感器電極122通過兩個(gè)間隔 件124和126與覆蓋層110的其余部分隔離開。間隔件124和126從覆蓋層110的上表面延伸到 刻蝕部分120,并且包括上部氮化物部分和下部氮化物部分128和130,其中氮化物墊片部分 132在上部氮化物部分和下部氮化物部分128、130之間。雖然說明書以分開的方式論述了間 隔件124和126,但是應(yīng)理解的是，在至少一些實(shí)施例中，間隔件124和126是約束電極122的 單個(gè)間隔件。
[0035]從鈍化層112延伸到氧化物層108的間隔件134和136將在覆蓋層110中的連接器 138與覆蓋層110的其余部分電氣地隔離開。連接器138與平面內(nèi)電極部分140電氣連通，該 平面內(nèi)電極部分140進(jìn)一步連接到下部壓力傳感器電極114。間隔件134以類似于間隔件124 和126的方式形成。間隔件136形成為具有上部氮化物部分142和兩個(gè)下部氮化物部分144， 并且氮化物墊片部分146在上部氮化物部分和下部氮化物部分142、144之間。連接器147從 鈍化層112延伸到處理層102。連接器147由間隔件136限定在覆蓋層110中，并且由隔離柱 148限定在器件層中。隔離柱148從間隔件136下方的氧化物層108延伸通過器件層106、通過 掩埋氧化物層104并且進(jìn)到處理層102中。
[0036] 在器件層106內(nèi)，用于平面外傳感的下部慣性傳感器電極150由兩個(gè)刻蝕部分152 和154限定。雖然說明書以分開的方式論述了刻蝕部分152和154,但是應(yīng)理解的是，在至少 一些實(shí)施例中，刻蝕部分152和154是約束電極150的單個(gè)刻蝕部分。除了接觸部分160,下部 慣性傳感器電極150通過氧化物層108的刻蝕部分156和158與覆蓋層110電氣地隔離開?？?蝕部分152、154、156和158通過通風(fēng)孔被釋放。通風(fēng)孔保持打開，由此創(chuàng)建了開放的空間，即 與覆蓋層上方的大氣流體連通。另外可行的是，在以分開的釋放刻蝕工藝制作溝槽180等之 后，釋放所述刻蝕部分。此步驟的優(yōu)勢在于，犧牲層由此還能用作溝槽180等的刻蝕停止層。
[0037] 用于平面外傳感的傳感結(jié)構(gòu)162(相似的結(jié)構(gòu)能夠用于平面內(nèi)傳感:則類似于傳感 結(jié)構(gòu)，相反的電極也是在平面內(nèi)的）定位在下部慣性傳感器電極150上方，并且通過刻蝕部 分156與下部慣性傳感器電極150電氣地且機(jī)械地隔離開。傳感結(jié)構(gòu)162通過刻蝕部分166在 一側(cè)上與覆蓋層110的一部分機(jī)械地且電氣地隔離開，該刻蝕部分166從覆蓋層110的上表 面完全延伸到刻蝕部分156。刻蝕部分166和以類似于間隔件124和126的方式形成的間隔件 168將覆蓋層110中的連接器170與覆蓋層110的其余部分電氣地隔離開。連接器170經(jīng)由接 觸部分160與下部慣性傳感器電極150電氣連通。包括從覆蓋層110的上表面延伸到刻蝕部 分156的氮化物部分的間隔件172將傳感結(jié)構(gòu)162與傳感結(jié)構(gòu)176電氣地隔離開，并且同時(shí)提 供其機(jī)械聯(lián)接。這允許完全地差動電容式傳感/讀出。
[0038] 傳感結(jié)構(gòu)176提供了平面內(nèi)傳感或平面外傳感，并且其定位在覆蓋層110中，以及 通過刻蝕部分156與器件層106隔離開。傳感結(jié)構(gòu)176通過刻蝕部分180在一側(cè)與覆蓋層110 的其余部分機(jī)械且電氣地隔離開，該刻蝕部分180從覆蓋層110的上表面完全延伸到刻蝕部 分156?？涛g部分180和以類似于間隔件124和126的方式形成的間隔件183將覆蓋層110中的 上部慣性傳感器184與覆蓋層110的其余部分電氣地隔離開。
[0039]寬的刻蝕部分188暴露覆蓋層的上表面，從而顯露出傳感結(jié)構(gòu)162和176。寬的刻蝕 部分190暴露覆蓋層的上表面，從而顯露出上部壓力傳感器電極122。鍵合墊(bond pad)192 穿過鈍化層112連接到上部慣性傳感器電極184。鍵合墊194穿過鈍化層112連接到連接器 170,該連接器170進(jìn)一步連接到下部慣性傳感器電極150。鍵合墊196穿過鈍化層112連接到 連接器138,該連接器138進(jìn)一步連接到下部壓力傳感器電極114。鍵合墊198穿過鈍化層連 接到連接器147。
[0040] 參照圖2-21討論用于形成例如慣性和壓力傳感器100的傳感器的工藝。首先參照 圖2,其提供了包括處理層202、掩埋氧化物層204以及器件層206的SOI晶片200,并且該晶片 刻蝕有溝槽208以限定連接器210。然后以溝槽氮化物部分212填充溝槽208并且刻蝕溝槽 214和216(圖3)。溝槽214限定用于平面外慣性傳感的下部電極218,同時(shí)溝槽216限定下部 壓力電極220。
[0041] 然后以溝槽氮化物部分222填充溝槽部分214和216,如圖4中所示，使用適形氧化 物沉積物。已填充的溝槽限定器件層中的固定電極。雖然在這個(gè)實(shí)施例中僅形成了兩個(gè)電 極，但是可限定用于特定應(yīng)用的額外的電極。氧化物沉積物進(jìn)一步產(chǎn)生在器件層206的上表 面上的氧化物層224?？赏ㄟ^任何期望的技術(shù)使氧化物層224變平整，例如化學(xué)機(jī)械拋光 (CMP)〇
[0042]溝槽226被刻蝕穿過氧化物層224、器件層206和掩埋氧化物層204,從而暴露出處 理層202的上表面（圖5) dpi-多晶硅沉積物228填充溝槽226(圖6)并且額外的溝槽230、 232、234、236和238被刻蝕穿過氧化物層224。
[0043] 參照圖7，epi-多晶硅沉積物利用下部中間接觸部分242、244、246、248和250填充 接觸開口 230、232、234、236和238。epi-多晶硅沉積物進(jìn)一步產(chǎn)生在氧化物層224上方的下 部覆蓋層部分254。然后在覆蓋層部分254中刻蝕出若干溝槽。在下部覆蓋層部分254的CMP 之后刻蝕溝槽256(圖8)。溝槽256從下部覆蓋層部分254的上表面延伸到氧化物層224的上 表面以限定用于壓力傳感的上部電極258。類似地刻蝕溝槽260、262和264以限定在溝槽260 和262之間的平面內(nèi)慣性傳感部分266，并且以限定在溝槽262和264之間的平面外慣性傳感 部分268。
[0044]類似地刻蝕溝槽270以限定中間接觸部分272，該中間接觸部分272與下部中間接 觸部分250連接(見圖7 )。最后，類似地刻蝕溝槽274以限定中間接觸部分276，該中間接觸部 分276連接到下部接觸部分228(見圖6)。然后以低應(yīng)力氮化物填充溝槽256、260、262、264、 270和274，從而創(chuàng)建溝槽氮化物部分278、280、282、284、286和288，如在圖9中所示。
[0045] 參照圖10,在形成通風(fēng)孔290和292之后，執(zhí)行HF蒸氣刻蝕釋放，其釋放平面內(nèi)慣性 傳感結(jié)構(gòu)266和平面外慣性傳感結(jié)構(gòu)268。上部壓力傳感器電極122也通過蒸氣刻蝕所釋放。 此步驟由此設(shè)定了傳感電極和傳感結(jié)構(gòu)之間的相對應(yīng)的間隙。然后在epi-反應(yīng)器中執(zhí)行清 潔高溫密封以密封通風(fēng)孔290/292。可替代地，可以使用氧化物、氮化物、硅迀移等來密封通 風(fēng)孔290/292。所產(chǎn)生的構(gòu)型如圖11中所示，其中，在HF蒸氣釋放后，下部覆蓋層部分254已 經(jīng)重新形成。
[0046]然后，在下部覆蓋層部分254的上表面上沉積低應(yīng)力氮化物層292(圖12)，并且然 后使其平整。氮化物層292被圖形化且被刻蝕，以形成圖13的構(gòu)型。在圖13中，氮化物層292 的其余部分形成墊片294、296和298。氮化物層292的額外的其余部分形成用于上部電極258 的墊片300，以及用于中間接觸部分272和中間接觸部分276的墊片302和304。當(dāng)以剖面觀察 時(shí)，墊片294、296、298、300、302和304的側(cè)向范圍可以被選擇來為它們所限定的部件提供所 需的隔離特性。
[0047] 然后在下部覆蓋層部分254的上表面和墊片294、296、298、300、302和304的上表面 上形成epi-多晶硅層以形成上部覆蓋層部分306(圖14)。如果需要，可使上部覆蓋層部分 306變平整。
[0048] 然后如在圖15中所描述地，刻蝕溝槽308、310、312、314、316和318。溝槽308從上部 覆蓋層部分306的上表面延伸到墊片294的上表面，該墊片294的上表面用作刻蝕停止層。溝 槽310從上部覆蓋層部分306的上表面延伸到墊片296的上表面，該墊片296的上表面用作刻 蝕停止層。溝槽312從上部覆蓋層部分306的上表面延伸到墊片298的上表面，該墊片298的 上表面用作刻蝕停止層。溝槽314從上部覆蓋層部分306的上表面延伸到墊片300的上表面， 該墊片300的上表面用作刻蝕停止層。溝槽316從上部覆蓋層部分306的上表面延伸到墊片 302的上表面，該墊片302的上表面用作刻蝕停止層。溝槽318從上部覆蓋層部分306的上表 面延伸到墊片304的上表面，該墊片304的上表面用作刻蝕停止層。
[0049]然后如在圖16中所示，在上部覆蓋層部分306的上表面上沉積氮化物鈍化層320。 所沉積的氮化物也以鈍化部分322、324、326、328、330和332填充溝槽308、310、312、314、316 和318。雖然未在圖16中示出，但是在一些實(shí)施例中，也為鈍化部分300提供此類墊片，例如 墊片300。
[0050] 然后接觸開口 334、336、338和340被刻蝕穿過氮化物鈍化層320(圖17 )。如在圖19 中所示，接著在鈍化層320上沉積金屬層342。金屬層342還以金屬接觸部分344、346、348和 350填充接觸開口 334、336、338和340。然后金屬層342被圖形化并且被刻蝕以形成圖19中的 構(gòu)型。在圖19中，金屬層342的其余部分形成用于平面內(nèi)慣性傳感部分266的鍵合墊352。金 屬層342的其余部分形成用于平面外慣性傳感部分268的鍵合墊354。金屬層342的其余部分 形成用于中間接觸部分272的鍵合墊356。金屬層342的其余部分形成用于中間接觸部分276 的鍵合墊358。
[0051]然后鈍化層320被圖形化且被刻蝕以形成圖20的構(gòu)型。在圖20中，寬的刻蝕部分 360大致顯露出平面內(nèi)慣性傳感部分266的上表面和平面外慣性傳感部分268。還存在寬的 刻蝕部分362,其完全地顯露出上部電極258和上部覆蓋層部分306的周圍部分的一些。 [0052] 參照圖21，溝槽364、366、368和370被刻蝕完全穿透上部覆蓋層部分306和下部覆 蓋層254部分。圖21的結(jié)構(gòu)與圖1的慣性和壓力傳感器100的結(jié)構(gòu)相同。
[0053]上述工藝可以若干方式更改以提供額外的特征。例如，在實(shí)施例中，其中，層224的 釋放在參照圖21所討論的步驟后發(fā)生在慣性傳感器區(qū)域中，用于鈍化部分324的溝槽(當(dāng)沒 有與鈍化部分324相關(guān)聯(lián)的墊片時(shí)）能與參照圖15所述的溝槽一起同時(shí)在一個(gè)單個(gè)步驟中 形成。
[0054]列舉另外的示例，在一些實(shí)施例中，鈍化層320未如上面參照圖20所討論的方式被 刻蝕。相反，鈍化層320被保留就位以便保護(hù)壓力傳感器，和/或?qū)⑩g化層320用作如上面參 照圖21的溝槽所討論的慣性傳感器圖形的硬掩膜。
[0055]另外，有時(shí)，有益的是使慣性傳感器區(qū)域具有大的結(jié)構(gòu)層厚度，并且在壓力傳感器 區(qū)域中具有更小的結(jié)構(gòu)厚度，以便兩者傳感器均具有良好的靈敏度。壓力傳感器膜的厚度 優(yōu)選8-12μπι，同時(shí)慣性傳感器功能層的厚度優(yōu)選10-40μπι。圖22描繪了慣性和壓力傳感器 400,其中，已經(jīng)減小了壓力傳感器膜401的有效厚度。
[0056]慣性和壓力傳感器400與在圖1中示出的慣性和壓力傳感器100類似，并且共同具 有慣性和壓力傳感器100的全部結(jié)構(gòu)特征。慣性和壓力傳感器400與慣性和壓力傳感器100 的區(qū)別在于，慣性和壓力傳感器400具有刻蝕部分420(刻蝕部分420對應(yīng)于慣性和壓力傳感 器100的刻蝕部分120)，該刻蝕部分420進(jìn)一步包括凸起部分421。刻蝕部分420的凸起部分 421定位在刻蝕部分420的外邊緣423處并且突出到覆蓋層410中（覆蓋層410對應(yīng)于慣性和 壓力傳感器100的覆蓋層110)。如圖所示，凸起部分421大概突出到覆蓋層410厚度一半的位 置，但是其可被設(shè)計(jì)為按照需要更改壓力傳感器膜的有效厚度。覆蓋層410圍繞膜(覆蓋層 410)中電極的厚度減小有效地減小了膜厚度。簡單地通過刻蝕覆蓋層部分254(在圖7)且在 溝槽中沉積額外的氧化物來容易地形成凸起部分21。其余的工藝步驟基本上一致。
[0057]圖23描繪了可替代的實(shí)施例，其中，同樣已經(jīng)減小了壓力傳感器膜的有效厚度。圖 23描繪了慣性和壓力傳感器600,其中，通過刻蝕更深的寬的刻蝕部分690(刻蝕部分690對 應(yīng)于傳感器100的寬的刻蝕部分190)已經(jīng)減小了壓力傳感器膜601的有效厚度。另外，慣性 和壓力傳感器600與在圖1中示出的慣性和壓力傳感器100類似，并且共同具有慣性和壓力 傳感器100的全部其它結(jié)構(gòu)特征。
[0058] 慣性和壓力傳感器600能以基本上與制造慣性和壓力傳感器100相同的方式制造。 主要差別在于，在沉積EPI膜層期間（即，在圖13和圖14的構(gòu)型之間），沉積了氧化物薄層。該 氧化物薄層在慣性傳感器結(jié)構(gòu)的溝槽制作期間用作溝槽停止層，從而形成圖24的構(gòu)型，圖 24示出了帶有氧化物薄層709的慣性和壓力傳感器600。使用此更改，能夠減小膜厚度至所 需厚度。在實(shí)施例中，氧化物層709在傳感器結(jié)構(gòu)的釋放刻蝕期間被移除，其中，氧化物層 224的釋放在上面參照圖21所討論的步驟之后，或者在單獨(dú)的釋放/刻蝕步驟期間發(fā)生在慣 性傳感器區(qū)域中。因此，更改了所述工藝以僅額外地包括用于氧化沉積物和圖形化的步驟。
[0059] 根據(jù)上述實(shí)施例，在單芯片上制造壓力傳感器和加速計(jì)。在一些實(shí)施例中，在單芯 片上制造壓力傳感器和陀螺儀。圖1的器件由此能配置成壓力傳感器和加速計(jì)，或者配置成 壓力傳感器和陀螺儀。通過提供與傳感器電極114和122的左側(cè)的結(jié)構(gòu)大致類似的其它結(jié) 構(gòu)，能夠具有額外的傳感度。因此，在其它實(shí)施例中，制造了具有壓力傳感器、3軸加速計(jì)和3 軸陀螺儀的7自由度的組合芯片。在一些實(shí)施例中，芯片具有磁強(qiáng)計(jì)功能（例如，霍爾傳感 器)。
[0060] 在一些實(shí)施例中，制造了具有3軸磁強(qiáng)計(jì)的10自由度的組合芯片，3軸磁強(qiáng)計(jì)實(shí)現(xiàn) 在專用集成電路(ASIC)上，實(shí)現(xiàn)為附加芯片，或者在與同一 MEMS芯片上的慣性傳感器部分 在同一工藝流程中的洛倫茲力磁強(qiáng)計(jì)。
[0061 ]在一些實(shí)施例中，使用以硅覆蓋晶片的晶片鍵合(金屬的、共晶的、SLID、玻璃熔 塊)完成封裝。在其它實(shí)施例中，晶片鍵合封裝的硅覆蓋晶片是ASIC芯片。
[0062] 在一些實(shí)施例中，芯片具有裸模包裝，并且是帶有硅通孔的ASIC。在一些實(shí)施例 中，壓力傳感器區(qū)域未被覆蓋晶片所覆蓋。在一些實(shí)施例中，覆蓋晶片具有刻蝕在其中且在 壓力傳感器區(qū)域內(nèi)的接入端口，以具有壓力端口。在一些實(shí)施例中，芯片具有膜凹部，其使 用在EPI膜層內(nèi)的氧化物層作為刻蝕停止層。在一些實(shí)施例中，膜具有在沉積膜之前使用氧 化物塊構(gòu)造的凸臺構(gòu)造。
[0063] 盡管在附圖和前述【具體實(shí)施方式】中已經(jīng)詳細(xì)地說明和描述了本公開，但是本公開 應(yīng)被視為是說明性的并且其本質(zhì)上是非限制性的。應(yīng)理解的是，已經(jīng)提出的僅是優(yōu)選實(shí)施 例，并且落入本公開的精神范圍內(nèi)的所有改變、更改和進(jìn)一步的應(yīng)用均旨在被保護(hù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種MEMS傳感器器件，其包括： 處理層； 器件層，其定位在所述處理層之上； 第一固定電極，其限定在所述器件層中； 第二固定電極，其限定在所述器件層中并且與所述第一固定電極電氣地隔離開； 覆蓋層，其定位在所述器件層之上； 第一可移動電極，其限定在所述覆蓋層中且在所述第一固定電極正上方的位置處； 第二可移動電極，其限定在所述覆蓋層中，其至少部分地在所述第二固定電極的正上 方并且與所述第一可移動電極電氣地隔離開； 第一空間，其正好定位在所述第一固定電極與所述第一可移動電極之間，所述第一空 間被密封以與所述覆蓋層之上的大氣隔離；以及 第二空間，其正好定位在所述第二固定電極與所述第二可移動電極之間，所述第二空 間與大氣相通。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS傳感器器件，其中， 支撐所述第一可移動電極的所述覆蓋層的第一部分具有第一最小厚度； 支撐所述第二可移動電極的所述覆蓋層的第二部分具有第二最小厚度；以及 所述第一最小厚度小于所述第一最小厚度。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的MEMS傳感器器件，其中， 所述第一可移動電極的最大厚度與所述第二可移動電極的最大厚度基本上相等。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的MEMS傳感器器件，所述第一空間包括： 第一空間部分，其正好定位在所述第一固定電極與所述第一可移動電極之間；以及 第二空間部分，其從所述第一空間部分向上延伸到所述覆蓋層中。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的MEMS傳感器器件，其中， 所述第一可移動電極的最大厚度小于所述第二可移動電極的最大厚度。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的MEMS傳感器器件，其中， 所述第一可移動電極的最上表面在所述第二可移動電極的最上表面下方。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS傳感器器件，其中，所述第一可移動電極至少部分地由下 述限定： 第一氮化物部分，其從所述第一空間的一部分垂直向上延伸；以及 第二氮化物部分，其從所述第一氮化物部分水平延伸。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的MEMS傳感器器件，其中，所述第一可移動電極進(jìn)一步至少部分 地由從所述第二氮化物部分垂直向上延伸的第三氮化物部分限定。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的MEMS傳感器器件，其中，所述第二可移動電極包括： 第一可移動電極部分，其在所述第二固定電極的正上方； 第二可移動電極部分，其從所述第二固定電極水平地偏置；以及 氮化物間隔件，其使所述第一可移動電極部分與所述第二可移動電極部分電氣地隔離 開，所述MEMS傳感器器件進(jìn)一步包括： 第三固定電極，其限定在所述覆蓋層中且鄰近所述第二可移動電極部分。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS傳感器器件，其中， 所述第一固定電極和所述第一可移動電極配置成壓力傳感器；以及 所述第二固定電極和所述第二可移動電極配置成陀螺儀傳感器。11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS傳感器器件，其中， 所述第一固定電極和所述第一可移動電極配置成壓力傳感器；以及 所述第二固定電極和所述第二可移動電極配置成加速計(jì)傳感器。12. -種形成MEMS傳感器器件的方法，其包括： 在位于處理層上方的器件層中限定第一固定電極； 在限定所述第一固定電極的同時(shí)，在所述器件層中限定第二固定電極； 在所述器件層上方的覆蓋層中限定第一可移動電極，所述第一可移動電極在所述第一 固定電極正上方的位置處； 在所述覆蓋層中限定第二可移動電極，所述第二可移動電極至少部分地在所述第二固 定電極的正上方，并且與所述第一可移動電極電氣地隔離開； 通過形成第一空間從所述器件層釋放所述第一可移動電極； 密封所述第一空間使其與所述覆蓋層之上的大氣隔絕； 通過形成第二空間從所述器件層釋放所述第二可移動電極；以及 使所述第二空間與大氣相通。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中， 釋放所述第二可移動電極發(fā)生在與釋放所述第一可移動電極的相同的工藝步驟期間。14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中， 釋放所述第二可移動電極發(fā)生在釋放所述第一可移動電極之后的工藝步驟期間。15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包括： 使所述第二可移動電極的第一部分與所述第二可移動電極的第二部分隔離開，其中， 所述第一部分在所述第二固定電極的正上方；以及 在所述覆蓋層中鄰所述第二部分的位置處限定第三固定電極。16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，限定第一可移動電極包括： 在所述覆蓋層內(nèi)形成下部氮化物部分，所述下部氮化物部分從掩埋氧化物層向上延 伸； 在所述下部氮化物部分之上形成墊片部分；以及 在所述覆蓋層內(nèi)形成上部氮化物部分，所述上部氮化物部分從墊片向上延伸。17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包括： 刻蝕所述覆蓋層在所限定的第一可移動電極的正上方的一部分以提供厚度減小的膜， 所述第一可移動電極限定在所述膜中。18. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，從所述器件層釋放所述第一可移動電極包括： 形成第一空間部分，其正好定位在所限定的第一固定電極和所限定的第一可移動電極 之間；以及 形成第二空間部分，其從所述第一空間部分在所述覆蓋層內(nèi)向上延伸。19. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包括： 在限定所述第一固定電極的同時(shí)在所述器件層中限定第三固定電極；以及 在所述覆蓋層中限定第三可移動電極，所述第三可移動電極至少部分地在所述第三固 定電極的正上方，并且與所述第二可移動電極電氣地隔離開。
【文檔編號】G01L9/12GK105874312SQ201480054655
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2014年7月31日
【發(fā)明人】A·費(fèi), G·歐布萊恩
【申請人】羅伯特·博世有限公司