加速度傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本申請(qǐng)涉及加速度傳感器以及對(duì)應(yīng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]加速度傳感器被用于比如在汽車領(lǐng)域中的許多應(yīng)用。在一些實(shí)施例中，加速度傳感器可以簡單地被用作“喚醒傳感器”以檢測車輛像汽車何時(shí)開始移動(dòng)或達(dá)到某一速度并且響應(yīng)于經(jīng)由加速度檢測到移動(dòng)來激活其它傳感器或部件。
[0003]在一些情形中，可能需要加速度傳感器連同壓力傳感器比如用于胎壓監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)應(yīng)用。在這樣的傳感器組合的一些傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中，壓力傳感器和加速度傳感器被分開制造，或使用分開的結(jié)構(gòu)(比如在晶片內(nèi)形成的不同結(jié)構(gòu)化的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)部分)來集成。
【附圖說明】
[0004]圖1是依據(jù)實(shí)施例的加速度傳感器的框圖。
[0005]圖2是依據(jù)實(shí)施例的用于制造加速度傳感器的方法。
[0006]圖3A和3B示出依據(jù)實(shí)施例的可以形成加速度傳感器的基礎(chǔ)的壓力傳感器的示意橫截面視圖。
[0007]圖4示出在圖3A和3B的壓力傳感器的基礎(chǔ)上制造的依據(jù)實(shí)施例的加速度傳感器的示意橫截面視圖。
[0008]圖5示出依據(jù)實(shí)施例的加速度傳感器的示意橫截面視圖。
[0009]圖6示出依據(jù)進(jìn)一步實(shí)施例的加速度傳感器的示意橫截面視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]在下面，參考附圖將詳細(xì)描述各種圖解的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)指出這些實(shí)施例僅用作示例并且不要被理解為限制。
[0011 ] 比如盡管可以描述包括多個(gè)特征或要素的實(shí)施例，但是在其它實(shí)施例中這些特征或要素中的一些可以被省略和/或被替選的要素取代。而且，在一些實(shí)施例中，除了示出和描述的特征或要素之外的附加的特征或要素可以被實(shí)施。來自不同實(shí)施例的特征或要素可以彼此組合，除非另外明確地指出。
[0012]任何方向性的術(shù)語僅僅被用來容易地指示附圖中的部分或方向，并且不暗示實(shí)施例的實(shí)施方式的特定定向。
[0013]集成電路或其它半導(dǎo)體器件的制備經(jīng)常被歸類成包括前端線(front-end-of-1 ine) (FEOL)和后端線(back-end-of-line) (BEOL)的至少兩個(gè)階段。在BEOL之后可以附加地存在后端工藝，其也被稱為后加工(post fab)ο如在該申請(qǐng)中使用的FEOL可以指定制備的第一階段，其中比如用于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和/或電阻器、電容器、晶體管(包含例如柵極形成)的單獨(dú)器件在半導(dǎo)體晶片中被圖案化。因此FEOL可以覆蓋直到但不包含金屬互連層的沉積的每件事。比如對(duì)于制造CMOS元件，F(xiàn)EOL可以包括:選擇要被使用的晶片的類型、晶片的化學(xué)機(jī)械平坦化和清洗、淺槽隔離、阱形成、柵極模塊形成以及源極和漏極模塊形成。
[0014]如在本文中使用的BEOL是制備的第二階段，其通常比如當(dāng)在半導(dǎo)體晶片上沉積第一層金屬時(shí)開始。BEOL包含接觸、隔離層(例如氧化物或氮化物)、金屬層和用于芯片到封裝連接的鍵合側(cè)的形成。比如在一些工藝中可以在BEOL中添加直到十層金屬層，盡管取決于工藝也可以使用更少的金屬層。
[0015]因此，F(xiàn)EOL和BEOL是明確限定的技術(shù)術(shù)語，并且對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員，給定器件的哪些部分在FEOL中制造以及哪些部分在BEOL中制造是清楚的。
[0016]在一些實(shí)施例中，加速度傳感器包括:晶片，該晶片包括在其中形成的壓力感測結(jié)構(gòu)；以及設(shè)置在感測結(jié)構(gòu)之上的在BEOL中形成的慣性質(zhì)量，即BEOL結(jié)構(gòu)。在實(shí)施例中的感測結(jié)構(gòu)可以包括薄膜。
[0017]在一些實(shí)施例中，包括感測結(jié)構(gòu)而沒有慣性質(zhì)量的晶片將可操作為壓力傳感器。
[0018]在一些實(shí)施例中，可以橫跨在晶片上或在晶片中形成的至少兩個(gè)壓力感測結(jié)構(gòu)(例如薄膜)設(shè)置慣性質(zhì)量。該慣性質(zhì)量可以是在BEOL中形成的慣性質(zhì)量。利用這樣的實(shí)施例，可以感測平行于晶片的平面(例如表面)的加速度。
[0019]在又其它實(shí)施例中，在薄膜上方提供慣性質(zhì)量。在慣性質(zhì)量外的薄膜的至少一部分可以具有蜿蜒的、彎曲的、或波動(dòng)的形狀。在一些實(shí)施例中，通過蜿蜒、彎曲或波動(dòng)，可以增加靈敏度。
[0020]在一些實(shí)施例中，連同例如在FEOL和BEOL期間形成加速度傳感器，比如電路的其它器件可以在相同的晶片中和/或在相同的晶片上形成并且與加速度傳感器集成。比如一個(gè)或多個(gè)進(jìn)一步傳感器(例如壓力傳感器)和/或電路系統(tǒng)(例如控制和/或讀取加速度傳感器的電路系統(tǒng))可以在一些實(shí)施例中以該方式與加速度傳感器集成。
[0021]以上描述的實(shí)施例可以彼此組合，但是也可以彼此分開使用。
[0022]現(xiàn)在參考附圖將討論進(jìn)一步實(shí)施例。
[0023]在圖1中，示出依據(jù)實(shí)施例的加速度傳感器(例如加速計(jì))的橫截面視圖。圖1的加速度傳感器包括晶片10，比如像硅晶片的半導(dǎo)體晶片。如在本文中使用的晶片可以與術(shù)語“襯底”可互換地使用，并且通常指的是可以在其中或在其上形成結(jié)構(gòu)(例如半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu))的實(shí)質(zhì)上平坦或類平板材料。在圖1的實(shí)施例中的晶片10具有在其中形成的壓力感測結(jié)構(gòu)11。在一些實(shí)施例中，壓力感測結(jié)構(gòu)11可以包括薄膜或任何其它壓敏結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，壓力感測結(jié)構(gòu)11可以在FEOL中至少部分地制造。
[0024]在圖1的晶片10的頂上提供BEOL層，即在BEOL期間制造的層。這些層比如可以包括像銅層(比如雙大馬士革(damascene)銅層)或銷層的一個(gè)或多個(gè)金屬層，和/或可以包括像氧化層或氮化層的一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)層。BEOL層的全部厚度可以大約是若干微米，比如在I μπι和15 μπι之間。在圖1的實(shí)施例中，BEOL層已被結(jié)構(gòu)化以通過間隙14將用作慣性質(zhì)量12的部分與剩余的BEOL層13分開?？梢允褂萌魏蝹鹘y(tǒng)的結(jié)構(gòu)化技術(shù)。比如可以在沉積BEOL層前提供掩膜。
[0025]當(dāng)圖1的加速度傳感器在與晶片10的表面垂直的方向(如由箭頭14指示的方向)上加速時(shí)，取決于加速度的方向，慣性質(zhì)量12在壓力感測結(jié)構(gòu)11上施加壓力或從壓力感測結(jié)構(gòu)11去除壓力。比如，由于慣性質(zhì)量12的慣性，當(dāng)加速計(jì)在圖1中在向上方向上加速時(shí)在感測結(jié)構(gòu)11上的壓力增加，而隨著在相對(duì)方向上的加速度，壓力減小。這個(gè)壓力改變可以被壓力感測結(jié)構(gòu)11檢測到，因而檢測到加速度。
[0026]應(yīng)當(dāng)指出術(shù)語“與晶片表面垂直的加速度”也包括其中只有一個(gè)分量與晶片表面垂直的加速度。
[0027]在一些實(shí)施例中，使用壓力感測結(jié)構(gòu)11的壓力傳感器可以通過提供慣性質(zhì)量12來修改以變?yōu)榧铀俣葌鞲衅鳌Ｔ谝恍?shí)施例中，因此實(shí)質(zhì)上相同的工藝可以被用于形成壓力傳感器以及用于形成圖1的實(shí)施例的加速度傳感器。圖解該構(gòu)思的實(shí)施例將在稍后參考圖3和4被進(jìn)一步討論。
[0028]在圖2中，示出依據(jù)實(shí)施例的方法。圖2的方法比如可以被用來制造圖1的加速度傳感器，但是也可以被用來形成其它種類的加速度傳感器，比如稍后參考圖3-6將被解釋的加速度傳感器，但是不限制到此。
[0029]在20處，在晶片中形成一個(gè)或多個(gè)壓力感測結(jié)構(gòu)。比如可以形成使用薄膜的壓力感測結(jié)構(gòu)。
[0030]在21處，在BEOL期間慣性質(zhì)量在壓力感測結(jié)構(gòu)上形成。在一些實(shí)施例中，慣性質(zhì)量可以在單個(gè)壓力感測結(jié)構(gòu)上形成。如將在稍后被解釋，在一些實(shí)施例中慣性質(zhì)量也可以橫跨兩個(gè)或更多個(gè)感測結(jié)構(gòu)以提供感測在與晶片的表面平行的方向上的加速度(例如與圖1的箭頭14垂直的加速度或加速度分量)的可能性。在一些實(shí)施例中，慣性質(zhì)量也可以在與BEOL不同的制造階段中形成。
[0031]接著參考圖3和4將解釋實(shí)施例，其中壓力傳感器被修改以變?yōu)榧铀俣葌鞲衅?。首先，參考圖3A和3B將解釋壓力傳感器的結(jié)構(gòu)，并且然后參考圖4將詳細(xì)討論依據(jù)實(shí)施例的加速度傳感器。
[0032]在圖3A中示出壓力傳感器的示意橫截面視圖。圖3B示出該壓力傳感器的一些部分的放大視圖。
[0033]圖3A和3B的壓力傳感器包括在其中已形成用于感測壓力的結(jié)構(gòu)的晶片30。該結(jié)構(gòu)包括薄膜31，其通過間隙34與在晶片30中形成的進(jìn)一步部分和結(jié)構(gòu)分開，所述間隙34可以具有大約50 nm到100 nm的寬度，但是不限制到這些值。薄膜31也可以被稱為薄層(lamella)。
[0034]在薄膜31的邊緣，形成通常標(biāo)記為32的結(jié)構(gòu)以感測施加在薄膜31上的壓力，其壓力導(dǎo)致薄膜31的張力的改變和/或位移。比如在晶片30內(nèi)可以形成電阻性結(jié)構(gòu)，所述電阻性結(jié)構(gòu)取決于薄膜31的位移改變它們的電阻。對(duì)于形成以上提及的結(jié)構(gòu)，可以使用為制造微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)或半導(dǎo)體器件傳統(tǒng)采用的任何技術(shù)。
[0035]在晶片30的頂上形成BEOL層33。BEOL層比如可以包括交替金屬層和電介質(zhì)層并且可以用更厚的金屬層35加帽，所述更厚的金屬層35可以比如通過無電電鍍來制造在頂上。描繪的層僅用作示例，并且也可以使用其它結(jié)構(gòu)。如最佳在圖3A中能夠看出，BEOL層在薄膜31上方被去除以使得薄膜31經(jīng)受環(huán)境壓力，因而使圖3的結(jié)構(gòu)能夠充當(dāng)壓力傳感器。
[0036]應(yīng)當(dāng)指出如以上提及在FEOL和BEOL