用于感测压力波和周围压力的传感器结构的制作方法
【技术领域】
[0001]各种实施例总地涉及用于感测压力波和周围压力的传感器结构。该传感器结构能够感测周围压力的改变以及可能影响传感器结构的压力波的幅度。
【背景技术】
[0002]许多电子设备使用各种各样的传感器，例如加速度计、陀螺仪、磁场传感器、麦克风和压力传感器。这些传感器中的许多传感器可以集成到单一传感器封装体中。这些传感器封装体典型地包括形成在传感器之上的保护性树脂或环氧树脂层，以提供增加的对各种环境因素的抵抗性和耐用性。然而，为了正确运作，一些传感器不能通过保护层来密封，例如麦克风和压力传感器。典型的麦克风具有暴露于入射压力波的隔膜(diaphragm)。这些压力波使得隔膜变形，并且该变形由各种换能机制检测到并转换成可测量的电信号。在微机电系统(MEMS)的麦克风中，常规的换能机制可以包括压电、压阻、光学和电容性机制。许多MEMS压力传感器类似地采用这些类型的换能机制来感测周围压力的改变。
【发明内容】
[0003]在各种实施例中，提供一种传感器结构。该传感器结构可以包括:第一传导层；电极元件；以及相对于所述第一传导层布置在所述电极元件的相反侧上的第二传导层。第一传导层和第二传导层可以形成腔室。腔室中的压力可以小于腔室外的压力。
【附图说明】
[0004]在附图中，贯穿不同的视图，类似的参考标号通常指代相同的部件。附图不一定按比例绘制，而是通常强调图示本公开的原理。在以下描述中，参照以下附图描述本公开的各种实施例，其中:
[0005]图1A示出根据各种实施例的传感器结构的透视横截面图，该传感器结构具有用于感测周围压力的改变的区域和用于感测入射压力波的幅度的区域；
[0006]图1B和图1C示出可以在图1A的传感器结构中实施的用于感测入射压力波的幅度的单独腔室的透视横截面高度抽象视图；
[0007]图2示出可以用于感测周围压力的改变的图1A的传感器结构的一部分的各种潜在方面；
[0008]图3A和图3B以图表图示针对不同厚度和侧边长度的无应力多晶硅隔膜的单位平方区段的Ibar (I巴)压力(周围压力)下的薄膜(membrane)变形的计算结果；
[0009]图4A至图4D以图表图示根据各种实施例的用于形成图2的传感器结构的示例性方法；
[0010]图5A和图5B图示用于形成图2的传感器结构的示例性方法中的潜在其它步骤；
[0011]图6A和图6B图示在用于形成图2的传感器结构的示例性方法中的附加的潜在构造步骤；
[0012]图7A和图7B图示在用于形成图2的传感器结构的示例性方法中的其它构造和/或层沉积步骤；
[0013]图8A和图SB图示在用于形成图2的传感器结构的示例性方法中的潜在构造步骤；
[0014]图9A和图9B图示在用于形成图2的传感器结构的示例性方法中的潜在金属化步骤；
[0015]图10图示在用于形成图2的传感器结构的示例性方法中的潜在构造步骤；
[0016]图1lA和图1lB图示在用于形成图2的传感器结构的示例性方法中的潜在构造步骤；
[0017]图12A和图12B图示在用于形成图2的传感器结构的示例性方法中的潜在构造步骤；
[0018]图13A和图13B图示在用于形成图2的传感器结构的示例性方法中的潜在构造步骤；
[0019]图14A和图14B图示在用于形成图2的传感器结构的示例性方法中的潜在构造步骤；
[0020]图15A和图15B进一步图示在用于形成图2的传感器结构的示例性方法中的潜在构造步骤；
[0021]图16A和图16B示出图4至图15所示的传感器结构的潜在实施例的横截面图和顶部透视图；
[0022]图17示出图4至图15所示的传感器结构的潜在实施例的横截面图；
[0023]图18示出根据各种实施例的集成到蜂窝电话设备中的图1A的传感器结构的框图表不;
[0024]图19A至图19C以流程图形式图示可以实现制造图1至图17所示传感器结构的各种方法。
【具体实施方式】
[0025]以下详细描述参考附图，附图通过图示的方式示出了可以实施本公开的特定细节和实施例。
[0026]这里使用用语“示例性”来意指“用作示例、实例或图示”。这里描述为“示例性”的任意实施例或设计并不一定被理解为相对其他实施例或设计是优选或有利的。
[0027]关于形成在侧面或表面“之上”的沉积材料而使用的用语“之上”这里可以用来意指:可以“直接在所暗示的侧面或表面上”形成沉积材料，例如与所暗示的侧面或表面直接接触地形成沉积材料。关于形成在侧面或表面“之上”的沉积材料而使用的用语“之上”这里可以用来意指:可以在一个或多个附加层布置在所暗示的侧面或表面与沉积材料之间的情况下，“间接地在所暗示的侧面或表面上”形成沉积材料。
[0028]在各种实施例中，隔膜可以包括平板或薄膜。平板可以理解为处于压力下的隔膜。此外，薄膜可以理解为处于张力下的隔膜。尽管下面将参照薄膜更具体地描述各种实施例，但可以备选地提供有平板或者总地提供有隔膜。
[0029]根据各种实施例，提供传感器结构100。如图1A所示，传感器结构100可以包括支撑结构102，该支撑结构102具有第一导电层104、电极元件108和第二导电层112，该第一导电层104形成在支撑结构102的表面上，该第二导电层112相对于第一导电层104布置在电极元件108的相反侧上。
[0030]根据各种实施例，传感器结构100可以进一步包括被配置为形成第一腔室114的第一导电层104的部分和第二导电层112的部分。第一腔室114中的压力可以低于第一腔室114外的压力。第一腔室114中的压力可以在约0.5mbar (毫巴)到约1mbar的范围内，例如在约0.5mbar到约Imbar的范围内，例如在约Imbar到约1.5mbar的范围内，例如在约2mbar到约2.5mbar的范围内，例如在约2.5mbar到约3mbar的范围内，例如在约3mbar到约5mbar的范围内，例如在约5mbar到约1mbar的范围内。
[0031]根据各种实施例，第二导电层112的另一部分和电极元件108的部分可以形成第二腔室116，并且第二腔室116中的压力可以低于第二腔室116外的压力。第二腔室116中的压力可以在约0.5mbar到约1mbar的范围内，例如在约0.5mbar到约Imbar的范围内，例如在约Imbar到约1.5mbar的范围内，例如在约2mbar到约2.5mbar的范围内，例如在约2.5mbar到约3mbar的范围内，例如在约3mbar到约5mbar的范围内，例如在约5mbar到约1mbar的范围内。
[0032]根据各种实施例，传感器结构100可以进一步包括第一柱结构118，该第一柱结构118布置在第一导电层104与第二导电层112之间的第一腔室114中。传感器结构100也可以包括第二柱结构120，该第二柱结构120布置在第二导电层112与电极元件108之间的第二腔室116中。
[0033]根据各种实施例，传感器结构100可以包括形成在支撑结构102中的空腔122。空腔122可以布置在支撑结构102中，使得第一导电层104的一部分可以跨空腔122悬置。
[0034]根据各种实施例，传感器结构100可以包括穿过第一导电层104、第一间隔层106、电极元件108、第二间隔层110和第二导电层112的部分而形成的空隙124。根据各种实施例，空隙124可以穿过第一导电层104、第一间隔层106、电极元件108和第二间隔层110的部分来形成，而不延伸穿过第二导电层112。空隙124可以布置成使得传感器结构的可以包含第一腔室114的部分和传感器结构100的可以包含第二腔室116的部分可以彼此电隔离。
[0035]图1B和图1C示出第一腔室114的截面的孤立视图，其中根据各种实施例，入射在第二导电层112上的声波110可以引起腔室相对于电极元件108变形。由于第一腔室114可由于声波110而变形，所以第二导电层112可以在基本朝向电极元件108的方向上变形，而第一导电层104可以同时在与第二导电层基本相同的方向上变形并因此可以远离电极元件108而移动。由于第一导电层104可以通过第一柱结构118被固定到第二导电层112，所以第一导电层104和第二导电层112的变形的幅度可以基本相等。
[0036]根据各种实施例，可以通过第一导电层104和第二导电层112的移动而产生信号。这些信号然后可以通过诸如可任选的处理电路132之类的一个或多个处理电路进行比较并转换成可期望用于给定应用的可用信息，例如感测压力的改变，例如检测入射在第一导电层104和第二导电层112上的压力波的幅度。根据各种实施例，第一导电层104和第二导电层112之间的距离的改变可以引起在第一导电层104和第二导电层112之间产生的电容的改变。根据各种实施例，该电容的改变可以通过诸如可任选的电路132之类的一个或多个处理电路来检测。
[0037]根据各种实施例，支撑结构102可以为半导体衬底，诸如硅衬底。根据各种实施例，支撑结构102可以包括或基本包括给定应用可以期望的其它半导体材料，诸如锗、锗硅、碳化硅、氮化镓、铟、氮化铟镓、砷化铟镓、氧化铟镓锌或其它元素和/或化合物半导体(例如诸如砷化镓或磷化铟之类的II1-V化合物半导体，或者I1-VI化合物半导体或三元化合物半导体或四元化合物半导体)。支撑结构102可以包括或基本包括给定应用可期望的其它材料或材料组合，例如各种电介质、金属和聚合物。根据各种实施例，支撑结构102可以包括或基本包括例如玻璃和/或各种聚合物。支撑结构102可以为绝缘体上硅(SOI)结构。根据各种实施例，支撑结构102可以为印刷电路板。
[0038]根据各种实施例，空腔122可以借助于各种技术形成在支撑结构120中，例如各向同性气相刻蚀、蒸汽刻蚀、湿法刻蚀、各向同性干法刻蚀、等离子体刻蚀、激光钻蚀、各种研磨技术等。
[0039]根据各种实施例，空腔122的形状可以为方形或基本方形。空腔122的形状可以为矩形或基本矩形。根据各种实施例，空腔122的形状可以为圆形或基本圆形。空腔122的形状可以为椭圆形或基本椭圆形。根据各种实施例，空腔122的形状可以为三角形或基本三角形。空腔122可以为十字形或基本十字形。根据各种实施例，空腔122可以形成为可以期望用于给定应用的任意形状。根据各种实施例，跨空腔122的距离126可以例如在从约0.5mm到约5mm的范围内，例如在从约0.5mm到约Imm的范围内，例如在从约Imm到约
1.5mm的范围内，例如在从约1.5mm到约2mm的范围内，例如在从约2mm到约2.5mm的范围内，例如在从约2.5mm到约3mm的范围内，例如在从约3mm到约5mm的范围内。
[0040]根据各种实施例，第一导电层104可以借助于各种制造技术形成在支撑结构102的顶表面102a之上，例如物理气相沉积、电化学沉积、化学气相沉积和分子束外延。
[0041]根据各种实施例，第一导电层104可以具有厚度Tl，该厚度Tl例如在从约300nm到约10 μ m的范围内，例如在从约300nm到约400nm的范围内，例如在从约400nm到约500nm的范围内，例如在从约500nm到约I μ m的范围内，例如在从约I μ m到约3 μ m的范围内，例如在从约3 μ m到约5 μ m的范围内，例如在从约5 μ m到约10 μ m的范围内。
[0042]根据各种实施例，第一导电层104可以包括或基本包括诸如硅的半导体材料。根据各种实施例，第一导电层104可以包括或者基本包括给定应用所期望的其他半导体材料，诸如锗、锗硅、碳化硅、氮化镓、铟、氮化铟镓、砷化铟镓、氧化铟镓锌或其它元素和/化合物半导体(例如诸如砷化镓或磷化铟之类II1-V化合物半导体，或者I1-VI化合物半导体或三元化合物半导体或四元化合物半导体)。第一导电层10