一种含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器及其制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器，基于SOI晶圆制作，所述的SOI晶圆依次设置有衬底、中间氧化层、器件层，采用侧面掺杂，在加速度传感器的部分悬臂梁侧壁形成压阻条，部分悬臂梁侧壁形成自检测电极；侧壁形成的压阻条可以减小轴向串扰，自检测的方式是利用静电力模拟加速度输入引起的加速度传感器悬臂梁产生的形变，从而检测加速度传感器的性能，检测方式完全与IC检测探针台兼容。采用正面释放加速度传感器，加工一致性高，器件面积小。本发明还提供了一种含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器的制造方法，实现可以进行晶圆级自检测的面内压阻式加速度传感器的结构与加工工艺。
【专利说明】
一种含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器及其制造方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体制造技术，具体涉及含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器及其制造方法。
【背景技术】
[0002]目前压阻式加速度传感器的晶圆级标定与检测非常困难。产业界还没有成熟的技术，一些测试厂家(例如芬兰的AFORE公司)提供了晶圆级的压阻式加速度测试方案，但是需要定制特殊的测试夹具和探针卡，使得测试的固定资产投入和成本很高。
[0003]目前压阻式加速度传感器只能在封装成模块产品以后利用测试台做模块级的检测。一旦出现加速度传感器失效，那么损失的不仅包括加速度传感器，还包括模块的封装成本以及模块内集成的其他器件，例如控制1C。因此产业界急需一种压阻式加速度传感器，可以进行晶圆级的测试、标定，在封装成模块之前就剔除不良产品，降低由于传感器失效造成的成本损失。
[0004]美国专利US6389899B1披露了一种采用SOI晶圆制作压阻式面内加速度传感器，在悬臂梁的一侧进行轻掺杂，形成压阻条;在悬臂梁的另一侧进行重掺杂，形成电学导线。其压阻条掺杂技术采用倾斜离子注入方法，此种方法不是常规CMOS离子注入方式，需要特殊的设备，不利于量产的代工厂转移，同时也没有集成晶圆级自检测功能，不利于芯片的产业化测试工作。
[0005]也有文章公开披露压阻式面内加速度传感器的制造方法，压阻的形成方式是采用选择性的生长，只有暴露出的硅表面才会生长压阻条，而被氧化硅保护的硅表面则不会生长。但是其只能生长N型掺杂的压阻条，而N型掺杂的压阻条具有应力敏感系数具有不对称性，因此制造出的传感器线性度较差。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器及其制造方法以解决上述技术问题。
[0007]本发明为实现上述目的所采用的技术方案为:
[0008]一种含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器，基于SOI晶圆，所述的SOI晶圆依次设置有衬底、中间氧化层、器件层，其特征在于，所述的器件层上设置有掩模层，所述的器件层设置有重掺杂区，贯穿所述掩模层、所述器件层、所述中间氧化层的释放槽、释放孔，通过所述释放槽。释放孔刻蚀，释放加速度传感器的可动结构，所述可动结构具有悬臂梁，所述悬臂梁的侧壁一部分设置有压阻条，所述悬臂梁的侧壁一部分设置有自检测电极。
[0009]优选地，所述的器件层为N型掺杂。
[0010]优选地，所述的重掺杂区为P型掺杂。
[0011 ]优选地，所述压阻条和自检测电极为P型轻掺杂。
[0012]优选地，所述器件层、所述中间氧化层设置有隔离槽，所述隔离槽侧壁为绝缘壁，并填充所述隔离槽，所述释放槽与所述隔离槽具有部分重合，所述释放槽和所述重掺杂区具有部分重合。
[0013]优选地，所述掩模层设置有接触孔，接触孔内沉积金属并与重掺杂区电接触，通过掩膜层表面沉积的金属连线引出形成传感器金属引脚。
[0014]优选地，所述掩模层设置有钝化层，通过刻蚀所述钝化层暴露所述传感器的金属引脚。
[0015]优选地，所述钝化层设置有一质量块。
[0016]优选地，所述SOI晶圆上还设置有保护盖。
[0017]本发明还提供一种含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器制造方法，基于SOI晶圆，所述的SOI晶圆依次设置有衬底、中间氧化层、器件层，包括以下步骤:
[0018]在所述器件层生长第一层掩模层，图形化并刻蚀透所述掩模层、所述器件层和所述中间氧化层形成隔离槽；
[0019]去除第一层掩膜层并重新生产第二层掩膜层，图形化，在所述器件层形成重掺杂区；
[0020]图形化、刻蚀所述掩模层、所述器件层、所述中间氧化层形成释放槽、释放孔；
[0021]进行侧壁掺杂，在加速度传感器结构的悬臂梁一部分侧面形成压阻条，悬臂梁一部分侧面形成自检测电极。
[0022]优选地，还包括如下步骤:
[0023]在所述隔离槽侧壁制作一层绝缘壁；
[0024]并填充所述隔离槽。
[0025]优选地，所述释放槽与所述隔离槽具有部分重合，所述释放槽和所述重掺杂区具有部分重合。
[0026]优选地，还包括如下步骤:
[0027]图形化，并刻蚀所述掩模层，形成接触孔；
[0028]在所述接触孔内沉积金属与重掺杂区实现电接触，并通过掩膜层表面沉积的金属连线引出形成传感器金属引脚。
[0029]优选地，还包括如下步骤:
[0030]在所述掩模层上淀积钝化层并图形化、刻蚀出传感器金属引脚的打线孔，刻蚀所述钝化层露出所述释放槽和所述释放孔。
[0031]优选地，还包括如下步骤:
[0032]在所述加速度传感器可动结构上方的钝化层沉积一质量块。
[0033]优选地，还包括如下步骤:
[0034]通过所述释放槽和所述释放孔刻蚀，释放加速度传感器的可动结构。
[0035]优选地，还包括如下步骤:
[0036]在所述SOI晶圆上键合一保护盖。
[0037]与现有技术相比，本发明的面内压阻式加速度传感器，在悬臂梁侧壁形成压阻条，侧壁形成的压阻条可以减小轴向串扰，采用正面释放加速度传感器，加工一致性高，器件面积小。自检测的方式是利用静电力模拟加速度引起加速度传感器悬臂梁产生的形变，从而检测加速度传感器的性能，检测方式完全与IC检测探针台兼容。
[0038]下面结合附图对该发明进行具体叙述。
【附图说明】
[0039]图1为本发明第一实施例的结构示意图。
[0040]图2为本发明第一实施例的制造方法的流程图。
[0041 ]图3A-3L为本发明第一实施例的制造方法的工艺流程示意图。
[0042]图4为本发明第二实施例半成品的结构示意图。
[0043]图5-图7为本发明第一实施例的原理图。
【具体实施方式】
[0044]附图1是本发明第一实施例的一种含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器的结构示意图，图2为本发明第一实施例的制造方法的流程图，图3A-3L为本发明第一实施例的制造方法的工艺流程示意图。
[0045]如图1、2、3A_3L所示，一种含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器及其制造方法:
[0046]参看图3A，本发明实施例基于SOI晶圆I，依次设置有衬底101、中间氧化层102和器件层103，优选地，器件层103掺杂类型采用N型。
[0047]参看图2，步骤201，同时参看图3Ba_3Bb，3Ba为横截面示意图，3Ba为俯视示意图。在器件层103表面生长制作一层掩模层104，图形化并刻蚀透掩模层104、器件层103和中间氧化层102形成隔离槽105。
[0048]步骤202，同时参看图3C，3C为横截面示意图。对刻蚀开的隔离槽105进行侧壁电绝缘处理，形成一层绝缘壁106。制作绝缘壁106的方法，可以采用低压化学气象淀积低应力的氮化硅材料，并去除晶圆表面和隔离槽105底部的氮化硅材料，只在隔离槽105侧壁保留氮化硅材料，最终形成一层绝缘壁106。也可以采用其他材料如热氧化硅材料，或者热氧化硅和氮化硅双层材料等。
[0049]步骤203，同时参看图3Da_3Db，3Da为横截面示意图，3Da为俯视示意图。
[0050]用材料107填充隔离槽105。填充隔离槽105的材料107，可以采用低压化学气象淀积低应力的多晶硅材料，并去除掩模层104上的多晶硅材料，只保留在隔离槽105内的多晶硅。可选的其他方法包括淀积氧化硅材料，并去除掩模层104上的氧化硅材料等。
[0051 ]步骤204，同时参看图3Ea_3Eb，3Ea为横截面示意图，3Eb为俯视示意图。去除掩模层104，并重新生长一层新掩模层104;图形化并形成重掺杂区108。重掺杂的方式可以是离子注入，也可以是扩散工艺，均是现有技术，在此不做赘述。优选地，采用P型重掺杂。
[0052]步骤205，同时参看图3F，3F为横截面示意图。图形化并刻蚀掩模层104，形成接触孔 109。
[0053]步骤206，同时参看图3Ga-3Gb、3Gb_A，3Ga为横截面示意图，3Gb为俯视示意图，3Gb-A为3Gb图中A部分的局部放大图。图形化释放槽111和释放孔112。在掩模层104上先制作一层光刻胶层110并图形化释放槽111，释放孔112。其中释放槽111与隔离槽105具有部分重合，释放槽111与重掺杂区108部分重合，参见图3Gb-A。
[0054]步骤207，同时参看图3Ha_3Hb、3Ha为横截面示意图，3Hb为俯视示意图。在释放槽111槽内、释放孔112孔内，刻蚀透掩模层104、器件层103和中间氧化层102，形成的释放槽
111、释放孔112直接贯通到衬底层101，从而使掩模层104、器件层103和中间氧化层102在释放槽111形成加速度传感器的结构118。然后去除光刻胶层110。
[0055]步骤208，同时参看图3Ia_3Ib，3Ia为横截面示意图，31b为俯视示意图。侧面掺杂，加速度传感器结构118具有悬臂梁119，在部分悬臂梁119侧面形成压阻条113，部分悬臂梁119侧面形成自检测可动电极120，并形成自检测固定电极121。优选地，侧面掺杂采用P型轻掺杂，掺杂方式采用扩散方法。比如采用固态硼硅玻璃作为P型掺杂源，则扩散完成以后，在暴露的表面和侧壁会残留氧化硅材料，去除晶圆表面和释放槽111、释放孔112底部的氧化硅材料，保留释放槽111、释放孔112侧壁的氧化硅材料(用于后续释放过程中对侧壁的保护)；如果采取其他掺杂源，则掺杂完成以后淀积保护层，并去除晶圆表面和释放槽底部的保护层，保留释放槽111、释放孔112侧壁的保护层。
[0056]步骤209，同时参看图3Ja_3Jb，3Ja为横截面示意图，3Jb为俯视示意图。淀积金属并图形化，形成加速度传感器的金属引脚。淀积金属，并图形化，形成加速度传感器金属引脚 114。
[0057]步骤210，同时参看图3K，3K为横截面示意图。淀积钝化层115并图形化出打线孔，刻蚀钝化层115露出释放槽111、释放孔112。
[0058]步骤211，同时参看图3L，3L为横截面示意图。释放结构，键合保护盖116。通过释放槽111、释放孔112释放传感器可动结构，释放方法可以采用硅的干法各向同性刻蚀技术，例如使用二氟化氙气体;保护盖116的键合可以采用金属共晶键合，例如铝锗共晶键合技术，也可以使用有机键合材料，例如苯并环丁烯。
[0059]图4为本发明第二实施例的结构半成品示意图。本发明第二实施例与本发明第一实施例的区别在于，在钝化层115上设置一块质量块117，以增加加速度传感器质量块的质量，提高传感器的灵敏度。质量块可以采用如电镀铜，采用半导体加工工艺附加即可。
[0060]本发明实施例的原理:
[0061 ] 参见图5-图7，如图5所示，其中301-308为传感器金属引脚，401-404为加速度敏感压阻条，501为测试固定电极I，502为测试固定电极2，503为测试可动电极。加速度敏感压阻条通过重掺杂区、隔离槽及金属布线，形成如图6所示的加速度敏感压阻电桥，用以检测面内加速度的大小。
[0062]其自检测的原理示意图如图7所示，在测试固定电极1(或者固定电极2)与测试可动电极之间施加电压，由于静电力作用，测试可动电极会带动加速度传感器可动结构发生面内的位移，模拟受到面内加速度载荷输入的情况;这一测试方法不用施加真正的加速度载荷，只需要施加电学载荷，方便进行在线测试，检测方式完全与IC检测探针台完全兼容。
[0063]当然，此发明还可以有其他变换，并不局限于上述实施方式，本领域技术人员所具备的知识，还可以在不脱离本发明构思的前提下作出各种变化，这样的变化均应落在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器，基于SOI晶圆，所述的SOI晶圆依次设置有衬底、中间氧化层、器件层，其特征在于，所述的器件层上设置有掩模层，所述的器件层设置有重掺杂区，贯穿所述掩模层、所述器件层、所述中间氧化层的释放槽、释放孔，通过所述释放槽、释放孔释放加速度传感器的可动结构，所述可动结构具有悬臂梁，所述悬臂梁的侧壁一部分设置有压阻条，所述悬臂梁的侧壁一部分设置有自检测电极。2.根据权利要求1所述的含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器，其特征在于，所述的器件层为N型掺杂。3.根据权利要求1所述的含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器，其特征在于，所述的重掺杂区为P型掺杂。4.根据权利要求1所述的含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器，其特征在于，所述压阻条和自检测电极为P型轻掺杂。5.根据权利要求1所述的含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器，其特征在于，所述器件层、所述中间氧化层设置有隔离槽，所述隔离槽侧壁为绝缘壁，并填充隔离槽，所述释放槽与所述隔离槽具有部分重合，所述释放槽和所述重掺杂区具有部分重合。6.根据权利要求5所述的含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器，其特征在于，所述掩模层设置有接触孔，接触孔内沉积金属并与重掺杂区电接触，通过掩膜层表面沉积的金属连线弓I出形成传感器金属引脚。7.根据权利要求6所述的含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器，其特征在于，所述掩模层设置有钝化层，通过刻蚀所述钝化层暴露所述传感器金属引脚。8.根据权利要求7所述的含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器，其特征在于，所述钝化层设置有一质量块。9.根据1-8任一一项权利要求所述的含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器，其特征在于，所述SOI晶圆上还设置有保护盖。10.—种含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器制造方法，基于SOI晶圆，所述的SOI晶圆依次设置有衬底、中间氧化层、器件层，其特征在于，包括以下步骤: 在所述器件层生长第一层掩模层，图形化并刻蚀透所述掩模层、所述器件层和所述中间氧化层形成隔离槽； 去除第一层掩膜层并重新生产第二层掩膜层，图形化，在所述器件层形成重掺杂区； 刻蚀所述掩模层、所述器件层、所述中间氧化层形成释放槽、释放孔； 进行侧面掺杂，在加速度传感器的悬臂梁一部分侧面形成压阻条，悬臂梁一部分侧面形成自检测电极。11.根据权利要求10所述的含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器，其特征在于，还包括如下步骤: 在所述隔离槽侧壁制作一层绝缘壁； 填充所述隔离槽。12.根据权利要求11所述的含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器，其特征在于，所述释放槽与所述隔离槽具有部分重合，所述释放槽和所述重掺杂区具有部分重合。13.根据权利要求12所述的含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器，其特征在于，还包括如下步骤: 图形化，并刻蚀所述掩模层，形成接触孔； 在所述接触孔内沉积金属与重掺杂区实现电接触，并通过掩膜层表面沉积的金属连线引出形成传感器金属引脚。14.根据权利要求13所述的含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器，其特征在于，还包括如下步骤: 在所述掩模层上淀积钝化层并图形化、刻蚀出传感器金属引脚的打线孔，刻蚀所述钝化层露出所述释放槽和所述释放孔。15.根据权利要求14所述的含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器，其特征在于，还包括如下步骤: 在所述加速度传感器可动结构上方的钝化层沉积一质量块。16.根据权利要求15所述的含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器，其特征在于，还包括如下步骤: 通过所述释放槽和所述释放孔，刻蚀并释放加速度传感器的可动结构。17.根据9-16任一一项权利要求所述的含有自检测功能的面内压阻式加速度传感器，其特征在于，还包括如下步骤: 在所述SOI晶圆上键合一保护盖。
【文档编号】G01P15/12GK106093471SQ201610589538
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月26日 公开号201610589538.X, CN 106093471 A, CN 106093471A, CN 201610589538, CN-A-106093471, CN106093471 A, CN106093471A, CN201610589538, CN201610589538.X
【发明人】周志健, 朱二辉, 陈磊, 杨力建, 邝国华
【申请人】上海芯赫科技有限公司