在单芯片上的惯性和压力传感器的制造方法
【专利摘要】在一个实施例中，用于电容式压力传感器的工艺流程与用于惯性传感器的工艺流程相结合。以此方式，在压力传感器的膜层内实现惯性传感器。器件层同时用作惯性传感器中进行平面外传感的z轴电极和/或惯性传感器的布线层。压力传感器工艺流程的膜层（或覆盖层）用来限定惯性传感器传感结构。在膜层中的绝缘氮化物塞用于使多轴惯性传感器的各种传感结构解除电气联接，从而允许完全的差动传感。
【专利说明】
在单芯片上的惯性和压力传感器
[0001 ] 交叉引用 本申请要求于2013年8月5日提交的美国临时申请号61/862,370的权益，其全部内容通 过引用并入本文中。
技术领域
[0002] 本公开大体涉及晶片和基板，例如用于微机电系统(MEMS)器件或者半导体器件的 那些。
【背景技术】
[0003] 由于更小尺寸、更低能量消耗以及低成本硅制造的潜能，静电MEMS谐振器已经是 取代常规石英晶体谐振器的有前景的技术选择。然而，此类器件通常遭受无法接受地过大 的动生阻抗(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器件的优势在于在顶部表面和底部表面上大的换能面积，这引起动生阻抗的减小， 其中，该器件形成在基板上。因此，平面外器件已经受到越来越多的关注，这引起该领域的 重大突破，例如数字微镜器件和干涉调制器。
[0004] 平面外电极的潜在益处在考虑到影响Rx的因素时是明显的。描述Rx的等式如下：
其中，"cr"是谐振器的有效阻尼常数， "η"是换能效率， "g"是电极之间的间隙， "A"是换能面积，以及 "V"是偏压。
[0005] 对于平面内器件而言，"A"被定义为HXL，其中，"H"是平面内部件的高度以及"L" 是平面内部件的长度。因此η是H/g的函数并且H/g受到刻蚀深宽比的限制，该刻蚀深宽比通 常限制至大约20:1。然而，对于平面外器件而言，"A"被定义为LXW，其中，"W"是器件宽度。 因此，η不是平面外器件的高度的函数。相反，η是(Lxw)/g的函数。因此，器件的所需占地面 积是影响换能效率的主要因素。由此，与平面内器件相比，平面外器件具有实现显著更大的 换能效率的能力。
[0006] 惯性传感器的封装是标准工艺，例如，由晶片键合所执行的标准工艺。需要进行封 装以便保护传感器结构免受环境影响以及来提供最优操作压力。加速计通常具有更高的压 力OlOmbar)以便提供足够的阻尼。陀螺仪具有更低的压力（〈lOmbar)以便有效地操作。封 装工艺未在此进一步描述，也未在图中示出。
[0007] 额外地，MEMS传感器通常使用对于每个传感器而言专用的工艺流程所制造，其中， 每个传感器均在单个的芯片上。例如，利用与制造惯性传感器完全不同的工艺流程来制造 压力传感器，并且因此难以将两种传感器制造在单芯片上。
[0008] 所需要的是使用通常理解的制造步骤制造并且将不同类型的多种传感器件结合 在单芯片上的器件。如果所述器件能够使用在单芯片上的单个制造工艺来实现，则将是有 益的。
【发明内容】
[0009] 本公开有利地将用于多个MEMS传感器的工艺流程相结合，使得将这些传感器制造 在单芯片上。例如，一些实施例使用用于电容式压力传感器的工艺流程并且在制造所述压 力传感器的同时制造惯性传感器。以此方式，惯性传感器实现在压力传感器的膜层内。同 时，器件层用作在惯性传感器中进行平面外传感的z轴电极，和/或用作惯性传感器的布线 层。压力传感器工艺流程的膜层(或覆盖层）用来限定惯性传感器传感结构。在膜层中的绝 缘氮化物塞用来使用于多轴线惯性传感器的各种传感结构解除电气联接，从而允许进行完 全的差动传感/读出。额外地，通过将惯性传感器制造在膜层内，减小了整体的传感面积。此 类惯性传感结构具有与当前的惯性传感器相同的设计灵活性，例如在没有额外的工艺步骤 的情况下允许大的侧向间隙。
[0010] 其它工艺流程可适于压力传感器膜层的工艺流程，从而允许将许多传感器集成在 单个工艺流程和单芯片中。额外地，本公开不限于电容式压力传感器工艺流程并且还能够 应用到其它换能器，例如压阻式换能器。另外，本公开不限于多晶硅膜的使用。
[0011] 在一个实施例中，一种MEMS传感器器件，其包括:处理层;器件层，其定位在所述处 理层之上;第一固定电极，其限定在所述器件层中；第二固定电极，其限定在所述器件层中 并且与所述第一固定电极电气地隔离开;覆盖层，其定位在所述器件层之上;第一可移动电 极，其限定在所述覆盖层中且在所述第一固定电极正上方的位置处;第二可移动电极，其限 定在所述覆盖层中，其至少部分地在所述第二固定电极的正上方并且与所述第一可移动电 极电气地隔离开;第一空间，其正好定位在所述第一固定电极与所述第一可移动电极之间， 所述第一空间被密封以与所述覆盖层之上的大气隔绝；以及第二空间，其正好定位在所述 第二固定电极与所述第二可移动电极之间，所述第二空间与大气相通。
[0012] 在一些MEMS传感器器件，支撑所述第一可移动电极的所述覆盖层的第一部分具有 第一最小厚度;支撑所述第二可移动电极的所述覆盖层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] 在一些上述实施例中，所述第一可移动电极的最大厚度与所述第二可移动电极的 最大厚度基本上相等。
[0014] 在一些上述实施例中，所述第一空间包括:第一空间部分，其正好定位在所述第一 固定电极与所述第一可移动电极之间；以及第二空间部分，其从所述第一空间部分向上延 伸到所述覆盖层中。
[0015] 在一些上述实施例中，所述第一可移动电极的最大厚度小于所述第二可移动电极 的最大厚度。
[0016] 在一些上述实施例中，所述第一可移动电极的最上表面在所述第二可移动电极的 最上表面下方。
[0017] 在一些上述实施例中，所述第一可移动电极至少部分地由下述限定：第一氮化物 部分，其从所述第一空间的一部分垂直向上延伸；以及第二氮化物部分，其从所述第一氮化 物部分水平延伸。
[0018] 在一些上述实施例中，所述第一可移动电极进一步至少部分地由从所述第二氮化 物部分垂直向上延伸的第三氮化物部分限定。
[0019] 在一些上述实施例中，所述第二可移动电极包括:第一可移动电极部分，其在所述 第二固定电极的正上方;第二可移动电极部分，其从所述第二固定电极水平地偏置;以及氮 化物间隔件，其使所述第一可移动电极部分与所述第二可移动电极部分电气地隔离开，所 述MEMS传感器器件进一步包括第三固定电极，其限定在所述覆盖层中且邻近所述第二可移 动电极部分。
[0020] 在一些上述实施例中，所述第一固定电极和所述第一可移动电极配置成压力传感 器，以及 所述第二固定电极和所述第二可移动电极配置成陀螺仪传感器。
[0021] 在一些上述实施例中，所述第一固定电极和所述第一可移动电极配置成压力传感 器，以及 所述第二固定电极和所述第二可移动电极配置成加速计传感器。
[0022] 根据另外的实施例，一种形成MEMS传感器器件的方法，其包括:在位于处理层上方 的器件层中限定第一固定电极;在限定所述第一固定电极的同时，在所述器件层中限定第 二固定电极;在所述器件层上方的覆盖层中限定第一可移动电极，所述第一可移动电极在 所述第一固定电极正上方的位置处;在所述覆盖层中限定第二可移动电极，所述第二可移 动电极至少部分地在所述第二固定电极的正上方，并且与所述第一可移动电极电气地隔离 开;通过形成第一空间从所述器件层释放所述第一可移动电极;密封所述第一空间使其与 所述覆盖层之上的大气隔离;通过形成第二空间从所述器件层释放所述第二可移动电极； 以及使所述第二空间与大气相通。
[0023] 在一些上述实施例中，释放所述第二可移动电极发生在与释放所述第一可移动电 极的相同的工艺步骤期间。
[0024] 在一些上述实施例中，释放所述第二可移动电极发生在释放所述第一可移动电极 之后的工艺步骤期间。
[0025] 在一些上述实施例中，使所述第二可移动电极的第一部分与所述第二可移动电极 的第二部分隔离开，其中，所述第一部分在所述第二固定电极的正上方；以及在所述覆盖层 中邻所述第二部分的位置处限定第三固定电极。
[0026] 在一些上述实施例中，限定第一可移动电极包括:在所述覆盖层内形成下部氮化 物部分，所述下部氮化物部分从掩埋氧化物层向上延伸；在所述下部氮化物部分之上形成 垫片部分；以及在所述覆盖层内形成上部氮化物部分，所述上部氮化物部分从垫片向上延 伸。
[0027]在一些上述实施例中，方法包括刻蚀所述覆盖层在所限定的第一可移动电极的正 上方的一部分以提供厚度减小的膜，所述第一可移动电极限定在所述膜中。
[0028]在一些上述实施例中，从所述器件层释放所述第一可移动电极包括:形成第一空 间部分，其正好定位在所限定的第一固定电极和所限定的第一可移动电极之间；以及形成 第二空间部分，其从所述第一空间部分在所述覆盖层内向上延伸。
[0029]在一些上述实施例中，在限定所述第一固定电极的同时在所述器件层中限定第三 固定电极；以及在所述覆盖层中限定第三可移动电极，所述第三可移动电极至少部分地在 所述第三固定电极的正上方，并且与所述第二可移动电极电气地隔离开。
【附图说明】
[0030] 图1描绘了在单芯片上并入了平面内和平面外惯性传感器和压力传感器的传感器 器件的侧面剖视图； 图2-21描绘了用于图1的传感器器件的制造工艺的侧面剖视图； 图22描绘了与图1的传感器器件相似的传感器器件的侧面剖视图，其中，压力传感器膜 具有类似凸台的构造，由此减小了压力传感器膜的有效厚度； 图23描绘了与图1的传感器器件相似的传感器器件的侧面剖视图，其中，暴露压力传感 器的宽的刻蚀部分被刻蚀地更深，以便所述压力传感器膜具有减小的厚度；以及 图24描绘了更改的工艺步骤，其中，已经在压力传感器上方刻蚀了宽的刻蚀部分并且 使用薄的氧化物层作为刻蚀停止层。
【具体实施方式】
[0031] 为了促进理解本公开原理的目的，现在将参照在附图中说明的以及在下面的书面 说明书中描述的实施例。应理解的是本公开的范围由此不受到任何限制。另外应理解的是， 本公开包括对所说明的实施例的任何改变和更改，并且包括如本公开所涉及的技术领域的 技术人员通常所能想到的本公开原理的另外的应用。
[0032] 图1描绘了惯性和压力传感器100,其包括处理层(handle layer)102、掩埋氧化物 层104和器件层106。氧化物层108将器件层106和覆盖层110隔离开。钝化层112的其余部分 定位在覆盖层110上方。
[0033] 在器件层106内，下部压力传感器电极114由两个刻蚀部分116和118限定。虽然说 明书以分开的方式论述了刻蚀部分116和118,但是应理解的是，在至少一些实施例中，刻蚀 部分116和118是约束电极114的单个刻蚀部分。下部压力传感器电极114通过氧化物层108 的刻蚀部分120与覆盖层110隔离开。如在下面更加详细讨论的，刻蚀部分116、118和120通 过通风孔被释放，该通风孔由覆盖层110密封。通风孔的密封提供了包括刻蚀部分116、118 和120的封闭空间。
[0034] 上部压力传感器电极122定位在下部压力传感器电极114上方，并且通过刻蚀部分 120与下部压力传感器电极电气地且机械地隔离开。上部压力传感器电极122通过两个间隔 件124和126与覆盖层110的其余部分隔离开。间隔件124和126从覆盖层110的上表面延伸到 刻蚀部分120,并且包括上部氮化物部分和下部氮化物部分128和130,其中氮化物垫片部分 132在上部氮化物部分和下部氮化物部分128、130之间。虽然说明书以分开的方式论述了间 隔件124和126,但是应理解的是，在至少一些实施例中，间隔件124和126是约束电极122的 单个间隔件。
[0035]从钝化层112延伸到氧化物层108的间隔件134和136将在覆盖层110中的连接器 138与覆盖层110的其余部分电气地隔离开。连接器138与平面内电极部分140电气连通，该 平面内电极部分140进一步连接到下部压力传感器电极114。间隔件134以类似于间隔件124 和126的方式形成。间隔件136形成为具有上部氮化物部分142和两个下部氮化物部分144， 并且氮化物垫片部分146在上部氮化物部分和下部氮化物部分142、144之间。连接器147从 钝化层112延伸到处理层102。连接器147由间隔件136限定在覆盖层110中，并且由隔离柱 148限定在器件层中。隔离柱148从间隔件136下方的氧化物层108延伸通过器件层106、通过 掩埋氧化物层104并且进到处理层102中。
[0036] 在器件层106内，用于平面外传感的下部惯性传感器电极150由两个刻蚀部分152 和154限定。虽然说明书以分开的方式论述了刻蚀部分152和154,但是应理解的是，在至少 一些实施例中，刻蚀部分152和154是约束电极150的单个刻蚀部分。除了接触部分160,下部 惯性传感器电极150通过氧化物层108的刻蚀部分156和158与覆盖层110电气地隔离开。刻 蚀部分152、154、156和158通过通风孔被释放。通风孔保持打开，由此创建了开放的空间，即 与覆盖层上方的大气流体连通。另外可行的是，在以分开的释放刻蚀工艺制作沟槽180等之 后，释放所述刻蚀部分。此步骤的优势在于，牺牲层由此还能用作沟槽180等的刻蚀停止层。
[0037] 用于平面外传感的传感结构162(相似的结构能够用于平面内传感:则类似于传感 结构，相反的电极也是在平面内的）定位在下部惯性传感器电极150上方，并且通过刻蚀部 分156与下部惯性传感器电极150电气地且机械地隔离开。传感结构162通过刻蚀部分166在 一侧上与覆盖层110的一部分机械地且电气地隔离开，该刻蚀部分166从覆盖层110的上表 面完全延伸到刻蚀部分156。刻蚀部分166和以类似于间隔件124和126的方式形成的间隔件 168将覆盖层110中的连接器170与覆盖层110的其余部分电气地隔离开。连接器170经由接 触部分160与下部惯性传感器电极150电气连通。包括从覆盖层110的上表面延伸到刻蚀部 分156的氮化物部分的间隔件172将传感结构162与传感结构176电气地隔离开，并且同时提 供其机械联接。这允许完全地差动电容式传感/读出。
[0038] 传感结构176提供了平面内传感或平面外传感，并且其定位在覆盖层110中，以及 通过刻蚀部分156与器件层106隔离开。传感结构176通过刻蚀部分180在一侧与覆盖层110 的其余部分机械且电气地隔离开，该刻蚀部分180从覆盖层110的上表面完全延伸到刻蚀部 分156。刻蚀部分180和以类似于间隔件124和126的方式形成的间隔件183将覆盖层110中的 上部惯性传感器184与覆盖层110的其余部分电气地隔离开。
[0039]宽的刻蚀部分188暴露覆盖层的上表面，从而显露出传感结构162和176。宽的刻蚀 部分190暴露覆盖层的上表面，从而显露出上部压力传感器电极122。键合垫(bond pad)192 穿过钝化层112连接到上部惯性传感器电极184。键合垫194穿过钝化层112连接到连接器 170,该连接器170进一步连接到下部惯性传感器电极150。键合垫196穿过钝化层112连接到 连接器138,该连接器138进一步连接到下部压力传感器电极114。键合垫198穿过钝化层连 接到连接器147。
[0040] 参照图2-21讨论用于形成例如惯性和压力传感器100的传感器的工艺。首先参照 图2,其提供了包括处理层202、掩埋氧化物层204以及器件层206的SOI晶片200,并且该晶片 刻蚀有沟槽208以限定连接器210。然后以沟槽氮化物部分212填充沟槽208并且刻蚀沟槽 214和216(图3)。沟槽214限定用于平面外惯性传感的下部电极218,同时沟槽216限定下部 压力电极220。
[0041] 然后以沟槽氮化物部分222填充沟槽部分214和216,如图4中所示，使用适形氧化 物沉积物。已填充的沟槽限定器件层中的固定电极。虽然在这个实施例中仅形成了两个电 极，但是可限定用于特定应用的额外的电极。氧化物沉积物进一步产生在器件层206的上表 面上的氧化物层224。可通过任何期望的技术使氧化物层224变平整，例如化学机械抛光 (CMP)〇
[0042]沟槽226被刻蚀穿过氧化物层224、器件层206和掩埋氧化物层204,从而暴露出处 理层202的上表面（图5) dpi-多晶硅沉积物228填充沟槽226(图6)并且额外的沟槽230、 232、234、236和238被刻蚀穿过氧化物层224。
[0043] 参照图7，epi-多晶硅沉积物利用下部中间接触部分242、244、246、248和250填充 接触开口 230、232、234、236和238。epi-多晶硅沉积物进一步产生在氧化物层224上方的下 部覆盖层部分254。然后在覆盖层部分254中刻蚀出若干沟槽。在下部覆盖层部分254的CMP 之后刻蚀沟槽256(图8)。沟槽256从下部覆盖层部分254的上表面延伸到氧化物层224的上 表面以限定用于压力传感的上部电极258。类似地刻蚀沟槽260、262和264以限定在沟槽260 和262之间的平面内惯性传感部分266，并且以限定在沟槽262和264之间的平面外惯性传感 部分268。
[0044]类似地刻蚀沟槽270以限定中间接触部分272，该中间接触部分272与下部中间接 触部分250连接(见图7 )。最后，类似地刻蚀沟槽274以限定中间接触部分276，该中间接触部 分276连接到下部接触部分228(见图6)。然后以低应力氮化物填充沟槽256、260、262、264、 270和274，从而创建沟槽氮化物部分278、280、282、284、286和288，如在图9中所示。
[0045] 参照图10,在形成通风孔290和292之后，执行HF蒸气刻蚀释放，其释放平面内惯性 传感结构266和平面外惯性传感结构268。上部压力传感器电极122也通过蒸气刻蚀所释放。 此步骤由此设定了传感电极和传感结构之间的相对应的间隙。然后在epi-反应器中执行清 洁高温密封以密封通风孔290/292。可替代地，可以使用氧化物、氮化物、硅迀移等来密封通 风孔290/292。所产生的构型如图11中所示，其中，在HF蒸气释放后，下部覆盖层部分254已 经重新形成。
[0046]然后，在下部覆盖层部分254的上表面上沉积低应力氮化物层292(图12)，并且然 后使其平整。氮化物层292被图形化且被刻蚀，以形成图13的构型。在图13中，氮化物层292 的其余部分形成垫片294、296和298。氮化物层292的额外的其余部分形成用于上部电极258 的垫片300，以及用于中间接触部分272和中间接触部分276的垫片302和304。当以剖面观察 时，垫片294、296、298、300、302和304的侧向范围可以被选择来为它们所限定的部件提供所 需的隔离特性。
[0047] 然后在下部覆盖层部分254的上表面和垫片294、296、298、300、302和304的上表面 上形成epi-多晶硅层以形成上部覆盖层部分306(图14)。如果需要，可使上部覆盖层部分 306变平整。
[0048] 然后如在图15中所描述地，刻蚀沟槽308、310、312、314、316和318。沟槽308从上部 覆盖层部分306的上表面延伸到垫片294的上表面，该垫片294的上表面用作刻蚀停止层。沟 槽310从上部覆盖层部分306的上表面延伸到垫片296的上表面，该垫片296的上表面用作刻 蚀停止层。沟槽312从上部覆盖层部分306的上表面延伸到垫片298的上表面，该垫片298的 上表面用作刻蚀停止层。沟槽314从上部覆盖层部分306的上表面延伸到垫片300的上表面， 该垫片300的上表面用作刻蚀停止层。沟槽316从上部覆盖层部分306的上表面延伸到垫片 302的上表面，该垫片302的上表面用作刻蚀停止层。沟槽318从上部覆盖层部分306的上表 面延伸到垫片304的上表面，该垫片304的上表面用作刻蚀停止层。
[0049]然后如在图16中所示，在上部覆盖层部分306的上表面上沉积氮化物钝化层320。 所沉积的氮化物也以钝化部分322、324、326、328、330和332填充沟槽308、310、312、314、316 和318。虽然未在图16中示出，但是在一些实施例中，也为钝化部分300提供此类垫片，例如 垫片300。
[0050] 然后接触开口 334、336、338和340被刻蚀穿过氮化物钝化层320(图17 )。如在图19 中所示，接着在钝化层320上沉积金属层342。金属层342还以金属接触部分344、346、348和 350填充接触开口 334、336、338和340。然后金属层342被图形化并且被刻蚀以形成图19中的 构型。在图19中，金属层342的其余部分形成用于平面内惯性传感部分266的键合垫352。金 属层342的其余部分形成用于平面外惯性传感部分268的键合垫354。金属层342的其余部分 形成用于中间接触部分272的键合垫356。金属层342的其余部分形成用于中间接触部分276 的键合垫358。
[0051]然后钝化层320被图形化且被刻蚀以形成图20的构型。在图20中，宽的刻蚀部分 360大致显露出平面内惯性传感部分266的上表面和平面外惯性传感部分268。还存在宽的 刻蚀部分362,其完全地显露出上部电极258和上部覆盖层部分306的周围部分的一些。 [0052] 参照图21，沟槽364、366、368和370被刻蚀完全穿透上部覆盖层部分306和下部覆 盖层254部分。图21的结构与图1的惯性和压力传感器100的结构相同。
[0053]上述工艺可以若干方式更改以提供额外的特征。例如，在实施例中，其中，层224的 释放在参照图21所讨论的步骤后发生在惯性传感器区域中，用于钝化部分324的沟槽(当没 有与钝化部分324相关联的垫片时）能与参照图15所述的沟槽一起同时在一个单个步骤中 形成。
[0054]列举另外的示例，在一些实施例中，钝化层320未如上面参照图20所讨论的方式被 刻蚀。相反，钝化层320被保留就位以便保护压力传感器，和/或将钝化层320用作如上面参 照图21的沟槽所讨论的惯性传感器图形的硬掩膜。
[0055]另外，有时，有益的是使惯性传感器区域具有大的结构层厚度，并且在压力传感器 区域中具有更小的结构厚度，以便两者传感器均具有良好的灵敏度。压力传感器膜的厚度 优选8-12μπι，同时惯性传感器功能层的厚度优选10-40μπι。图22描绘了惯性和压力传感器 400,其中，已经减小了压力传感器膜401的有效厚度。
[0056]惯性和压力传感器400与在图1中示出的惯性和压力传感器100类似，并且共同具 有惯性和压力传感器100的全部结构特征。惯性和压力传感器400与惯性和压力传感器100 的区别在于，惯性和压力传感器400具有刻蚀部分420(刻蚀部分420对应于惯性和压力传感 器100的刻蚀部分120)，该刻蚀部分420进一步包括凸起部分421。刻蚀部分420的凸起部分 421定位在刻蚀部分420的外边缘423处并且突出到覆盖层410中（覆盖层410对应于惯性和 压力传感器100的覆盖层110)。如图所示，凸起部分421大概突出到覆盖层410厚度一半的位 置，但是其可被设计为按照需要更改压力传感器膜的有效厚度。覆盖层410围绕膜(覆盖层 410)中电极的厚度减小有效地减小了膜厚度。简单地通过刻蚀覆盖层部分254(在图7)且在 沟槽中沉积额外的氧化物来容易地形成凸起部分21。其余的工艺步骤基本上一致。
[0057]图23描绘了可替代的实施例，其中，同样已经减小了压力传感器膜的有效厚度。图 23描绘了惯性和压力传感器600,其中，通过刻蚀更深的宽的刻蚀部分690(刻蚀部分690对 应于传感器100的宽的刻蚀部分190)已经减小了压力传感器膜601的有效厚度。另外，惯性 和压力传感器600与在图1中示出的惯性和压力传感器100类似，并且共同具有惯性和压力 传感器100的全部其它结构特征。
[0058] 惯性和压力传感器600能以基本上与制造惯性和压力传感器100相同的方式制造。 主要差别在于，在沉积EPI膜层期间（即，在图13和图14的构型之间），沉积了氧化物薄层。该 氧化物薄层在惯性传感器结构的沟槽制作期间用作沟槽停止层，从而形成图24的构型，图 24示出了带有氧化物薄层709的惯性和压力传感器600。使用此更改，能够减小膜厚度至所 需厚度。在实施例中，氧化物层709在传感器结构的释放刻蚀期间被移除，其中，氧化物层 224的释放在上面参照图21所讨论的步骤之后，或者在单独的释放/刻蚀步骤期间发生在惯 性传感器区域中。因此，更改了所述工艺以仅额外地包括用于氧化沉积物和图形化的步骤。
[0059] 根据上述实施例，在单芯片上制造压力传感器和加速计。在一些实施例中，在单芯 片上制造压力传感器和陀螺仪。图1的器件由此能配置成压力传感器和加速计，或者配置成 压力传感器和陀螺仪。通过提供与传感器电极114和122的左侧的结构大致类似的其它结 构，能够具有额外的传感度。因此，在其它实施例中，制造了具有压力传感器、3轴加速计和3 轴陀螺仪的7自由度的组合芯片。在一些实施例中，芯片具有磁强计功能（例如，霍尔传感 器)。
[0060] 在一些实施例中，制造了具有3轴磁强计的10自由度的组合芯片，3轴磁强计实现 在专用集成电路(ASIC)上，实现为附加芯片，或者在与同一 MEMS芯片上的惯性传感器部分 在同一工艺流程中的洛伦兹力磁强计。
[0061 ]在一些实施例中，使用以硅覆盖晶片的晶片键合(金属的、共晶的、SLID、玻璃熔 块)完成封装。在其它实施例中，晶片键合封装的硅覆盖晶片是ASIC芯片。
[0062] 在一些实施例中，芯片具有裸模包装，并且是带有硅通孔的ASIC。在一些实施例 中，压力传感器区域未被覆盖晶片所覆盖。在一些实施例中，覆盖晶片具有刻蚀在其中且在 压力传感器区域内的接入端口，以具有压力端口。在一些实施例中，芯片具有膜凹部，其使 用在EPI膜层内的氧化物层作为刻蚀停止层。在一些实施例中，膜具有在沉积膜之前使用氧 化物块构造的凸台构造。
[0063] 尽管在附图和前述【具体实施方式】中已经详细地说明和描述了本公开，但是本公开 应被视为是说明性的并且其本质上是非限制性的。应理解的是，已经提出的仅是优选实施 例，并且落入本公开的精神范围内的所有改变、更改和进一步的应用均旨在被保护。
【主权项】
1. 一种MEMS传感器器件，其包括： 处理层； 器件层，其定位在所述处理层之上； 第一固定电极，其限定在所述器件层中； 第二固定电极，其限定在所述器件层中并且与所述第一固定电极电气地隔离开； 覆盖层，其定位在所述器件层之上； 第一可移动电极，其限定在所述覆盖层中且在所述第一固定电极正上方的位置处； 第二可移动电极，其限定在所述覆盖层中，其至少部分地在所述第二固定电极的正上 方并且与所述第一可移动电极电气地隔离开； 第一空间，其正好定位在所述第一固定电极与所述第一可移动电极之间，所述第一空 间被密封以与所述覆盖层之上的大气隔离；以及 第二空间，其正好定位在所述第二固定电极与所述第二可移动电极之间，所述第二空 间与大气相通。2. 根据权利要求1所述的MEMS传感器器件，其中， 支撑所述第一可移动电极的所述覆盖层的第一部分具有第一最小厚度； 支撑所述第二可移动电极的所述覆盖层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. 根据权利要求2所述的MEMS传感器器件，其中， 所述第一可移动电极的最大厚度与所述第二可移动电极的最大厚度基本上相等。4. 根据权利要求3所述的MEMS传感器器件，所述第一空间包括： 第一空间部分，其正好定位在所述第一固定电极与所述第一可移动电极之间；以及 第二空间部分，其从所述第一空间部分向上延伸到所述覆盖层中。5. 根据权利要求2所述的MEMS传感器器件，其中， 所述第一可移动电极的最大厚度小于所述第二可移动电极的最大厚度。6. 根据权利要求5所述的MEMS传感器器件，其中， 所述第一可移动电极的最上表面在所述第二可移动电极的最上表面下方。7. 根据权利要求1所述的MEMS传感器器件，其中，所述第一可移动电极至少部分地由下 述限定： 第一氮化物部分，其从所述第一空间的一部分垂直向上延伸；以及 第二氮化物部分，其从所述第一氮化物部分水平延伸。8. 根据权利要求7所述的MEMS传感器器件，其中，所述第一可移动电极进一步至少部分 地由从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. 根据权利要求7所述的MEMS传感器器件，其中，所述第二可移动电极包括： 第一可移动电极部分，其在所述第二固定电极的正上方； 第二可移动电极部分，其从所述第二固定电极水平地偏置；以及 氮化物间隔件，其使所述第一可移动电极部分与所述第二可移动电极部分电气地隔离 开，所述MEMS传感器器件进一步包括： 第三固定电极，其限定在所述覆盖层中且邻近所述第二可移动电极部分。10. 根据权利要求1所述的MEMS传感器器件，其中， 所述第一固定电极和所述第一可移动电极配置成压力传感器；以及 所述第二固定电极和所述第二可移动电极配置成陀螺仪传感器。11. 根据权利要求1所述的MEMS传感器器件，其中， 所述第一固定电极和所述第一可移动电极配置成压力传感器；以及 所述第二固定电极和所述第二可移动电极配置成加速计传感器。12. -种形成MEMS传感器器件的方法，其包括： 在位于处理层上方的器件层中限定第一固定电极； 在限定所述第一固定电极的同时，在所述器件层中限定第二固定电极； 在所述器件层上方的覆盖层中限定第一可移动电极，所述第一可移动电极在所述第一 固定电极正上方的位置处； 在所述覆盖层中限定第二可移动电极，所述第二可移动电极至少部分地在所述第二固 定电极的正上方，并且与所述第一可移动电极电气地隔离开； 通过形成第一空间从所述器件层释放所述第一可移动电极； 密封所述第一空间使其与所述覆盖层之上的大气隔绝； 通过形成第二空间从所述器件层释放所述第二可移动电极；以及 使所述第二空间与大气相通。13. 根据权利要求12所述的方法，其中， 释放所述第二可移动电极发生在与释放所述第一可移动电极的相同的工艺步骤期间。14. 根据权利要求12所述的方法，其中， 释放所述第二可移动电极发生在释放所述第一可移动电极之后的工艺步骤期间。15. 根据权利要求12所述的方法，其进一步包括： 使所述第二可移动电极的第一部分与所述第二可移动电极的第二部分隔离开，其中， 所述第一部分在所述第二固定电极的正上方；以及 在所述覆盖层中邻所述第二部分的位置处限定第三固定电极。16. 根据权利要求12所述的方法，其中，限定第一可移动电极包括： 在所述覆盖层内形成下部氮化物部分，所述下部氮化物部分从掩埋氧化物层向上延 伸； 在所述下部氮化物部分之上形成垫片部分；以及 在所述覆盖层内形成上部氮化物部分，所述上部氮化物部分从垫片向上延伸。17. 根据权利要求12所述的方法，其进一步包括： 刻蚀所述覆盖层在所限定的第一可移动电极的正上方的一部分以提供厚度减小的膜， 所述第一可移动电极限定在所述膜中。18. 根据权利要求12所述的方法，其中，从所述器件层释放所述第一可移动电极包括： 形成第一空间部分，其正好定位在所限定的第一固定电极和所限定的第一可移动电极 之间；以及 形成第二空间部分，其从所述第一空间部分在所述覆盖层内向上延伸。19. 根据权利要求12所述的方法，其进一步包括： 在限定所述第一固定电极的同时在所述器件层中限定第三固定电极；以及 在所述覆盖层中限定第三可移动电极，所述第三可移动电极至少部分地在所述第三固 定电极的正上方，并且与所述第二可移动电极电气地隔离开。
【文档编号】G01L9/12GK105874312SQ201480054655
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2014年7月31日
【发明人】A·费, G·欧布莱恩
【申请人】罗伯特·博世有限公司