用于电容式温度计的系统和方法_2

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。例如,层136中的第一材料也可以是铜、金、铀或钛,以及例如,层138中的第二材料可以是硅、掺杂硅、氮化硅、氧化硅、碳化硅或其它材料。在一些实施例中,的层136中的第一材料可以被选择为具有与第二材料的热膨胀系数差别很大的热膨胀系数,并且还可以被选择为显示在第一和第二材料之间的粘合。膜134可以由两个或两个以上的层形成。在替代实施例中,膜134可以由单个层形成。传感电极132也可以被配置为响应于温度变化而偏转,并且也可以由多个层形成。在各种实施例中,氧化物140可以是任何氧化物。
[0030]根据各种实施例,阻挡层142和146从外部环境密封腔150、152和154。例如,阻挡层142和146可以由导热和非活性材料形成,例如氧化硅或其它类型的玻璃。此外,在各种实施例中,电容式温度计IlOa的最大宽度w是1mm,以及电容式温度计IlOa的最大高度h是400 μπι。在其它实施例中,宽度w和高度h可以是任何尺寸。在一些实施例中,高度h在ΙΟΟμπι和500 μm之间。
[0031]图3b示出了膜134的俯视图。根据各种实施例,膜134是由氧化物140包围且耦合到触点148的圆形膜。触点144耦合到膜134下方的传感电极132。在其它实施例中,例如,膜或传感电极可以由任何形状形成,例如正方形或矩形。
[0032]图4不出了包括由膜164分离且由电极166密封的腔160和162的另一个实施例电容式温度计IlOb的截面图。根据各种实施例,腔162形成在基底170中。超压腔室168与腔162流体连通。腔160和162填充有第一流体和第二流体。例如,第一流体可以是氩或任何惰性气体,且第二流体可以是油或酒精。在各种实施例中,第一流体和第二流体可以在腔160或162中。
[0033]在各种实施例中,可以选择具有不同热膨胀系数的第一流体和第二流体。在这种实施例中,当在周围环境中温度改变并与电容式温度计IlOb接触时,腔160和162中的第一和第二流体膨胀或收缩不同的量。第一和第二流体膨胀或收缩的不同的量使得膜164偏转,改变电极166和膜164之间的电容,以及在触点172和174上产生与温度有关的信号。因此,电容式温度计IlOb的电容是与温度有关的。在其它实施例中,电极182可以形成于基底170中的膜164的下方,以及可以测量电极182和膜164之间的电容变化。触点176可以耦合到电极182。
[0034]在各种实施例中,电极166通过图案化结构材料178从膜164分离。例如,结构材料178可以是氧化物或其它结构绝缘物。根据各种实施例,膜164和电极166均由掺杂硅形成,以及基底170是硅基底。在其它实施例中,膜164可以由任何导电可偏转材料形成,以及电极166可以由任何导电或半导电材料形成。触点172、174和176可以由任何导电材料形成,例如金属或掺杂半导体。
[0035]在各种实施例中,超压腔室168通过阻挡物180从腔162隔离,但通过限制或阻止超压情况的开口保持流体连通。在一些实施例中,腔160和162是密封的。
[0036]图5a和5b示出了包括内部形成有电容式温度计110、电感器108和电阻器106的基底120的实施例半导体系统190的俯视图和截面图。在一些实施例中,绝缘层118形成在基底120的顶部。根据各种实施例,电容式温度计110、电感器108和电阻器106形成如上面图2b所描述的RLC电路。电感器108示出为平面螺旋电感器,并且电阻器106示出蛇形电感器。但是,可以使用现有技术中的任何电感器或电阻器。在各种实施例中,电感器108可以包括在其中心形成的铁氧体磁芯。
[0037]根据各种实施例,电感器108或电阻器106的一些形式可以形成为天线。在其它实施例中,可以包括附接到电阻器106或电感器108的分离的天线116。如现有技术所知的,许多半导体元件的组合可以用于形成能够被无线激励的RLC电路。例如,在一些实施例中,可以移除电阻106器,并且电感器108的电阻可以是电阻的主要来源。
[0038]图5b显示了包括基底120、绝缘层118和地面114的实施例半导体裸片190的截面图。根据各种实施例,电容式温度计110可以穿过半导体系统190的整个厚度形成。在其它实施例中,电容式温度计110只在半导体系统190的部分厚度中形成。在一些实施例中,电感器108和电阻器106可以形成在绝缘层118或基底120上。绝缘层118可以是氧化物或其它绝缘体。在各种实施例中,用于电容式温度计110的制造顺序包括许多制造步骤,并且设想电感器108、电阻器106或天线116可以在电容式温度计110的制造的中间步骤中形成。在其它实施例中,电感器108、电阻器106或天线118可以在电容式温度计110的制造之前、期间或之后形成在基底120的顶部表面上。在各种实施例中,半导体系统190可以包括单个半导体裸片、印刷电路板(PCB)或片上系统(SoC)。每个元件可以单独形成并附接到单个基底,例如PCB,或者每个部件可以以单个半导体制造顺序形成在单个半导体裸片上。在一些实施例中,半导体系统190可以具有Icm的最大长度和4mm的最大宽度。在更多具体的实施例中,半导体系统190可以具有5_的最大长度和2_的最大宽度。可替代地,可以使用其它尺寸。
[0039]图6a_6c示出了其它实施例电容式温度计200a、200b和200c的截面图。根据各种实施例,电容式温度计200a、200b和200c是类似于如上面图3a和3b所描述的电容式温度计IlOa的具体实施例。因此,上述材料、结构和操作也适用于电容式温度计200a、200b和200c。具体地,电容式温度计200a、200b和200c可以均包括由具有不同热膨胀系数的两层204和206形成的膜。例如,层204可以包括多晶硅,并且层206可以包括铝。每个电容式温度计200a、200b和200c包括偏离膜并感测膜偏转的传感电极208。在每种情况下,由于层204和层206的不同热膨胀系数,层204和206以不同速率膨胀,因此膜偏转。传感电极208也可以被称为背板或反电极。电容式温度计200a、200b和200c中的膜和传感电极208设置在基底202上形成的绝缘材料214中。在每个电容式温度计200a、200b或200c中金属化形成触点216、218和220为各种结构。在各种实施例中,每个电容式温度计200a、200b和200c的上面或正面以及下面或背面可以包括密封腔222和224的玻璃层210和212。玻璃层210和212可以通过阻止腔222和224与周围环境的流体连通或传输来密封腔222和224。在这种实施例中,阻止流体连通可以包括限制或阻止听觉信号激励由层204和206形成的膜。
[0040]根据各种实施例,图6a所示出的电容式温度计200a包括经过BOSCH过程背面蚀刻以形成较大腔222的蚀刻基底202。图6b所示出的电容式温度计200b包括未经过BOSCH过程背面蚀刻且包括较小腔222的基底202。图6c所示出的电容式温度计200c包括也没有经过BOSCH过程背面蚀刻的基底202。此外,电容式温度计202c包括具有响应于温度改变而偏转的层204和206的悬臂,而不是其它附图所描述的膜。电容式温度计200c可以包括由层204和206形成的单个悬臂。在其它实施例中,例如,电容式温度计200c可以包括层204和206形成的多个悬臂,例如2个或2个以上悬臂。
[0041]图7示出了用于本文其它附图所描述的实施例电容式温度计的实施例制造顺序230的框图。通常,制造顺序230应用于如上描述的电容式温度计200a、200b和200c,但是也可以应用于并且或者修改为形成任何实施例电容式温度计。根据各种实施例,制造顺序230包括步骤232-288。
[0042]在各种实施例中,步骤232包括提供或准备基底,例如包括基底或半导体基底的晶片。步骤234包括在基底上形成氧化物。在一个实施例中,步骤234中形成的氧化物可以具有400-600nm的厚度。根据各种实施例,形成如本文所描述的层可以包括形成现有技术中的层的各种方法。例如,形成一个层可以包括沉积该层,热生长该层,印刷该层,喷溅该层或蒸发该层,其中如现有技术已知,合适的方法取决于具体的层材料。对于其它示例,在一个实施例中,沉积层可以包括化学气相沉积(CVD)。
[0043]在各种实施例中,步骤236包括在步骤234形成的氧化物上形成氮氧化物层。在具体实施例中,氮氧化物层可以具有100至200nm的厚度。步骤238包括形成多晶硅层。多晶硅层可以形成在氧化层上形成的氮氧化物的顶部。多晶硅层可以具有1000至1400nm的厚度。在多晶硅形成之后,步骤240可以包括在多晶硅中注入磷。光刻胶层可以应用在该结构上并在步骤242中光刻图案化。步骤244包括根据步骤242的图案化光刻胶层等离子蚀刻多晶硅层和氮氧化物。等离子蚀刻多晶硅层使多晶硅层形成传
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