微集成傳感器和電子設備制造技術(shù)

本公開涉及微集成傳感器和電子設備，微集成傳感器包括由半導體材料的傳感器層、半導體材料的蓋帽層、以及絕緣層形成的堆疊。傳感器層和蓋帽層具有圍繞中心部分的相應外周部分，以及絕緣層延伸在傳感器層和蓋帽層的外周部分之間。氣隙延伸在傳感器層和保護層的中心部分之間。穿通溝槽延伸進入傳感器層的中心部分中直至氣隙，并且圍繞了容納敏感元件的平臺。蓋帽層具有在絕緣層中的穿通孔，從氣隙延伸并且形成了與氣隙和穿通溝槽的流體路徑。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及一種具有機械去耦的微集成封裝MEMS傳感器和電子設備。
技術(shù)介紹
如已知的那樣，使用MEMS(微機電系統(tǒng))技術(shù)獲得的微集成傳感器由于它們不斷提高的可靠性、低成本和非常小尺寸而廣泛用于市場上。例如，美國專利No.6,131,466描述了一種壓阻類型的微集成MEMS壓力傳感器及其制造方法。美國專利No.8,173,513中描述了另一種壓阻類型和電容類型的微集成壓力傳感器。微集成傳感器通常具有設計用于保護傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)免受外部環(huán)境影響的封裝，例如用以減少由于溫度、適度、顆粒、或防止其工作或惡化其性能的元素引起的干擾，和/或用于提高其機械強度。另一方面，封裝的制造可以引起應力，其可以不利地影響傳感器的性能、穩(wěn)定性和可靠性的特性。這對于基于硅的壓阻特性的傳感器是特別正確的，其中在還能機制中直接包含了應力。在這些情形中，隨后特別地需要封裝的精確設計以便于限制由封裝和由組裝工藝引起的應力的效果，特別關(guān)注涉及所使用的材料以及在傳感器和封裝之間機械耦合期間引起的效應。例如，由于其低成本和高產(chǎn)量，可以不簡單地采用最普遍用于微電子器件的通過模塑而封裝的工藝，因為其在樹脂注入和冷卻期間產(chǎn)生了高應力。上述不希望的效應隨著裸片和封裝尺寸增大變得越來越重要，并且限制了3D封裝技術(shù)的使用。在過去，已經(jīng)提出并采用了各種低應力封裝解決方案。在它們的一些中，封裝包括設計用于也將傳感器從周圍環(huán)境去耦的機械結(jié)構(gòu)。然而，也可以改進這些解決方案。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本技術(shù)的一個或多個實施例涉及一種可以克服現(xiàn)有技術(shù)中一個或多個缺點的微集成封裝MEMS傳感器。根據(jù)本技術(shù)的一個實施例，提供了一種微集成封裝MEMS傳感器。微集成封裝MEMS傳感器包括具有第一主表面和第二主表面的層堆疊。層堆疊包括傳感器層、蓋帽層和絕緣層。傳感器層和蓋帽層具有圍繞了相應中心部分的相應外周部分。絕緣層延伸在傳感器層和蓋帽層的外周部分之間。氣隙延伸在傳感器層和蓋帽層的中心部分之間。多個穿通溝槽延伸進入傳感器層的中心部分中并且共同地圍繞了容納敏感元件的平臺。蓋帽層包括多個穿通孔，沿著氣隙和多個穿通溝槽形成了去往敏感元件的流體路徑。可選地，該傳感器包括在所述傳感器層中的彈性連接區(qū)域，在所述平臺和所述傳感器層的外周區(qū)域之間，所述多個穿通溝槽由所述彈性連接區(qū)域限定。可選地，所述傳感器層具有掩埋的空腔以及布置在所述掩埋的空腔和所述第一表面之間的隔膜，所述隔膜容納所述敏感元件。可選地，該傳感器包括保護區(qū)域，固定至所述蓋帽層的所述外周部分并且面向所述隔膜。可選地，所述保護區(qū)域是ASIC或輔助蓋帽。可選地，該傳感器包括樹脂的封裝區(qū)域，圍繞所述絕緣層、所述蓋帽層和所述傳感器層的所述外周部分。可選地，所述傳感器是壓阻式壓力傳感器。可選地，多個穿通溝槽完全圍繞所述平臺。根據(jù)本公開的另一實施例，提供一種電子設備，包括：微集成傳感器，包括：半導體層，包括外周部分和中心部分，所述中心部分包括配置用于響應于壓力改變而移動的隔膜，所述中心部分包括基本上共同圍繞所述隔膜并且將所述隔膜從所述外周部分機械地去耦的多個穿通溝槽；蓋帽層，耦合至所述半導體層并且包括外周部分和中心部分，所述蓋帽層包括在所述蓋帽層的所述中心部分中的多個穿通開口；以及絕緣層，在所述蓋帽層和所述半導體層的外周部分之間，所述絕緣層形成在所述蓋帽層和所述隔膜的中心部分之間的氣隙；流體路徑，包括在所述中心部分中的多個穿通開口、氣隙以及在所述半導體層的所述中心部分中的所述多個穿通溝槽，其中所述流體路徑使得所述隔膜與所述微集成傳感器外部的環(huán)境流體連通；以及導電凸塊，耦合至所述微集成傳感器；ASIC，由所述導電凸塊耦合至所述微集成傳感器；封裝材料，圍繞所述ASIC和所述微集成傳感器的側(cè)表面以形成電子傳感器封裝；以及微處理器，耦合至所述電子傳感器封裝。可選地，所述多個穿通溝槽在所述半導體層中形成彈簧。可選地，所述隔膜面向所述ASIC，以及所述隔膜由所述導電凸塊與所述ASIC間隔開以形成間隙。可選地，所述隔膜由形成在所述半導體層中的掩埋的空腔而懸置。可選地，進一步包括，耦合至所述微處理器的存儲器，以及耦合至所述微處理器的輸入/輸出接口。可選地，所述半導體層是第一半導體層，其中所述蓋帽層是第二半導體層。可選地，所述多個穿通溝槽共同地完全圍繞所述隔膜。附圖說明為了更好地理解本技術(shù)，現(xiàn)在純粹參照附圖借由非限定性示例的方式描述其優(yōu)選實施例，其中：圖1－圖4示出了根據(jù)本方法的一個實施例的在微集成傳感器的后續(xù)制造步驟中穿過半導體材料晶片的截面圖；圖5示出了圖4步驟中使用的掩模的版圖；圖6－圖8示出了在其他制造步驟中圖1－圖4的穿過半導體材料晶片的截面圖；圖9是圖8的晶片的傳感器區(qū)域的頂視平面圖；圖10示出了穿過采用圖1－圖10方法獲得的封裝傳感器的截面圖；圖11示出了穿過采用圖1－圖8獲得的另一封裝傳感器的截面圖；以及圖12示出了包括圖10和圖11的微集成傳感器的電子設備的框圖。具體實施方式圖1示出了在方法的初始步驟中半導體材料的晶片1的截面圖。晶片1是SOI(絕緣體上硅)晶片，包括由氧化硅的絕緣層4分隔的單晶硅的第一結(jié)構(gòu)層2和第二結(jié)構(gòu)層3。結(jié)構(gòu)層2和3具有相應的主表面2A、3A。結(jié)構(gòu)層2和3以及絕緣層4的厚度例如分別是50－100μm，400－600μm，2－3μm，以使得晶片1的總厚度可以被包括大約在450和700μm之間。在晶片1的敏感部分中，隨后形成了例如壓阻壓力傳感器的敏感元件5，如圖2示意性所示。為此，在第一結(jié)構(gòu)層2內(nèi)形成空腔7，并且在底部界定了形成了隔膜8的第一結(jié)構(gòu)層2的一部分。例如，隔膜8可以具有包括在2和20μm之間的厚度。空腔7可以以各種已知方式形成，除了包含第二結(jié)構(gòu)層3的體加工工藝之外。例如，其可以類似于前述美國專利No.8,173,513中所述而對于單晶硅的標準晶片形成。特別地，可以在敏感元件5的區(qū)域中以未示出的方式刻蝕第二結(jié)構(gòu)層3，以用于形成由溝槽圍繞的柱體柵格。隨后在還原環(huán)境中執(zhí)行外延生長，使得在第二結(jié)構(gòu)層2的主表面2A上生長了外延層10，其封閉了在頂部圍繞柱體的溝槽。在生長的結(jié)束處，外延層10實際上與第二結(jié)構(gòu)層2不可區(qū)分，并且與后者形成了具有表面11A的傳感器層11。隨后執(zhí)行退火步驟以便于使得柱體的硅原子完全遷移并且形成空腔7，在頂部空腔由隔膜8封閉。以未示出的本質(zhì)上已知的方式在隔膜8的外周區(qū)域中形成接觸，以形成壓阻類型的敏感元件5。隨后以未示出的已知方式進行其他已知步驟以形成電連接。在傳感器層11的表面11A上形成例如氧化硅、氮氧化硅或氮化硅的介電質(zhì)材料的鈍化層12，并且優(yōu)選地在鈍化層12上形成第一保護層13，第一保護層13是能夠抗氫氟酸腐蝕的材料，例如碳化硅或氧化鋁。例如，第一保護層13可以具有包括在100和300μm之間的厚度。如圖3中所示，薄化第二結(jié)構(gòu)層3。為此，本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種微集成傳感器，其特征在于，包括：堆疊，具有第一表面和第二表面，所述堆疊包括：傳感器層，在所述第一表面處，所述傳感器層包括圍繞中心部分的外周部分，所述中心部分包括容納敏感元件的平臺；蓋帽層，在所述第二表面處，所述蓋帽層包括外周部分和中心部分，所述蓋帽層的所述中心部分包括多個穿通孔；以及絕緣層，位于所述蓋帽層和所述傳感器層的外周部分之間；以及氣隙，位于所述蓋帽層和所述傳感器層的中心部分之間；以及多個穿通溝槽，在所述傳感器層的所述中心部分中，所述多個穿通溝槽一起圍繞容納所述敏感元件的所述平臺，其中所述多個穿通孔、所述氣隙和所述多個穿通溝槽形成去往所述敏感元件的流體路徑。

【技術(shù)特征摘要】
2014.10.31 IT TO2014A0009001.一種微集成傳感器，其特征在于，包括：
堆疊，具有第一表面和第二表面，所述堆疊包括：
傳感器層，在所述第一表面處，所述傳感器層包括圍繞中心
部分的外周部分，所述中心部分包括容納敏感元件的平臺；
蓋帽層，在所述第二表面處，所述蓋帽層包括外周部分和中
心部分，所述蓋帽層的所述中心部分包括多個穿通孔；以及
絕緣層，位于所述蓋帽層和所述傳感器層的外周部分之間；
以及
氣隙，位于所述蓋帽層和所述傳感器層的中心部分之間；以
及
多個穿通溝槽，在所述傳感器層的所述中心部分中，所述多
個穿通溝槽一起圍繞容納所述敏感元件的所述平臺，
其中所述多個穿通孔、所述氣隙和所述多個穿通溝槽形成去往所
述敏感元件的流體路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，包括在所述傳
感器層中的彈性連接區(qū)域，在所述平臺和所述傳感器層的外周區(qū)域之
間，所述多個穿通溝槽由所述彈性連接區(qū)域限定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述傳感器層
具有掩埋的空腔以及布置在所述掩埋的空腔和所述第一表面之間的
隔膜，所述隔膜容納所述敏感元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器，其特征在于，包括保護區(qū)域，
固定至所述蓋帽層的所述外周部分并且面向所述隔膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳感器，其特征在于，所述保護區(qū)域
是ASIC或輔助蓋帽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，包括樹脂的封
裝區(qū)域，圍繞所述絕緣層、所述蓋帽層和所述傳感器層的所述外周部
分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述傳感器是
壓阻式壓力傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，多個穿通溝槽
完全圍繞所述平臺。
9.一種電子設備，其特征在...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：A·皮科，
申請(專利權(quán))人：意法半導體股份有限公司，
類型：新型
國別省市：意大利;IT