CN110015632A - 传感器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种传感器件包括微机电***(MEMS)力传感器和电容式加速传感器。在制造传感器件的方法中，在第一衬底的前表面上方准备MEMS力传感器的传感器部分。传感器部分包括压阻式元件和前电极。在第一衬底的后表面上形成底部电极和第一电极。具有电极焊盘和第二电极的第二衬底附接至第一衬底的底部，从而使得底部电极连接至电极焊盘，并且第一电极面对第二电极，其中，在第一电极和第二电极之间具有间隔。本发明实施例涉及传感器件及其制造方法。

Description

传感器件及其制造方法
技术领域
本发明实施例涉及传感器件及其制造方法。
背景技术
最近开发了微机电***(MEMS)器件。MEMS器件包括使用半导体技术制造的器件，以形成机械部件和电气部件。在压力传感器、麦克风、致动器、镜子、加热器和/或打印机喷嘴中实施MEMS器件。尽管现有的器件以及形成MEMS器件的方法一般能够满足它们预期的目的，但是它们并非在所有方面都尽如人意。
发明内容
根据本发明的一些实施例，提供了一种传感器件，包括：微机电***(MEMS)力传感器，包括膜；以及电容式加速传感器，包括具有第一电极的电容器，其中，所述第一电极设置在所述膜的底面上。
根据本发明的另一些实施例，还提供了一种制造传感器件的方法，所述方法包括：在第一衬底的前表面上方制备微机电***(MEMS)力传感器的传感器部分，所述传感器部分包括压阻式元件和前电极；在所述第一衬底的背面上方形成底部电极和第一电极；以及将具有电极焊盘和第二电极的第二衬底附接至所述第一衬底的底部，从而使得所述底部电极连接至所述电极焊盘，并且所述第一电极面对所述第二电极并且所述第一电极和所述第二电极之间具有间隔。
根据本发明的又一些实施例，还提供了一种制造传感器件的方法，所述方法包括：制备微机电***(MEMS)传感器，所述微机电***传感器包括：框架部分；膜部分；压阻式元件，设置在所述膜部分中；腔体，设置在所述膜部分下面并由所述框架部分围绕；以及中心锤部分，由所述腔体围绕，其中，在所述框架部分的底部上形成底部电极，并且在所述中心锤部分的底部上形成第一电极；制备电容式传感器的部分，其中，所述电容式传感器的部分包括衬底、设置在所述衬底的主表面上的第二电极和设置在所述主表面上的电极焊盘；以及附接所述微机电***传感器和所述电容式传感器的部分，从而使得所述底部电极连接至所述电极焊盘，并且所述第一电极面对所述第二电极，其中，所述第一电极和所述第二电极之间具有间隔，从而形成所述电容式传感器的电容器。
附图说明
当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳地理解本发明的各个方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或减小。
图1A和图1B示出根据本发明的实施例的传感器件的示意图。
图2A和图2B示出根据本发明的实施例的传感器件的示意图。
图3示出根据本发明的实施例的传感器件的示意图。
图4A和图4B示出根据本发明的实施例的传感器件的制造操作的各个阶段。
图5A和图5B示出根据本发明的实施例的传感器件的制造操作的各个阶段。
图6A和图6B示出根据本发明的实施例的传感器件的制造操作的各个阶段。
图7示出根据本发明的实施例的传感器件的制造操作的各个阶段中的一个阶段。
图8A、图8B和图8C示出根据本发明的实施例的传感器件的制造操作的各个阶段。
图9示出根据本发明的实施例的传感器件的制造操作的各个阶段中的一个阶段。
图10A、图10B、图10C和图10D示出根据本发明的另一实施例的传感器件的制造操作的各个阶段。
图11A、图11B、图11C和图11D示出根据本发明的另一实施例的传感器件的制造操作的各个阶段。
图12A、图12B和图12C示出根据本发明的另一实施例的传感器件的制造操作的各个阶段。
图13A和图13B示出根据本发明的另一实施例的传感器件的制造操作的各个阶段。
图14A和图14B示出根据本发明的另一实施例的传感器件的制造操作的各个阶段。
图15A和图15B示出根据本发明的另一实施例的传感器件的制造操作的各个阶段。
图16A和图16B示出根据本发明的另一实施例的传感器件的制造操作的各个阶段。
图17A、图17B和图17C示出根据本发明的另一实施例的传感器件的制造操作的各个阶段。
图18A和图18B示出根据本发明的另一实施例的传感器件的制造操作的各个阶段。
具体实施方式
应当理解，以下公开内容提供了许多用于实现本发明的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本发明。例如，元件的尺寸不限于所公开的范围或值，但可能依赖于工艺条件和/或器件所需的性能。此外，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件以直接接触的方式形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。为了简明和清楚，可以以不同的尺寸任意地绘制各个部件。
而且，为了便于描述，在此可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相对术语以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，并且在此使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。另外，术语“由...制成”可以意为“包括”或者“由...组成”。在本发明中，A、B和C中的至少一个意味着“A”、“B”、“C”、“A和B”、“A和C”、“B和C”或“A、B和C”，并不意味着来自A的一个、来自B的一个和来自C的一个，除非另有说明。
图1A和图1B示出根据本发明的实施例的传感器件的示意图。图1A示出平面图(从上方观察)，并且图1B示出对应于图1A的线X1-X1的截面图。
如图1A和图1B所示，根据本发明的实施例的传感器件1包括微机电***(MEMS)传感器100和电容式传感器200。在一些实施例中，MEMS传感器100是压力传感器。在其他实施例中，MEMS传感器100是麦克风。在一些实施例中，电容式传感器200是加速计。在其他实施例中，电容式传感器200是触摸传感器。
在一些实施例中，MEMS传感器100是压阻式力传感器。如图1A和图1B所示，压阻式力传感器100包括框架部分52、膜部分(例如，隔膜)50、设置在膜部分50中的压阻式元件20、以及设置在膜部分50下面且由框架部分52围绕的腔体56。如图1A和图1B所示，在一些实施例中，压阻式力传感器100还包括由腔体56围绕的中心锤部分(center weight portion)54。框架部分52、膜部分50和中心锤部分54可以统称为MEMS衬底。
在一些实施例中，压阻式力传感器100还包括形成在MEMS衬底的上表面上的第一绝缘层15、形成在第一绝缘层15上的第二绝缘层25、一个或多个前布线图案(例如，电极)30以及连接压阻式元件20和前布线图案30的一个或多个通孔导体40。
如图1A所示，压阻式力传感器100包括四个压阻式元件20。腔体56被密封以形成封闭空间。当压阻式力传感器100外部的压力与腔体56内的压力不同时，膜部分50变形。膜部分50的变形引起压阻式元件20的电阻的变化。四个压阻式元件20电连接以形成惠斯通电桥，并且电阻的变化对应于施加的压力，其中，使用惠斯通电桥测量施加的压力。在一些实施例中，放大电路(例如，晶体管)集成到压阻式力传感器100中以输出与所施加的压力相对应的信号。在其他实施例中，压阻式力传感器100是麦克风并且腔体56未被密封。
在一些实施例中，MEMS衬底由诸如硅的半导体材料制成。在一些实施例中，硅衬底是掺杂有P、As和/或Sb(n型)或B(p型)的重掺杂的硅衬底。在一些实施例中，膜部分50的厚度在从约1μm至100μm的范围内，并且在其他实施例中，膜部分50的厚度从约5μm至50μm的范围内。由MEMS衬底的膜部分50处的掺杂区形成压阻式元件20。
如图1B所示，电容式传感器200包括由第一电极55和第二电极65形成的电容器210。在一些实施例中，第一电极55和第二电极65之间的间隔在从约0.5μm至约2μm的范围内，并且在其他实施例中，该间隔在从约0.8μm至约1.2μm的范围内。
在一些实施例中，电容式传感器200是检测加速度的加速计。当力施加到锤部分54时，电容式传感器200检测锤部分54的位移作为电容值的变化。通过使用等式a＝F/m＝kx/m，其中，a是加速度，F是力，k是弹簧常数(膜部分的刚度)，x是位移，以及m是锤部分54的质量，可以计算加速度。
在一些实施例中，如图1B所示，在电容式传感器侧衬底60的主表面上设置第二电极65。也在电容式传感器侧衬底60的主表面上设置一个或多个电容式传感器侧电极78。在一些实施例中，第二电极65电连接至电容式传感器侧电极78中的一个。此外，在电容式传感器侧电极78上设置电极焊盘76。
在MEMS衬底中，在框架部分52的底面上设置底部电极72。在一些实施例中，如图1B所示，在底部电极72上设置电极焊盘74。此外，在一些实施例中，提供穿过框架部分52的导电连接件45以电连接前布线图案30和底部电极。当MEMS衬底由具有低电阻率的掺杂硅形成时，在导电连接件和框架部分52之间设置绝缘层44。在一些实施例中，导电连接件45包括金属材料。在其他实施例中，导电连接件45是由框架部分52的半导体材料的被绝缘层44围绕的部分制成的硅柱。
如图1B所示，形成在压阻式力传感器100的底部上的电极焊盘74连接至形成在电容式传感器侧衬底60的主表面上的电极焊盘76。在一些实施例中，通过共晶接合连接电极焊盘72和电极焊盘74。底部电极72、电极焊盘74、电极焊盘76和电容式传感器侧电极78构成连接电极70，其中，该连接电极70连接MEMS衬底和电容式传感器侧衬底60。
在一些实施例中，如图1A所示，在压阻式力传感器100上设置电子电路90。电子电路90包括例如放大器、信号处理器和/或I/O电路。电子电路电连接至压阻式力传感器100和电容式传感器200的压电式元件，并接收来自压阻式力传感器100的信号和来自电容式传感器200的信号。在一些实施例中，电子电路90是形成在半导体MEMS衬底中的半导体器件。在其他实施例中，电子电路90是与MEMS衬底分开制造并附接至MEMS衬底的集成电路(IC)。
根据传感器件1，可以通过一个器件测量施加到膜上的压力和加速度(力)。
图2A和图2B示出根据本发明的另一实施例的传感器件2的示意图。图2A示出平面图(从上方观察)，并且图2B示出对应于图2A的线X2-X2的截面图。在接下来的实施例中使用与图1A和图1B中描述的先前实施例相同或类似的材料、配置、尺寸和/或工艺，并且可以省略其详细说明。
在图1A和图1B中，电容式传感器侧电极78通过导电连接件45电连接至前布线图案30，其中，前布线图案30通过通孔导体40连接至压阻式元20。在图2A和图2B的实施例中，电容式传感器侧电极78通过导电连接件45电连接至前布线图案30，其中，前布线图案30不通过通孔导体40连接至压阻式元件20。在一些实施例中，前布线图案30电连接至电子电路90。
图3示出根据本发明的另一实施例的传感器件3的示意图。在接下来的实施例中使用与图1A-图2B中描述的先前实施例相同或类似的材料、配置、尺寸和/或工艺，并且可以省略其详细说明。
在图3的实施例中，由膜部分和梁59支撑锤部分54。在一些实施例中，梁59的厚度与锤部分54的厚度大致相同。在其他实施例中，梁59的厚度小于锤部分54的厚度。在锤部分的底部上设置第一电极。在其他实施例中，在锤部分54的底部和梁59的底部上设置第一电极。
图4A-图9示出根据本发明的实施例的传感器件的制造操作的各个阶段。应当理解，可以在图4A-图9示出的工艺之前、期间和之后提供额外的操作，并且对于该方法的额外实施例，可以替换或消除下文中描述的一些操作。可以互换操作/工艺的顺序。在接下来的实施例中使用与图1A-图3描述的先前实施例相同或类似的材料、配置、尺寸和/或工艺，并且可以省略其详细说明。
图4A-图7示出MEMS传感器侧结构的制造操作的各个阶段。如图4A所示，在MEMS衬底11上制造压阻式力传感器100的表面结构和电气部件。在一些实施例中，MEMS衬底11是Si。在特定实施例中，MEMS衬底11是p型Si，并且在其他实施例中，MEMS衬底11是n型Si。在一些实施例中，MEMS衬底11的厚度在从约300μm至约1000μm的范围内。在特定实施例中，MEMS衬底是本征Si。电气部分包括压阻式元件20、通孔导体40和前布线图案30，并且表面结构包括第一绝缘层15和第二绝缘层25。在一些实施例中，第一绝缘层15和第二绝缘层25包括诸如SiO2、SiN和SiON的基于氧化硅的材料或基于氮化硅的材料。
然后，如图4B所示，伪衬底300附接至MEMS衬底11的前部。在一些实施例中，伪衬底300是Si衬底，并通过熔融接合接合至第二绝缘层25。
如图4B所示，在附接伪衬底300之后，通过使用一个或多个光刻操作和蚀刻操作在MEMS衬底11中形成贯通孔41。后续地，如图5A所示，在贯通孔41的内壁上形成绝缘层44，并且在贯通孔中填充导电材料，从而形成导电连接件45。可以通过化学汽相沉积(CVD)、热氧化或化学氧化形成绝缘层44。用于导电连接件45的导电材料包括Al、Cu、W、Ti、TiN、Ta、TaN或任何其他合适的材料。通过CVD、包括溅射或电镀的物理汽相沉积(PVD)形成导电材料，并且实施诸如化学机械抛光(CMP)的平坦化操作以去除形成在MEMS衬底11的后表面上的多余材料。
后续地，如图5B所示，在MEMS衬底11的后表面上形成用于电容式传感器200的电容器的第一电极55、底部电极72和电极焊盘74。在一些实施例中，在MEMS衬底11的后表面上形成用于第一电极55和底部电极72的第一导电层的毯式层，并且在第一导电层上形成用于电极焊盘74的第二导电层的毯式层。然后，通过使用一个或多个光刻操作和蚀刻操作将第二导电层图案化以形成电极焊盘74，并且然后通过使用一个或多个光刻操作和蚀刻操作将第一导电层图案化以形成第一电极55和底部电极72。
在一些实施例中，用于第一电极55和底部电极72的第一导电层包括厚度在从约50nm至约200nm的范围内的TiN。在一些实施例中，用于电极焊盘74的第二导电层包括厚度在从约500nm至1200nm的范围内的Al、AlCu和/或Cu。可以通过CVD、PVD或电镀形成第一导电层和第二导电层。
后续地，如图6A所示，在MEMS衬底11的后表面上形成光刻胶层310，以覆盖电极焊盘74、底部电极72和第一电极55。
然后，如图6B所示，通过使用光刻胶图案310作为蚀刻掩模，蚀刻MEMS衬底11以形成腔体56、框架部分52、锤部分54和膜部分50。在一些实施例中，使用干蚀刻和/或湿蚀刻。在湿蚀刻的情况下，蚀刻溶液可以是四甲基氢氧化铵(TMAH)。
在蚀刻MEMS衬底11之后，去除光刻胶层310，并且获得图7所示的结构。在其他实施例中，在形成电极焊盘74、底部电极72和第一电极55之前，通过使用光刻胶层310进行蚀刻来形成腔体56。
图8A-图8C示出电容式传感器侧结构的制造操作的各个阶段。
如图8A所示，提供电容式传感器侧衬底360。在一些实施例中，电容式传感器侧衬底360是Si。在特定实施例中，电容式传感器侧衬底360是p型Si，并且在其他实施例中，电容式传感器侧衬底360是n型Si。在一些实施例中，电容式传感器侧衬底360的厚度在从约300μm至约1000μm的范围内。在一些实施例中，如图8A所示，修整电容式传感器侧衬底360的边缘以形成处理部分(handling portion)365。
然后，如图8B所示，在电容式传感器侧衬底360的主表面上方形成第三导电层370，从而用于电容式传感器的电容器的第二电极65和电容式传感器侧电极78。此外，如图8B所示，在第三导电层370上形成用于电极焊盘76的第四导电层375。
在一些实施例中，用于第二电极65和电容式传感器侧电极78的第三导电层包括厚度在从约50nm至约200nm的范围内的TiN。在一些实施例中，用于电极焊盘76的第四导电层375包括厚度在从约300nm至800nm的范围内的Al、AlCu和/或Cu。在其他实施例中，用于电极焊盘76的第四导电层包括Ge。可以通过CVD、PVD或电镀形成第三导电层和第四导电层。
后续地，如图8C所示，通过使用一个或多个光刻操作和蚀刻操作图案化第四导电层375以形成电极焊盘76，并且然后通过使用一个或多个光刻操作和蚀刻操作图案化第三导电层375以形成第二电极65和电容式传感器侧电极78。
然后，如图9所示，图7所示的MEMS侧结构和图8C所示的电容式传感器侧结构接合在一起。在接合中，MEMS侧结构的电极焊盘74与电容式传感器侧结构的电极焊盘76共晶接合。
然后，在一些实施例中，削薄电容式传感器侧衬底360的后侧，从而使得电容式传感器侧衬底360的厚度在从约100μm至300μm的范围内。然后，脱粘伪衬底300。因此，可以获得如图1A-图3所示的传感器件1-3。
图10A-图18B示出根据本发明的另一实施例的传感器件的制造操作的各个阶段。应当理解，可以在图10A-图18B示出的工艺之前、期间和之后提供额外的操作，并且对于该方法的额外实施例，可以替换或消除下文中描述的一些操作。可以互换操作/工艺的顺序。在接下来的实施例中使用与图1A-图9描述的先前实施例相同或类似的材料、配置、尺寸和/或工艺，并且可以省略其详细说明。
如图10A所示，在MEMS衬底1011的表面上形成第一绝缘层1100。在一些实施例中，第一绝缘层1100是通过热氧化形成的氧化硅层。在其他实施例中，可以通过CVD形成第一绝缘层1100。在一些实施例中，第一绝缘层1100的厚度在从约5nm至约20nm的范围内。热氧化可以是干氧化或湿氧化。在一些实施例中，在MEMS衬底1011的前表面和后表面上形成第一绝缘层1100。
然后，如图10B所示，在MEMS衬底1011的前表面上形成压阻式元件1020。压阻式元件1020是n型区，并且可以通过使用光刻胶图案(未示出)作为掩模进行离子注入而形成。在一些实施例中，将磷(P)注入到MEMS衬底1011的表面中。
此外，如图10C所示，形成连接至压阻式元件1020的互连区1022。互连区1022也是比压阻式元件1020更高掺杂的n型区。可以通过使用光刻胶图案(未示出)作为掩模进行离子注入来形成互连区1022。在一些实施例中，将磷(P)注入到MEMS衬底1011的表面中。
如图10D所示，在离子注入操作之后，通过例如使用稀HF的湿蚀刻去除第一绝缘层1100。
然后，如图11A所示，在MEMS衬底1011的前表面上形成第二绝缘层1110。可以通过CVD形成第二绝缘层1110。在一些实施例中，第二绝缘层1110是原硅酸四乙酯(TEOS)层。在一些实施例中，第二绝缘层1110的厚度在从约100nm至约300nm的范围内。
如图11B所示，通过使用一个或多个光刻操作和蚀刻操作，在第二绝缘层1110中形成接触开口1115。
后续地，如图11C所示，在接触开口1115中填充导电材料，从而形成通孔导体1040和1041。在一些实施例中，导电材料包括W、Cu和Al中的一种或多种。在特定实施例中，在形成W层之前，在MEMS衬底1011的前表面上形成用于晶种层的Ti层和用于阻挡层的TiN层，其中，Ti层的厚度在从约20nm至约40nm的范围内，TiN层的厚度在从约5nm至约20nm的范围内。通过CVD、包括溅射或电镀的物理汽相沉积(PVD)形成导电材料，并且实施诸如化学机械抛光(CMP)的平坦化操作以去除形成在第二绝缘层1110的表面上的多余材料。
然后，如图11D所示，在第二绝缘层1110上方形成用于前布线图案的一个或多个导电层。在一些实施例中，在第二绝缘层1110上形成诸如TiN的底部层1120，在底部层1120上形成诸如AlCu、Al或Cu的主金属层1130，并且在主金属层1130上形成诸如TiN的上部层1140。在一些实施例中，底部层1120的厚度在从约30nm至约70nm的范围内，主金属层1130的厚度在从约600nm至约1000nm的范围内，并且上部层1140的厚度在从约80nm至约120nm的范围内。
此外，如图12A所示，图案化导电层以形成前布线图案1030。
此外，如图12B所示，形成钝化层1025。在一些实施例中，钝化层1025包括底部绝缘层1150、中间绝缘层1160和上部绝缘层1170。在一些实施例中，底部绝缘层1150包括氧化硅，中间绝缘层1160包括氮化硅，以及上部绝缘层1170包括氧化硅。可以通过CVD形成钝化层1025的每层。在一些实施例中，底部绝缘层1150的厚度在从约300nm至约700nm的范围内，中间绝缘层1160的厚度在从约200nm至约400nm的范围内，并且上部绝缘层1170的厚度在从约300nm至约700nm的范围内。
在特定实施例中，在形成钝化层1025期间实施诸如CMP的一个或多个平坦化操作。
在一些实施例中，如图12C所示，图案化钝化层1025的部分以在前布线图案1030上方形成一个或多个窗口1027。在一些实施例中，位于窗口1027处的前布线图案1030上方的底部绝缘层1150的剩余厚度在从约200nm至约400nm的范围内。
此外，如图13A所示，在一些实施例中，修整MEMS衬底1011的边缘以形成处理部分1012。
然后，如图13B所示，具有处理部分1302的伪衬底1300附接至MEMS衬底1011的前部。在一些实施例中，伪衬底1300是通过熔融接合而接合至钝化层1025的上部绝缘层1170的Si衬底。在特定实施例中，实施在从约250℃至350的℃范围内的温度下的退火操作。
如图14A所示，在一些实施例中，在附接伪衬底1300之后，削薄伪衬底1300以具有在从约200μm至400μm的范围内的厚度。此外，在一些实施例中，翻转衬底，并且然后削薄MEMS衬底1011以具有在从约200μm至400μm的范围内的厚度。可以通过研磨方法或任何其他合适的方法实施削薄操作。
额外地，通过一个或多个光刻和蚀刻操作图案化MEMS衬底1011以形成穿过MEMS衬底1011的圆柱形孔，从而形成导电柱1045。然后，圆柱形孔填充有绝缘材料1044。绝缘材料可以是氧化硅。通过CVD形成绝缘材料，并且实施诸如化学机械抛光(CMP)的平坦化操作以去除形成在MEMS衬底1011的后表面上的多余材料。
后续地，如图15B所示，在MEMS衬底1011的后表面上形成用于电容式传感器的电容器的第一电极1055、底部电极1072和电极焊盘1074。在一些实施例中，在MEMS衬底1011的后表面上形成用于第一电极1055和底部电极1072的第一导电层的毯式层，并且在第一导电层上形成用于电极焊盘1074的第二导电层的毯式层。然后，通过使用一个或多个光刻操作和蚀刻操作图案化第二导电层以形成电极焊盘1074，并且然后通过使用一个或多个光刻操作和蚀刻操作图案化第一导电层以形成第一电极1055和底部电极1072。
在一些实施例中，用于第一电极1055和底部电极1072的第一导电层包括厚度在从约50nm至约200nm的范围内的TiN。在一些实施例中，用于电极焊盘1074的第二导电层包括厚度在从约500nm至1200nm的范围内的Al、AlCu和/或Cu。可以通过CVD、PVD或电镀形成第一导电层和第二导电层。
后续地，如图16A所示，在MEMS衬底1011的后表面上形成光刻胶层1310，以覆盖电极焊盘1074、底部电极1072和第一电极1055。
然后，如图16B所示，通过使用光刻胶图案1310作为蚀刻掩模，蚀刻MEMS衬底1011以形成腔体1056、框架部分1052、锤部分1054和膜部分1050。在一些实施例中，使用干蚀刻和/或湿蚀刻。在湿蚀刻的情况下，蚀刻溶液可以是四甲基氢氧化铵(TMAH)。在蚀刻MEMS衬底1011之后，去除光刻胶层1310，并且获得图16B所示的结构。在其他实施例中，在形成电极焊盘1074、底部电极1072和第一电极1055之前，通过使用光刻胶层1310进行蚀刻来形成腔体1056。
图17A-图17C示出电容式传感器侧结构的制造操作的各个阶段。
如图17A所示，提供电容式传感器侧衬底1360。在一些实施例中，电容式传感器侧衬底1360是Si。在特定实施例中，电容式传感器侧衬底1360是p型Si，并且在其他实施例中，电容式传感器侧衬底1360是n型Si。在一些实施例中，电容式传感器侧衬底1360的厚度在从约300μm至约1000μm的范围内。在一些实施例中，如图17A所示，修整电容式传感器侧衬底1360的边缘以形成处理部分1365。
然后，如图17B所示，在电容式传感器侧衬底1360的主表面上方形成第三导电层1370，从而用于电容式传感器的电容器的第二电极1065和电容式传感器侧电极1078。此外，如图17B所示，在第三导电层1370上形成用于电极焊盘1076的第四导电层1375。
在一些实施例中，用于第二电极1065和电容式传感器侧电极1078的第三导电层包括厚度在从约50nm至约200nm的范围内的TiN。在一些实施例中，用于电极焊盘1076的第四导电层包括厚度在从约300nm至800nm的范围内的Al、AlCu和/或Cu。在其他实施例中，用于电极焊盘1076的第四导电层包括Ge。可以通过CVD、PVD或电镀形成第三导电层和第四导电层。
后续地，如图17C所示，通过使用一个或多个光刻操作和蚀刻操作图案化第四导电层1375以形成电极焊盘1076，并且然后通过使用一个或多个光刻操作和蚀刻操作图案化第三导电层1370以形成第二电极1065和电容式传感器侧电极1078。
然后，如图18A所示，图16B所示的MEMS侧结构和图17C所示的电容式传感器侧结构接合在一起。在接合中，MEMS侧结构的电极焊盘1074与电容式传感器侧结构的电极焊盘1076共晶接合。
然后，在一些实施例中，削薄电容式传感器侧衬底1360的后侧，从而使得电容式传感器侧衬底1360的厚度在从约100μm至300μm的范围内。此外，去除窗口中的前布线图案上方的剩余的底部绝缘层1050。然后，如图18B所示，脱粘伪衬底1300。
图18B所示的传感器件4大致类似于图1A-图3所示的传感器件1-3。传感器件4包括MEMS传感器1000和电容式传感器2000。
在一些实施例中，MEMS传感器1000是压阻式力传感器，并且包括框架部分1052、膜部分(例如，隔膜)1050、设置在膜部分1050中的压阻式元件1020、设置在膜部分1050下面并由框架部分1052围绕的腔体1056，以及由腔体1056围绕的中心锤部分1054。
在一些实施例中，压阻式力传感器1000还包括形成在MEMS衬底的上表面上的第一绝缘层1110、钝化层1025、一个或多个前布线图案(例如，电极)1030和连接压阻式元件1020和前布线图案1030的一个或多个通孔导体1040。在一些实施例中，钝化层1025包括多个层(例如，1150、1160和1170)。压阻式力传感器1000包括压阻式元件1020和互连区1022，并且互连区连接至通孔导体1040。
电容式传感器2000包括由第一电极1055和第二电极1065形成的电容器。在一些实施例中，第一电极1055和第二电极1065之间的间隔在从约0.5μm至约2μm的范围内，并且在其他实施例中，该间隔在从约0.8μm至约1.2μm的范围内。在一些实施例中，在电容式传感器侧衬底1360的主表面上设置第二电极1065。也在电容式传感器侧衬底1360的主表面上设置一个或多个电容式传感器侧电极1078。在一些实施例中，第二电极1065电连接至电容式传感器侧电极1078中的一个。此外，在电容式传感器侧电极1078上设置电极焊盘1076。
在MEMS衬底中，在框架部分1052的底面上设置底部电极1072。在一些实施例中，在底部电极1072上设置电极焊盘1074。此外，在一些实施例中，提供穿过框架部分1052的由绝缘层1044围绕的作为导电连接件的柱1045以电连接前布线图案1030和底部电极。
形成在压阻式力传感器1000的底部上的电极焊盘1074连接至形成在电容式传感器侧衬底1360的主表面上的电极焊盘1076。
根据传感器件4，可以通过一个器件测量施加到膜上的压力和加速度(力)。
如上所述，本文描述的各个实施例或实例提供优于现有技术的一些优势。应当理解，在此不必讨论所有优势，没有特定的优势是所有实施例或实例都必需的，并且其他实施例或实例可提供不同的优势。
本发明中，传感器件包括整体形成的MEMS力传感器和电容式加速传感器，并且因此可以通过一个器件测量施加到膜上的力(例如，压力)和加速度。
根据本发明的一个方面，传感器件包括微机电***(MEMS)力传感器和电容式加速传感器。在一个或多个前述和以下实施例中，MEMS力传感器和电容式加速传感器彼此电连接。在一个或多个前述和以下实施例中，电容式加速传感器包括具有第一电极和面向第一电极的第二电极的电容器，并且第一电极设置在MEMS力传感器的底部上。在一个或多个前述和以下实施例中，MEMS力传感器包括框架部分、膜部分、设置在膜部分中的压阻式元件、设置在膜部分下面并由框架部分围绕的腔体，以及由腔体围绕的中心锤部分。在一个或多个前述和以下实施例中，在中心锤部分的底面上设置第一电极。在一个或多个前述和以下实施例中，MEMS力传感器和电容式加速传感器通过设置在框架部分的底部上的底部电极彼此电连接。在一个或多个前述和以下实施例中，MEMS力传感器还包括前电极，和穿过框架部分并连接前电极和底部电极的导电连接件。在一个或多个前述和以下实施例中，前电极电连接至压阻式元件。在一个或多个前述和以下实施例中，膜部分由半导体材料制成。在一个或多个前述和以下实施例中，压阻式元件是半导体材料的掺杂区。在一个或多个前述和以下实施例中，传感器件还包括电连接至MEMS力传感器和电容式加速传感器的电路，从而用于接收来自MEMS力传感器的信号和来自电容式加速传感器的信号。
根据本发明的另一方面，传感器件包括MEMS传感器和电容式传感器。MEMS传感器包括框架部分、膜部分、设置在膜部分中的压阻式元件、设置在膜部分下面并由框架部分围绕的腔体，以及由腔体围绕的中心锤部分。电容式传感器包括具有第一电极和面对第一电极的第二电极的电容器。在中心锤部分的底部上设置第一电极，并且在与框架部分的底部附接的衬底的表面上设置第二电极。在一个或多个前述和以下实施例中，MEMS传感器还包括前电极，和穿过框架部分并连接前电极和底部电极的导电连接件。在一个或多个前述和以下实施例中，框架部分由半导体材料制成。在一个或多个前述和以下实施例中，导电连接件是由半导体材料的部分制成的柱，并且通过绝缘层与框架部分分离。在一个或多个前述和以下实施例中，导电连接件由金属材料制成。在一个或多个前述和以下实施例中，金属材料与框架部分绝缘。在一个或多个前述和以下实施例中，前电极电连接至压阻式元件。在一个或多个前述和以下实施例中，传感器件还包括电连接至MEMS力传感器和电容式加速传感器的电路，从而用于接收来自MEMS力传感器的信号和来自电容式加速传感器的信号。前电极电连接至电路。
根据本发明的另一方面，传感器件包括MEMS传感器和电容式传感器。MEMS传感器包括框架部分、膜部分、设置在膜部分中的压阻式元件、具有十字形状并连接至框架部分的梁部分、连接至梁的锤部分、以及设置在膜部分下面并且由框架部分和梁部分围绕的腔体。电容式传感器包括具有第一电极和面向第一电极的第二电极的电容器，其中，第一电极设置在锤部分的底部上，第二电极设置在与框架部分的底部附接的衬底的表面上。
根据本发明的一个方面，在制造传感器件的方法中，在第一衬底的前表面上方制备微机电***(MEMS)压力传感器的传感器部分。传感器部分包括压阻式元件和前电极。在第一衬底的背面上形成底部电极和第一电极。具有电极焊盘和第二电极的第二衬底附接至第一衬底的底部，从而使得底部电极连接至电极焊盘，并且第一电极面对第二电极并且其之间具有间隔。在一个或多个前述和以下实施例中，通过蚀刻第一衬底的背面进一步形成腔体和膜部分。在一个或多个前述和以下实施例中，膜部分由半导体材料制成。在一个或多个前述和以下实施例中，压阻式元件是半导体材料的掺杂区。在一个或多个前述和以下实施例中，进一步形成穿过第一衬底的贯通孔，并且在贯通孔中形成导电材料，从而形成导电连接件。前电极连接至导电连接件，并且底部电极形成为连接至导电连接件。在一个或多个前述和以下实施例中，底部电极通过共晶接合接合至电极焊盘。在一个或多个前述和以下实施例中，前电极电连接至压阻式元件。在一个或多个前述和以下实施例中，第二电极距衬底的主表面的高度小于电极焊盘距主表面的高度。在一个或多个前述和以下实施例中，进一步形成保护层以至少覆盖膜部分，并且将支撑衬底附接至保护层。在一个或多个前述和以下实施例中，在MEMS传感器附接至电容式传感器的部分之后，去除支撑衬底。
根据本发明的另一方面，在制造传感器件的方法中，制备MEMS传感器。MEMS传感器包括框架部分、膜部分、设置在膜部分中的压阻式元件、设置在膜部分下面并由框架部分围绕的腔体，以及由腔体围绕的中心锤部分。在框架部分的底部上形成底部电极，并且在中心锤部分的底部上形成第一电极。制备电容式传感器的部分，其中，该部分包括衬底、设置在衬底的主表面上的第二电极和设置在主表面上的电极焊盘。附接MEMS传感器和电容式传感器的部分，从而使得底部电极连接至电极焊盘，并且第一电极面对第二电极并且其之间具有间隔，从而形成电容式传感器的电容器。在一个或多个前述和以下实施例中，底部电极通过共晶接合接合至电极焊盘。在一个或多个前述和以下实施例中，膜部分由半导体材料制成。在一个或多个前述和以下实施例中，压阻式元件是半导体材料的掺杂区。在一个或多个前述和以下实施例中，在准备MEMS传感器时，形成穿过第一衬底的贯通孔，在贯通孔中形成导电材料，从而形成导电连接件，并且第一电极和底部电极形成为连接至导电连接件。在一个或多个前述和以下实施例中，形成保护层以至少覆盖膜部分，并且将支撑衬底附接至保护层。在一个或多个前述和以下实施例中，在MEMS传感器附接至电容式传感器的部分之后，去除支撑衬底。在一个或多个前述和以下实施例中，在准备MEMS传感器时，形成穿过第一衬底的圆柱形孔，在圆柱形孔中形成绝缘材料，从而形成由半导体材料的部分制成的导电柱，并且第一电极和底部电极形成为连接至导电柱。在一个或多个前述和以下实施例中，第二电极距主表面的高度小于电极焊盘距主表面的高度。
根据本发明的另一方面，在制造传感器件的方法中，制备MEMS传感器。MEMS传感器包括框架部分、膜部分、设置在膜部分中的压阻式元件、具有十字形状并连接至框架部分的梁部分、连接至梁部分的锤部分，以及设置在膜部分下面并且由框架部分和梁部分围绕的腔体。在框架部分的底部上形成底部电极，并且在锤部分的底部上形成第一电极。形成电容式传感器的部分，其中，该部分包括衬底，设置在衬底的主表面上的第二电极和设置在主表面上的电极焊盘。附接MEMS传感器和电容式传感器的部分，从而使得底部电极连接至电极焊盘，并且第一电极面对第二电极，并且其之间具有间隔，从而形成电容式传感器的电容器。
根据本发明的一些实施例，提供了一种传感器件，包括：微机电***(MEMS)力传感器，包括膜；以及电容式加速传感器，包括具有第一电极的电容器，其中，所述第一电极设置在所述膜的底面上。
在上述传感器件中，所述微机电***力传感器和所述电容式加速传感器彼此电连接。
在上述传感器件中，所述电容式加速传感器的电容器包括面向所述第一电极的第二电极。
在上述传感器件中，所述微机电***力传感器包括：框架部分；膜部分；压阻式元件，设置在所述膜部分中；以及腔体，设置在所述膜部分下面并且被所述框架部分围绕。
在上述传感器件中，所述微机电***力传感器还包括由所述腔体围绕的中心锤部分，以及所述第一电极设置在所述中心锤部分的底面上。
在上述传感器件中，所述微机电***力传感器和所述电容式加速传感器通过设置在框架部分的底部上的底部电极彼此电连接。
在上述传感器件中，所述微机电***力传感器还包括：前电极；以及导电连接件，穿过所述框架部分并连接所述前电极和所述底部电极。
在上述传感器件中，所述前电极电连接至所述压阻式元件。
在上述传感器件中，所述膜部分由半导体材料制成。
在上述传感器件中，所述压阻式元件是所述半导体材料的掺杂区。
在上述传感器件中，还包括电连接至所述微机电***力传感器和所述电容式加速传感器的电路，以接收来自所述微机电***力传感器的信号和来自所述电容式加速传感器的信号。
根据本发明的另一些实施例，还提供了一种制造传感器件的方法，所述方法包括：在第一衬底的前表面上方制备微机电***(MEMS)力传感器的传感器部分，所述传感器部分包括压阻式元件和前电极；在所述第一衬底的背面上方形成底部电极和第一电极；以及将具有电极焊盘和第二电极的第二衬底附接至所述第一衬底的底部，从而使得所述底部电极连接至所述电极焊盘，并且所述第一电极面对所述第二电极并且所述第一电极和所述第二电极之间具有间隔。
在上述方法中，还包括通过蚀刻所述第一衬底的背面来形成腔体和膜部分。
在上述方法中，所述膜部分由半导体材料制成。
在上述方法中，所述压阻式元件是所述半导体材料的掺杂区。
在上述方法中，还包括：形成穿过所述第一衬底的贯通孔；和在所述贯通孔中形成导电材料，从而形成导电连接件，其中：所述前电极连接至所述导电连接件，以及所述底部电极连接至所述导电连接件。
在上述方法中，所述底部电极通过共晶接合而接合至所述电极焊盘。
在上述方法中，所述前电极电连接至所述压阻式元件。
根据本发明的又一些实施例，还提供了一种制造传感器件的方法，所述方法包括：制备微机电***(MEMS)传感器，所述微机电***传感器包括：框架部分；膜部分；压阻式元件，设置在所述膜部分中；腔体，设置在所述膜部分下面并由所述框架部分围绕；以及中心锤部分，由所述腔体围绕，其中，在所述框架部分的底部上形成底部电极，并且在所述中心锤部分的底部上形成第一电极；制备电容式传感器的部分，其中，所述电容式传感器的部分包括衬底、设置在所述衬底的主表面上的第二电极和设置在所述主表面上的电极焊盘；以及附接所述微机电***传感器和所述电容式传感器的部分，从而使得所述底部电极连接至所述电极焊盘，并且所述第一电极面对所述第二电极，其中，所述第一电极和所述第二电极之间具有间隔，从而形成所述电容式传感器的电容器。
在上述方法中，所述底部电极通过共晶接合而接合至所述电极焊盘。
上面概述了若干实施例或实例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本发明的各方面。本领域技术人员应该理解，他们可以容易地使用本发明作为基础来设计或修改用于实施与在此所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其他工艺和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等同构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，在此他们可以做出多种变化、替换以及改变。

Claims (10)

1.一种传感器件，包括：
微机电***(MEMS)力传感器，包括膜；以及
电容式加速传感器，包括具有第一电极的电容器，
其中，所述第一电极设置在所述膜的底面上。
2.根据权利要求1所述的传感器件，其中，所述微机电***力传感器和所述电容式加速传感器彼此电连接。
3.根据权利要求1的传感器件，其中：
所述电容式加速传感器的电容器包括面向所述第一电极的第二电极。
4.根据权利要求3所述的传感器件，其中，所述微机电***力传感器包括：
框架部分；
膜部分；
压阻式元件，设置在所述膜部分中；以及
腔体，设置在所述膜部分下面并且被所述框架部分围绕。
5.根据权利要求4的传感器件，其中：
所述微机电***力传感器还包括由所述腔体围绕的中心锤部分，以及
所述第一电极设置在所述中心锤部分的底面上。
6.根据权利要求4的传感器件，其中，所述微机电***力传感器和所述电容式加速传感器通过设置在框架部分的底部上的底部电极彼此电连接。
7.根据权利要求6所述的传感器件，其中，所述微机电***力传感器还包括：
前电极；以及
导电连接件，穿过所述框架部分并连接所述前电极和所述底部电极。
8.根据权利要求7所述的传感器件，其中，所述前电极电连接至所述压阻式元件。
9.一种制造传感器件的方法，所述方法包括：
在第一衬底的前表面上方制备微机电***(MEMS)力传感器的传感器部分，所述传感器部分包括压阻式元件和前电极；
在所述第一衬底的背面上方形成底部电极和第一电极；以及
将具有电极焊盘和第二电极的第二衬底附接至所述第一衬底的底部，从而使得所述底部电极连接至所述电极焊盘，并且所述第一电极面对所述第二电极并且所述第一电极和所述第二电极之间具有间隔。
10.一种制造传感器件的方法，所述方法包括：
制备微机电***(MEMS)传感器，所述微机电***传感器包括：
框架部分；
膜部分；
压阻式元件，设置在所述膜部分中；
腔体，设置在所述膜部分下面并由所述框架部分围绕；以及
中心锤部分，由所述腔体围绕，其中，在所述框架部分的底部上形成底部电极，并且在所述中心锤部分的底部上形成第一电极；
制备电容式传感器的部分，其中，所述电容式传感器的部分包括衬底、设置在所述衬底的主表面上的第二电极和设置在所述主表面上的电极焊盘；以及
附接所述微机电***传感器和所述电容式传感器的部分，从而使得所述底部电极连接至所述电极焊盘，并且所述第一电极面对所述第二电极，其中，所述第一电极和所述第二电极之间具有间隔，从而形成所述电容式传感器的电容器。
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