TW201741226A - 積體ｍｅｍｓ傳感器及電路 - Google Patents

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Abstract

本申請案係關於積體MEMS傳感器，其包含由複數個傳感器層形成之一MEMS傳感器結構以及由複數個電路(CMOS)層形成之至少一個電路組件。該積體MEMS傳感器進一步包含與該等傳感器層及該等電路層成一體式之一導電外殼。該至少一個電路組件係在該導電外殼內部，而該MEMS傳感器結構在該外殼外部。

Description

積體MEMS傳感器及電路
本發明係關於具有MEMS傳感器結構之積體MEMS傳感器，該MEMS傳感器結構在單塊晶粒上與關聯電路整合；且係關於製造此等積體MEMS傳感器之方法。
消費型電子件裝置不斷地變小，且隨著技術之進步，正獲得增加之效能及功能性。此情形在用於諸如行動電話、膝上型電腦、MP3播放器及個人數位助理(PDA)之消費型電子產品中的技術上無疑為顯然的。舉例而言，行動電話行業之要求正驅使組件變得愈來愈小，而功能性愈來愈強，且成本愈來愈低。因此，需要將電子電路之功能整合在一起，且使其與諸如麥克風及揚聲器之傳感器裝置組合。
此情形之結果為基於微機電系統(MEMS)之傳感器裝置的出現。舉例而言，此等傳感器裝置可為用於偵測及/或產生壓力/聲波之電容性傳感器或用於偵測加速度之傳感器。繼續驅使經由與進行以下操作必要之電子電路的整合來減小此等裝置之大小及成本：經由移除傳感器-電子介面而操作及處理來自MEMS之資訊。達成此等目標中之挑戰中的一者為在製造MEMS裝置期間難以達成與用以製造互補金屬氧化物半導體(CMOS)電子裝置之標準製程的相容性。對此作出要求以允許MEMS裝置使用相同材料及處理機械設備與習知電子件直接整合。本發明試圖致力於此領域。
使用MEMS製造製程形成之麥克風裝置通常包含一或多個膜，其中用於讀出/驅動之電極沈積於膜及/或基板上。在MEMS壓力感測器及麥克風之狀況下，通常藉由量測一對電極之間的電容來實現讀出，該電容將隨著電極之間的距離回應於入射於膜表面上之聲波改變而發生變化。
圖1a以及圖1b分別展示已知電容性MEMS麥克風裝置100之示意圖及透視圖。電容性麥克風裝置100包含膜層101，該膜層形成一可撓性膜，該可撓性膜回應於聲波所產生的壓力差而自由移動。第一電極102機械耦接至可撓性膜，且其一起形成電容性麥克風裝置之第一電容性板。第二電極103機械耦接至大體剛性結構層或背板104，其一起形成電容性麥克風裝置之第二電容性板。在圖1a中所展示之實例中，第二電極103係嵌入於背板結構104內。
電容性麥克風形成於基板105(例如，矽晶圓)上，該基板上可形成有上部氧化物層106及下部氧化物層107。基板中且在任何上覆層中之空腔108(在下文中被稱作基板空腔)設置於膜下方，且可使用穿過基板105之「背蝕」而形成。基板空腔108連接至位於膜正下方之第一空腔109。此等空腔108及109可共同地提供一聲學容積，因此允許膜回應於聲學刺激而移動。第二空腔110***於第一電極102與第二電極103之間。
可在製造製程期間使用第一犧牲層(亦即，使用可隨後被移除之供界定第一空腔的材料)及在第一犧牲材料上方沈積膜層101來形成第一空腔109。使用犧牲層形成第一空腔109意謂蝕刻基板空腔108在界定膜之直徑上並不起任何作用。實情為，膜之直徑係由第一空腔109之直徑(其又由第一犧牲層之直徑界定)結合第二空腔110之直徑(其又可由第二犧牲層之直徑界定)而界定。相比使用濕式蝕刻或乾式蝕刻而執行之背蝕製程的直 徑，可更準確地控制使用第一犧牲層形成之第一空腔109的直徑。因此，蝕刻基板空腔108將在下伏於膜101之基板的表面中界定一開口。
下文中被稱作放氣孔111之複數個孔連接第一空腔109與第二空腔110。
如所提到，可藉由在第一犧牲材料上方沈積至少一個膜層101而形成膜。以此方式，該(該等)膜層之材料可延伸至支撐該膜之支撐結構(亦即，側壁)中。膜以及背板層可由彼此大體上相同之材料形成，例如，膜及背板兩者可藉由沈積氮化矽層而形成。膜層可經尺寸設定為具有所需可撓性，而背板可經沈積為較厚且(因此)剛性較大之結構。另外，在形成背板104時可使用各種其他材料層以控制其性質。使用氮化矽材料系統在許多方面係有利的，但可使用其他材料，例如，使用多晶矽膜之MEMS傳感器為已知的。
在一些應用中，麥克風在使用中時可經配置以使得入射聲音係經由背板接收。在此等情況下，另外複數個孔(在下文中被稱作聲學孔112)配置於背板104中，以便允許空氣分子自由移動，使得聲波可進入第二空腔110。第一空腔109以及第二空腔110結合基板空腔108允許膜101回應於聲波經由背板104中之聲學孔112進入而移動。在此等情況下，基板空腔108習知地被稱為「背部容積」，且其可大體上被密封。
在其他應用中，麥克風可經配置以使得在使用中聲音可經由基板空腔108而接收。在此類應用中，背板104通常仍具備複數個孔以允許空氣在第二空腔與背板上方之另一容積之間自由地移動。
亦應注意，儘管圖1展示背板104被支撐於膜的與基板105相反之一側上，但背板104經形成為最靠近基板且膜層101支撐於基板上方之配置亦屬已知。
在使用時，回應於對應於入射在麥克風上之壓力波的聲波，該膜自其均勢位置稍微變形。下部電極102與上部電極103之間的距離相應地變更，從而引起兩個電極之間的隨後由電子電路(圖中未示)偵測到的電容之改變。放氣孔允許第一空腔與第二空腔中之壓力在相對較長的時間標度(就聲學頻率而言)內均等，此情形減少(例如)起因於溫度變化及其類似者之低頻率壓力變化之效應，但不影響所要聲學頻率下之敏感度。
圖1中所展示之傳感器以支撐膜層101之實質垂直之側壁與背板104成間隔關係來說明。考慮到沈積製程之本質，此情形可導致在形成膜之材料層中所形成的隅角處之應力高度集中。傾斜或歪斜側壁可用以減少應力集中。另外或替代地，已知包括諸如柱之數個支撐結構有助於以減少應力集中之方式支撐膜。此類柱係藉由以下操作來形成：圖案化用以界定第一空腔109之第一犧牲材料，以使得基板105在沈積形成膜層101之材料之前曝露於數個區域中。然而，此製程可在柱之區域中的背板層之上表面中產生凹痕。
應瞭解，為了將傳感器併入至有用裝置中，有必要的是將傳感器介接或耦接至電子電路。
如圖1中所展示，膜電極104及背板電極108通常經由跡線(圖中未示)分別連接至接觸襯墊116以及118以供連接至電子電路。跡線在相關電極之沈積及圖案化期間形成，且在距傳感器之結構之短距離處提供自電極至接觸區域的連接。導電跡線在後續沈積階段中予以嵌埋。製造製程之部分涉及向下蝕刻孔至跡線之末端且填充有導電材料以提供導電通孔。導電通孔之頂部覆蓋有接觸襯墊以供連接至電子電路。
電路可方便地為互補金屬氧化物半導體(complementary-metal-oxide-on-semiconductor；CMOS)電路，且因此包含各種CMOS層。如 熟習此項技術者應瞭解，CMOS電路藉由在基板之適當摻雜區上沈積適當金屬及金屬間介電質(IMD)或層間介電質(ILD)材料來形成。
通常，MEMS電容性傳感器製造於對於電子件獨立之基板上。因此，上文參看圖1描述之接觸襯墊116及118經配置為或電連接至接合襯墊，該等接合襯墊適合於導線接合至攜載電子電路之獨立基板上之對應接合襯墊。
近年來，已努力將電子電路及傳感器整合於單一基板上，使得MEMS結構及關聯電路(例如，偏壓電路及/或放大器電路)製造於同一晶片上。此可具有數個益處及優點。舉例而言，MEMS傳感器與電子電路在同一基板上之整合提供大小相較於雙晶片設計之減小。亦避免對MEMS傳感器與電路之間的信號路徑中諸如接合襯墊及導線接合件之連接件的需要，其可引入非所要寄生電容及/或電感以及合成信號損失。
與傳感器之操作相關聯之電子電路(例如，偏壓電路及/或放大器電路)通常將包含複數個電晶體及互連件。此電路可藉由使用例如CMOS處理之標準積體電路處理技術來製造。
如上文所提及，MEMS傳感器愈來愈多地用於具有通信能力之攜帶型裝置中，例如，行動電話或其類似者中。此等裝置將包括用於傳輸RF信號之至少一個天線。此等裝置傳輸之功率的量可為相對高的，且設定為隨著對通信標準之改變而增加。此可引起對於具有CMOS電路之MEMS傳感器(諸如麥克風)的問題。所傳輸之RF信號可耦合至CMOS電路，且由於CMOS電路本質上為非線性的，因此此等信號可經解調變至音訊頻帶。因此，此情形可導致諸如所謂「雜訊器雜訊」之可聽到雜訊。此問題在使用具有積體CMOS電路之MEMS麥克風時可加劇，此係因為在許多裝置中，天線之位置出現於靠近需要麥克風之位置。
已知的是提供電磁屏蔽件以便保護MEMS傳感器及關聯電路免受電磁輻射(尤其是射頻干擾(RFI)影響。此屏蔽件通常經提供作為「封裝」或蓋之部分，其保護並包圍積體MEMS傳感器。舉例而言，專利公開案第US7166910號、第US5740251號以及第US 6324907號各自揭示MEMS傳感器總成設計，其併有導電材料作為蓋子或封裝之部分以便保護經包圍之傳感器免受電磁干擾影響。在此意義上，併有導電屏蔽件之封裝可以法拉第屏蔽件之方式起作用以保護傳感器及關聯電路免受外部電磁(EM)干擾影響。
法拉第屏蔽件或法拉第籠利用導電材料作為阻斷電磁場或使電磁場衰減之方式。法拉第屏蔽件通常用於保護敏感電子組件免受外部EM干擾影響，尤其是免受外部射頻干擾(RFI)影響。如將瞭解，出現導電外殼之屏蔽效應，此係因為外部電磁場使得籠之導電材料內之電荷經分佈使得其消除籠內部之場效應。由耦合至法拉第籠中之EM輻射引起之能量隨著渦電流損失而耗散。
儘管由先前考慮之設計提供之屏蔽件在使外部RF輻射衰減上有用，但仍出現保護電路免受RFI影響之困難。以上情形在傳感器封裝歸因於起因於天線的可由先前考慮之屏蔽技術不充分地衰減之RF場之強度而在通信裝置內相對靠近於RF天線定位時尤其為一問題。
根據本發明之第一態樣，提供一種積體MEMS傳感器，其包含由複數個傳感器層形成之MEMS傳感器結構以及由一或多個電路層形成之至少一個電路組件，該積體MEMS傳感器進一步包含用於使電磁輻射衰減之導電外殼，其中導電外殼由包含於複數個傳感器層及/或電路層中之材料形成。
因此，導電外殼由在電路之製造期間及/或在MEMS傳感器結構之製造期間沈積的材料形成。因此，導電外殼形成積體MEMS傳感器之一體式部分。導電外殼亦可被視為嵌入於積體MEMS傳感器之結構層內。
根據本發明之第二態樣，提供一種積體MEMS傳感器，其包含由複數個傳感器層形成之MEMS傳感器結構及由一或多個電路層形成之至少一個電路組件，該積體MEMS傳感器進一步包含用於使RF輻射衰減之法拉第屏蔽件，該法拉第屏蔽件由包含於傳感器層中之一或多者中的材料形成。
因此，形成最終屏蔽件或外殼之材料將在為形成積體傳感器而進行之相同的處理步驟期間沈積。因此，導電外殼與電路層及傳感器層之製造並行地有效製造。
根據本發明之另一態樣，提供一種積體MEMS傳感器，其包含MEMS傳感器結構及至少一個電路組件，該積體MEMS傳感器進一步包含導電外殼，該導電外殼經提供使得至少一個電路組件係在導電外殼內，且其中MEMS傳感器結構係在外殼外部。
MEMS傳感器結構可形成於基板之第一區上，且至少一個電路組件可形成於基板之第二區上。電路可較佳地包含複數個CMOS層。CMOS層通常包含複數個介電質層及複數個金屬層。傳感器結構可被認為是包含複數個傳感器層。較佳地，傳感器結構包含電容性MEMS傳感器，該電容MEMS傳感器包含具有膜電極之可移動膜以及具有背板電極之背板。
導電外殼可包含由金屬/導電層形成之頂板，其上覆於電路或基板之第一區且以法拉第屏蔽件之方式起作用以使RF輻射衰減。頂板可在傳感器層中之一者之沈積期間(例如，在形成傳感器結構之部分的金屬之 沈積期間)予以沈積。頂板可具有大於一個傳感器層之厚度的厚度，例如，頂板可包含多於一個導電材料層。
導電外殼包含下伏於電路或基板之第二區的底板。底板可包含低阻值矽，例如由矽基板之摻雜區或金屬層形成。替代地，底板可包含例如藉由在矽基板之深井內進行摻雜而形成之植入層或所謂「超深」植入層。
導電外殼包含可由複數個導電通孔形成之至少一個側壁，該複數個導電通孔延伸穿過一或多個CMOS層且用來連接頂板與底板。因此，在較佳實施例中，導電外殼包含上覆於電路之頂板及下伏於電路之底板，其中頂板及底板係由複數個導電通孔連接，該複數個導電通孔延伸穿過積體MEMS傳感器之一或多個層以形成導電外殼之側壁並藉此包圍電路。
根據本發明之另一態樣，提供一種積體MEMS傳感器，其包含設置於單一基板/晶粒上之MEMS傳感器結構及電路，其中MEMS傳感器由複數個傳感器層形成，且其中在MEMS傳感器結構之製造期間沈積之至少一個導電層形成用於屏蔽電路免受電磁輻射影響的上覆於電路之屏蔽件。
較佳地，屏蔽件電連接至下伏於電路之導電層，藉此形成包圍電路之導電外殼。
電路可包含複數個CMOS層，且複數個導電通孔可經形成以便自屏蔽件之下側延伸穿過一或多個CMOS層至基礎導電層以形成導電外殼之側壁。
根據本發明之實施例，金屬頂板可在作為形成傳感器結構之部分進行之金屬化步驟中的一或多者期間形成。
根據本發明之另一態樣，提供一種積體MEMS傳感器，其包含或併有一導電外殼。較佳地，該導電外殼由包含於傳感器結構及電路結構之層(CMOS層)內的材料形成。因此，導電外殼較佳地由在積體MEMS傳感器裝置之製造期間沈積的材料形成。
根據本發明之另一態樣，提供一種積體MEMS傳感器，其包含由複數個傳感器層形成之MEMS傳感器結構及由複數個電路層形成之至少一個電路組件，其中積體MEMS傳感器進一步包含與傳感器層及電路層成一體式的導電外殼。較佳地，該至少一個電路組件在該導電外殼內部，而該MEMS傳感器結構在該外殼外部。
根據本發明之另一態樣，提供一種積體MEMS傳感器，其包含由複數個傳感器層形成之MEMS傳感器結構及由一或多個電路層形成之至少一個電路組件，該積體MEMS傳感器進一步包含導電外殼，該導電外殼嵌入於傳感器層及/或電路層內以便形成積體MEMS傳感器之一體式部分。
根據本發明之另一態樣，提供一種積體MEMS傳感器，其包含由複數個傳感器層形成之MEMS傳感器結構及由一或多個電路層形成之至少一個電路組件，該積體MEMS傳感器進一步包含用於使RF輻射衰減之法拉第屏蔽件，該法拉第屏蔽件由包含於傳感器層中之一或多者中的材料形成。
應瞭解，在本發明之情形下，術語「壁」不僅涵蓋導電材料之連續平面，而且可涵蓋較佳緊密隔開之一系列離散柱或「齒形結構」。
因此，本發明方便地提供一種方法，該方法可藉由如下操作來實施：在單一標準CMOS鑄造中使用標準CMOS處理步驟以產生積體傳感器及電子件，且進一步併有屏蔽件或外殼以保護電路免受RF輻射影響。 有利地，積體MEMS傳感器之全部功能層(包括用於保護電路免受RF輻射影響之導電屏蔽件/外殼)可作為CMOS製程之部分來製造。自製造積體MEMS傳感器之觀點，此表示相較於併有導電屏蔽材料作為封裝或蓋之部分的先前考慮之積體傳感器設計更高效之解決方案，此係由於外殼/屏蔽件之製造與裝置之製造並行地發生且產生與MEMS傳感器之結構及關聯電路成一體式的電磁屏蔽件。在此意義上，保護性法拉第屏蔽件/外殼在晶圓級處理而非在封裝級處理期間形成。此表示製造法拉第屏蔽件/外殼以保護積體MEMS傳感器之電路組件的更高效且簡單化(streamlined)方式。
根據本發明之實施例，導電外殼形成所謂法拉第籠。歸因於外殼至電路之地點/近接，換言之，由於屏蔽件/外殼為積體MEMS傳感器之包圍電路組件之一體式部分，有可能提供RFI之改良/較大衰減。因此，本發明之較佳實施例可藉由使電磁輻射衰減而保護敏感電路組件免受外部電磁干擾影響，即使當積體傳感器將靠近於充當RF輻射之源的天線定位時。
傳感器為電容性傳感器，且因此包含膜電極及背板電極。若合適導電材料用於膜層或背板層，則單層可提供膜/背板之結構，且亦充當電極。然而，方便地，存在包含至少一個結構膜層及至少一個膜電極層之複數個膜層，以及包含至少一個結構背板層及至少一個背板電極層之複數個背板層。
傳感器製造於基板上之第一區域中，且至少一個電路組件製造於基板之第二區域中。傳感器及電路因此形成於基板之不同部分處。較佳地，方法涉及形成電路層(亦即，至少一個金屬層及至少一個介電質層)於第二區域中的複數個電路組件中。電路組件可經配置以提供用於MEMS傳感器之合適電路。合適電路可包括但不限於放大器電路、電壓偏壓電路、 濾波器電路、類比至數位轉換器及/或數位至類比轉換器、振盪器電路、電壓參考電路、電流參考電路及電荷泵電路。
第二區域可位於基板之與第一區相異的區。舉例而言，傳感器可經形成使得其位於基板之一側上，且電路可位於基板之另一側上。如本文中所使用，採用術語基板以指個別裝置之最終基板。熟習此項技術者將瞭解，多個裝置通常在在單一晶圓上被處理，且最終切割成個別基板。
根據本發明之另一態樣，提供一種製造積體MEMS傳感器之方法，該積體MEMS傳感器包含基板上之MEMS傳感器結構及至少一個電路組件，該方法包含：在基板之第一區上形成複數個CMOS層，其中該至少一個電路組件由CMOS層中之一或多者形成；在基板之第二區上形成複數個傳感器層以形成MEMS傳感器結構；其中該方法包含沈積共同導電材料層，其形成MEMS傳感器結構之導電層且亦形成上覆於至少一個電路組件的頂板，該頂板用於屏蔽電路免受電磁輻射影響。
在一個實施例中，該方法包含在形成傳感器層中之任一者之前形成電路層之介電層及金屬層的步驟。傳感器層因此形成於在電路層之形成期間沈積於第一區域中之介電層的頂部上。因此，傳感器膜配置於形成於CMOS層中之至少一者中之空腔上方。因此將清楚的是，傳感器在此實施例中並非直接製造於基板之表面上而是製造於沈積於基板上之其他層的頂部上。如本文中所使用，在基板上形成層之步驟包括在形成於基板上之任何介入層之頂部上形成此層。
該傳感器可為諸如一麥克風之一電容性感測器。該傳感器可包含讀出電路(類比及/或數位)。傳感器及電路可一起設置於單一半導體晶片(例如，整合式麥克風)上。替代地，該傳感器可在一個晶片上，且該電路可設置於一第二晶片上。該傳感器可位於具有一聲音埠(亦即，一聲學埠) 之一封裝內。該傳感器可實施於一電子裝置中，該電子裝置可為以下各者中之至少一者：攜帶型裝置；電池供電式裝置；音訊裝置；計算裝置；通信裝置；個人媒體播放器；行動電話；平板電腦裝置；遊戲裝置；及語音控制裝置。
本發明之MEMS電容性傳感器可包含諸如麥克風之感測傳感器及/或諸如揚聲器之傳輸傳感器。在設備包含在同一基板上之複數個傳感器的情況下，在同一基板上可存在一或傳輸器及一或多個接收器。
任何給定態樣之特徵可與任何其他態樣之特徵組合，且本文中所描述之各種特徵可以任何組合實施於給定實施例中。
針對以上態樣中之每一者提供製造MEMS傳感器之關聯方法。
100‧‧‧電容性微機電系統(MEMS)麥克風裝置
101‧‧‧膜層
102‧‧‧第一電極
103‧‧‧第二電極
104‧‧‧背板結構/大體剛性結 構層或背板/膜電極
105‧‧‧基板
106‧‧‧上部氧化物層
107‧‧‧下部氧化物層
108‧‧‧基板空腔/背板電極
109‧‧‧第一空腔
110‧‧‧第二空腔
111‧‧‧放氣孔
112‧‧‧聲學孔
200‧‧‧積體微機電系統(MEMS)傳感器
300‧‧‧電容性微機電系統(MEMS)傳感器結構
301‧‧‧傳感器層或「微機電系統(MEMS)」層
302‧‧‧可移動膜
303‧‧‧膜電極
304‧‧‧背板
305‧‧‧嵌入式背板電極
400‧‧‧電路
401‧‧‧互補金屬氧化物半導體(CMOS)層
402‧‧‧基板
500‧‧‧導電外殼
501‧‧‧頂板
502‧‧‧深植入層
503‧‧‧側壁
504‧‧‧通孔
600‧‧‧積體微機電系統(MEMS)傳感器
601‧‧‧矽晶圓
602‧‧‧微機電系統(MEMS)傳感器結構
603a‧‧‧金屬膜電極
603b‧‧‧金屬背板電極
604‧‧‧金屬頂板
605‧‧‧側壁
606‧‧‧底板/金屬化層
607‧‧‧超深植入物
610‧‧‧互補金屬氧化物半導體(CMOS)電路
為了更佳地理解本發明且展示可如何實現本發明，現以實例方式參考附圖，在附圖中：圖1a以及圖1b展示已知電容性MEMS傳感器；圖2展示根據典型CMOS製程之穿過一些CMOS電路層之實例橫截面；圖3說明根據本發明之一個實施例之積體MEMS傳感器；圖4說明根據本發明之實施例的形成導電外殼之側壁之導電通孔的可能配置；以及圖5a至圖5c說明根據本發明之另一實施例且併有若干替代性底板設計之積體MEMS傳感器。
下文所描述之實例將關於MEMS麥克風與CMOS電路之整 合來描述。然而，應瞭解，一般教示應用於多種其他MEMS傳感器，包括揚聲器及壓力感測器以及併有整合於單一晶粒上之至少一個電路組件的任何其他MEMS傳感器。
圖3展示通常指示為200之積體MEMS傳感器，該積體MEMS傳感器包含電容性MEMS傳感器結構300、電路400及導電外殼500。傳感器300包含具有膜電極303之可移動膜302以及具有嵌入式背板電極305之背板304。傳感器形成於來自複數個傳感器層或「MEMS」層301的第一傳感器區中。電路400形成於來自複數個CMOS層401之第二電路區中，該複數個CMOS層藉由沈積適當金屬及金屬間介電質或層間介電材料來形成。在此實例中，傳感器層301形成於CMOS層401之頂部上。電路及MEMS傳感器設置於基板402上。在此實例中，基板402可被視為形成CMOS層中的一者。
膜電極303經由一或多個電互連件(圖中未示)及輸入佈線至電路組件中之一或多者(例如，圖3中作為「A」提及)。背板電極305亦經由一或多個電互連件(圖中未示)及輸入佈線至電路組件中之一或多者(例如，圖3中作為「B」提及)。電路組件中之一者亦佈線至輸出(如圖3中作為「C」提及)。充當用於使入射電磁輻射衰減之法拉第籠的外殼500較佳但不必接地(GND)。
在此實施例中，導電外殼500由三個關鍵組件形成，即導電/金屬頂板501(或「頂部」)、深植入層502(或「底部」)以及側壁503(或「側」)形成，該等側壁連接頂板501與深植入層502以藉此提供包圍電路之導電外殼。頂板包含由至少一個金屬層形成之金屬板，該至少一個金屬層與CMOS處理相容且顯現用於使射頻干擾衰減之所需要導電性質。舉例而言，頂板501可方便地由鋁或銅形成。
在此實例中，深植入層形成導電外殼500之底板502。深植入層設置於矽基板402內，且藉由已知方法形成。
側壁503較佳由導電通孔形成。穿過電路層之通孔的形成藉由蝕刻孔穿過電路層之堆疊且接著用導電材料填充孔來達成。通孔可為大體上形成外殼之完整側壁的連續溝槽。替代地，通孔可為離散，較佳緊密地隔開之元件或「齒形結構」。圖4展示穿過電路層401之橫截面圖，以便說明促進層之電互連之通孔504的偏移重複型樣。實際上，側壁可被視為在籠內之籠。
在根據本發明之實施例的具有導電外殼之積體MEMS傳感器之製造期間，合適底板在沈積電路及傳感器層之前形成。底板經形成以便在由CMOS層形成之所欲電路組件下方延伸。數個可能底板設計可用於本發明之實施例之範疇內，該等實施例將參看圖5a至圖5c來論述。
在形成導電背板之後，必要CMOS電路使用對於熟習此項技術者將瞭解之標準處理技術(諸如，離子植入、光遮罩、金屬沈積及蝕刻)製造於電路區中。電路可包含但不限於以下各者中之一些或全部：放大器電路、電壓偏壓電路、濾波器電路、類比至數位轉換器及/或數位至類比轉換器、振盪器電路、電壓參考電路、電流參考電路及電荷泵電路。應瞭解，電路層將實際上越過基板之電路區發生變化以形成相異組件與組件之間的互連件。圖3中所說明且所有本發明之實例中的電路層僅出於說明目的。
在製造CMOS電路之後，形成複數個導電通孔，該等導電通孔連接底板與所欲頂板。因此，導電通孔形成最終導電外殼之側壁。
一旦已製造出了CMOS層，便可使用對於熟習此項技術者已知之技術來製造傳感器層。簡言之，膜之製造涉及製造膜層302，該膜層包含使用電漿增強型化學氣相沈積製程沈積達約(例如)0.4μm之厚度的氮 化矽。膜電極層亦經沈積並圖案化以形成膜電極303。膜電極可包含與CMOS處理相容之任何合適金屬，諸如鋁；且可藉由濺鍍來沈積。膜電極之厚度可為約0.05μm。背板層接著經沈積，且可較佳地包含與膜層相同的材料，諸如氮化矽。替代地，不同材料在需要時可用於背板層中之一或多者。背板電極可方便地由與膜電極相同之金屬形成，諸如鋁；且可為約1μm厚。
根據本發明之實施例，金屬頂板可在作為形成傳感器結構之部分進行之金屬化步驟中的一或多者期間形成。
因此，本發明之實施例之一優點為，外殼500可使用標準CMOS處理步驟與積體MEMS傳感器及電路之製造並行地製造以形成外殼之元件。換言之，法拉第外殼之產生與積體MEMS傳感器之產生合併，且可作為單一標準CMOS鑄造中之連續製程進行。因此，底板在基板內或頂部上之形成在電路層沈積之前進行。通孔側壁在製造電路層之後且在形成傳感器層之前形成。接著，金屬頂板在形成傳感器層之金屬電極期間較佳藉由沈積形成。因此，本發明之方法給予針對併有法拉第屏蔽件/外殼之積體傳感器之製造的真實CMOS製程。
圖5a至圖5c展示穿過根據本發明之另一實施例的形成於矽晶圓601上之積體MEMS傳感器600之橫截面，且說明三個替代性底板設計。MEMS傳感器結構通常指定為602，且包括金屬膜電極603a以及金屬背板電極603b。CMOS電路610設置於裝置之第二電路區中。藉由提供導電外殼來保護電路免受EM干擾影響，該導電外殼由金屬頂板604、形成側壁605之複數個導電通孔以及經組態以電連接外殼之四個側壁的底板606形成。在圖5a中，底板由形成於矽晶圓內之金屬化層606形成。在圖5b中，底板由形成於矽晶圓內之超深植入物607形成。在圖5c中，底板由下 伏於CMOS電路610之低電阻矽區形成。頂板604形成導電外殼之頂部，且包含金屬化層，該金屬化層在沈積對於傳感器結構需要(亦即，對於該對電極且對於提供傳感器結構與電路之間的電連接需要)之金屬層期間沈積。
應注意，上文所提及之實施例說明而非限制本發明，且熟習此項技術者將能夠在不脫離所附申請專利範圍之範疇的情況下設計許多替代實施例。詞語「包含」並不排除除請求項中所列之元件或步驟以外的元件或步驟之存在，「一」不排除複數個，且單一特徵或其他單元可滿足申請專利範圍中所陳述之若干單元的功能。申請專利範圍中之任何參考符號均不應視為限制其範疇。
200‧‧‧積體微機電系統(MEMS)傳感器
300‧‧‧電容性微機電系統(MEMS)傳感器結構
301‧‧‧傳感器層或微機電系統(MEMS)層
302‧‧‧可移動膜
303‧‧‧膜電極
304‧‧‧背板
305‧‧‧嵌入式背板電極
400‧‧‧電路
401‧‧‧互補金屬氧化物半導體(CMOS)層
402‧‧‧基板
500‧‧‧導電外殼
501‧‧‧頂板
502‧‧‧深植入層
503‧‧‧側壁

Claims (20)

  1. 一種積體MEMS傳感器，其包含一MEMS傳感器結構以及至少一個電路組件，該積體MEMS傳感器進一步包含一導電外殼，該導電外殼經提供使得該至少一個電路組件係在該導電外殼內部，且其中該MEMS傳感器結構係在該外殼外部。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之積體MEMS傳感器，其中該導電外殼包含上覆於該電路之一頂板。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之積體MEMS傳感器，其中該頂板由形成該傳感器結構之一層之至少一部分的材料形成。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之積體MEMS傳感器，其中該導電外殼包含下伏於該電路之一底板。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之積體MEMS傳感器，其中該導電外殼包含由複數個導電通孔形成之至少一個側壁，該複數個導電通孔延伸穿過該積體MEMS傳感器之一或多個層。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之積體MEMS傳感器，其中該導電外殼包含上覆於該電路之一頂板及下伏於該電路之一底板，其中該頂板及該底板係由複數個導電通孔連接，該複數個導電通孔延伸穿過該積體MEMS傳感器之一或多個層以形成該導電外殼之側壁。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之積體MEMS傳感器，其中該頂板包含亦形成該MEMS傳感器結構之一層的一導電層。
  8. 如申請專利範圍第4項、第6項或第7項所述之積體MEMS傳感器，其中該底板包含一植入層、一金屬層或一低電阻矽層中之至少一者。
  9. 一種積體MEMS傳感器，其包含設置於一單一基板上之一MEMS傳感器結構及電路，其中該MEMS傳感器結構由複數個傳感器層形成， 且其中在該MEMS傳感器結構之製造期間沈積之至少一個導電層形成上覆於該電路從而屏蔽該電路免受電磁輻射影響的一屏蔽件。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之積體MEMS傳感器，其中該屏蔽件電連接至一導電層，該導電層下伏於該電路以形成圍繞該電路之導電外殼。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之積體MEMS傳感器，其中該電路包含複數個CMOS層且進一步包含複數個導電通孔，該複數個導電通孔延伸穿過一或多個CMOS層以形成該導電外殼之側壁。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之積體MEMS傳感器，其中該傳感器結構包含一電容性MEMS傳感器，該電容性MEMS傳感器包含具有一膜電極之一可移動膜以及具有一背板電極之一背板。
  13. 一種包含一如申請專利範圍第1項所述之積體MEMS傳感器之MEMS傳感器封裝，該MEMS傳感器封裝進一步包含上覆於該積體MEMS傳感器之一封裝蓋。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之MEMS傳感器封裝，其包含電連接至該積體MEMS傳感器之基板的一封裝基板。
  15. 一種製造一積體MEMS傳感器之方法，該積體MEMS傳感器包含一基板上之一MEMS傳感器結構及至少一個電路組件，該方法包含：在該基板之一第一區上形成複數個CMOS層，其中該至少一個電路組件由該等CMOS層中之一或多者形成；在該基板之一第二區上形成複數個傳感器層以形成該MEMS傳感器結構；其中該方法包含沈積導電材料，該導電材料形成該MEMS傳感器結構之一導電層且亦形成上覆於該至少一個電路組件之一頂板，該頂板用於屏蔽該電路免受電磁輻射影響。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其進一步包含形成複數個導電通孔，該複數個導電通孔延伸穿過該等CMOS層中之一或多者以將該頂板連接至形成於該至少一個電路組件下方之一底板。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中共同導電材料層形成該MEMS傳感器結構之一背板的一層。
  18. 如申請專利範圍第15項、第16項或第17項所述之方法，其中形成複數個傳感器層之該步驟包含形成複數個背板層、至少一個犧牲結構及至少一個膜層，使得該至少一個犧牲結構之移除引起一可移動膜及一剛性背板。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其進一步包含沈積至少一個金屬層以形成一膜電極且沈積至少一個金屬層以形成一背板電極。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其進一步包含：在該膜電極與一個該電路組件之間形成一電連接；以及在該背板電極與一個該電路組件之間形成一電連接。
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