TW201936480A - 感測器裝置及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種感測器裝置包括微機電系統（MEMS）力感測器以及電容式加速度感測器。在製造感測器裝置之方法中，在第一基底之正面上製備MEMS力感測器的感測器部分。感測器部分包括壓阻元件及正面電極。在第一基底之背面上形成底部電極及第一電極。將具有電極襯墊及第二電極之第二基底附接至第一基底之底部，使得底部電極連接至電極襯墊，而第一電極面向第二電極且其間具有一間距。

Description

感測器裝置及其製造方法
近來已開發出微機電系統（micro-electro mechanical system；MEMS）裝置。MEMS裝置包括使用半導體技術製造以形成機械及電子特徵的裝置。MEMS裝置實施於壓力感測器、麥克風、致動器、鏡面、加熱器及/或列印機噴頭中。儘管現有裝置及用於形成MEMS裝置之方法對於其預期的目的通常已經足夠，但並非在所有方面都完全令人滿意。
應理解，以下揭露內容提供用於實施本發明的不同特徵的許多不同實施例或實例。下文描述組件及配置的特定實施例或實例以簡化本揭露內容。當然，此等組件及配置僅為實例，而非用以限制。舉例而言，元件之尺寸並不限於所揭露的範圍或值，但可取決於製程條件及/或元件的所要性質。此外，在以下描述中，在第二特徵上方或上形成第一特徵可包括第一特徵與第二特徵直接接觸地形成的實施例，且亦可包括在第一特徵與第二特徵之間可形成有額外特徵，使得第一特徵與第二特徵可不直接接觸的實施例。為簡單及清楚起見，各種特徵可按不同比例任意地拉伸。
此外，在本文中可使用空間相對術語，例如「在…下方」、「在…下面」、「下部」、「在…上方」、「上部」以及其類似者，以便於描述如圖式中所繪示之一個元件或特徵與另一元件或特徵的關係。除圖式中所描繪之定向以外，空間相對術語意欲涵蓋裝置在使用或操作中之不同定向。設備可以其他方式定向（旋轉90度或處於其他定向）且本文中所使用的空間相對描述詞可同樣相應地進行解譯。另外，術語「由…形成」可意味著「包括」或「由……組成」。在本揭露內容中，除非另有指示，否則A、B以及C中的至少一者意謂「A」、「B」、「C」、「A及B」、「A及C」、「B及C」或「A、B以及C」，且並不意謂一個來自A、一個來自B以及一個來自C。
圖1A及圖1B繪示根據本揭露內容的一實施例之感測器裝置之示意圖。圖1A繪示（自上方觀察的）平面圖，且圖1B繪示對應於圖1A之線X1-X1的截面視圖。
如圖1A及圖1B中所示，根據本揭露內容的一實施例之感測器裝置1 包括微機電系統（MEMS）感測器100 及電容式感測器200 。在一些實施例中，MEMS感測器100 為壓力感測器，其可稱為MEMS力感測器。在其他實施例中，MEMS感測器100 為麥克風。在一些實施例中，電容式感測器200 為加速度計，其可稱為電容式加速度感測器。在其他實施例中，電容式感測器200 為觸控式感測器。
在一些實施例中，MEMS感測器100 為壓阻力感測器。壓阻力感測器100 包括框架部52 、膜部（例如膜片）50 、安置於膜部50 中之壓阻元件20 以及安置於膜部50 下方且由框架部52 包圍之空腔56 ，如圖1A及圖1B中所示。在一些實施例中，壓阻力感測器100 更包括由空腔56 包圍之中央重量部54 ，如圖1A及圖1B中所示。框架部52 、膜部50 以及中央重量部54 可統稱為MEMS基底。
在一些實施例中，壓阻力感測器100 更包括：形成於MEMS基底之上表面上的第一絕緣層15 ；形成於第一絕緣層15 上之第二絕緣層25 ；一個或多個正面佈線圖案（例如電極，亦可稱為正面電極）30 ；以及連接壓阻元件20 與正面佈線圖案30 之一個或多個通孔導體（via conductor）40 。
如圖1A中所示，壓阻力感測器100 包括四個壓阻元件20 。空腔56 經密封以形成封閉空間。當壓阻力感測器100 外部的壓力與空腔56 內部的壓力不同時，膜部50 會變形。膜部50 的變形使得壓阻元件20 之電阻改變。四個壓阻元件20 電性連接以形成惠斯登電橋（Wheatstone bridge），且電阻改變對應於使用惠斯登電橋量測之所施加壓力。在一些實施例中，放大電路（例如電晶體）整合於壓阻力感測器100 中以輸出對應於所施加壓力之信號。在其他實施例中，壓阻力感測器100 為麥克風且空腔56 未密封。
在一些實施例中，MEMS基底由諸如矽之半導體材料形成。在一些實施例中，矽基底為經P、As及/或Sb（n型）或B（p型）摻雜之重度摻雜矽基底。在一些實施例中，膜部50 的厚度介於約1微米至100微米之範圍內，且在其他實施例中，所述厚度介於約5微米至50微米之範圍內。壓阻元件20 由MEMS基底之膜部50 處的摻雜區形成。
如圖1B中所示，電容式感測器200 包括由第一電極55 及第二電極65 形成之電容器210 。在一些實施例中，第一電極55 與第二電極65 之間的間距介於約0.5微米至約2微米之範圍內，且在其他實施例中，所述間距介於約0.8微米至約1.2微米之範圍內。
在一些實施例中，電容式感測器200 為偵測加速度之加速度計。當向中央重量部54 施加力時，電容式感測器200 以電容值改變之形式來偵測中央重量部54 之位移。可使用方程式a = F/m = kx/m來計算加速度，其中a為加速度，F為力，k為彈簧常數（膜部之剛度），x為位移，且m為中央重量部54 之質量。
在一些實施例中，第二電極65 安置於電容式感測器側基底60 之主表面上，如圖1B中所示。一個或多個電容式感測器側電極78 亦安置於所述電容式感測器側基底60 之所述主表面上。在一些實施例中，第二電極65 電性耦接至電容式感測器側電極78 中之一者。此外，電極襯墊76 安置於電容式感測器側電極78 上。
在MEMS基底中，底部電極72 安置於框架部52 之底表面上。在一些實施例中，電極襯墊74 安置於底部電極72 上，如圖1B中所示。此外，在一些實施例中，提供穿過框架部52 之導電連接件45 ，以電性連接正面佈線圖案30 與底部電極72 。當MEMS基底由具有低電阻率之摻雜矽形成時，絕緣層44 安置於導電連接件45 與框架部52 之間。在一些實施例中，導電連接件45 包括金屬材料。在其他實施例中，導電連接件45 為矽柱，其由框架部52 之半導體材料的一部分形成，且被絕緣層44 包圍。
如圖1B中所示，形成於壓阻力感測器100 之底部上的電極襯墊74 ，以連接至形成於電容式感測器側基底60 之主表面上的電極襯墊76 。在一些實施例中，電極襯墊76 與電極襯墊74 藉由共晶接合（eutectic bonding）連接。底部電極72 、電極襯墊74 、電極襯墊76 以及電容式感測器側電極78 構成連接電極70 ，其連接MEMS基底與電容式感測器側基底60 。
在一些實施例中，如圖1A中所示，電子電路90 安置於壓阻力感測器100 上。電子電路90 包括例如放大器、信號處理器及/或輸入/輸出（I/O）電路。電子電路90 電性耦接至壓阻力感測器100 及電容式感測器200 之壓電元件，且接收來自壓阻力感測器100 之信號及來自電容式感測器200 之信號。在一些實施例中，電子電路90 為形成於半導體MEMS基底中之半導體元件。在其他實施例中，電子電路90為積體電路（integrated circuit；IC），其與MEMS基底分開製造且附接至所述MEMS基底。
根據感測器裝置1 ，可藉由一個裝置量測施加至膜之壓力以及加速度（力）。
圖2A及圖2B繪示根據本揭露內容的另一實施例之感測器裝置2 之示意圖。圖2A繪示（自上方觀察的）平面圖，且圖2B繪示對應於圖2A之線X2-X2的截面視圖。與圖1A及圖1B中所描述之前述實施例相同或類似之材料、組態、尺寸及/或製程可用於以下實施例中，且可省略其詳細解釋。
在圖1A及圖1B中，電容式感測器側電極78 經由導電連接件45 電性連接至正面佈線圖案30 ，所述正面佈線圖案30 經由通孔導體40 連接至壓阻元件20 。在圖2A及圖2B之實施例中，電容式感測器側電極78 經由導電連接件45 電性連接至正面佈線圖案31 ，所述正面佈線圖案31 未經由通孔導體40 連接至壓阻元件25 。在一些實施例中，正面佈線圖案31 電性連接至電子電路90 。
圖3繪示根據本揭露內容的另一實施例之感測器裝置3 之示意圖。與圖1A至圖2B中所描述之前述實施例相同或類似之材料、組態、尺寸及/或製程可用於以下實施例中，且可省略其詳細解釋。
在圖3之實施例中，中央重量部54 由膜部50 及樑59 支撐。在一些實施例中，樑59 之厚度與中央重量部54 之厚度實質上相同。在其他實施例中，樑59 之厚度小於中央重量部54 之厚度。第一電極安置於中央重量部54 之底部上。在其他實施例中，第一電極安置於中央重量部54 之底部及樑59 之底部上。
圖4A至圖9繪示根據本揭露內容的一實施例之感測器裝置之製造操作的各個階段。應理解，可在由圖4A至圖9所示的製程之前、期間以及之後提供額外操作，且針對方法的額外實施例，可替換或除去下文所描述操作中的一些。操作/製程的順序是可互換的。與圖1A至圖3中所描述之前述實施例相同或類似之材料、組態、尺寸及/或製程可用於以下實施例中，且可省略其詳細解釋。
圖4A至圖7繪示MEMS感測器側結構之製造操作的各個階段。如圖4A中所示，在MEMS基底11 上製造壓阻力感測器100 之表面結構及電子部件。在一些實施例中，MEMS基底11 為Si。在某些實施例中，MEMS基底11 為p型Si，且在其他實施例中，MEMS基底11 為n型Si。在一些實施例中，MEMS基底11 之厚度介於約300微米至約1000微米之範圍內。在某些實施例中，MEMS基底為本徵Si。電子部件包括壓阻元件20 、通孔導體40 以及正面佈線圖案30 ，且表面結構包括第一絕緣層15 及第二絕緣層25 。在一些實施例中，第一絕緣層15 及第二絕緣層25 包括氧化矽類材料或氮化矽類材料，諸如SiO2 、SiN以及SiON。
隨後，如圖4B中所示，將虛設基底300 附接至MEMS基底11 之正面。在一些實施例中，虛設基底300 為Si基底，且藉由熔合接合（fusion bonding）而接合至第二絕緣層25 。
在附接虛設基底300 之後，藉由使用一個或多個微影操作及蝕刻操作在MEMS基底11 中形成穿孔41 ，如圖4B中所示。隨後，在穿孔41 之內壁上形成絕緣層44 ，且在穿孔中填充導電材料，從而形成導電連接件45 ，如圖5A中所示。絕緣層44 可藉由化學氣相沈積法（chemical vapor deposition；CVD）、熱氧化法或化學氧化法形成。導電連接件45 之導電材料包括Al、Cu、W、Ti、TiN、Ta、TaN或任何其他合適材料。導電材料由CVD、物理氣相沈積法（physical vapor deposition；PVD）（包括濺鍍）或電鍍法形成，並且執行諸如化學機械研磨（chemical mechanical polishing；CMP）之平坦化操作以移除MEMS基底11 的背面上所形成的多餘材料。
隨後，如圖5B中所示，在MEMS基底11 的背面上形成電容式感測器200 之電容器的第一電極55 、底部電極72 以及電極襯墊74 。在一些實施例中，在MEMS基底11 的背面上形成用於第一電極55 及底部電極72 之第一導電層的覆蓋層，且在第一導電層上形成用於電極襯墊74 之第二導電層的覆蓋層。隨後，藉由使用一個或多個微影操作及蝕刻操作來圖案化第二導電層以形成電極襯墊74 ，且隨後藉由使用一個或多個微影操作及蝕刻操作來圖案化第一導電層以形成第一電極55 及底部電極72 。
在一些實施例中，用於第一電極55 及底部電極72 之第一導電層包括厚度介於約50奈米至約200奈米範圍內的TiN。在一些實施例中，用於電極襯墊74 之第二導電層包括厚度介於約500奈米至1200奈米範圍內的Al、AlCu及/或Cu。第一導電層及第二導電層可由CVD、PVD或電鍍法形成。
隨後，在MEMS基底11 的背面上形成光阻層310 以覆蓋電極襯墊74 、底部電極72 以及第一電極55 ，如圖6A中所示。
隨後，如圖6B中所示，藉由使用光阻圖案310 作為蝕刻罩幕，對MEMS基底11 進行蝕刻以形成空腔56 、框架部52 、中央重量部54 以及膜部50 。在一些實施例中，使用乾式蝕刻法及/或濕式蝕刻法。在濕式蝕刻法的情況下，蝕刻溶液可為四甲基氫氧化銨（tetramethylammonium hydroxide；TMAH）。
在蝕刻MEMS基底11 之後，移除光阻層310 ，且得到圖7中所繪示之結構。在其他實施例中，在形成電極襯墊74 、底部電極72 以及第一電極55 之前藉由使用光阻層310 進行蝕刻而形成空腔56 。
圖8A至圖8C繪示電容式感測器側結構之製造操作的各個階段。
如圖8A中所示，提供電容式感測器側基底360 。在一些實施例中，電容式感測器側基底360 為Si。在某些實施例中，電容式感測器側基底360 為p型Si，且在其他實施例中，電容式感測器側基底360 為n型Si。在一些實施例中，電容式感測器側基底360 之厚度介於約300微米至約1000微米之範圍內。在一些實施例中，修整電容式感測器側基底360 之邊緣以形成握持部365 ，如圖8A中所示。
隨後，在電容式感測器側基底360 之主表面上方形成用於電容式感測器之電容器之第二電極65 及電容式感測器側電極78 的第三導電層370 ，如圖8B中所示。此外，在第三傳導層370 上形成用於電極襯墊76 之第四導電層375 ，如圖8B中所示。
在一些實施例中，用於第二電極55 及電容式感測器側電極78 之第三導電層370 包括厚度介於約50奈米至約200奈米範圍內之TiN。在一些實施例中，用於電極襯墊76 之第四導電層375 包括厚度介於約300奈米至800奈米範圍內之Al、AlCu及/或Cu。在其他實施例中，用於電極襯墊76 之第四導電層375 包括Ge。第三導電層370 及第四導電層375 可由CVD、PVD或電鍍法形成。
隨後，藉由使用一個或多個微影操作及蝕刻操作來圖案化第四導電層375 以形成電極襯墊76 ，且隨後藉由使用一個或多個微影操作及蝕刻操作來圖案化第三導電層370 以形成第二電極65 及電容式感測器側電極78 ，如圖8C中所示。
隨後，將圖7中所示之MEMS側結構與圖8C中所示之電容式感測器側結構接合在一起，如圖9中所示。在接合時，MEMS側結構之電極襯墊74 共晶接合至電容式感測器側結構之電極襯墊76 。
隨後，在一些實施例中，對電容式感測器側基底360 之背側進行薄化，使得電容式感測器側基底360 的厚度介於約100微米至300微米之範圍內。隨後，分離虛設基底300 。由此，可得到圖1A至圖3中所示的感測器裝置1 至感測器裝置3 。
圖10A至圖18B繪示根據本揭露內容的另一實施例之感測器裝置之製造操作的各個階段。應理解，可在由圖10A至圖18B所示的製程之前、期間以及之後提供額外操作，且針對方法的額外實施例，可替換或除去下文所描述操作中的一些。操作/製程的順序是可互換的。與圖1A至圖9中所描述之前述實施例相同或類似之材料、組態、尺寸及/或製程可用於以下實施例中，且可省略其詳細解釋。
如圖10A中所示，在MEMS基底1011 之表面形成第一絕緣層1100 。在一些實施例中，第一絕緣層1100 為藉由熱氧化法形成之氧化矽層。在其他實施例中，第一絕緣層1100 可由CVD形成。在一些實施例中，第一絕緣層1100 之厚度介於約5奈米至約20奈米之範圍內。熱氧化法可為乾式氧化法或濕式氧化法。在一些實施例中，在MEMS基底1011 之正面及背面兩者上形成第一絕緣層1100 。
隨後，如圖10B中所示，在MEMS基底1011 之正面上形成壓阻元件1020 。壓阻元件1020 為n型區，且可藉由使用光阻圖案（未繪示）作為罩幕，經由離子植入而形成。在一些實施例中，向MEMS基底1011 之表面中植入磷（P）。
此外，如圖10C中所示，形成連接至壓阻元件1020 之內連區1022 。內連區1022 亦為n型區，其與壓阻元件1020 相比摻雜程度更高。內連區1022 可藉由使用光阻圖案（未圖示）作為罩幕，經由離子植入形成。在一些實施例中，向MEMS基底1011 之表面中植入磷（P）。
在離子植入操作之後，例如藉由使用稀釋氫氟酸（DHF）之濕式蝕刻法來移除第一絕緣層1100 ，如圖10D中所示。
隨後，如圖11A中所示，在MEMS基底1011 之正面上形成第二絕緣層1110 。第二絕緣層1110 可由CVD形成。在一些實施例中，第二絕緣層1110 為四乙氧基矽烷（tetraethyl orthosilicate；TEOS）層。在一些實施例中，第二絕緣層1110 之厚度介於約100奈米至約300奈米之範圍內。
藉由使用一個或多個微影操作及蝕刻操作，在第二絕緣層1110 中形成接觸開口1115 ，如圖11B中所示。
隨後，在接觸開口1115 中填充導電材料，從而形成通孔導體1040 及通孔導體1041 ，如圖11C中所示。在一些實施例中，導電材料包括W、Cu以及Al中之一者或多者。在某些實施例中，在形成W層之前，在MEMS基底1011 之正面上形成用於晶種層的Ti層及用於障壁層的TiN層，所述Ti層之厚度介於約20奈米至約40奈米之範圍內，所述TiN層之厚度介於約5奈米至約20奈米之範圍內。導電材料由CVD、物理氣相沈積法（PVD）（包括濺鍍）或電鍍法形成，且執行諸如化學機械研磨（CMP）之平坦化操作以移除第二絕緣層1110 之表面上所形成的多餘材料。
隨後，如圖11D中所示，在第二絕緣層1110 上方形成用於正面佈線圖案之一個或多個導電層。在一些實施例中，在第二絕緣層1110 上形成諸如TiN之底部層1120 ，在底部層1120 上形成諸如AlCu、Al或Cu之主金屬層1130 ，且在主金屬層1130 上形成諸如TiN之上部層1140 。在一些實施例中，底部層1120 之厚度介於約30奈米至約70奈米之範圍內，主金屬層1130 之厚度介於約600奈米至約1000奈米之範圍內，且上部層1140 之厚度介於約80奈米至約120奈米之範圍內。
此外，如圖12A中所示，圖案化導電層以形成正面佈線圖案1030 。
此外，如圖12B中所示形成鈍化層1025 。在一些實施例中，鈍化層1025 包括底部絕緣層1150 、中間絕緣層1160 以及上部絕緣層1170 。在一些實施例中，底部絕緣層1150 包括氧化矽，中間絕緣層1160 包括氮化矽，且上部絕緣層1170 包括氧化矽。鈍化層1025 之每一層可由CVD形成。在一些實施例中，底部絕緣層1150 之厚度介於約300奈米至約700奈米之範圍內，中間絕緣層1160 之厚度介於約200奈米至約400奈米之範圍內，且上部絕緣層1170 之厚度介於約300奈米至約700奈米之範圍內。
在某些實施例中，在鈍化層1025 之形成期間執行諸如CMP之一個或多個平坦化操作。
在一些實施例中，如圖12C中所示，圖案化鈍化層1025 之一部分，以在正面佈線圖案1030 上方形成一個或多個窗開口（window opening）1027 。在一些實施例中，窗開口1027 處的正面佈線圖案1030 上方之底部絕緣層1150 的剩餘厚度介於約200奈米至約400奈米之範圍內。
此外，在一些實施例中，修整MEMS基底1011 之邊緣以形成握持部1012 ，如圖13A中所示。
隨後，如圖13B中所示，將具有握持部1302 之虛設基底1300 附接至MEMS基底1011 之正面。在一些實施例中，虛設基底1300 為Si基底，其藉由熔合接合而接合至鈍化層1025 之上部絕緣層1170 。在某些實施例中，退火（annealing）操作是在介於約250℃至350℃範圍內之溫度下執行。
在一些實施例中，在附接虛設基底1300 之後，對虛設基底1300 進行薄化，以具有介於約200微米至400微米範圍內之厚度，如圖14A中所示。此外，在一些實施例中，翻轉基底，且隨後對MEMS基底1011 進行薄化，以具有介於約200微米至400微米範圍內之厚度。可藉由研磨方法或任何其他適合方法執行薄化操作。
此外，藉由一個或多個微影及蝕刻操作來圖案化MEMS基底1011 以形成穿過MEMS基底1011 之圓柱形中空體，從而形成導電柱1045 。隨後，用絕緣材料1044 填充圓柱形中空體。絕緣材料可為氧化矽。絕緣材料由CVD形成，且執行諸如化學機械研磨（CMP）之平坦化操作以移除在MEMS基底1011 之背面上所形成的多餘材料。
隨後，如圖15B中所示，在MEMS基底1011 之背面上形成電容式感測器之電容器的第一電極1055 、底部電極1072 以及電極襯墊1074 。在一些實施例中，在MEMS基底1011 的背面上形成用於第一電極1055 及底部電極1072 之第一導電層的覆蓋層，且在第一導電層上形成用於電極襯墊1074 之第二導電層的覆蓋層。隨後，藉由使用一個或多個微影操作及蝕刻操作來圖案化第二導電層以形成電極襯墊1074 ，且隨後藉由使用一個或多個微影操作及蝕刻操作來圖案化第一導電層以形成第一電極1055 及底部電極1072 。
在一些實施例中，用於第一電極1055 及底部電極1072 之第一導電層包括厚度介於約50奈米至約200奈米範圍內的TiN。在一些實施例中，用於電極襯墊1074 之第二導電層包括厚度介於約500奈米至1200奈米範圍內的Al、AlCu及/或Cu。第一導電層及第二導電層可由CVD、PVD或電鍍法形成。
隨後，在MEMS基底1011 的背面上形成光阻層1310 以覆蓋電極襯墊1074 、底部電極1072 以及第一電極1055 ，如圖16A中所示。
隨後，如圖16B中所示，藉由使用光阻圖案1310 作為蝕刻罩幕，對MEMS基底1011 進行蝕刻以形成空腔1056 、框架部1052 、重量部分1054 以及膜部1050 。在一些實施例中，使用乾式蝕刻法及/或濕式蝕刻法。在濕式蝕刻法的情況下，蝕刻溶液可為四甲基氫氧化銨（TMAH）。在蝕刻MEMS基底1011 之後，移除光阻層1310 ，且得到圖16B中所繪示之結構。在其他實施例中，在形成電極襯墊1074 、底部電極1072 以及第一電極1055 之前藉由使用光阻層1310 進行蝕刻而形成空腔1056 。
圖17A至圖17C繪示電容式感測器側結構之製造操作的各個階段。
如圖17A中所示，提供電容式感測器側基底1360 。在一些實施例中，電容式感測器側基底1360 為Si。在某些實施例中，電容式感測器側基底1360 為p型Si，且在其他實施例中，電容式感測器側基底1360 為n型Si。在一些實施例中，電容式感測器側基底1360 之厚度介於約300微米至約1000微米之範圍內。在一些實施例中，修整電容式感測器側基底1360 之邊緣以形成握持部1365 ，如圖17A中所示。
隨後，在電容式感測器側基底1360 之主表面上方形成用於電容式感測器之電容器之第二電極1065 及電容式感測器側電極1078 的第三導電層1370 ，如圖17B中所示。此外，在第三導電層1370 上形成用於電極襯墊1076 之第四導電層1375 ，如圖17B中所示。
在一些實施例中，用於第二電極1065 及電容式感測器側電極1078 之第三導電層1370 包括厚度介於約50奈米至約200奈米範圍內之TiN。在一些實施例中，用於電極襯墊1076 之第四導電層1375 包括厚度介於約300奈米至800奈米範圍內之Al、AlCu及/或Cu。在其他實施例中，用於電極襯墊1076 之第四導電層1375 包括Ge。第三導電層1370 及第四導電層1375 可由CVD、PVD或電鍍法形成。
隨後，藉由使用一個或多個微影操作及蝕刻操作來圖案化第四導電層1375 以形成電極襯墊1076 ，且隨後藉由使用一個或多個微影操作及蝕刻操作來圖案化第三導電層1375 以形成第二電極1065 及電容式感測器側電極1078 ，如圖17C中所示。
隨後，將圖16C中所示之MEMS側結構與圖17C中所示之電容式感測器側結構接合在一起，如圖18A中所示。在接合時，MEMS側結構之電極襯墊1074 共晶接合至電容式感測器側結構之電極襯墊1076 。
隨後，在一些實施例中，對電容式感測器側基底1360 之背側進行薄化，使得電容式感測器側基底1360 的厚度介於約100微米至300微米之範圍內。此外，移除窗開口中正面佈線圖案上方之剩餘底部絕緣層1050 。隨後，分離虛設基底1300 ，如圖18B中所示。
圖18B中所示之感測器裝置4 實質上類似於圖1A至圖3中所示之感測器裝置1至感測器裝置3。感測器裝置4 包括MEMS感測器1000 及電容式感測器2000 。
在一些實施例中，MEMS感測器1000 為壓阻力感測器，且包括框架部1052 、膜部（例如膜片）1050 、安置於膜部1050 中之壓阻元件1020 、安置於膜部1050 下方且由框架部1052 包圍之空腔1056 以及由空腔1056 包圍之中央重量部1054 。
在一些實施例中，壓阻力感測器1000 更包括：形成於MEMS基底之上表面上的第二絕緣層1110 ；鈍化層1025 ；一個或多個正面佈線圖案（例如電極）1030 ；以及連接壓阻元件1020 與正面佈線圖案1030 之一個或多個通孔導體1040 。在一些實施例中，鈍化層1025 包括多個層（例如層1150 、層1160 以及層1170 ）。壓阻力感測器1000 包括壓阻元件1020 及內連區1022 ，且內連區1022 連接至通孔導體1040 。
電容式感測器2000 包括由第一電極1055 及第二電極1065 形成之電容器。在一些實施例中，第一電極1055 與第二電極1065 之間的間距介於約0.5微米至約2微米之範圍內，且在其他實施例中，所述間距介於約0.8微米至約1.2微米之範圍內。在一些實施例中，第二電極1065 安置於電容式感測器側基底1360 之主表面上。一個或多個電容式感測器側電極1078 亦安置於電容式感測器側基底1360 之所述主表面上。在一些實施例中，第二電極1065 電性耦接至電容式感測器側電極1078 中之一者。此外，電極襯墊1076 安置於電容式感測器側電極1078 上。
在MEMS基底中，底部電極1072 安置於框架部1052 之底表面上。在一些實施例中，電極襯墊1074 安置於底部電極1072 上。此外，在一些實施例中，提供穿過框架部1052 的由絕緣層1044 包圍的柱1045 作為導電連接件，以電性連接正面佈線圖案1030 與底部電極1072 。
形成於壓阻力感測器1000 之底部上的電極襯墊1074 連接至形成於電容式感測器側基底1360 之主表面上的電極襯墊1076 。
根據感測器裝置4 ，可藉由一個裝置量測施加至膜之壓力以及加速度（力）。
如上文所闡述，本文中所描述的各種實施例或實例提供優於現有技術的若干優勢。應理解，本文中未必已論述所有優點，所有實施例或實例不需要特定優點，且其他實施例或實例可提供不同優點。
在本揭露內容中，感測器裝置包括一體成型的MEMS力感測器及電容式加速度感測器，且由此可藉由一個裝置量測施加至膜之力（例如壓力）及加速度。
根據本揭露內容之一個態樣，一種感測器裝置包括微機電系統（MEMS）力感測器及電容式加速度感測器。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，MEMS力感測器與電容式加速度感測器彼此電性耦接。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，電容式加速度感測器包括電容器，所述電容器具有第一電極及面向第一電極之第二電極，且第一電極安置於MEMS力感測器之底部上。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，MEMS力感測器包括框架部、膜部、安置於膜部中之壓阻元件、安置於膜部下方且由框架部包圍之空腔以及由空腔包圍之中央重量部。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，第一電極安置於中央重量部之底表面上。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，MEMS力感測器與電容式加速度感測器藉由安置於框架部之底部上的底部電極而彼此電性耦接。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，MEMS力感測器更包括正面電極以及穿過框架部且連接所述正面電極與底部電極之導電連接件。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，正面電極電性耦接至壓阻元件。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，膜部由半導體材料形成。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，壓阻元件為半導體材料之摻雜區。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，感測器裝置更包括電性耦接至MEMS力感測器及電容式加速度感測器之電路，以用於接收來自MEMS力感測器之信號及來自電容式加速度感測器之信號。
根據本揭露內容之另一態樣，一種感測器裝置包括MEMS感測器及電容式感測器。MEMS感測器包括框架部、膜部、安置於膜部中之壓阻元件、安置於膜部下方且由框架部包圍之空腔以及由空腔包圍之中央重量部。電容式感測器包括電容器，所述電容器具有第一電極及第二電極，所述第二電極面向第一電極。第一電極安置於中央重量部之底部上，且第二電極安置於基底之附接至框架部之底部的表面上。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，MEMS感測器更包括正面電極以及穿過框架部且連接所述正面電極與底部電極之導電連接件。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，框架部由半導體材料形成。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，導電連接件為由半導體材料之一部分形成的柱，且藉由絕緣層與框架部分隔。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，導電連接件由金屬材料形成。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，金屬材料與框架部隔離。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，正面電極電性連接至壓阻元件。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，感測器裝置更包括電性耦接至MEMS力感測器及電容式加速度感測器之電路，其用於接收來自MEMS力感測器之信號及來自電容式加速度感測器之信號。正面電極電性耦接至所述電路。
根據本揭露內容之另一態樣，一種感測器裝置包括MEMS感測器及電容式感測器。MEMS感測器包括框架部、膜部、安置於膜部中之壓阻元件、具有十字形狀且連接至框架部之樑部分、連接至樑之重量部分以及安置於膜部下方且由框架部及樑部分包圍之空腔。電容式感測器包括電容器，所述電容器具有第一電極及第二電極，所述第二電極面向第一電極，且所述第一電極安置於重量部分之底部上，並且所述第二電極安置於基底之附接至框架部之底部的表面上。
根據本揭露內容之一個態樣，在一種製造感測器裝置之方法中，在第一基底之正面上方製備微機電系統（MEMS）壓力感測器的感測器部分。感測器部分包括壓阻元件及正面電極。在第一基底之背面上形成底部電極及第一電極。將具有電極襯墊及第二電極之第二基底附接至第一基底之底部，使得底部電極連接至電極襯墊，且第一電極面向第二電極並具有一定間距。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，藉由蝕刻第一基底之背面而進一步形成空腔及膜部。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，膜部由半導體材料形成。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，壓阻元件為半導體材料之摻雜區。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，進一步形成穿過第一基底之穿孔，且在所述穿孔中形成導電材料，從而形成導電連接件。正面電極連接至導電連接件，且將底部電極形成為連接至導電連接件。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，底部電極藉由共晶接合而連接至電極襯墊。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，正面電極電性耦接至壓阻元件。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，第二電極距基底之主表面的高度小於電極襯墊距所述主表面的高度。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，進一步形成保護層以至少覆蓋膜部，且支撐基底附接至所述保護層。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，在將MEMS感測器附接至電容式感測器的所述部分之後，移除支撐基板。
根據本揭露內容之另一態樣，在一種製造感測器裝置之方法中，製備MEMS感測器。MEMS感測器包括框架部、膜部、安置於膜部中之壓阻元件、安置於膜部下方且由框架部包圍之空腔以及由空腔包圍之中央重量部。在框架部之底部上形成底部電極，且在中央重量部之底部上形成第一電極。製備電容式感測器之一部分，所述部分包括基底、安置於所述基底之主表面上的第二電極以及安置於主表面上的電極襯墊。附接MEMS感測器與電容式感測器的所述部分，使得底部電極連接至電極襯墊，並且第一電極面向第二電極且其間具有一定間距，從而形成電容式感測器之電容器。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，底部電極藉由共晶接合而連接至電極襯墊。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，膜部由半導體材料形成。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，壓阻元件為半導體材料之摻雜區。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，在製備MEMS感測器時，形成穿過第一基底之穿孔，在所述穿孔中形成導電材料，從而形成導電連接件，並且將第一電極及底部電極形成為連接至導電連接件。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，形成保護層以至少覆蓋膜部，且支撐基底附接至所述保護層。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，在將MEMS感測器附接至電容式感測器的所述部分之後，移除支撐基板。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，在製備MEMS感測器時，形成穿過第一基底之圓柱形中空體，在所述圓柱形中空體中形成絕緣材料，從而形成導電柱，所述導電柱由半導體材料之一部分形成，並且將第一電極及底部電極形成為連接至所述導電柱。在前述實施例及以下實施例中之一者或多者中，第二電極距主表面的高度小於電極襯墊距主表面的高度。
根據本揭露內容之另一態樣，在一種製造感測器裝置之方法中，製備MEMS感測器。MEMS感測器包括框架部、膜部、安置於膜部中之壓阻元件、具有十字形狀且連接至框架部之樑部分、連接至樑部分之重量部分以及安置於膜部下方且由框架部及樑部分包圍之空腔。在框架部之底部上形成底部電極，且在重量部分之底部上形成第一電極。形成電容式感測器之一部分，所述部分包括基底、安置於基底之主表面上的第二電極以及安置於所述主表面上的電極。附接MEMS感測器與電容式感測器的所述部分，使得底部電極連接至電極襯墊，並且第一電極面向第二電極且其間具有一定間距，從而形成電容式感測器之電容器。
前文概述若干實施例或實例的特徵，使得本領域的技術人員可較好地理解本揭露內容的態樣。本領域的技術人員應理解，本領域的技術人員可容易使用本揭露內容作為設計或修改用於實現本文中所引入的實施例或實例的相同目的及/或達成相同優點的其他製程及結構的基礎。本領域的技術人員亦應認識到，此類等效構造並不脫離本揭露內容之精神及範圍，且本領域的技術人員可在不脫離本揭露內容的精神及範圍之情況下在本文中作出改變、替代及更改。
1、2、3、4‧‧‧感測器裝置
11、1011‧‧‧MEMS基底
15、1100‧‧‧第一絕緣層
20、1020‧‧‧壓阻元件
25、1110‧‧‧第二絕緣層
30、31、1030‧‧‧正面佈線圖案
40、1040、1041‧‧‧通孔導體
41‧‧‧穿孔
44‧‧‧絕緣層
45‧‧‧導電連接件
50、1050‧‧‧膜部
52、1052‧‧‧框架部
54、1054‧‧‧中央重量部
55、1055‧‧‧第一電極
56、1056‧‧‧空腔
59‧‧‧樑
60、360、1360‧‧‧電容式感測器側基底
65、1065‧‧‧第二電極
70‧‧‧連接電極
72、1072‧‧‧底部電極
74、76、1074、1076‧‧‧電極襯墊
78、1078‧‧‧電容式感測器側電極
90‧‧‧電子電路
100、1000‧‧‧MEMS感測器
200、2000‧‧‧電容式感測器
210‧‧‧電容器
300、1300‧‧‧虛設基底
310、1310‧‧‧光阻層
365、1012、1365‧‧‧握持部
370、1370‧‧‧第三導電層
375、1375‧‧‧第四導電層
1022‧‧‧內連區
1025‧‧‧鈍化層
1027‧‧‧窗開口
1044‧‧‧絕緣材料
1045‧‧‧導電柱
1115‧‧‧接觸開口
1120‧‧‧底部層
1130‧‧‧主金屬層
1140‧‧‧上部層
1150‧‧‧底部絕緣層
1160‧‧‧中間絕緣層
1170‧‧‧上部絕緣層
當結合附圖閱讀時，自以下實施方式最好地理解本揭露內容。應強調的是，根據業界中的標準慣例，各種特徵未按比例繪製且僅用於說明的目的。事實上，可出於論述清楚起見，而任意地增加或減小各種特徵之尺寸。
圖1A及圖1B繪示根據本揭露內容的一實施例之感測器裝置之示意圖。
圖2A及圖2B繪示根據本揭露內容的一實施例之感測器裝置之示意圖。
圖3繪示根據本揭露內容的一實施例之感測器裝置之示意圖。
圖4A及圖4B繪示根據本揭露內容的一實施例之感測器裝置之製造操作的各個階段。
圖5A及圖5B繪示根據本揭露內容的一實施例之感測器裝置之製造操作的各個階段。
圖6A及圖6B繪示根據本揭露內容的一實施例之感測器裝置之製造操作的各個階段。
圖7繪示根據本揭露內容的一實施例之感測器裝置之製造操作的各個階段中的一個階段。
圖8A、圖8B以及圖8C繪示根據本揭露內容的一實施例之感測器裝置之製造操作的各個階段。
圖9繪示根據本揭露內容的一實施例之感測器裝置之製造操作的各個階段中的一個階段。
圖10A、圖10B、圖10C以及圖10D繪示根據本揭露內容的另一實施例之感測器裝置之製造操作的各個階段。
圖11A、圖11B、圖11C以及圖11D繪示根據本揭露內容的另一實施例之感測器裝置之製造操作的各個階段。
圖12A、圖12B以及圖12C繪示根據本揭露內容的另一實施例之感測器裝置之製造操作的各個階段。
圖13A及圖13B繪示根據本揭露內容的另一實施例之感測器裝置之製造操作的各個階段。
圖14A及圖14B繪示根據本揭露內容的另一實施例之感測器裝置之製造操作的各個階段。
圖15A及圖15B繪示根據本揭露內容的另一實施例之感測器裝置之製造操作的各個階段。
圖16A及圖16B繪示根據本揭露內容的另一實施例之感測器裝置之製造操作的各個階段。
圖17A、圖17B以及圖17C繪示根據本揭露內容的另一實施例之感測器裝置之製造操作的各個階段。
圖18A及圖18B繪示根據本揭露內容的另一實施例之感測器裝置之製造操作的各個階段。

Claims (20)

  1. 一種感測器裝置，包括： 微機電系統（MEMS）力感測器，包括膜；以及 電容式加速度感測器，包括具有第一電極之電容器， 其中所述第一電極安置於所述膜之底表面上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的感測器裝置，其中所述MEMS力感測器與所述電容式加速度感測器彼此電性耦接。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的感測器裝置，其中： 所述電容式加速度感測器之所述電容器包括面向所述第一電極的第二電極。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的感測器裝置，其中所述MEMS力感測器包括： 框架部； 膜部； 壓阻元件，安置於所述膜部中；以及 空腔，安置於所述膜部下方且由所述框架部包圍。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的感測器裝置，其中： 所述MEMS力感測器更包括由所述空腔包圍之中央重量部，以及 所述第一電極安置於所述中央重量部之底表面上。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的感測器裝置，其中所述MEMS力感測器與所述電容式加速度感測器藉由安置於所述框架部之底部上的底部電極而彼此電性耦接。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的感測器裝置，其中所述MEMS力感測器更包括： 正面電極；以及 導電連接件，穿過所述框架部且連接所述正面電極與所述底部電極。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的感測器裝置，其中所述正面電極電性耦接至所述壓阻元件。
  9. 如申請專利範圍第4項所述的感測器裝置，其中所述膜部由半導體材料形成。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的感測器裝置，其中所述壓阻元件為所述半導體材料之摻雜區。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的感測器裝置，更包括電性耦接至所述MEMS力感測器以及所述電容式加速度感測器的電路，其用於接收來自所述MEMS力感測器之信號以及來自所述電容式加速度感測器之信號。
  12. 一種製造感測器裝置之方法，所述方法包括： 在第一基底之正面上方製備微機電系統（MEMS）力感測器之感測器部分，所述感測器部分包括壓阻元件以及正面電極； 在所述第一基底之背面上形成底部電極及第一電極；以及 將具有電極襯墊及第二電極之第二基底附接至所述第一基底之底部，使得所述底部電極連接至所述電極襯墊，並且所述第一電極面向所述第二電極且其間具有一間距。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的製造感測器裝置之方法，更包括藉由蝕刻所述第一基底之所述背面來形成空腔及膜部。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的製造感測器裝置之方法，其中所述膜部由半導體材料形成。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的製造感測器裝置之方法，其中所述壓阻元件為所述半導體材料之摻雜區。
  16. 如申請專利範圍第12項所述的製造感測器裝置之方法，更包括： 形成穿過所述第一基底之穿孔；以及 在所述穿孔中形成導電材料，從而形成導電連接件，其中： 所述正面電極連接至所述導電連接件，且 所述底部電極連接至所述導電連接件。
  17. 如申請專利範圍第12項所述的製造感測器裝置之方法，其中所述底部電極藉由共晶接合而連接至所述電極襯墊。
  18. 如申請專利範圍第12項所述的製造感測器裝置之方法，其中所述正面電極電性耦接至所述壓阻元件。
  19. 一種製造感測器裝置之方法，所述方法包括： 製備微機電系統（MEMS）感測器，所述MEMS感測器包括： 框架部； 膜部； 壓阻元件，安置於所述膜部中； 空腔，安置於所述膜部下方且由所述框架部包圍；以及 中央重量部，由所述空腔包圍，其中底部電極形成於所述框架部之底部上且第一電極形成於所述中央重量部之底部上； 製備電容式感測器之一部分，所述部分包括基底、安置於所述基底之主表面上的第二電極以及安置於所述主表面上的電極襯墊；以及 附接所述MEMS感測器與所述電容式感測器的所述部分，使得所述底部電極連接至所述電極襯墊，並且所述第一電極面向所述第二電極且其間具有一間距，從而形成所述電容式感測器之電容器。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的製造感測器裝置之方法，其中所述底部電極藉由共晶接合而連接至所述電極襯墊。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITUB20159497A1 (it) * 2015-12-24 2017-06-24 St Microelectronics Srl Dispositivo piezoelettrico mems e relativo procedimento di fabbricazione
JP7352076B2 (ja) * 2019-09-05 2023-09-28 ミツミ電機株式会社 圧力感知素子及び圧力センサ
CN112744779B (zh) * 2019-10-30 2024-02-23 台湾积体电路制造股份有限公司 微机电***及其制造方法
US11274037B2 (en) 2019-10-30 2022-03-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Dual micro-electro mechanical system and manufacturing method thereof
US10999684B1 (en) * 2020-01-17 2021-05-04 Sae Magnetics (H.K.) Ltd. MEMS microphone and method of manufacturing the MEMS microphone
US11959819B2 (en) * 2020-05-13 2024-04-16 Electronics And Telecommunications Research Institute Multi-axis strain sensor
FR3110284B1 (fr) * 2020-05-14 2023-01-13 Commissariat Energie Atomique Dispositif de détection utilisant une transduction piézorésistive
CN111627759B (zh) * 2020-06-08 2021-03-16 东南大学 一种基于驻极体的可重构驱动电压rf mems开关及其制备方法
CN117928791A (zh) * 2024-01-24 2024-04-26 武汉大学 一种单晶金刚石压敏芯片及其制备方法和高温压力传感器

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2776142B2 (ja) * 1992-05-15 1998-07-16 株式会社日立製作所 加速度センサ
JPH07260824A (ja) * 1994-03-25 1995-10-13 Omron Corp 半導体式物理量センサ
JPH10132682A (ja) 1996-11-05 1998-05-22 Hitachi Ltd 半導体圧力センサとその製造方法及びこれを用いた複合伝送器
KR100555650B1 (ko) 2003-12-22 2006-03-03 삼성전자주식회사 압력, 온도 및 가속도를 동시에 측정할 수 있는 ｍｅｍｓ센서와 그 제조방법, 및 그것을 사용하는 타이어 압력모니터링 시스템
JPWO2005062060A1 (ja) * 2003-12-24 2007-12-13 日立金属株式会社 半導体型３軸加速度センサ
WO2007139695A2 (en) * 2006-05-24 2007-12-06 Vladimir Vaganov Force input control device and method of fabrication
US20100116057A1 (en) * 2007-05-17 2010-05-13 Rohm Co., Ltd. Mems sensor and method of manufacturing the same
CN101329361B (zh) * 2008-05-30 2011-06-15 无锡市纳微电子有限公司 兼有测量压强、温度变化功能的微型硅加速度计及其加工方法
US8315793B2 (en) 2009-06-03 2012-11-20 Honeywell International Inc. Integrated micro-electro-mechanical systems (MEMS) sensor device
TWI414478B (zh) 2010-09-09 2013-11-11 Domintech Co Ltd 可同時量測加速度及壓力之微機電感測器
CN102408089A (zh) * 2010-09-20 2012-04-11 利顺精密科技股份有限公司 可同时量测加速度及压力的微机电传感器
DE102010061340B4 (de) * 2010-12-20 2014-09-04 Technische Universität Chemnitz Mehrkomponentenspritzgusssystem und Verfahren zu dessen Herstellung
KR101331685B1 (ko) * 2011-12-29 2013-11-20 삼성전기주식회사 관성센서 및 그 제조방법
TWI518804B (zh) * 2012-02-14 2016-01-21 Asia Pacific Microsystems Inc Monolithic compound sensor and its package
DE102012206732A1 (de) * 2012-04-24 2013-10-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Herstellen eines hybrid integrierten Bauteils
TWI528566B (zh) * 2013-06-24 2016-04-01 矽立公司 單晶積體絕對壓力感測器的結構及方法
WO2015115365A1 (ja) * 2014-01-28 2015-08-06 京セラ株式会社 センサおよびその製造方法
KR20150090629A (ko) 2014-01-29 2015-08-06 삼성전기주식회사 다기능 mems 센서
DE102014211188A1 (de) * 2014-06-12 2015-12-17 Robert Bosch Gmbh Vertikal hybrid integriertes Bauteil mit Interposer zur Stressentkopplung einer MEMS-Struktur und Verfahren zu dessen Herstellung
US9567209B1 (en) * 2015-09-03 2017-02-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Semiconductor structure and manufacturing method thereof

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