用于形成埋式下電極連同封裝的mems裝置的系統(tǒng)和方法
【專利說明】
[0001]本申請要求在2012年8月21日提交的美國臨時申請N0.61/691，662的優(yōu)先權(quán)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本公開涉及一種電容性微機電系統(tǒng)(MEMS)裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]對于許多電容性MEMS裝置，使用裝置結(jié)構(gòu)之上或之下的電極是裝置的基本操作的要求，或者極大地增加裝置的性能。電極中的一個或多個通常通過沉積導(dǎo)電膜、將導(dǎo)電層電隔離或通過在兩種導(dǎo)電材料之間簡單地添加間隔層來形成。
[0004]這種電容性MEMS裝置的電極構(gòu)型實現(xiàn)了通過靜電力使裝置保持固定在位的閉合環(huán)操作或?qū)υ撗b置的開環(huán)測量結(jié)果的不同感測。然而，用于制造電容性MEMS裝置的許多封裝方法不允許將上和下電極中的一個或兩者任意放置，或不允許任何這種平面外電極。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)一個實施例，一種形成MEMS裝置的方法包括:在絕緣體上硅(SOI)晶圓中限定第一電極；在第一層中形成第二電極，所述第一層位于SOI晶圓的上表面之上；在第二層中形成第三電極，所述第二層位于第一層的上表面之上；在第二層之上形成第一觸點，所述第一觸點通過第二層和第一層與第一電極電通信；在第二層之上形成第二觸點，所述第二觸點通過第二層與第二電極電通信；和在第二層之上限定出第三觸點，所述第三觸點與第三電極電通信。
[0006]在另一實施例中，一種MEMS裝置包括:絕緣體上硅(SOI)晶圓中的第一電極；第一層中的第二電極，所述第一層位于所述SOI晶圓的上表面之上；第二層中的第三電極，所述第二層位于第一層的上表面之上；第二層之上的第一觸點，所述第一觸點通過第二層和第一層與第一電極電通信；第二層之上的第二觸點，所述第二觸點通過第二層與第二電極電通信；和第二層之上的第三觸點，所述第三觸點與第三電極電通信。
【附圖說明】
[0007]圖1示出了合并了多個電極的傳感器裝置的側(cè)剖視圖，所述多個電極通過相應(yīng)的對應(yīng)觸點電連接至傳感器裝置的上側(cè)；
[0008]圖2示出了用于形成圖1的傳感器裝置的過程；
[0009]圖3示出了根據(jù)圖2的過程提供的絕緣體上硅(SOI)晶圓的側(cè)剖視圖；
[0010]圖4示出了根據(jù)圖2的過程提供的第二 SOI晶圓的側(cè)剖視圖；
[0011]圖5示出了沿著其間埋設(shè)有第一電極的相應(yīng)的氧化層鍵合的SOI晶圓和第二 SOI晶圓的側(cè)剖視圖；
[0012]圖6示出了圖5的晶圓構(gòu)型的側(cè)剖視圖，其中，第二 SOI晶圓的第一層具有被蝕刻出的且用介電材料再填充的溝槽；
[0013]圖7示出了圖6的晶圓構(gòu)型的側(cè)剖視圖，其示出了被圖案化后并覆蓋有氧化層的、以及使氧化層圖案化以形成觸點的部分后的第一層；
[0014]圖8示出了在通過附加的掩膜進行蝕刻操作以露出第一電極和SOI晶圓的基底層之后的圖7的晶圓構(gòu)型的側(cè)剖視圖；
[0015]圖9示出了圖8的晶圓構(gòu)型的側(cè)剖視圖，其中，第二層的第一外延部分具有被蝕刻出的且用介電材料再填充的溝槽；
[0016]圖10示出了圖9的晶圓構(gòu)型的側(cè)剖視圖，其中，第二層的第一外延部分和第二外延部分被蝕刻以露出埋氧化層的溝槽；
[0017]圖11示出了圖1的傳感器裝置的另一實施例的側(cè)剖視圖，其中，第一電極通過硅層中的第一高摻雜式式離子注入?yún)^(qū)域進一步限定；
[0018]圖12示出了傳感器裝置的側(cè)剖視圖，該傳感器裝置合并了由硅晶圓的硅層中的高摻雜式離子注入?yún)^(qū)域限定的第一電極；以及
[0019]圖13示出了傳感器裝置的側(cè)剖視圖，該傳感器裝置合并了通過在硅晶圓的硅層中堆疊第一高摻雜式離子注入?yún)^(qū)域和第二高摻雜式離子注入?yún)^(qū)域而限定的第一電極。
【具體實施方式】
[0020]為了促進對公開原理的理解的目的，現(xiàn)在將參考附圖中示出的并且在以下書面說明書中描述的實施例。應(yīng)當理解，并不意在由此限制公開的范圍。還應(yīng)理解的是，本公開包括對所示實施例進行的任何改變和修改，并且還包括本公開所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常會想到的對公開原理的進一步應(yīng)用。
[0021]在許多這些實施例中，MEMS傳感器可用于感測物理條件(比如加速度、壓力或溫度)和用于提供代表所感測的物理條件的電信號。這些實施例可在多種應(yīng)用場合中或隨多種應(yīng)用場合實施，比如汽車、家用器具、筆記本電腦、手持式或便攜式計算機、移動電話、智能手機、無線裝置、平板電腦、個人數(shù)據(jù)助手(TOA)、MP3播放器、攝像機、GPS接收器或?qū)Ш较到y(tǒng)、電子閱讀顯示器、投影儀、駕駛艙控制裝置、游戲控制臺、耳機、頭戴耳機、助聽器、可穿戴顯示設(shè)備、安全系統(tǒng)等。
[0022]圖1示出了傳感器裝置100，其包括第一硅部分102和鄰近第一硅部分102的第二娃部分103。第一埋氧化層104定位在第一娃部分102內(nèi)，以將第一娃部分102分成娃層106和基底層108。第一氧化層110定位在硅層106和第二硅部分103之間，以限定出第一電極112。
[0023]第一埋氧化層104和第一氧化層110的定位將第一電極112與第一硅部分102電隔離，并實現(xiàn)了第一電極112與第二硅部分103的部分之間的電隔離。垂直電互連部或第一觸點114用于提供從傳感器100的上側(cè)116到第一電極112的電隔離式接入。
[0024]第二硅部分103包括第一層118和第二層194，第二電極119限定在第一層118中，第三電極120限定在第二層194中。在所示的實施例中，第一層118包括具有可變形部分的功能器件，所述可變形部分被構(gòu)造成:能響應(yīng)于所施加的力而相對于電極移動或變形。第二觸點122、第三觸點124和第四觸點126被合并在第二硅部分103內(nèi)，以提供從傳感器100的上側(cè)116分別到第二電極119、第三電極120和基底層108的相應(yīng)的電隔離式接入。
[0025]用于形成在傳感器(比如傳感器裝置100)中使用的基底構(gòu)型的過程150參照圖2來論述。首先，提供第一硅部分102以用于進一步處理(框152)。在一個實施例中，第一硅部分102是晶圓，所述晶圓被處理以形成彼此電隔離的硅層106和基底層108。在該實施例中，第一埋氧化層104形成在第一硅部分102的表面上(框154)。第一埋氧化層104可以是通過熱氧化技術(shù)(其中，第一硅部分102暴露于氧氣和/或蒸汽)生長的二氧化硅頂層O
[0026]—層娃沉積在第一娃部分102的第一埋氧化層104上以形成娃層106，所述娃層106然后被圖案化以限定第一電極112(框156)。硅層106通過化學氣相沉積(CVD)或更特別地通過低壓化學氣相沉積(LPCVD)來沉積，硅層106也可通過外延層生長或通過背磨(back-grind)過程使用硅晶圓鍵合來沉積。在一個實施例中，硅層106沉積成大約0.1-3 μ m的厚度。硅層106的圖案化形成了界定第一電極112的第一第一電極溝槽190和第二第一電極溝槽192。硅層106可通過能夠使圖案轉(zhuǎn)變成實質(zhì)形態(tài)的任何過程來圖案化。
[0027]第一氧化層110的第一部分128形成在沉積后且圖案化后的硅層106上，以根據(jù)本公開的原理提供第一電極112的適當?shù)碾姼綦x(框158)。第一氧化層110的第一部分128可通過熱氧化作用生長或通過現(xiàn)有沉積過程來沉積?？蛇x地，第一氧化層110的第一部分128可使用拋光過程(比如化學機械拋光/平坦化(CMP))進行平整化。
[0028]在一個實施例中，第一硅部分102是絕緣體上硅(SOI)晶圓，其設(shè)有已經(jīng)由埋氧化層隔開的硅層106和基底層108。在該實施例中，硅層106被圖案化且第一氧化層110的第一部分128形成在硅層106上，以提供第一電極112的適當?shù)碾姼綦x。
[0029]另外，提供第二硅部分103以用于進一步處理(框160)。第二硅部分103可提供為空白晶圓或SOI晶圓。在至少一個實施例中，第二硅部分103具有厚度為大約10-40 μm的第一層118。通過在第一層118上形成第一氧化層110的第二部分129和將第一氧化層110的第二部分129圖案化來加工處理第二硅部分103 (框162)。類似于埋氧化層104和第一氧化層110的第一部分