一種含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器及其制造方法

一種含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器及其制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器，基于SOI晶圓制作，所述的SOI晶圓依次設置有襯底、中間氧化層、器件層，采用側面摻雜，在加速度傳感器的部分懸臂梁側壁形成壓阻條，部分懸臂梁側壁形成自檢測電極；側壁形成的壓阻條可以減小軸向串擾，自檢測的方式是利用靜電力模擬加速度輸入引起的加速度傳感器懸臂梁產生的形變，從而檢測加速度傳感器的性能，檢測方式完全與IC檢測探針臺兼容。采用正面釋放加速度傳感器，加工一致性高，器件面積小。本發明還提供了一種含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器的制造方法，實現可以進行晶圓級自檢測的面內壓阻式加速度傳感器的結構與加工工藝。
【專利說明】
一種含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器及其制造方法
技術領域
[0001]本發明涉及半導體制造技術，具體涉及含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器及其制造方法。
【背景技術】
[0002]目前壓阻式加速度傳感器的晶圓級標定與檢測非常困難。產業界還沒有成熟的技術，一些測試廠家(例如芬蘭的AFORE公司)提供了晶圓級的壓阻式加速度測試方案，但是需要定制特殊的測試夾具和探針卡，使得測試的固定資產投入和成本很高。
[0003]目前壓阻式加速度傳感器只能在封裝成模塊產品以后利用測試臺做模塊級的檢測。一旦出現加速度傳感器失效，那么損失的不僅包括加速度傳感器，還包括模塊的封裝成本以及模塊內集成的其他器件，例如控制1C。因此產業界急需一種壓阻式加速度傳感器，可以進行晶圓級的測試、標定，在封裝成模塊之前就剔除不良產品，降低由于傳感器失效造成的成本損失。
[0004]美國專利US6389899B1披露了一種采用SOI晶圓制作壓阻式面內加速度傳感器，在懸臂梁的一側進行輕摻雜，形成壓阻條;在懸臂梁的另一側進行重摻雜，形成電學導線。其壓阻條摻雜技術采用傾斜離子注入方法，此種方法不是常規CMOS離子注入方式，需要特殊的設備，不利于量產的代工廠轉移，同時也沒有集成晶圓級自檢測功能，不利于芯片的產業化測試工作。
[0005]也有文章公開披露壓阻式面內加速度傳感器的制造方法，壓阻的形成方式是采用選擇性的生長，只有暴露出的硅表面才會生長壓阻條，而被氧化硅保護的硅表面則不會生長。但是其只能生長N型摻雜的壓阻條，而N型摻雜的壓阻條具有應力敏感系數具有不對稱性，因此制造出的傳感器線性度較差。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在于，針對現有技術的不足，提供一種含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器及其制造方法以解決上述技術問題。
[0007]本發明為實現上述目的所采用的技術方案為:
[0008]一種含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器，基于SOI晶圓，所述的SOI晶圓依次設置有襯底、中間氧化層、器件層，其特征在于，所述的器件層上設置有掩模層，所述的器件層設置有重摻雜區，貫穿所述掩模層、所述器件層、所述中間氧化層的釋放槽、釋放孔，通過所述釋放槽。釋放孔刻蝕，釋放加速度傳感器的可動結構，所述可動結構具有懸臂梁，所述懸臂梁的側壁一部分設置有壓阻條，所述懸臂梁的側壁一部分設置有自檢測電極。
[0009]優選地，所述的器件層為N型摻雜。
[0010]優選地，所述的重摻雜區為P型摻雜。
[0011 ]優選地，所述壓阻條和自檢測電極為P型輕摻雜。
[0012]優選地，所述器件層、所述中間氧化層設置有隔離槽，所述隔離槽側壁為絕緣壁，并填充所述隔離槽，所述釋放槽與所述隔離槽具有部分重合，所述釋放槽和所述重摻雜區具有部分重合。
[0013]優選地，所述掩模層設置有接觸孔，接觸孔內沉積金屬并與重摻雜區電接觸，通過掩膜層表面沉積的金屬連線引出形成傳感器金屬引腳。
[0014]優選地，所述掩模層設置有鈍化層，通過刻蝕所述鈍化層暴露所述傳感器的金屬引腳。
[0015]優選地，所述鈍化層設置有一質量塊。
[0016]優選地，所述SOI晶圓上還設置有保護蓋。
[0017]本發明還提供一種含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器制造方法，基于SOI晶圓，所述的SOI晶圓依次設置有襯底、中間氧化層、器件層，包括以下步驟:
[0018]在所述器件層生長第一層掩模層，圖形化并刻蝕透所述掩模層、所述器件層和所述中間氧化層形成隔離槽；
[0019]去除第一層掩膜層并重新生產第二層掩膜層，圖形化，在所述器件層形成重摻雜區；
[0020]圖形化、刻蝕所述掩模層、所述器件層、所述中間氧化層形成釋放槽、釋放孔；
[0021]進行側壁摻雜，在加速度傳感器結構的懸臂梁一部分側面形成壓阻條，懸臂梁一部分側面形成自檢測電極。
[0022]優選地，還包括如下步驟:
[0023]在所述隔離槽側壁制作一層絕緣壁；
[0024]并填充所述隔離槽。
[0025]優選地，所述釋放槽與所述隔離槽具有部分重合，所述釋放槽和所述重摻雜區具有部分重合。
[0026]優選地，還包括如下步驟:
[0027]圖形化，并刻蝕所述掩模層，形成接觸孔；
[0028]在所述接觸孔內沉積金屬與重摻雜區實現電接觸，并通過掩膜層表面沉積的金屬連線引出形成傳感器金屬引腳。
[0029]優選地，還包括如下步驟:
[0030]在所述掩模層上淀積鈍化層并圖形化、刻蝕出傳感器金屬引腳的打線孔，刻蝕所述鈍化層露出所述釋放槽和所述釋放孔。
[0031]優選地，還包括如下步驟:
[0032]在所述加速度傳感器可動結構上方的鈍化層沉積一質量塊。
[0033]優選地，還包括如下步驟:
[0034]通過所述釋放槽和所述釋放孔刻蝕，釋放加速度傳感器的可動結構。
[0035]優選地，還包括如下步驟:
[0036]在所述SOI晶圓上鍵合一保護蓋。
[0037]與現有技術相比，本發明的面內壓阻式加速度傳感器，在懸臂梁側壁形成壓阻條，側壁形成的壓阻條可以減小軸向串擾，采用正面釋放加速度傳感器，加工一致性高，器件面積小。自檢測的方式是利用靜電力模擬加速度引起加速度傳感器懸臂梁產生的形變，從而檢測加速度傳感器的性能，檢測方式完全與IC檢測探針臺兼容。
[0038]下面結合附圖對該發明進行具體敘述。
【附圖說明】
[0039]圖1為本發明第一實施例的結構示意圖。
[0040]圖2為本發明第一實施例的制造方法的流程圖。
[0041 ]圖3A-3L為本發明第一實施例的制造方法的工藝流程示意圖。
[0042]圖4為本發明第二實施例半成品的結構示意圖。
[0043]圖5-圖7為本發明第一實施例的原理圖。
【具體實施方式】
[0044]附圖1是本發明第一實施例的一種含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器的結構示意圖，圖2為本發明第一實施例的制造方法的流程圖，圖3A-3L為本發明第一實施例的制造方法的工藝流程示意圖。
[0045]如圖1、2、3A_3L所示，一種含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器及其制造方法:
[0046]參看圖3A，本發明實施例基于SOI晶圓I，依次設置有襯底101、中間氧化層102和器件層103，優選地，器件層103摻雜類型采用N型。
[0047]參看圖2，步驟201，同時參看圖3Ba_3Bb，3Ba為橫截面示意圖，3Ba為俯視示意圖。在器件層103表面生長制作一層掩模層104，圖形化并刻蝕透掩模層104、器件層103和中間氧化層102形成隔離槽105。
[0048]步驟202，同時參看圖3C，3C為橫截面示意圖。對刻蝕開的隔離槽105進行側壁電絕緣處理，形成一層絕緣壁106。制作絕緣壁106的方法，可以采用低壓化學氣象淀積低應力的氮化硅材料，并去除晶圓表面和隔離槽105底部的氮化硅材料，只在隔離槽105側壁保留氮化硅材料，最終形成一層絕緣壁106。也可以采用其他材料如熱氧化硅材料，或者熱氧化硅和氮化硅雙層材料等。
[0049]步驟203，同時參看圖3Da_3Db，3Da為橫截面示意圖，3Da為俯視示意圖。
[0050]用材料107填充隔離槽105。填充隔離槽105的材料107，可以采用低壓化學氣象淀積低應力的多晶硅材料，并去除掩模層104上的多晶硅材料，只保留在隔離槽105內的多晶硅。可選的其他方法包括淀積氧化硅材料，并去除掩模層104上的氧化硅材料等。
[0051 ]步驟204，同時參看圖3Ea_3Eb，3Ea為橫截面示意圖，3Eb為俯視示意圖。去除掩模層104，并重新生長一層新掩模層104;圖形化并形成重摻雜區108。重摻雜的方式可以是離子注入，也可以是擴散工藝，均是現有技術，在此不做贅述。優選地，采用P型重摻雜。
[0052]步驟205，同時參看圖3F，3F為橫截面示意圖。圖形化并刻蝕掩模層104，形成接觸孔 109。
[0053]步驟206，同時參看圖3Ga-3Gb、3Gb_A，3Ga為橫截面示意圖，3Gb為俯視示意圖，3Gb-A為3Gb圖中A部分的局部放大圖。圖形化釋放槽111和釋放孔112。在掩模層104上先制作一層光刻膠層110并圖形化釋放槽111，釋放孔112。其中釋放槽111與隔離槽105具有部分重合，釋放槽111與重摻雜區108部分重合，參見圖3Gb-A。
[0054]步驟207，同時參看圖3Ha_3Hb、3Ha為橫截面示意圖，3Hb為俯視示意圖。在釋放槽111槽內、釋放孔112孔內，刻蝕透掩模層104、器件層103和中間氧化層102，形成的釋放槽
111、釋放孔112直接貫通到襯底層101，從而使掩模層104、器件層103和中間氧化層102在釋放槽111形成加速度傳感器的結構118。然后去除光刻膠層110。
[0055]步驟208，同時參看圖3Ia_3Ib，3Ia為橫截面示意圖，31b為俯視示意圖。側面摻雜，加速度傳感器結構118具有懸臂梁119，在部分懸臂梁119側面形成壓阻條113，部分懸臂梁119側面形成自檢測可動電極120，并形成自檢測固定電極121。優選地，側面摻雜采用P型輕摻雜，摻雜方式采用擴散方法。比如采用固態硼硅玻璃作為P型摻雜源，則擴散完成以后，在暴露的表面和側壁會殘留氧化硅材料，去除晶圓表面和釋放槽111、釋放孔112底部的氧化硅材料，保留釋放槽111、釋放孔112側壁的氧化硅材料(用于后續釋放過程中對側壁的保護)；如果采取其他摻雜源，則摻雜完成以后淀積保護層，并去除晶圓表面和釋放槽底部的保護層，保留釋放槽111、釋放孔112側壁的保護層。
[0056]步驟209，同時參看圖3Ja_3Jb，3Ja為橫截面示意圖，3Jb為俯視示意圖。淀積金屬并圖形化，形成加速度傳感器的金屬引腳。淀積金屬，并圖形化，形成加速度傳感器金屬引腳 114。
[0057]步驟210，同時參看圖3K，3K為橫截面示意圖。淀積鈍化層115并圖形化出打線孔，刻蝕鈍化層115露出釋放槽111、釋放孔112。
[0058]步驟211，同時參看圖3L，3L為橫截面示意圖。釋放結構，鍵合保護蓋116。通過釋放槽111、釋放孔112釋放傳感器可動結構，釋放方法可以采用硅的干法各向同性刻蝕技術，例如使用二氟化氙氣體;保護蓋116的鍵合可以采用金屬共晶鍵合，例如鋁鍺共晶鍵合技術，也可以使用有機鍵合材料，例如苯并環丁烯。
[0059]圖4為本發明第二實施例的結構半成品示意圖。本發明第二實施例與本發明第一實施例的區別在于，在鈍化層115上設置一塊質量塊117，以增加加速度傳感器質量塊的質量，提高傳感器的靈敏度。質量塊可以采用如電鍍銅，采用半導體加工工藝附加即可。
[0060]本發明實施例的原理:
[0061 ] 參見圖5-圖7，如圖5所示，其中301-308為傳感器金屬引腳，401-404為加速度敏感壓阻條，501為測試固定電極I，502為測試固定電極2，503為測試可動電極。加速度敏感壓阻條通過重摻雜區、隔離槽及金屬布線，形成如圖6所示的加速度敏感壓阻電橋，用以檢測面內加速度的大小。
[0062]其自檢測的原理示意圖如圖7所示，在測試固定電極1(或者固定電極2)與測試可動電極之間施加電壓，由于靜電力作用，測試可動電極會帶動加速度傳感器可動結構發生面內的位移，模擬受到面內加速度載荷輸入的情況;這一測試方法不用施加真正的加速度載荷，只需要施加電學載荷，方便進行在線測試，檢測方式完全與IC檢測探針臺完全兼容。
[0063]當然，此發明還可以有其他變換，并不局限于上述實施方式，本領域技術人員所具備的知識，還可以在不脫離本發明構思的前提下作出各種變化，這樣的變化均應落在本發明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器，基于SOI晶圓，所述的SOI晶圓依次設置有襯底、中間氧化層、器件層，其特征在于，所述的器件層上設置有掩模層，所述的器件層設置有重摻雜區，貫穿所述掩模層、所述器件層、所述中間氧化層的釋放槽、釋放孔，通過所述釋放槽、釋放孔釋放加速度傳感器的可動結構，所述可動結構具有懸臂梁，所述懸臂梁的側壁一部分設置有壓阻條，所述懸臂梁的側壁一部分設置有自檢測電極。2.根據權利要求1所述的含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器，其特征在于，所述的器件層為N型摻雜。3.根據權利要求1所述的含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器，其特征在于，所述的重摻雜區為P型摻雜。4.根據權利要求1所述的含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器，其特征在于，所述壓阻條和自檢測電極為P型輕摻雜。5.根據權利要求1所述的含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器，其特征在于，所述器件層、所述中間氧化層設置有隔離槽，所述隔離槽側壁為絕緣壁，并填充隔離槽，所述釋放槽與所述隔離槽具有部分重合，所述釋放槽和所述重摻雜區具有部分重合。6.根據權利要求5所述的含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器，其特征在于，所述掩模層設置有接觸孔，接觸孔內沉積金屬并與重摻雜區電接觸，通過掩膜層表面沉積的金屬連線弓I出形成傳感器金屬引腳。7.根據權利要求6所述的含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器，其特征在于，所述掩模層設置有鈍化層，通過刻蝕所述鈍化層暴露所述傳感器金屬引腳。8.根據權利要求7所述的含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器，其特征在于，所述鈍化層設置有一質量塊。9.根據1-8任一一項權利要求所述的含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器，其特征在于，所述SOI晶圓上還設置有保護蓋。10.—種含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器制造方法，基于SOI晶圓，所述的SOI晶圓依次設置有襯底、中間氧化層、器件層，其特征在于，包括以下步驟: 在所述器件層生長第一層掩模層，圖形化并刻蝕透所述掩模層、所述器件層和所述中間氧化層形成隔離槽； 去除第一層掩膜層并重新生產第二層掩膜層，圖形化，在所述器件層形成重摻雜區； 刻蝕所述掩模層、所述器件層、所述中間氧化層形成釋放槽、釋放孔； 進行側面摻雜，在加速度傳感器的懸臂梁一部分側面形成壓阻條，懸臂梁一部分側面形成自檢測電極。11.根據權利要求10所述的含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器，其特征在于，還包括如下步驟: 在所述隔離槽側壁制作一層絕緣壁； 填充所述隔離槽。12.根據權利要求11所述的含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器，其特征在于，所述釋放槽與所述隔離槽具有部分重合，所述釋放槽和所述重摻雜區具有部分重合。13.根據權利要求12所述的含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器，其特征在于，還包括如下步驟: 圖形化，并刻蝕所述掩模層，形成接觸孔； 在所述接觸孔內沉積金屬與重摻雜區實現電接觸，并通過掩膜層表面沉積的金屬連線引出形成傳感器金屬引腳。14.根據權利要求13所述的含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器，其特征在于，還包括如下步驟: 在所述掩模層上淀積鈍化層并圖形化、刻蝕出傳感器金屬引腳的打線孔，刻蝕所述鈍化層露出所述釋放槽和所述釋放孔。15.根據權利要求14所述的含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器，其特征在于，還包括如下步驟: 在所述加速度傳感器可動結構上方的鈍化層沉積一質量塊。16.根據權利要求15所述的含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器，其特征在于，還包括如下步驟: 通過所述釋放槽和所述釋放孔，刻蝕并釋放加速度傳感器的可動結構。17.根據9-16任一一項權利要求所述的含有自檢測功能的面內壓阻式加速度傳感器，其特征在于，還包括如下步驟: 在所述SOI晶圓上鍵合一保護蓋。
【文檔編號】G01P15/12GK106093471SQ201610589538
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月26日 公開號201610589538.X, CN 106093471 A, CN 106093471A, CN 201610589538, CN-A-106093471, CN106093471 A, CN106093471A, CN201610589538, CN201610589538.X
【發明人】周志健, 朱二輝, 陳磊, 楊力建, 鄺國華
【申請人】上海芯赫科技有限公司