[发明专利]用于集成器件的衬底级组件、其制造工艺及相关集成器件

说明书

技术领域

本发明涉及集成器件，尤其是传感器件的衬底级组件(通常称为“晶 片级封装”)，涉及相应的制造工艺和相关集成器件。

背景技术

公知利用微制造技术制造半导体传感器(例如压力传感器、惯性传 感器、麦克风或气体传感器)，半导体传感器的工作是基于悬置在腔上 的膜的存在的。

具体而言，以本申请人名义提交的EP 1577656公开了一种压力传 感器及其制造工艺。详细地讲(图1)，由1表示的压力传感器被集成 到半导体材料制造的具有顶面2a的衬底2中，半导体材料尤其是单晶 硅。在衬底2之内形成埋藏腔3，并由柔性可变形膜4将其与顶面2a隔 开，该膜4悬置于埋藏腔3上方(具体而言，“埋藏腔”一词在此表示形 成于半导体材料单个主体之内、与其顶面相距一定距离的腔)。在这种 情况下，埋藏腔3还被隔离开并整个包含于衬底2之内。换能元件5， 即由扩散或注入掺杂剂原子而形成的压敏电阻器被设置于膜4中，其探 测膜4(由于外加电压导致)的形变，并产生作为要探测的压力的函数 的对应电信号。简言之，压力传感器1的制造工艺包括：在衬底2之内 形成多个深沟槽，由半导体材料制成的分隔壁将所述多个深沟槽彼此隔 开；然后在脱氧环境中执行外延生长以形成外延层，该外延层在顶部闭 合这些深沟槽；以及最后执行热退火步骤以形成埋藏腔3。在埋藏腔3 上方保留薄硅层，该薄硅层部分地由外延生长的硅原子构成，部分地由 迁移的硅原子构成；该硅层形成膜4。

2005年1月25日以本申请人名义提交的专利申请EP 05425028.7 描述了一种压电电阻加速度计和相应的制造工艺。详细而言(图2)， 由10表示的压电电阻加速度计具有基本类似于上述压力传感器1的结 构，因此用相同附图标记表示类似的部分，此外，该压电电阻加速度计 具有形成于膜4上，具体而言形成于膜4的大致几何中心处的惯性质量 11。该惯性质量11由例如银、锡、铜、铅、金或其他高密度金属的焊 接膏构成，所述高密度金属优选地具有高于7000kg/m³的密度。例如， 该惯性质量11包括柱形基部和半球形顶部，具有100μm和200μm之间 的半径和50μm和350μm之间的厚度(假定膜4的边大约为500μm，惯 性质量11的半径和膜4的边之间的比例在20％和40％之间)。

通过金属网淀积该惯性质量11，该金属网例如由镍或钢制成，在对 应于要淀积焊接膏的区域的位置具有适当的开口。此外，所述淀积伴随 有温度升高步骤，在该步骤期间，惯性质量11粘附到膜4的顶面，冷 却之后形成期望的形状。

将惯性质量11的重心G置于膜4之外，使得在使用期间作用于加 速度计10的加速度决定惯性质量11上的动量，这导致其沿相应方向倾 斜。惯性质量11的位移导致膜4的形变和压电电阻元件5的电阻率变 化，据此适当的探测电路确定作用于加速度计10上的加速度量。

前述专利申请No.EP 05425028.7进一步披露了(图3)在同一半导 体材料的衬底2的分开且不同的表面部分中的上述压力传感器1和加速 度计10的集成，特别是为了获得压力监测系统15，例如用于监测车辆 轮胎的充气压力的所谓轮胎压力监测系统(TPMS)。在使用时，将压 力监测系统15安装在轮胎的内表面上，压力传感器1测量其充气状态， 而加速度计10通过向压力传感器1提供测量开始信号并向耦合到其上 的电子电路提供数据收集信号来执行唤醒功能。特别地，加速度计10 探测轮胎在旋转期间的离心加速度。强度大于预设阈值的加速度代表车 辆运动的状态，因此导致压力监测的开始，从而将监测限制到测量运动 的时间间隔中。

此外，MEMS麦克风传感器是已知的，图4中示出了其实例。同样 将16表示的麦克风传感器集成到由半导体材料制成的、具有顶面2a的 衬底2中，该传感器包括形成于衬底2中并由悬置于埋藏腔3上方的膜 4与顶面2a隔开的埋藏腔3。膜4是固定的，具有多个孔(未示出)， 允许空气从外界环境通过孔进入埋藏腔3中。柔性且会因气压而运动的 传感器隔片17将埋藏腔3与形成于衬底2背部的后室18隔开。膜4和 传感器隔片17形成感测电容器的两个相对极板，该感测电容器的电容 随着它们的相对距离的变化而变化。在使用时，传感器隔片17因为抵 达埋藏腔3的声波而发生形变，从而导致感测电容器的电容值发生相应 变化。