專利名稱：用于制造壓阻的傳感器裝置的方法以及傳感器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造用于慣性傳感器的壓阻的傳感器裝置的方法，該傳感器裝置具有質(zhì)量元件、基體部件以及連接該質(zhì)量元件與基體部件的起到壓阻作用的臂。本發(fā)明還涉及一種相應(yīng)的壓阻的傳感器裝置以及相應(yīng)的慣性傳感器。
背景技術(shù)：
公開了用于慣性傳感器例如壓阻的加速度傳感器的壓阻的傳感器裝置-所謂的橫梁結(jié)構(gòu)_。該橫梁結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量元件(所謂的“振動(dòng)感應(yīng)的質(zhì)量”)、基體部件以及連接該質(zhì)量元件和基體部件的壓阻的臂(橫梁(den Biegebalken)).已知類型的具有這種傳感器裝置的壓阻的加速度傳感器是普遍的，相應(yīng)的質(zhì)量元件在作用的加速中在質(zhì)量元件和在傳感器內(nèi)部固定該裝置的基體部件之間的結(jié)構(gòu)化摻雜的并且構(gòu)造成所謂的橫梁的臂中引起機(jī)械應(yīng)力。在臂的結(jié)構(gòu)中在此形成的機(jī)械應(yīng)力通過壓阻效應(yīng)進(jìn)行測(cè)量。該臂的壓阻結(jié)構(gòu)的阻抗通常以全電橋連接來進(jìn)行電分析，也就是例如連在惠斯登電橋電路中。所求得的機(jī)械應(yīng)力可以在質(zhì)量元件的質(zhì)量已知時(shí)用于確定待決的加速度。這種用于慣性傳感器例如旋轉(zhuǎn)率傳感器和加速度傳感器的壓阻的傳感器裝置(橫梁結(jié)構(gòu))能夠基于共同的半導(dǎo)體基底進(jìn)行構(gòu)造。然而在此，具有質(zhì)量元件、基體部件以及連接該質(zhì)量元件和基體部件的臂的傳感器裝置大多數(shù)基于SOI技術(shù)(S0I 硅絕緣體技術(shù))進(jìn)行制造并且不能集成到這種傳感器的電子線路裝置的集成線路(IC)的制造過程中。

發(fā)明內(nèi)容
按本發(fā)明的具有權(quán)利要求1中所述特征的方法提供了以下優(yōu)點(diǎn)，即該方法可以比較簡(jiǎn)單地實(shí)施并且能夠集成到這種傳感器的電子線路裝置的集成線路的制造過程中。按本發(fā)明設(shè)置以下制造步驟(a)提供由用電絕緣層覆蓋的半導(dǎo)體基底構(gòu)成的預(yù)制品，該半導(dǎo)體基底具有摻雜區(qū)和非摻雜區(qū)或者以另一種形式摻雜的區(qū)域，其中所述預(yù)制品具有兩個(gè)區(qū)域，這兩個(gè)區(qū)域分別具有摻雜區(qū)域的兩個(gè)相互隔開的部分區(qū)域之一，(b)制造兩個(gè)穿過電絕緣層的缺口，其中第一缺口布置在摻雜區(qū)的第一部分區(qū)域中并且第二缺口布置在摻雜區(qū)的第二部分區(qū)域中，(c)制造穿過第一缺口直至摻雜區(qū)的第一觸點(diǎn)、穿過第二缺口直至摻雜區(qū)的第二觸點(diǎn)以及在電絕緣層上的從第一觸點(diǎn)至少延伸到第二部分區(qū)域上方的區(qū)域的導(dǎo)體電路，并且(d)通過局部的材料去除來分開所述兩個(gè)區(qū)域，除了兩個(gè)區(qū)域之間剩下的臂，其中所述臂具有在導(dǎo)體電路的區(qū)域內(nèi)兩個(gè)部分區(qū)域之間由摻雜材料構(gòu)成的接片、導(dǎo)體電路本身以及所述層的留在導(dǎo)體電路和接片之間的條帶。所述制造方法的結(jié)果是形成了用于慣性傳感器的壓阻的傳感器裝置，其具有質(zhì)量元件、基體部件以及連接質(zhì)量元件和基體部件的起到壓阻作用的臂，其中所述傳感器裝置的這些組件由共同的半導(dǎo)體基底制成。該半導(dǎo)體基底具有摻雜區(qū)域，該摻雜區(qū)域作為接片從基體部件延伸到質(zhì)量元件并且設(shè)有電絕緣的層，在該層上所述導(dǎo)體電路同樣從基體部件
3延伸到質(zhì)量元件并且其中所述摻雜區(qū)和導(dǎo)體電路借助于第一觸點(diǎn)通過質(zhì)量元件中的第一缺口相互進(jìn)行電接觸。所述傳感器裝置的范圍尤其小于100 μ m。這種裝置的一個(gè)臂、然而優(yōu)選這種裝置的多個(gè)臂在慣性傳感器的內(nèi)部連接在電橋電路(例如惠斯登電橋)中。在本發(fā)明的優(yōu)選設(shè)計(jì)方案中提出，借助于至少一個(gè)蝕刻過程進(jìn)行材料去除。分離步驟的局部的材料去除例如能夠通過掩膜蝕刻方法實(shí)現(xiàn)。在掩膜蝕刻方法中尤其借助于掩膜遮蓋所產(chǎn)生的臂、質(zhì)量元件以及基體部件的區(qū)域。所述蝕刻優(yōu)選是干蝕刻，尤其是去除材料的、支持等離子的、氣體化學(xué)的干蝕刻，這種干蝕刻特別在工業(yè)上用在半導(dǎo)體技術(shù)、微結(jié)構(gòu)工藝以及顯示技術(shù)中。口語也使用“等離子蝕刻”這個(gè)概念。由此，具體地指“化學(xué)干蝕刻”方法(CDE)。作為蝕刻氣體，人們優(yōu)選要么使用非稀釋的氟，要么使用氟一惰性氣體一混合物。非常常見的蝕刻氣體是六氟化硫(SF6)。尤其借助于各向異性以及各向同性的蝕刻過程構(gòu)成的組合來實(shí)現(xiàn)材料去除。這例如是挖溝過程(Trenchprozess)和純粹的SF6蝕刻構(gòu)成的組合。在此，挖溝過程是反應(yīng)的離子蝕刻的過程。在此，“各向異性的蝕刻”理解為微工藝的蝕刻方法，其中沿深度的蝕刻明顯快于側(cè)面的蝕刻。根據(jù)按本發(fā)明的方法的有利的設(shè)計(jì)方案規(guī)定，為了制造預(yù)制品首先局部地將半導(dǎo)體基底在其一個(gè)側(cè)面上進(jìn)行摻雜并且隨后在該側(cè)面的表面上設(shè)有電絕緣層。這種制造可以容易地用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的另一有利的設(shè)計(jì)方案規(guī)定，所述電絕緣層是介電層。根據(jù)本發(fā)明的另一有利的設(shè)計(jì)方案規(guī)定，所述半導(dǎo)體基底是無犧牲層 (opfenschichtfrei)的基底。尤其規(guī)定，所述半導(dǎo)體基底是硅基底。尤其規(guī)定，所述兩個(gè)部分區(qū)域之間的臂基體上線性延伸。在本發(fā)明的另一優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中規(guī)定，在分離步驟中也就是在步驟(d)中，在第一區(qū)域中將質(zhì)量元件一起結(jié)構(gòu)化。此外，本發(fā)明涉及一種用于慣性傳感器的壓阻的傳感器裝置，尤其根據(jù)前面所述方法制造的傳感器裝置，其具有質(zhì)量元件、基體部件以及連接質(zhì)量元件和基體部件的起到壓阻作用的臂，其中所述傳感器裝置是由共同的半導(dǎo)體基底制成的傳感器裝置并且該半導(dǎo)體基底具有摻雜區(qū)，該摻雜區(qū)作為接片從基體部件延伸到質(zhì)量元件并且設(shè)有電絕緣層，在該層上導(dǎo)體線路同樣從基體部件延伸到質(zhì)量元件。在此，摻雜區(qū)和導(dǎo)體電路借助于第一觸點(diǎn)通過質(zhì)量元件中的第一缺口相互電接觸。最后，本發(fā)明還涉及一種慣性傳感器，該慣性傳感器具有至少一個(gè)前面所述的壓阻的傳感器裝置以及在作為基體的共同的半導(dǎo)體基底上的構(gòu)造成集成線路的線路裝置。該線路裝置優(yōu)選包括電橋電路，在該電橋電路中連接壓阻的結(jié)構(gòu)，也就是傳感器裝置的接片。 該傳感器裝置的基體部件是基體的一部分。


下面根據(jù)對(duì)實(shí)施變型方案的描述詳細(xì)解釋本發(fā)明。附圖示出 圖1是所提供的具有帶有摻雜區(qū)域的半導(dǎo)體基底的預(yù)制品的俯視圖，
圖2是圖1的具有兩個(gè)延伸到摻雜區(qū)域的觸點(diǎn)以及從所述觸點(diǎn)中的第一個(gè)引出的導(dǎo)體電路的預(yù)制品，
圖3是除了剩余的臂在分開預(yù)制品的兩個(gè)區(qū)域之后的壓阻的傳感器裝置， 圖4是沿著圖2或者說圖3的線條A-A的剖視圖， 圖5是沿著圖3的線條B-B的剖視圖，以及圖6是沿著圖3的線條C-C的剖視圖。
具體實(shí)施例方式圖1到3分別以俯視圖示出了用于慣性傳感器的壓阻的傳感器裝置10的一步步的構(gòu)造。在圖3中完成的傳感器裝置10具有質(zhì)量元件12、基體部件14以及連接該質(zhì)量元件12和基體部件14的起到壓阻作用的臂16。圖4到6示出了在圖3中示出的制成的裝置 10在該裝置10的三個(gè)不同的區(qū)段中的剖視圖。圖1示出了具有半導(dǎo)體基底20的傳感器裝置10的所提供的預(yù)制品(半成品)18， 該半導(dǎo)體基底具有摻雜區(qū)域22以及至少部分地包圍該摻雜區(qū)域22的沒有摻雜的區(qū)域M 或者說以另一種形式摻雜的區(qū)域，其中該以另一種形式摻雜的區(qū)域具有不同于摻雜區(qū)域的另一種摻雜方式。所述半導(dǎo)體基底20優(yōu)選構(gòu)造成硅基底。覆蓋所述半導(dǎo)體基底20的表面的電絕緣的層沈沒有在圖1到3的俯視圖中示出，然而尤其可以在圖4的剖視圖中看到。 所述摻雜的區(qū)域22在該實(shí)施例中沒有延伸到半導(dǎo)體基底20的底部，而是在背后的區(qū)域中由沒有摻雜的或者說以另一種形式摻雜的區(qū)域M包圍。所述摻雜區(qū)域22從預(yù)制品18的第一區(qū)域觀(這里是在上面的附圖區(qū)域中示出的區(qū)域)延伸到第二區(qū)域30 (這里是在下面的附圖區(qū)域中示出的區(qū)域)?，F(xiàn)在，在制造方法的下面的方法步驟中制造兩個(gè)通過電絕緣的層沈的缺口 32、 34，其中第一缺口 32布置在摻雜區(qū)域22的第一部分區(qū)域36中并且第二缺口 34布置在摻雜區(qū)域22的第二部分區(qū)域38中。所述兩個(gè)部分區(qū)域36、38是摻雜區(qū)域22的相互對(duì)置的端部區(qū)域，其中所述第一部分區(qū)域36布置在預(yù)制品18的第一區(qū)域觀的內(nèi)部并且第二部分區(qū)域38布置在預(yù)制品18的第二區(qū)域30的內(nèi)部。所述缺口例如可以通過已知的蝕刻方法借助于掩膜進(jìn)行制造。隨后制造從第一缺口 32伸到摻雜區(qū)域22的第一觸點(diǎn)40，此外制造從第二缺口 34 同樣伸到摻雜區(qū)域22的第二觸點(diǎn)42，并且在電絕緣的層沈上制造從第一觸點(diǎn)40延伸到第二部分區(qū)域38上方的區(qū)域并且在第二區(qū)域30的內(nèi)部通過該區(qū)域延伸出來的導(dǎo)體電路44。 在此，所述觸點(diǎn)40、42以及導(dǎo)體電路44由金屬制成并且優(yōu)選借助于氣相分離(CVD或PVC， 例如噴涂)制成。所述導(dǎo)體電路44的第一端部段46接觸第一區(qū)域觀中的第一觸點(diǎn)40，第二端部段48-如第二觸點(diǎn)42 —樣-在傳感器裝置10制成時(shí)作為接觸區(qū)域50、52用于其電連接。前面所述的兩個(gè)方法步驟的結(jié)果在圖2中示出。附圖示出了具有長(zhǎng)形地從第一區(qū)域觀延伸到第二區(qū)域30的矩形摻雜區(qū)域22的正方形預(yù)制品18的俯視圖，在該摻雜區(qū)域的端部段中分別布置了具有觸點(diǎn)40、42的兩個(gè)部分區(qū)域36、38之一。所述導(dǎo)體電路44的中間段在兩個(gè)部分區(qū)域36、38之間以其縱軸線平行于矩形摻雜區(qū)域22的縱軸線以第一和第二區(qū)域觀、30之間最短的路徑延伸，而端部段46、48分別與矩形摻雜區(qū)域22的縱軸線垂直成角度地延伸。
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在制造方法的隨后的方法步驟中，所述兩個(gè)區(qū)域觀、30通過材料去除相互分開， 除了在兩個(gè)區(qū)域觀、30之間所剩下的臂16。所述臂16由接片54、導(dǎo)體電路44本身以及絕緣層沈的留在導(dǎo)體電路44和接片M之間的條帶56 (在圖5中示出)構(gòu)成，其中該接片由兩個(gè)部分區(qū)域36、38之間的在導(dǎo)體電路44區(qū)域內(nèi)的摻雜材料構(gòu)成。預(yù)制品18在兩個(gè)區(qū)域觀、30之間的界限區(qū)域內(nèi)的材料的材料去除借助于各向異性以及各向同性的蝕刻過程的組合來實(shí)現(xiàn)。在這里使用的硅基底中，也就是借助于各向異性和各向同性的硅蝕刻(例如挖溝過程和純粹的SF6蝕刻)實(shí)現(xiàn)由基底材料的-已經(jīng)在IC過程中為了制造慣性傳感器(傳感器裝置10也屬于該慣性傳感器)的連接裝置而高摻雜的-硅制成的接片M。圖3示出了完成的裝置10的俯視圖?？蛇\(yùn)動(dòng)地得到支承的振動(dòng)感應(yīng)的質(zhì)量(質(zhì)量元件12)位于臂16上。在該臂16的另一側(cè)上，該臂機(jī)械固定在基體部件14上(該基體部件與基底/基體一體連接)。所述接片M的摻雜構(gòu)造成面狀的并且在觸點(diǎn)40、42中由上面的金屬接觸。所述構(gòu)造成電介質(zhì)層的絕緣層26-如所說的那樣-為了清晰起見沒有在圖1 到3的俯視圖中繪出。在所述接觸區(qū)域50和52上實(shí)現(xiàn)電接觸。所示出的穿孔用于借助于上面所述的硅蝕刻過程進(jìn)行的消除。圖4到6示出了傳感器裝置在基體部件14的(剖面A-A)、臂16的(剖面B_B)以及質(zhì)量元件12 (C-C)的區(qū)域內(nèi)的三個(gè)橫截面。在此，圖4示出了基體部件(也就是基體的一部分)14，其具有半導(dǎo)體基底20的摻雜區(qū)域22以及沒有摻雜或者以另一種形式摻雜的區(qū)域24，以及在具有缺口 34的表面上的絕緣層26。所述缺口 34由觸點(diǎn)42穿過，該觸點(diǎn)形成了第一接觸區(qū)域50。此外，在絕緣層 26上所述導(dǎo)體電路44的第二端部段48位于相同的高度上，該端部段形成了第二接觸區(qū)域 52。圖5示出了臂16，其具有由摻雜的半導(dǎo)體材料制成的接片54、絕緣層沈的剩余的條帶56以及可用作“回路”的金屬導(dǎo)體電路44。基體60位于其下面。最后，圖6示出了質(zhì)量元件12以及與質(zhì)量元件12隔開布置的基體60。由此，能夠借助于所提到的制造方法基于壓阻的變流原理制造結(jié)構(gòu)非常小的慣性傳感器。在此，所述傳感器裝置的傳感器大小以及軸線可以選擇得小于ΙΟΟμπι邊長(zhǎng)。此外，該制造過程可以完全集成到用于制造傳感器電子器件的半導(dǎo)體過程中。
權(quán)利要求
1.用于制造用于慣性傳感器的壓阻的傳感器裝置(10)的方法，該傳感器裝置具有質(zhì)量元件(12)、基體部件(14)以及連接該質(zhì)量元件(12)和基體部件(14)的起到壓阻作用的臂(16)，借助于以下步驟進(jìn)行制造一提供由用電絕緣層(26)覆蓋的半導(dǎo)體基底(20)構(gòu)成的預(yù)制品(18)，該半導(dǎo)體基底具有摻雜區(qū)(22)和非摻雜區(qū)或者以另一種形式摻雜的區(qū)域(24)，其中所述預(yù)制品(18)具有兩個(gè)區(qū)域(28、30)，這兩個(gè)區(qū)域分別具有摻雜區(qū)(22)的兩個(gè)相互隔開的部分區(qū)域(36、 38)之一，一制造兩個(gè)穿過電絕緣層(26)的缺口(32、34)，其中第一缺口(32)布置在摻雜區(qū)(22) 的第一部分區(qū)域(36)中并且第二缺口(34)布置在摻雜區(qū)(22)的第二部分區(qū)域(38)中，一制造穿過第一缺口(32)直至摻雜區(qū)(22)的第一觸點(diǎn)(40)、穿過第二缺口(34)直至摻雜區(qū)(22)的第二觸點(diǎn)(42)以及在電絕緣層(26)上的從第一觸點(diǎn)(40)至少延伸到第二部分區(qū)域(38)上方的區(qū)域的導(dǎo)體電路(44)，并且一通過局部的材料去除來分開所述兩個(gè)區(qū)域(28、30)，除了兩個(gè)區(qū)域(28、30)之間剩下的臂(16)，其中所述臂(16)具有在導(dǎo)體電路(44)的區(qū)域內(nèi)兩個(gè)部分區(qū)域(36、38)之間由摻雜材料構(gòu)成的接片(54)、導(dǎo)體電路(44)本身以及所述層(26)的留在導(dǎo)體電路(44)和接片(54)之間的條帶(56)。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，借助于至少一個(gè)蝕刻過程，尤其借助于由各向異性和各向同性的蝕刻過程構(gòu)成的組合來實(shí)現(xiàn)材料去除。
3.按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，為了提供預(yù)制品(18)首先局部地將半導(dǎo)體基底(20 )在其一個(gè)側(cè)面上進(jìn)行摻雜并且隨后在該側(cè)面的表面上設(shè)有電絕緣層(26 )。
4.按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述電絕緣層(26)是介電層。
5.按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體基底(20)是無犧牲層的基底。
6.按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體基底(20)是硅基底。
7.按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，兩個(gè)部分區(qū)域(36、38)之間的臂(16)基本上線性延伸。
8.按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在分離步驟中在第一區(qū)域(28) 中將質(zhì)量元件(12) 一起結(jié)構(gòu)化。
9.用于慣性傳感器的壓阻的傳感器裝置(10)，尤其根據(jù)按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法進(jìn)行制造的傳感器裝置(10)，其具有質(zhì)量元件(12)、基體部件(14)以及連接質(zhì)量元件(12)和基體部件(14)的起到壓阻作用的臂(16)，其中所述傳感器裝置(10)是由共同的半導(dǎo)體基底(20)制成的傳感器裝置，并且該半導(dǎo)體基底(20)具有摻雜區(qū)(24)，該摻雜區(qū)作為接片(54)從基體部件(14)延伸到質(zhì)量元件(12)并且設(shè)有電絕緣層(26)，在該電絕緣層上導(dǎo)體線路(44)同樣從基體部件(14)延伸到質(zhì)量元件(12)，并且其中摻雜區(qū)(22)和導(dǎo)體電路(44)借助于第一觸點(diǎn)(40)通過質(zhì)量元件(12)中的第一缺口(32)相互電接觸。
10.慣性傳感器，其具有至少一個(gè)按權(quán)利要求9所述的壓阻的傳感器裝置(10)以及在作為基體的共同的半導(dǎo)體基底(20)上的構(gòu)造成集成線路的線路裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造用于慣性傳感器的壓阻的傳感器裝置(10)的方法，該傳感器裝置具有質(zhì)量元件(12)、基體部件(14)以及連接該質(zhì)量元件(12)和基體部件(14)的起到壓阻作用的臂(16)。此外，本發(fā)明涉及一種相應(yīng)的壓阻的傳感器裝置(10)以及一種相應(yīng)的慣性傳感器。
文檔編號(hào)B81B3/00GK102336391SQ20111016745
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者A.法伊 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司