CN1213778A - 半导体器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
传感器(11)有一个响应外界加速度的可动薄板(16)。可动薄板(16)有一个与连接在基片(12)上的指状板(13,14)容性耦合的指状板(17)。在可动薄板(16)上的指状板(17)与基片(12)上的指状板(13,14)相碰之前使用移动阻塞物(19)来制动可动薄板(16)。
Description
本发明大体上涉及半导体器件，更详细地说，涉及具有活动结构的传感器器件。
典型的常规加速度传感器包括一个响应外界加速度作用而移动的块。该移动接着转变为电子响应，从而可以确定加速度的大小。这种结构的一个问题在于，如果施加的加速度太大，移动块就会被损坏。
移动块外周边的缓冲器是防止当移动块移动幅度过大时发生损坏的一种方法。然而，由于缓冲器会占用传感器表面很大数量的面积，并且它们只能停止两个正交轴向之一方向上的移动，所以缓冲器不是很理想。
因此，提供一个不增加传感器的尺寸而能防止加速度表的移动块损坏的传感器结构将是有优势的。
图1是一张具有一个按照本发明构造的传感器的半导体器件的放大的局部俯视图。
图2是一张半导体器件的放大的截面图；以及
图3是一张描述按照本发明构造移动阻塞物的可替实施方案的传感器的放大的俯视图。
我们提倡简明易懂的说明，因而图中所述的元件不必按比例绘制。例如，为了易懂，一些元件的尺寸与其它元件相比被放大了。更进一步，在图中适当的地方重复标出参考数字以表示相应的或相似的元件。
图1是一个按照本发明构造的半导体器件10的部分放大的俯视图。更详细地说，图1描述了半导体器件10的一个传感器或敏感元件11的一部分。它可以理解为半导体器件10可以是一个集成电路，一个微处理器，一个微控制器或类似的器件。另外，半导体器件10可以是一个离散传感器，如一个加速度表，一个化学传感器，微传动装置或一个微阀。
在图1所述的例子中，敏感元件11是一个能够测量外部加速度的大小和方向的加速度表。不过，也应理解本发明并不局限于上述实施使用，它可以用于任何具有移动元件的敏感器件。
敏感元件11包括一个可动薄板或薄板16，它采用技术上已知(未画出)的常规方法镀在基片12上。薄板16定义了一个与基片12的表面保持平行的一个平面，当外部加速度施加于半导体器件10时，薄板16在这个平面内移动。当然，薄板16在这个平面上的实际移动依赖于施加于半导体器件10的外力的大小和方向，因此，薄板16的移动可能不会与基片12的表面严格平行。
敏感元件11还包括一个与薄板16相连的指状板17以及与基片12相连或被基片12支撑的指状板13-14。敏感元件11是这样构造的，当没有外界加速度施加于薄板16(即，薄板16固定在它的自然位置)时，指状板17与指状板13-14相隔一个图1中箭头21所示的预定距离。当外部加速度施加而使薄板16移动时，指状板17容性地与指状板13-14耦合，从而提供一个电子信号。
例如，如果一个外部加速度以箭头26所示的方向施加于半导体器件10，薄板16将相对于指状板13-14向箭头25所示的方向移动。这将依次使指状板17向靠近指状板13和远离指状板14的方向移动。如果施加的外部加速度太大，指状板17会移动指状板17与指状板13之间的整个距离(箭头21)，并且与指状板13相碰。这可能导致结构损坏，从而使敏感元件11以至于半导体器件10完全不可用。即使不发生永久损坏，指状板17与指状板13之间的碰撞会产生改变敏感元件11的灵敏度和性能的微粒。
为避免指状板17与指状板13或14相碰，构造一个移动阻塞物19，它至少有一部分穿过薄板16上的孔18。在图1所示的推荐的实施例中，薄板16上的孔18和移动阻塞物19的边缘都是圆形的。移动阻塞物的边缘与孔18的边缘相隔箭头20所示的距离，以提供一个最大的移动制动距离。例如，移动阻塞物19可以与薄板16上的孔18的边缘相隔大约小于100微米的距离。另外这种碰撞会产生短暂的电短路，这将干扰这些元件的电容耦合。
移动阻塞物19与薄板16之间的实际距离可以不同，但它一般小于指状板17与指状板13-14之间的距离(箭头21所示)。当一个大的外部加速度被施加时，由于薄板16首先与移动阻塞物19相碰，它阻止了避免了薄板16的进一步移动，从而可以避免指状板17与指状板13或14相碰。把移动阻塞物19及薄板16上的孔18构造成圆形结构有几个优点。第一，无论薄板16向哪个方向移动，薄板16在与移动阻塞物19相碰之前具有同样的最大移动距离。第二，薄板16与移动阻塞物19相碰是在一个点上发生的。这减小由于静电或原子间力而使薄板16与移动阻塞物19相粘的可能，并且减少碰撞中可能产生的微粒。最后，圆形结构允许移动阻塞物19工作于全向方式。换句话说，无论薄板16向哪个方向移动，移动阻塞物19都可以阻止薄板16的活动。
现在看图2，它提供了一种构造敏感元件11的方法。图2是一张放大的、沿着图1所示的截线2-2所截的截面图。首先，在基片12的表面35上铺上一层材料(未画)如多晶硅。这种材料组成移动阻塞物19的底层部分的基层30。接着在基层30和基片12的表面35上铺一层消耗层32。消耗层32可以是一层采用常规技术附着上的加涂料的二氧化硅或者使用磷酸化硅硅玻璃(phosphosilicate silicon glass)(PSG)，然后在消耗层32上开一个孔以使基层30的一部分暴露出来，如图2所示。
接着在上面铺一层材料如单晶硅、多晶硅、非晶硅、金属、金属硅化物或者类似物，形成的结构如图2所示。这层材料用于形成指状板17，可动薄板16以及移动阻塞物19的上层部分36。由于移动阻塞物19和薄板16用相同的材料制成，它们有相同的厚度以避免沉积处理中的不同情况。因此，不需要附加的处理步骤就可以形成移动阻塞物19，并且由于移动阻塞物19构造在薄板16的表面上，因此不需要增加敏感元件11的尺寸。移动阻塞物19构造好后，采用湿腐蚀处理去掉消耗层，以使薄板16可以自由移动。
现在看图3，根据本发明提供了构成移动阻塞物的其它结构51-56。根据制造敏感元件的可动薄板和移动阻塞物的光刻工艺的不同，由于制造工艺的局限性，可能需要一些移动阻塞物的可选形状。例如，一些光刻工艺可能有一个最小分辨力，它使得重复形成小的圆形图象比直边更困难。在这种情况，图3中所示的一些可选结构可能更易于制造，因而也更为需要。
图3是具有移动阻塞物51-56的可动薄板50的放大的俯视图。更详细地说，移动阻塞物51安装在方形结构上，移动阻塞物52安装在八角形结构上，定义移动阻塞物53-56的图形包括多个边，其中一些长度相同，它们用不同的交叉方式布局。根据按照本发明构造半导体器件所用的光刻和腐蚀工艺的临界尺寸的限制性，移动阻塞物51-56的每一个都可能是最需要的。它应理解为一个敏感元件可以在可动薄板上安装多个移动阻塞物，因而可以避免旋转运动时的损坏。
到现在为止，可以理解本发明提供了一个传感器结构和制造该传感器的方法，它可以避免当较大的外加速度施加于传感器时的损坏。根据本发明的移动阻塞物的使用比采用已知技术的其它结构更可靠，更无方向性并且制造费用也并不贵多少。
Claims (10)
1．一个半导体器件(10)，其特征在于：
基片(12)有一个表面(35)；
可动薄板(16)覆盖在基片(12)上，其中可动薄板(16)上有一个孔(18)；以及
移动阻塞物(19)与基片(12)相碰并且穿过可动薄板(16)上的孔(18)的至少一部分。
2．权利要求1的半导体器件(10)，其中可动薄板(16)确定了一个与基片(12)的表面(35)保持平行的平面。
3．权利要求1的半导体器件(10)，其中可动薄板(16)包括从一组材料中选出的一种材料，这组材料包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、金属和金属硅化物。
4．权利要求1的半导体器件(10)，其中移动阻塞物(19)包括：
与基片(12)的表面(35)接触的第一部分(30)；以及
叠在第一部分(30)上的第二部分(36)，其中可动薄板(16)与移动阻塞物(19)的第二部分(36)用相同的材料制成。
5．权利要求4的半导体器件(10)，其中移动阻塞物(19)的第二部分(36)的厚度与可动薄板(16)的厚度基本相同。
6．权利要求1的半导体器件，特征还在于：
第一个指状板(14)镀在基片(12)之上；以及
第二个指状板(17)与可动薄板(16)相连，其中，当可动薄板(16)固定时，第一个指状板(14)与第二个指状板(17)相隔一个第一距离。
7．权利要求6的半导体器件(10)，其中移动阻塞物(19)有一个边缘，这个边缘与可动薄板(16)相隔一个第二距离，第一距离比第二距离大。
8．权利要求1的半导体器件(10)，其中可动薄板(16)上的孔(18)和移动阻塞物(19)都是圆形的。
9．一种传感器(11)，特征在于：
一个基片(12)；
一个镀在基片(12)之上的薄板(16)，其中薄板(16)上有一个孔(18)；
第一个指状板(14)与基片(12)相连；
第二个指状板(17)与薄板(16)相连，且第一个指状板(14)与第二个指状板(17)相隔一个第一距离；以及
移动阻塞物(19)镀在基片(12)之上，并且，至少穿过薄板(16)上的孔(18)的一部分，其中移动阻塞物(19)与薄板(16)相隔一个第二距离，第二距离比第一距离小。
10．权利要求9的传感器(11)，其中薄板(16)有多个孔(18)，传感器有多个移动阻塞物(19)，并且多个孔(18)中的每一个里有一个移动阻塞物(19)。
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Owner name: FREEDOM SEMICONDUCTORS CO. Free format text: FORMER OWNER: MOTOROLA, INC. Effective date: 20040813 |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20040813 Address after: Texas in the United States Patentee after: FreeScale Semiconductor Address before: Illinois Instrunment Patentee before: Motorola, Inc. |
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Owner name: FISICAL SEMICONDUCTOR INC. Free format text: FORMER NAME: FREEDOM SEMICONDUCTOR CORP. |
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Address after: Texas in the United States Patentee after: NXP USA, Inc. Address before: Texas in the United States Patentee before: FREESCALE SEMICONDUCTOR, Inc. |
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Granted publication date: 20040414 |
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| CX01 | Expiry of patent term |