IT201600109761A1

IT201600109761A1 - Modulo di trasduzione multi-camera multi-dispositivo, apparecchiatura includente il modulo di trasduzione e metodo di fabbricazione del modulo di trasduzione

Info

Publication number: IT201600109761A1
Application number: IT102016000109761A
Authority: IT
Inventors: Enri Duqi; Urquia Mikel Azpeitia; Lorenzo Baldo
Original assignee: St Microelectronics Srl
Priority date: 2016-10-31
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2018-05-01
Also published as: CN207845152U; CN108017037A; US10125009B2; EP3316597A1; US20180118558A1; CN108017037B; EP3316597B1

Description

“MODULO DI TRASDUZIONE MULTI-CAMERA MULTI-DISPOSITIVO, APPARECCHIATURA INCLUDENTE IL MODULO DI TRASDUZIONE E METODO DI FABBRICAZIONE DEL MODULO DI TRASDUZIONE”

La presente invenzione è relativa ad un modulo di trasduzione ad una apparecchiatura includente il modulo di trasduzione e ad un metodo di fabbricazione del modulo di trasduzione. In particolare, secondo un aspetto della presente divulgazione, il modulo di trasduzione presenta una pluralità di trasduttori. Secondo un ulteriore aspetto della presente divulgazione, il modulo di trasduzione presenta una pluralità di camere che alloggiano i trasduttori.

Come noto, un trasduttore di tipo MEMS (sistema microelettro-meccanico, o “Micro-Electro-Mechanical System”) comprende una struttura di acquisizione o rilevamento di un segnale ambientale o segnale inerziale e mezzi di generazione di una grandezza elettrica rappresentativa o correlata al segnale acquisito o rilevato.

Trasduttori noti includono, ad esempio, sensori di pressione, giroscopi, accelerometri ecc. L’integrazione di una pluralità di trasduttori dello stesso tipo in un dispositivo elettronico richiede l’utilizzo di schede a circuito integrato dedicate e quindi impatta in modo considerevole sull’occupazione di spazio.

Inoltre, secondo la tecnica nota, trasduttori di diverso tipo sono difficilmente integrabili in uno stesso package ottimizzando al contempo l’organizzazione spaziale, l’occupazione di area ed i costi.

Scopo della presente invenzione è fornire una soluzione alle problematiche precedentemente illustrate.

Secondo la presente invenzione vengono pertanto forniti un modulo di trasduzione, una apparecchiatura includente il modulo di trasduzione e un metodo di fabbricazione del modulo di trasduzione, come definiti nelle rivendicazioni allegate.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, ne vengono ora descritte forme di realizzazione preferite, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1A illustra, in vista in sezione laterale presa lungo la linea di sezione I-I di figura 1B, un modulo di trasduzione multi-dispositivo secondo una forma di realizzazione della presente divulgazione;

- la figura 1B mostra, in vista superiore, il modulo di trasduzione di figura 1A;

- la figura 2 illustra, in vista in sezione laterale, un modulo di trasduzione multi-camera multi-dispositivo secondo una ulteriore forma di realizzazione della presente divulgazione;

- la figura 3 illustra il modulo di trasduzione di figura 1 lungo una diversa sezione laterale;

- le figure 4-9 mostrano fasi di fabbricazione del modulo di trasduzione di figura 1;

- la figura 10 illustra la variazione della sensitività di un sensore di pressione capacitivo basato su membrana, appartenente modulo di trasduzione secondo una qualsiasi delle forme di realizzazione delle figure 1-3, in funzione della dimensione del lato della membrana stessa; e - la figura 11 illustra schematicamente un apparecchio elettronico includente un modulo di trasduzione secondo una qualsiasi delle forme di realizzazione delle figure 1-3.

Con riferimento alla figura 1A, è mostrato, in un sistema di coordinate spaziali X, Y e Z, un modulo di trasduzione 10 alloggiante un primo trasduttore 20 ed un secondo trasduttore 30. La figura 1B mostra, schematicamente, l’organizzazione spaziale del primo trasduttore 20 e del secondo trasduttore 30 (o, meglio, di una pluralità di secondi trasduttori 30) in vista superiore. Altri elementi del modulo di trasduzione 10 di figura 1A non sono illustrati in figura 1B, per semplicità di rappresentazione. In una forma di realizzazione esemplificativa della presente divulgazione, il primo trasduttore 20 è un sensore inerziale, in particolare un giroscopio, ed il secondo trasduttore 30 è un sensore di una grandezza ambientale, in particolare un sensore di pressione provvisto di membrana e basato su un principio di rilevamento capacitivo. Il primo trasduttore 20 può essere, alternativamente, un accelerometro.

Il primo ed il secondo trasduttore 20, 30 sono alloggiati in una stessa camera 8, definita tra un substrato 1 ed un cappuccio (“cap”) 19. Il cappuccio 19 è accoppiato al substrato 1 mediante regioni di accoppiamento 3 (regioni di saldatura, o colla, o simili). La camera 8 è fluidicamente isolata dall’ambiente esterno.

Uno strato di supporto 2, di materiale elettricamente isolante, si estende su una superficie superiore 1a del substrato 1, internamente alla camera 8. Lo strato di supporto 2 può estendersi anche al di fuori della cavità 8.

Sullo strato di supporto 2 si estende una regione di connessione elettrica 4, in particolare di polisilicio drogato (es., di tipo N). La regione di connessione elettrica 4 è modellata in modo da formare, in parte, piste (“strips”) conduttive che realizzano interconnessioni elettriche con uno o più terminali di contatto elettrico 15 (e, in aggiunta o alternativa, piazzole – “pad” -conduttive), esterni alla camera 8. La regione di connessione elettrica 4 forma, inoltre, la membrana (identificata con il riferimento 4a) del secondo trasduttore 30.

Più in dettaglio, la porzione della regione di connessione elettrica 4 che si estende, almeno in parte, sotto il secondo trasduttore 30 è sospesa e libera di muoversi lungo la direzione Z (mediante rimozione locale dello strato di supporto 2 e di regioni selettive del substrato 1). Tale membrana 4a, di materiale conduttivo, è affacciata ad un piatto rigido 6 (con questo termine si intende qui un elemento relativamente rigido rispetto alla membrana 4a, che è invece flessibile). Il piatto rigido 6 è di polisilicio epitassiale conduttivo (es. drogato di tipo N) ed è direttamente affacciato alla membrana 4a, così che la membrana 4a ed il piatto rigido 6 formano piatti affacciati di un condensatore con capacità CP. Connessioni elettriche 4b sono formate sagomando opportunamente la regione di connessione elettrica 4, così da polarizzare, durante l’uso, il piatto rigido 6. In una forma di realizzazione, la membrana 4a, in uso, è soggetta ad una forza agente lungo la direzione Z (con entrambi i versi, in funzione della differenza tra una pressione P1 interna alla camera 8 e una pressione P2 esterna alla camera 8).

Esemplificativamente, uno spessore della regione conduttiva 4 compreso tra 0.5 µm e 1.5 µm, in particolare 0.9 µm, garantisce sia le funzionalità di instradamento dei segnali elettrici che le funzionalità di deflessione richieste dal secondo trasduttore 30 (utilizzo della regione conduttiva 4 come membrana flessibile). La membrana 4a è, ad esempio, di forma quadrangolare, in particolare quadrata, con lato compreso tra 50 µm e 100 µm, in particolare tra 70 e 90 µm.

Al fine di stabilire un collegamento tra un lato della membrana 4a e l’ambiente esterno alla camera 8, sono previsti uno o più fori 9 nel substrato 1, in corrispondenza della regione in cui lo strato di supporto 2 è stato rimosso. I fori 9 si estendono per l’intero spessore (lungo Z) del substrato 1 fino a raggiungere la membrana 4a. In questo modo, la membrana 4a possiede una prima superficie affacciata internamente alla camera 8 e soggetta alla pressione P1 interna ed una seconda superficie, opposta alla prima superficie, affacciata verso l’ambiente esterno alla camera 8 e soggetta alla pressione P2 esterna. In uso, la membrana 4a si deforma in funzione di una differenza di pressione tra l’ambiente esterno alla camera 8 e l’ambiente interno ad essa.

La formazione di una pluralità di fori 9, in luogo di una apertura singola di dimensioni maggiori, ha il vantaggio di non modificare sensibilmente la rigidità del substrato in corrispondenza del secondo trasduttore 30.

Il primo trasduttore 20 comprende strutture sospese mobili in una o più direzioni (qui, uno statore 11 e un rotore 12), elettricamente accoppiate a rispettive piste conduttive 4c, 4d della regione di connessione elettrica 4, formando così rispettivi percorsi conduttivi verso i terminali di contatto elettrico 15 esterni della camera 8. Lo statore 11 e il rotore 12 sono in contatto elettrico con le piste conduttive 4c, 4d sottostanti mediante rispettive basi di appoggio 16, 17.

Per semplificare le fasi di fabbricazione, ridurre i costi (tramite riduzione delle maschere di processo) ed aumentare la compattezza del modulo di trasduzione 10, il primo ed il secondo trasduttore 20, 30 sono formati a partire da una regione strutturale 35 comune, che viene definita (es., fotolitograficamente in una medesima fase di processo) per formare contestualmente lo statore 11, il rotore 12 e il piatto rigido 6. In una forma di realizzazione, anche i terminali di contatto elettrico 15 sono formati nella stessa fase di fabbricazione.

Il modulo di trasduzione 10 comprende inoltre, opzionalmente, un elemento assorbitore di gas o molecole gassose 32, meglio noto come “getter”. Il getter 32 ha la funzione di generare una pressione P1, interna alla camera 8, diversa (tipicamente inferiore) da una pressione P2 dell’ambiente esterno alla camera 8. Il getter 32 è solitamente di materiale depositato in forma di strato, e ha la funzione di assorbire molecole di gas specifiche. Materiali utilizzati come strato di getter sono noti, e comprendono ad esempio metalli quali alluminio (Al), bario (Ba), zirconio (Zr), titanio (Ti), vanadio (V), ferro (Fe), o relative miscele o leghe quali zirconio-alluminio, zirconio-vanadio-ferro, zirconio-nichel, zirconio-cobalto (in particolare, una lega di Zr/Co/O).

Il getter 32 è, secondo una forma di realizzazione, di tipo “non evaporabile” (NEG), realizzato in forma di strato in corrispondenza della superficie interna del cappuccio 19. Come noto, durante la fase di formazione del getter 32, il materiale di cui è formato il getter 32 reagisce con l’aria circostante, causando la formazione di uno strato passivante (tipicamente di ossido o ossido/nitruro) che ricopre completamente l’area superficiale del getter 32, rendendolo inattivo. L’attivazione del getter 32 avviene in seguito al sigillamento ermetico della prima cavità 8 mediante attivazione locale in temperatura. Questa fase di attivazione può essere eseguita riscaldando localmente esternamente la regione del modulo di trasduzione 10 corrispondente alla zona in cui il getter 32 è disposto (ad esempio mediante induzione magnetica, o riscaldamento mediante una generica sorgente di calore), per rimuovere lo strato passivante sul getter 32.

La figura 2 mostra una ulteriore forma di realizzazione di un modulo di trasduzione 40 alternativo al modulo di trasduzione delle figure 1A e 1B, secondo un ulteriore aspetto della presente divulgazione.

Elementi del modulo di trasduzione 40 di figura 2 che sono comuni a quelli del modulo di trasduzione 10 di figura 1A sono identificati con gli stessi numeri di riferimento e non ulteriormente descritti.

In particolare, il modulo di trasduzione 40 comprende, oltre a quanto descritto con riferimento al modulo di trasduzione 10, un terzo trasduttore 50, in particolare un ulteriore sensore inerziale, alloggiato in una ulteriore camera 42, separata e fluidicamente isolata dalla camera 8. Il cappuccio 19 è conformato in modo tale da definire una prima ed una seconda cavità internamente isolate tra loro. Quando il cappuccio 19 è montato sul substrato 1, le camere 8, 42 sono separate l’una dall’altra da una parete di separazione 44 che si estende con continuità tra il cappuccio 19 ed il substrato. Il cappuccio 19 è accoppiato al substrato 1 anche in corrispondenza della parete 44, mediante una rispettiva regione di accoppiamento 43, dello stesso tipo delle regioni di accoppiamento 3 precedentemente descritte.

Il sensore inerziale 50 è, ad esempio, un accelerometro. Alternativamente il sensore inerziale 50 può essere un giroscopio. Risulta comunque evidente che la camera 42 può contenere un trasduttore di qualsiasi altro tipo, non necessariamente un sensore inerziale, ad esempio un sensore di pressione, un sensore acustico e simili.

Secondo un aspetto della presente divulgazione, il terzo trasduttore 50 è fabbricato a partire dallo stesso strato strutturale 35 utilizzato per fabbricare il primo ed il secondo trasduttore 20, 30, durante fasi di fabbricazione contestuali.

Il primo, il secondo ed il terzo trasduttore 20, 30 e 50 sono disposti affiancati (side-by-side) sul substrato 1, nelle camere 8, 42 come precedentemente descritto. La disposizione reciproca del primo, secondo e terzo trasduttore 20, 30, 50 è definita in funzione delle necessità specifiche di layout e di interconnessione elettrica, nonché del tipo di trasduttore effettivamente utilizzato. La forma di realizzazione illustrata nelle figure 1 e 2 non deve pertanto ritenersi limitativa a questo riguardo.

Il segnale elettrico generato in uscita dal primo e dal secondo trasduttore 20, 30 (figura 1A, 1B) e, inoltre, dal terzo trasduttore (figura 2), sono inviati ad un circuito di elaborazione (es., un ASIC, non mostrato), in modo di per sé noto e non oggetto della presente divulgazione. Il circuito di elaborazione può essere alloggiato nella camera 8 e/o 42, oppure integrato nel substrato 1, oppure può essere esterno al modulo di trasduzione 10, 40

Secondo una forma di realizzazione della presente divulgazione, applicabile sia al modulo di trasduzione 10 di figura 1A che al modulo di trasduzione 40 di figura 2, è inoltre presente almeno un trasduttore di riferimento analogo al secondo trasduttore 30 ma presentante una membrana forata. Una pluralità di trasduttori di riferimento sono illustrati in figura 1B, in vista superiore, ed indicati con il numero di riferimento 60.

L’uno o più trasduttori di riferimento 60 sono disposti nella camera 8 affiancati a rispettivi uno o più secondi trasduttori 30, ad esempio lungo la direzione Y, così da non incrementare la dimensione, lungo X, del modulo di trasduzione 10, 40.

La figura 3 mostra esemplificativamente una vista in sezione del modulo di trasduzione 10 (ma quanto illustrato si applica, in modo di per sé evidente anche al modulo di trasduzione 40) presa lungo la linea di sezione II-II di figura 1B, ed in particolare includente un trasduttore di riferimento 60, secondo quanto sopra esposto.

Come si nota, il trasduttore di riferimento 60 è del tutto analogo al secondo trasduttore 30 (elementi comuni hanno gli stessi numeri di riferimento) e può essere fabbricato durante le stesse fasi di processo. Tuttavia, il substrato 1 non presenta, in corrispondenza del trasduttore di riferimento 60, aperture passanti analoghe ai fori 9, mentre la membrana 4a’ del trasduttore di riferimento 60 presenta uno o più fori passanti 62. La membrana 4a’ del trasduttore di riferimento 60 è formata in modo analogo alla membrana 4a del secondo trasduttore 30, mediante fasi di definizione (es., fotolitografia ed etching) dello strato di polisilicio conduttivo 4. Una ulteriore fase di attacco consente di formare i fori passanti 62. I fori 62 nella membrana 4a’ hanno la funzione di consentire, durante una opportuna fase di etching dello strato di supporto 2, la liberazione della membrana 4a’, in modo tale che essa risulti sospesa sul substrato 1. Il trasduttore di riferimento 60 ha la funzione di fornire in uscita un segnale di errore che è esclusivamente funzione degli stress a cui il trasduttore di riferimento 60 è sottoposto durante l’uso. A questo fine, il trasduttore di riferimento 60 non deve essere influenzato dalla pressione P2 esterna e, a questo fine, non presenta fori di accesso verso l’esterno del modulo di trasduzione 10, 40.

L’utilizzo del segnale di riferimento, o segnale di errore, generato dal trasduttore di riferimento 60 viene inviato al circuito di elaborazione (ASIC) e, qui, sottratto al segnale del secondo trasduttore 30 generando un segnale in cui la componente di errore è attenuata. Le operazioni svolte dal circuito di elaborazione sui segnali trasdotti non sono oggetto della presente divulgazione e quindi non ulteriormente descritte.

Per ottenere una buona compensazione del segnale di errore, è possibile formare un numero di trasduttori di riferimento pari al numero di secondi trasduttori 30. Ad esempio, in funzione dell’applicazione specifica, è possibile formare una pluralità di secondi trasduttori 30 ciascuno di essi alternato ad un rispettivo trasduttore di riferimento 60.

Le figure 4-9 mostrano fasi di fabbricazione del modulo di trasduzione 10 di figura 1A. Quanto descritto ed illustrato si applica, in modo di per sé evidente al tecnico del ramo, alla fabbricazione del modulo di trasduzione 40 di figura 2. Eventuali aspetti peculiari relativi alla fabbricazione del modulo di trasduzione 40 saranno comunque identificati quando necessario.

Con riferimento alla figura 4, si dispone il substrato 1, ad esempio di materiale semiconduttore quale silicio.

Quindi, viene formato lo strato di supporto 2, ad esempio di materiale dielettrico quale ossido di silicio cresciuto termicamente o depositato. Lo strato di supporto 2 è anche noto come strato di ossido permanente o ossido di campo (“permanent or field oxide”) e ha, ad esempio, uno spessore compreso tra 2 e 3 µm circa. Lo strato di supporto 2 ha una funzione di supporto per strutture soprastanti (formate in fasi successive) ed è atto a ridurre la capacità parassita tra tali strutture soprastanti e il substrato 1 sottostante.

Al di sopra dello strato di supporto 2 viene formato uno strato di polisilicio drogato (ad esempio drogato di tipo N) che forma la regione di connessione elettrica 4 precedentemente descritta. Una successiva fase di litografia e attacco consente di rimuovere porzioni selettive dello strato di polisilicio e sagomare le piste conduttive 4c, 4d e, contestualmente, la regione che, in fasi di fabbricazione successive, formerà la membrana 4a sospesa (si forma in questa fase anche la membrana 4a’ della forma di realizzazione di figura 3). L’attacco dello strato di polisilicio 4 è di tipo selettivo e non rimuove porzioni dello strato di supporto 2.

Si fa qui notare che, durante la fase di definizione fotolitografica dello strato di polisilicio per formare la regione di connessione elettrica 4, è possibile formare contestualmente le aperture 62 descritti con riferimento alla figura 3, ossia i fori della membrana 4a’ del trasduttore di riferimento.

Quindi, figura 5, si forma (ad esempio mediante tecnica PECVD) al di sopra dello strato di supporto 2 e della regione di connessione elettrica 4, uno strato sacrificale 66, di ossido di silicio. Mediante fasi di litografia e successivo attacco, vengono rimosse porzioni dello strato sacrificale 66 in corrispondenza di regioni selettive delle piste conduttive 4c, 4d, formando una pluralità di trincee (“trenches”) 8 che si estendono fino alle piste conduttive 4c, 4d, così da esporre rispettive porzioni superficiali.

Si formano altresì trincee 9, utilizzate per la successiva formazione di regioni di ancoraggio del piatto superiore 6 del secondo trasduttore 30 al substrato 1 (più precisamente, allo strato di supporto 2 estendentesi sul substrato 1). In generale, le trincee 9 possono estendersi fino a raggiungere lo strato di supporto 2 sottostante, o arrestarsi prima e dunque estendersi solo parzialmente nello strato sacrificale 66. L’attacco dello strato sacrificale 66 può essere arrestato in una regione prossima all’interfaccia tra lo strato sacrificale 66 e lo strato di supporto 2 conoscendo la velocità di attacco (“etching rate”) e monitorando il tempo di attacco; alternativamente, è possibile prevedere uno strato di interruzione dell’attacco (“etch stop layer”), disposto tra lo strato sacrificale 66 e lo strato di supporto 2.

Quindi, figura 6, viene formato al di sopra dello strato sacrificale 66 e nelle trincee 8 lo strato strutturale 35, ad esempio di polisilicio epitassiale (anche noto come “EPIPoly”). Lo strato strutturale 35, di spessore ad esempio compreso tra 15 e 30 µm, può essere sagomato secondo necessità, per formare strutture aventi una conformazione desiderata.

In particolare, in figura 6, lo strato strutturale 35 è attaccato selettivamente per formare strutture sospese mobili in una o più direzioni (ovvero, lo statore 11 e il rotore 12 del primo trasduttore 20; il piatto superiore 6 del secondo trasduttore 30; e la struttura sospesa mobile in una o più direzioni del terzo trasduttore 50 - qui non illustrata -). In questa fase, si forma altresì il piatto superiore 6 appartenente al trasduttore di riferimento 60 mostrato in figura 3. Inoltre, vengono formati anche i terminali di contatto elettrico 15.

Si fa notare, tuttavia, che in questa fase di fabbricazione, lo statore 11 e il rotore 12 sono ancora vincolati allo strato sacrificale 66 sottostante, e dunque non sono liberi di compiere movimenti. Per consentire la rimozione dello strato sacrificale 66 che vincola lo statore 11 e il rotore 12, sono inoltre formati, attraverso la struttura dello statore 11 e del rotore 12, fori passanti (“through holes”) 68.

Fori analoghi, sempre indicati con il riferimento 68, sono anche formati attraverso la struttura del piatto superiore 6 del secondo trasduttore 30 (e altresì nella struttura mobile del terzo trasduttore 50, secondo la rispettiva forma di realizzazione), per consentire la rimozione, in fasi di fabbricazione successive, dello strato sacrificale 66 sottostante.

In seguito, figura 8, è eseguita una fase di attacco per rimuovere lo strato sacrificale 66 (qui, di ossido di silicio). Questo attacco è tipicamente un attacco in acido fluoridrico (HF) in fase vapore o in alternativa un attacco di tipo umido (“wet etching”) utilizzando una soluzione o miscela di HF. L’acido idrofluoridrico attacca l’ossido di silicio in modo isotropico, ma non il polisilicio. Le strutture precedentemente definite del primo e secondo trasduttore 20, 30, pertanto, non vengono deteriorate. L’attacco dello strato sacrificale 66 mediante HF può essere arrestato in una regione prossima all’interfaccia tra lo strato sacrificale 66 e lo strato di supporto 2 conoscendo la velocità di attacco (“etching rate”) e monitorando il tempo di attacco; alternativamente, è possibile prevedere uno strato di interruzione dell’attacco (“etch stop layer”), disposto tra lo strato sacrificale 6 e lo strato di supporto 2, scelto di un materiale che non viene attaccato dall’HF e che non permette all’HF di penetrare attraverso.

In seguito, figura 9, la fabbricazione del modulo di trasduzione 10 procede accoppiando il cappuccio (“cap”) 19 al substrato 1, in modo di per sé noto. In questo modo, si isola la camera 8 (e la camera 42, nella rispettiva forma di realizzazione) dall’ambiente esterno. Esternamente alla camera 8 (e 42, quando presente) sono presenti, come detto, terminali di contatto elettrico 15 atti a ricevere/alimentare segnali elettrici da/verso il primo 20, il secondo 30 (e il terzo 50) trasduttore.

Infine, mediante attacco dal retro della fetta, si formano i fori 9 nel substrato 1, in corrispondenza della regione conduttiva 4 in cui si desidera formare la membrana (ossia, al di sotto del piatto superiore 6 del secondo trasduttore 30). A tal fine, viene prima eseguito un attacco del silicio del substrato 1 formando aperture che espongono rispettive porzioni dello strato di supporto 2; in seguito, un attacco (ad es. in HF) dello strato di supporto 2 esposto attraverso le aperture formate nel substrato 1 consente di rimuovere selettivamente lo strato di supporto 2 liberando e, quindi, formando, la membrana 4a. Si ottiene così il modulo di trasduzione 10 di figura 1A.

La figura 10 illustra la variazione della sensitività del secondo trasduttore 30 (sensore di pressione) in funzione della dimensione della membrana 4a. Si considera, in questo esempio, una membrana 4a di forma quadrata (l’asse delle ascisse illustra dunque la lunghezza di un lato della membrana). La Richiedente ha verificato che una scelta di compromesso per ottenere una sensitività adeguata e senza incrementare eccessivamente l’occupazione di spazio prevede una membrana 4a con lato pari, ad esempio, a circa 80 µm.

La figura 11 mostra un dispositivo elettronico 100 che utilizza il modulo di trasduzione secondo una qualsiasi delle forme di realizzazione precedentemente descritte.

Il dispositivo elettronico 100 comprende, oltre al modulo di trasduzione 10 o 40 secondo la rispettiva forma di realizzazione descritta, un microprocessore (CPU) 101, un blocco di memoria 102, collegato al microprocessore 101, ed un’interfaccia di ingresso/uscita 103, ad esempio una tastiera e/o un video, anch’essa collegata con il microprocessore 101. Un circuito ASIC 104 può essere integrato nel modulo di trasduzione 10 o 40 o, come illustrato in figura 11, disposto esternamente al modulo di trasduzione 10, 40 ed operativamente accoppiato ad esso.

Il modulo di trasduzione 10, 40 comunica con il microprocessore 101 tramite il circuito ASIC.

Il dispositivo elettronico 100 è ad esempio un dispositivo di comunicazione mobile, come ad esempio un cellulare o smartphone, un PDA, un elaboratore (computer), ma può anche essere un registratore vocale, un lettore di file audio con capacità di registrazione vocale, una consolle per videogiochi, ecc.

I vantaggi del trovato precedentemente descritto, secondo le varie forme di realizzazione, emergono in maniera evidente dalla descrizione precedente.

In particolare, la presente divulgazione insegna un modulo di trasduzione adattabile a differenti configurazioni secondo necessità, riducendo allo stesso tempo i costi e i requisiti di spazio, massimizzando la condivisione delle strutture tra i componenti.

La presenza del sensore di pressione nella stessa camera del giroscopio può essere utile per rilevare una eventuale perdita di tenuta della camera (quando la pressione interna eguaglia la pressione esterna).

Risulta infine chiaro che a quanto qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

In particolare, possono essere previste differenti configurazioni dei trasduttori descritti e illustrati nelle figure, in particolare per quanto riguarda la forma geometrica degli elementi costitutivi. Nel caso lo spazio interno al package lo consenta, possono eventualmente essere alloggiati all’interno dello stesso package anche più sensori o trasduttori MEMS rispetto a quanto illustrato, ciascuno configurato per rilevare una rispettiva quantità o segnale ambientale.

Secondo ulteriori varianti della presente divulgazione, almeno uno tra il primo ed il terzo trasduttore 20, 50 delle figure 1 e 2 può essere sostituito da un trasduttore di diverso tipo, ad esempio scelto nel gruppo comprendente: un sensore UV, un sensore IR, un sensore di segnale luminoso (es., fotodiodo). Risulta evidente che, nel caso di utilizzo di un trasduttore di tipo UV o IR, è prevista una apertura passante attraverso il cappuccio 19 o il substrato 1, configurata in modo tale da formare un ingresso per la radiazione luminosa incidente su un’area sensibile del rispettivo trasduttore.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo di fabbricazione di un modulo di trasduzione (10; 40), comprendente le fasi di: - formare, su un substrato (1), un primo trasduttore MEMS (20) soggetto, durante l’uso, ad un primo stimolo ambientale e configurato per generare un primo segnale trasdotto in funzione del primo stimolo ambientale; - formare, sul substrato (1), un secondo trasduttore MEMS (30) avente una membrana (4a) sospesa sul substrato (1), configurato per rilevare una grandezza ambientale e generare un secondo segnale trasdotto in funzione della grandezza ambientale rilevata, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre le fasi di: - formare, sul substrato (1), uno strato conduttivo (4); e - definire lo strato conduttivo (4) per formare, contestualmente, detta membrana (4a) del secondo trasduttore MEMS (30) ed almeno una pista conduttiva (4c; 4d) elettricamente accoppiata al primo trasduttore MEMS (20).
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui il primo trasduttore MEMS (20) è un sensore inerziale ed il secondo trasduttore MEMS (30) è un sensore di pressione.
3. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui detto sensore di pressione è un sensore capacitivo includente un piatto superiore (6) conduttivo capacitivamente accoppiato a detta membrana (4a).
4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la fase di formare lo strato conduttivo (4) include depositare polisilicio drogato, e in cui la fase di definire lo strato conduttivo (4) include eseguire un attacco chimico (“chemical etch”) mascherato dello strato conduttivo (4).
5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre la fase di rimuovere porzioni selettive del substrato (1) in corrispondenza di regioni dello strato conduttivo (4) in cui si desidera formare detta membrana (4a), in modo tale da svincolare localmente lo strato conduttivo (4) dal substrato (1) e formare detta membrana (4a) sospesa e mobile lungo almeno una direzione.
6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre le fasi di: - disporre il substrato (1), di materiale semiconduttore, provvisto di uno strato di supporto (2) di materiale dielettrico; - formare detto strato conduttivo (4) sullo strato di supporto (2); - definire detto strato conduttivo (4) per modellare (“shape”) detta almeno una pista conduttiva (4c; 4d) e detta membrana (4a); - formare uno strato sacrificale (66) sullo strato conduttivo (4) modellato e sullo strato di supporto (2); - rimuovere porzioni selettive dello strato sacrificale (66) in zone di ancoraggio al substrato (1) e di connessione alla pista conduttiva (4c; 4d); - formare uno strato strutturale (35) di materiale semiconduttore drogato al di sopra dello strato sacrificale (66) e nelle zone di ancoraggio al substrato (1) e di connessione alla pista conduttiva (4c; 4d); - modellare lo strato strutturale (35) per formare elementi strutturali (11, 12, 6) micro-meccanici, microelettronici e/o micro-elettro-meccanici del primo trasduttore MEMS (20) e del secondo trasduttore MEMS (30); e - rimuovere almeno in parte detto strato sacrificale (66) in modo da liberare detti elementi strutturali rendendoli parzialmente sospesi sul substrato (1).
7. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre la fase di formare una piazzola di contatto elettrico (15), e in cui la fase di formare detta pista conduttiva (4c; 4d) includendo formare un collegamento elettrico tra il primo trasduttore MEMS (20) e la piazzola di contatto elettrico (15).
8. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre la fase di accoppiare un cappuccio (19), presentante un primo recesso, sul substrato (1), in modo tale da formare una prima camera (8) che alloggia il primo ed il secondo trasduttore MEMS (20, 30).
9. Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui detto cappuccio (19) presenta inoltre un secondo recesso tale per cui, quando accoppiato al substrato, esso forma una seconda camera (42) isolata dalla prima camera (8), comprendente inoltre la fase di formare, sul substrato (1) in corrispondenza di detta seconda camera (42), un terzo trasduttore MEMS (50) soggetto, durante l’uso, ad un secondo stimolo ambientale e configurato per generare un terzo segnale trasdotto in funzione del secondo stimolo ambientale.
10. Metodo secondo la rivendicazione 9, in cui formare il primo trasduttore (20) include formare uno tra un giroscopio ed un accelerometro, atto formare il terzo trasduttore (50) include formare l’altro tra un giroscopio ed un accelerometro, e formare detto secondo trasduttore (30) include formare un sensore di pressione.
11. Modulo di trasduzione (10; 40), comprendente: - un substrato di supporto (1, 2); - un primo trasduttore MEMS (20) soggetto, durante l’uso, ad un primo stimolo ambientale e configurato per generare un primo segnale trasdotto in funzione del primo stimolo ambientale; - un secondo trasduttore MEMS (30), avente una membrana (4a) sospesa su detto substrato di supporto (1), configurato per rilevare una grandezza ambientale e generare un secondo segnale trasdotto in funzione della grandezza ambientale rilevata, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre almeno una pista conduttiva (4c; 4d) elettricamente accoppiata al primo trasduttore MEMS per trasportare, in uso, il primo segnale trasdotto, in cui detta membrana (4a) è complanare a, e dello stesso materiale di, detta almeno una pista conduttiva.
12. Modulo di trasduzione secondo la rivendicazione 11, in cui il primo trasduttore MEMS (20) è un sensore inerziale ed il secondo trasduttore MEMS (30) è un sensore di pressione.
13. Modulo di trasduzione secondo la rivendicazione 12, in cui detto sensore di pressione è un sensore capacitivo includente un piatto superiore (6) conduttivo capacitivamente accoppiato a detta membrana (4a).
14. Modulo di trasduzione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 11-13, in cui il materiale della una pista conduttiva (4c; 4d) e della membrana (4a) è polisilicio drogato.
15. Modulo di trasduzione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 11-14, in cui detta membrana (4a) è sospesa sul substrato di supporto (1) e mobile lungo almeno un direzione.
16. Modulo di trasduzione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 11-15, comprendente inoltre una piazzola di contatto elettrico (15) elettricamente accoppiata a detta pista conduttiva (4c; 4d) così da essere in collegamento elettrico con il primo trasduttore MEMS (20).
17. Modulo di trasduzione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 11-16, comprendente inoltre un cappuccio (19) estendentesi sul substrato di supporto (1) e definente con esso una prima camera (8) avente una pressione interna (P1), il substrato di supporto (1) presentando una o più aperture passanti in corrispondenza di detta membrana (4a) cosicché detta membrana (4a) si deflette in funzione di una differenza tra la pressione interna (P1) e una pressione (P2) esterna alla camera (8).
18. Modulo di trasduzione secondo la rivendicazione 17, alloggiante inoltre, nella prima camera (8), un trasduttore di riferimento (60) dello stesso tipo di detto secondo trasduttore MEMS (30), detto trasduttore di riferimento (60) presentando una rispettiva membrana (4a’) forata e sospesa su una porzione del substrato di supporto (1) che non presenta fori passanti, così da generare un segnale di riferimento di errore che è funzione di stress meccanici e non è influenzato da detta pressione interna (P1) e/o pressione esterna (P2).
19. Modulo di trasduzione secondo la rivendicazione 17 o 18, comprendente inoltre un elemento assorbitore (“getter”) (32) internamente alla prima camera (8), configurato in modo da generare, quando attivato, detta pressione interna (P1).
20. Modulo di trasduzione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 11-19, in cui il cappuccio (19) presenta una seconda camera (42), isolata dalla prima camera (8), che alloggia un terzo trasduttore MEMS (50) soggetto, durante l’uso, ad un secondo stimolo ambientale e configurato per generare un terzo segnale trasdotto in funzione del secondo stimolo ambientale.
21. Modulo di trasduzione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 11-20, in cui detto primo trasduttore (20) è uno tra un giroscopio ed un accelerometro, detto terzo trasduttore (50) è l’altro tra un giroscopio ed un accelerometro, e detto secondo trasduttore (30) è un sensore di pressione.
22. Apparecchiatura elettronica (100), comprendente un modulo di trasduzione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 11-21, detta apparecchiatura elettronica essendo scelta nel gruppo comprendente: un cellulare, uno smartphone, un PDA, un notebook, un elaboratore, un registratore vocale, un lettore audio, una consolle per videogiochi.