TW201534883A - 微機械壓力感測器裝置及相關製造方法（二） - Google Patents

微機械壓力感測器裝置及相關製造方法（二） Download PDF

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Abstract

一種微機械壓力感測器裝置及一種相關的製造方法。該微機械壓力感測器裝置包括：具有正面(VS)及背面(RS)之ASIC晶圓(1)；構建於該正面(VS)上之重佈機構(1a)，其包含多個導電通路平面(LB0，LB1，LB2)及位於該等導電通路平面之間的絕緣層(I)；構建於該等多個導電通路平面(LB0，LB1，LB2)的最上方之導電通路平面(LB0)上方的經構造化之絕緣層(6)；構建於該絕緣層(6)上的微機械功能層(2；2")，其具有在該絕緣層(6)之凹槽(A1；A1")上方作為第一偵測電極的可被施加壓力的膜片區域(M；M'；M")；以及以與該凹槽(A1；A1")中之膜片區域(M；M'；M")間隔一定距離之方式構建於該最上方之導電通路平面(LB0)中的第二壓力偵測電極(7；7")，其與該膜片區域(M；M'；M")電絕緣。該膜片區域(M；M'；M")係透過一或多個第一接觸頭(P1，P2；P1"，P2") 與該最上方之導電通路平面(LB0)電連接，該等第一接觸頭穿過該膜片區域(M；M'；M")以及穿過該絕緣層(6)。

Description

微機械壓力感測器裝置及相關製造方法(二)
本發明係有關於一種微機械壓力感測器裝置及一種相關的製造方法。
儘管亦可採用任意微機械元件，但本文結合矽基元件對本發明及其相關課題進行說明。
例如用於測量加速度、轉速、磁場及壓力的微機械感測器裝置已普遍為人所知並針對汽車及消費領域中之不同應用而被以量產的形式製造出來。特定言之，消費型電極之趨勢為元件之微型化、功能整合及高效的成本削減。
目前已以實施為組合式感測器(6d)的方式來製造加速度及轉速感測器以及加速度及磁場感測器，此外存在最初的將3軸加速度、轉速及磁場感測器組合於唯一一個感測器裝置中的9d模組。
而就壓力感測器而言，目前係以獨立於上述6d及9d模組之方式對其進行開發及製造。主要原因在於，與慣性及磁感測器不同，壓力 感測器需要媒質接入口，此點顯著增大了壓力感測器之包裝的複雜度及成本。將壓力感測器獨立化的其他原因在於：MEMS製程及分析方法不同。舉例而言，壓力感測器通常利用壓阻電阻器來進行分析，而就慣性感測器而言則較佳採用電容式分析。
但可以預見的是，特別是在消費電子領域中，除慣量外亦能測量壓力之感測器裝置是對功能整合方案的一種具吸引力的拓展。此類積體式7d模組或在整合3軸磁體感測器時構成的10d模組例如適用於導航應用(室內導航)。此種功能整合方案既能減小成本，又能減小在應用印刷電路板上的空間需求。
透過晶圓接合法將至少一MEMS及一分析ASIC晶圓以機械及電氣方式相連的所謂“豎向整合”或“混合式整合”或“3D整合”方法已為吾人所知，舉例而言，US 7 250 353 B2或US 7 442 570 B2皆公開過此類方法。特別具吸引力的方案是將此類豎向整合法與矽貫穿接點及覆晶工藝相結合，從而例如以US 2012/0049299 A1或US 2012/0235251 A1所公開之方式將外部接觸實施為“bare die模組”或“晶圓級晶片尺度封裝”，即不設外包裝。
US 2013/0001710 A1公開過用於構成MEMS感測器裝置的方法及系統，其中，透過介電層將處理晶圓接合至MEMS晶圓。在對MEMS晶圓進行構造化後，為構成微機械感測器裝置，將CMOS晶圓接合至包含感測器裝置之MEMS晶圓上。如若必要，在製程之末尾可透過蝕刻或研磨對該處理晶圓作進一步加工。
本發明提供一種如申請專利範圍第1項之微機械壓力感測器裝置及一種如申請專利範圍第8項之相關製造方法。
較佳改進方案參閱附屬項。
本發明所基於的理念為：一種構成針對微機械功能層之出發點的晶圓，其透過絕緣層以電絕緣之方式與ASIC晶圓(較佳為CMOS晶圓)連接，其中，隨後透過一或多個導電接觸頭電連接至該ASIC晶圓的最上方的導電通路平面。為構建該微機械功能層而將該晶圓減薄後，在該微機械功能層中構建一作為第一壓力偵測電極的膜片區域，其中，在該膜片區域下在該最上方之導電通路平面中構建有第二壓力偵測電極。以此種方式構建而成的微機械壓力感測器裝置既可採用封裝，亦可不採用封裝。
除該微機械壓力感測器裝置外，較佳可在該微機械功能層中整合一或多個其他微機械感測器裝置。舉例而言，可在該微機械功能層中設置一微機械慣性感測器裝置，以作為對該微機械壓力感測器裝置之補充。其中，僅需要在該封裝中設置針對該微機械壓力感測器裝置之壓力入口。
根據一種較佳改進方案，設有構建為環繞式圓環的第一接觸頭。該第一接觸頭有助於改善該膜片區域之密封性。
根據另一較佳改進方案，在該微機械功能層上接合有一罩形晶圓，該罩形晶圓具有通向該膜片區域之壓力入口。如此便能實現保護，而不會對功能性造成影響。
根據另一較佳改進方案，在該最上方之導電通路平面上接合有一罩形晶圓，該罩形晶圓具有通向該膜片區域之壓力入口。如此便能實 現保護，其中，該接合製程得到簡化。
根據另一較佳改進方案，該膜片區域具有該微機械功能層之減薄區域。如此便能在功能層較厚的情況下增強靈敏度。
根據另一較佳改進方案，在該膜片區域外在該微機械功能層上方構建有若干接合球，其透過一或多個第二接觸頭與該最上方之導電通路平面電連接，該等第二接觸頭穿過該微機械功能層以及穿過該絕緣層。如此便能實現簡單的正面安裝方案。
根據另一較佳改進方案，在該微機械功能層被移除的區域內在該絕緣層上方構建有若干接合球，其透過穿孔與該最上方之導電通路平面電連接。如此便能實現安裝高度有所降低的簡易式正面安裝。
1‧‧‧CMOS晶圓，ASIC晶圓
1a‧‧‧重佈機構
2‧‧‧微機械功能層
2"‧‧‧微機械功能層
2a‧‧‧晶圓，MEMS晶圓
3‧‧‧罩形晶圓
3'‧‧‧罩形晶圓
3"‧‧‧罩形晶圓
3a‧‧‧壓力入口
3a'‧‧‧壓力入口
3a"‧‧‧壓力入口，空穴
3b‧‧‧空穴
3b'‧‧‧空穴
3b"‧‧‧空穴
3b'''‧‧‧凹槽
3b""‧‧‧凹槽
3c‧‧‧壓力入口，通孔
6‧‧‧絕緣層
6"‧‧‧絕緣層
7‧‧‧第二壓力偵測電極，導電通路區段
7"‧‧‧第二壓力偵測電極
15‧‧‧貫穿接點
18‧‧‧第一接合層
18'‧‧‧共晶接合連接
18a‧‧‧第二接合層
100‧‧‧CMOS電路
A1‧‧‧凹槽
A1"‧‧‧凹槽
A2‧‧‧凹槽
D‧‧‧減薄區域
I‧‧‧絕緣層
I'‧‧‧絕緣層
IE‧‧‧微機械慣性感測器裝置
K‧‧‧空穴
K'‧‧‧穿孔
K1"‧‧‧接合球
K2"‧‧‧接合球
L1‧‧‧接觸孔，導電通路區段
L2‧‧‧接觸孔，導電通路區段
L3‧‧‧接觸孔
L1"‧‧‧導電通路
L2"‧‧‧導電通路
LB0‧‧‧導電通路平面
LB1‧‧‧導電通路平面
LB2‧‧‧導電通路平面
LDV1‧‧‧導電通路區段
LDV2‧‧‧導電通路區段
M‧‧‧膜片區域
M'‧‧‧膜片區域
M"‧‧‧膜片區域
P1‧‧‧接觸頭
P2‧‧‧接觸頭
P3‧‧‧接觸頭
P1"‧‧‧接觸頭
P2"‧‧‧接觸頭
P3"‧‧‧接觸頭
P4"‧‧‧接觸頭
RS‧‧‧背面
VS‧‧‧正面
圖1a)-h)為用於對本發明之第一實施方式中的微機械壓力感測器裝置及相關製造方法進行說明的橫截面圖；圖2a)、2b)為用於對本發明之第二實施方式中的微機械壓力感測器裝置及相關製造方法進行說明的橫截面圖；圖3a)、3b)為用於對本發明之第三實施方式中的微機械壓力感測器裝置及相關製造方法進行說明的橫截面圖；圖4為用於對本發明之第四實施方式中的微機械壓力感測器裝置及相關製造方法進行說明的橫截面圖；圖5為用於對本發明之第五實施方式中的微機械壓力感測器裝置及相關製造方法進行說明的橫截面圖； 圖6為用於對本發明之第六實施方式中的微機械壓力感測器裝置及相關製造方法進行說明的橫截面圖；圖7為用於對本發明之第七實施方式中的微機械壓力感測器裝置及相關製造方法進行說明的橫截面圖；及圖8為用於對本發明之第八實施方式中的微機械壓力感測器裝置及相關製造方法進行說明的橫截面圖。
下面參照附圖結合若干實施方式對本發明之其他特徵及優點作進一步說明。
相同或功能相同的元件在附圖中用相同的元件符號表示。
圖1a)-h)為用於對本發明之第一實施方式中的微機械壓力感測器裝置及相關製造方法進行說明的橫截面圖。
在圖1a)中，元件符號1表示包含多個CMOS電路100的CMOS晶圓，該等CMOS電路例如包括針對待構建之微機械壓力感測器裝置的分析電路。
該CMOS晶圓具有正面VS和背面RS。在CMOS晶圓1之正面VS上構建有一重佈機構25a，其具有多個導電通路平面LB0、LB1、LB2及若干位於此等導電通路平面之間的絕緣層I。為簡化顯示，嵌入導電通路平面LB0、LB1、LB2之絕緣層I未被單獨示出。導電通路平面LB0、LB1、LB2之導電通路區段係透過導電穿孔K電相連。
在最上方之導電通路平面LB0上方設有一經構造化之絕緣層6，其較佳為氧化物層或者氧化物層及/或氮化物層之堆疊。
如圖1a)所示，在絕緣層6中構建有凹口A1及A2,最上方之導電通路平面LB0在該等凹口中被曝露出來。還設有接觸孔L1、L2、L3，隨後需要在此等接觸孔中構建接觸頭。但亦可在隨後的處理階段中構建接觸孔L1、L2、L3。
與最下方之導電通路平面LB2電連接的貫穿接點15自正面VS出發伸入CMOS晶圓1之內部，可於隨後透過研磨將該貫穿接點自背面RS曝露出來。
曝露的區域A1及A2與待構建之微機械感測器裝置對應，且區域A1與微機械壓力感測器裝置對應，區域A2與可動的微機械慣性感測器裝置對應。在切口A1中以元件符號7表示的最上方導電通路平面LB0之區段與該微機械壓力感測器裝置的第二壓力偵測電極對應，該區段需要構建在區段A1上方。需要注意的是，透過對絕緣層6進行構造化，便不必在絕緣層6之已經過移除的區域內進行犧牲層蝕刻。
隨後參照圖1b)，在圖1a)所示構造上將矽晶圓2a接合至絕緣層6上，該矽晶圓用作待構建之微機械功能層2的出發點(參閱圖1c))，且較佳採用電漿激活式直接接合法，因為該方法係在低於400℃的相對較低的溫度下實施，故具有以下優點：構建於CMOS晶圓1中之電路不會因接合而受損。
如圖1c)所示，隨後根據所期望的(例如由矽構成的)微機械功能層2的厚度將MEMS晶圓2a減薄，並藉由例如由鋁構成之第一接合層18將該MEMS晶圓覆蓋，隨後會根據待構建的接合區域對該第一接合層進行構造化。
如圖1d)所示，在下一處理步驟中，透過微機械功能層2進行溝槽蝕刻，並於隨後(視情況在經事先沈積及構造化之較薄的鈦/氮化鈦黏接層上)沈積一鎢層並對其進行構造化。如此便能構建若干接觸頭P1、P2、P3，其穿過絕緣層6延伸至第一導電通路平面LB0並將後者與微機械功能層2電連接在一起。接觸頭P1、P2、P3要麼被完全填充，要麼僅被局部填充。
隨後如圖1e)所示重新實施溝槽蝕刻步驟，從而在該微機械功能層中構建若干溝槽，其一方面實施為電絕緣溝槽，另一方面用於對該等微機械感測器裝置進行構造化。特定言之，在凹槽A1上方構建一可被施加壓力的膜片區域M，其透過接觸頭P1、P2與最上方之導電通路平面LB0連接，並藉由相應之溝槽與微機械功能層2之其餘部分隔絕。
在區域A2上方藉由溝槽蝕刻步驟實施構造化，從而製造出一可動的MEMS元件，在此情形下該MEMS元件為微機械慣性感測器裝置IE。慣性感測器裝置IE係透過接觸頭P3與最上方之導電通路平面LB0電連接。
如上文所述，同時亦透過該溝槽蝕刻步驟將慣性感測器裝置IE之可動構造曝露出來，因為其下不再設有絕緣層6，而是僅設有將最上方之導電通路平面LB0曝露出來的凹槽A2。
以上述方式構建而成的膜片區域M構成該微機械壓力感測器裝置之第一壓力偵側電極，其中，如上文所述，該第二壓力偵側電極係透過最上方之導電通路平面LB0的導電通路區段7構成。
可選擇將用於電接觸的接觸頭P1、P2實施為環繞式圓環， 從而改善膜片區域M之密封性。
如圖1f)所示，隨後提供一罩形晶圓3，在該第一實施方式中，該罩形晶圓已具有一貫穿式壓力入口3a，其用作針對該微機械壓力感測器裝置的媒質接入口。
罩形晶圓3還具有位於慣性感測器裝置IE上方的扁平空穴3b。在罩形晶圓3所配設的接合區域上設有例如為鍺層的第二接合層18a。
在如圖1g)所示另一處理步驟中，透過所配設的接合區域上的第一及第二接合層18、18a將罩形晶圓3接合至微機械功能層2上，在本實施例中採用共晶鋁-鍺接合，其中，為罩形晶圓3與微機械功能層2建立共晶接合連接18'。
藉由接合將慣性感測器裝置IE密封式封裝，其中，由此而產生的空穴係以元件符號K表示。
而藉由穿過罩形晶圓3之壓力入口3a實現的用於該壓力感測器裝置的媒質接入口則被保留。
在如圖1h)所示的隨後的處理步驟中，自背面RS對CMOS晶圓1進行研磨，從而在背面RS上將貫穿接點15曝露出來。
在背面RS上沈積另一絕緣層I'後，在該絕緣層上或該絕緣層中構建導電通路區段L1、L2，在該等導電通路區段上構建例如為小焊球的接合球K1、K2，以便將整個組合式感測器裝置焊接至對應的基板上。
需要指出的是，就在罩形晶圓3中預設壓力入口3a之開口的方案而言，作為其替代方案，亦可對罩形晶圓3中預構建的另一空穴進行後續磨削，或者採用蝕刻步驟或鐳射鑽孔法來製造該壓力入口，特定言 之，下面還會結合另一實施方式對此進行說明。
圖2a)、2b)為用於對本發明之第二實施方式中的微機械壓力感測器裝置及相關製造方法進行說明的橫截面圖。
就該第二實施方式而言，該罩形晶圓係以元件符號3'表示，構建於該罩形晶圓中之貫穿式壓力入口係以元件符號3a'表示，預構建於該罩形晶圓中之空穴係以元件符號3b'表示。
圖2a)所示處理狀態與圖1f)所示處理狀態大體相同。但在採用本實施方式的情況下，在該等接合區域內，微機械功能層2及位於其下的絕緣層6被移除。故最上方之導電通路平面LB0在該等接合區域內曝露出來以便接合，該導電通路平面就地將用作接合面之鋁金屬層曝露出來。
如上文結合該第一實施方式所述，在罩形晶圓3'之接合區域內設有用鍺製成的第一接合層18a。如此便能將在本實施方式中以較複雜之方式預構造化的罩形晶圓3'簡單地接合至最上方之導電通路平面LB0上，進而實現圖2b)所示的處理狀態。
與該第一實施方式相比，罩形晶圓3'需要設於該慣性感測器裝置之區域內的更大的空穴3b'以及另一設於該壓力感測器裝置之區域內的空穴3b"，從而防止罩形晶圓3'(特別是在膜片區域M內)貼靠在該壓力感測器裝置上及該慣性感測器裝置IE上。
圖2b)所示處理狀態之後的其他處理與圖1h)類似。
圖3a)、3b)為用於對本發明之第三實施方式中的微機械壓力感測器裝置及相關製造方法進行說明的橫截面圖。
與該第二實施方式不同，就該第三實施方式而言，該罩形晶圓係以元件符號3"表示並具有針對該慣性感測器裝置之凹槽3b"、針對該壓力感測器裝置之凹槽3b""，以及作為該壓力入口的初期形式的預製空穴3a"。
如圖3b)所示，透過鍺接合層18a將罩形晶圓3"接合至預先曝露出來的最上方之導電通路平面LB0上，隨後構建共晶接合連接18'。接合完畢後，對罩形晶圓3"進行磨削，以便將壓力入口3a"曝露出來。
圖4為用於對本發明之第四實施方式中的微機械壓力感測器裝置及相關製造方法進行說明的橫截面圖。
與該第三實施方式不同，採用圖4所示第四實施方式時，不對罩形晶圓3"進行磨削，而是透過蝕刻法或者透過豎向或斜向鐳射鑽孔將壓力入口3a"曝露出來，其中，構建將壓力入口3a"朝外曝露出來的通孔3c。
圖5為用於對本發明之第五實施方式中的微機械壓力感測器裝置及相關製造方法進行說明的橫截面圖。
就該第五實施方式而言，元件符號M'所表示的膜片區域具有微機械功能層2之減薄區域D，例如可藉由對應的光微影蝕刻製程來製造該區域。
該方案之背景為：自晶圓2研磨而成的微機械功能層2之厚度通常為30μm，以及，可透過減薄區域D增強膜片區域M'之靈敏度。
在其他方面，圖5所示處理狀態與圖3b相同。
圖6為用於對本發明之第六實施方式中的微機械壓力感測器裝置及相關製造方法進行說明的橫截面圖。
與該第一實施方式相比，採用該第六實施方式時不設慣性感 測器裝置IE，並將膜片區域M"及在該膜片區域下相應位於微機械功能層2"中之凹槽A1"構建得更大。在此，該等接觸頭以元件符號P1"及P2"表示，且該第二壓力偵測電極以7"表示。
在其他方面，圖6所示處理狀態與圖1h)所示處理狀態相同。
採用此實施方式時，膜片區域M"顯然較易於遭受搬運影響，故在搬運和運輸元件時必須採取特別的預防措施。
圖7為用於對本發明之第七實施方式中的微機械壓力感測器裝置及相關製造方法進行說明的橫截面圖。
與該第六實施方式相比，採用該第七實施方式時不設貫穿接點15，且接觸及安裝皆係透過正面VS進行，具體方式為：在微機械功能層2"上方設有一經構造化之絕緣層IV，在該絕緣層上又設有導電通路L1"及L2"，在該等導電通路上設有若干用於將該元件焊接至適宜之基板上的接合球K1"及K2"。
接合球K1"及K2"係透過導電通路L1"及L2"以及透過接觸頭P3"及P4"，以與接觸頭P1"及P2"類似之方式與最上方之導電通路平面LB0連接。
圖8為用於對本發明之第八實施方式中的微機械壓力感測器裝置及相關製造方法進行說明的橫截面圖。
與該第七實施方式相比，採用該第八實施方式時，在導電通路區段LDV1及LDV2上設有接合球K1"及K2"，該等接合球係直接設於絕緣層6上並透過穿孔K'與最上方之導電通路平面LB0連接。
儘管在此結合若干較佳實施例對本發明進行說明，但本發明不侷限於此等較佳實施例。特定言之，述及之材料及拓樸僅作為示範且不侷限於述及之實施例。
儘管在上述第一至第五實施方式中就將微機械壓力感測器裝置與微機械慣性感測器裝置相結合之方案進行了說明，但本發明不侷限於此。
在該微機械功能層中，亦可將其他感測器或感測器裝置或MEMS元件，例如磁場感測器裝置(例如基於洛侖茲力的磁感測器)、旋轉加速度感測器、振盪器、射頻MEMS等與該微機械壓力感測器裝置相結合。
1‧‧‧CMOS晶圓，ASIC晶圓
1a‧‧‧重佈機構
2‧‧‧微機械功能層
3‧‧‧罩形晶圓
3a‧‧‧壓力入口
3b‧‧‧空穴
6‧‧‧絕緣層
7‧‧‧第二壓力偵測電極，導電通路區段
15‧‧‧貫穿接點
18'‧‧‧共晶接合連接
100‧‧‧CMOS電路
A1‧‧‧凹槽
A2‧‧‧凹槽
I‧‧‧絕緣層
I'‧‧‧絕緣層
IE‧‧‧微機械慣性感測器裝置
K‧‧‧空穴
K1‧‧‧接合球
K2‧‧‧接合球
M‧‧‧膜片區域
L1‧‧‧接觸孔，導電通路區段
L2‧‧‧接觸孔，導電通路區段
LB0‧‧‧導電通路平面
LB1‧‧‧導電通路平面
LB2‧‧‧導電通路平面
P1‧‧‧接觸頭
P2‧‧‧接觸頭
P3‧‧‧接觸頭
RS‧‧‧背面
VS‧‧‧正面

Claims (15)

  1. 一種微機械壓力感測器裝置，包含：ASIC晶圓(1)，其包含正面(VS)及背面(RS)；構建於該正面(VS)上的重佈機構(1a)，其包含多個導電通路平面(LB0，LB1，LB2)及位於該等導電通路平面之間的絕緣層(I)；構建於該等多個導電通路平面(LB0，LB1，LB2)的最上方之導電通路平面(LB0)上方的經構造化的絕緣層(6)；構建於該絕緣層(6)上的微機械功能層(2；2")，其具有一可被施加壓力的膜片區域(M；M'；M")，該膜片區域作為第一壓力偵測電極位於該絕緣層(6)之凹槽(A1；A1")的上方；以與該凹槽(A1；A1")中之膜片區域(M；M'；M")間隔一定距離的方式構建於該最上方之導電通路平面(LB0)中的第二壓力偵測電極(7；7")，該第二壓力偵測電極與該膜片區域(M；M'；M")電絕緣；其中，該膜片區域(M；M'；M")係透過一或多個第一接觸頭(P1，P2；P1"，P2")與該最上方之導電通路平面(LB0)電連接，該等第一接觸頭穿過該膜片區域(M；M'；M")以及穿過該絕緣層(6)。
  2. 如申請專利範圍第1項之微機械壓力感測器裝置，其中，設有構建為環繞式圓環的第一接觸頭(P1，P2；P1"，P2")。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之微機械壓力感測器裝置，其中，在該微機械功能層(2)上接合有一罩形晶圓(3)，該罩形晶圓具有通向該膜片區域(M；M'；M")之壓力入口(3a)。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之微機械壓力感測器裝置，其中，在該最 上方之導電通路平面(LB0)上接合有一罩形晶圓(3；3")，該罩形晶圓具有通向該膜片區域(M；M')之壓力入口(3a'；3a"；3a"，3c)。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之微機械壓力感測器裝置，其中，該膜片區域(M')具有該微機械功能層(2；2")之減薄區域(D)。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之微機械壓力感測器裝置，其中，在該膜片區域(M")外在該微機械功能層(2")上方構建有若干接合球(K1"，K2")，該等接合球係透過一或多個第二接觸頭(P3"，P4")與該最上方之導電通路平面(LB0)電連接，該等第二接觸頭穿過該微機械功能層(2")以及穿過該絕緣層(6")。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之微機械壓力感測器裝置，其中，在該微機械功能層(2")被移除之區域內，在該絕緣層(6)上方構建有若干接合球(K1"，K2")，該等接合球係透過穿孔(K')與該最上方之導電通路平面(LB0)電連接。
  8. 一種針對微機械壓力感測器裝置之製造方法，包含以下步驟：提供一包含正面(VS)及背面(RS)之ASIC晶圓(1)；在該正面(VS)上構建一重佈機構(1a)，該重佈機構包含多個導電通路平面(LB0，LB1，LB2)及位於該等導電通路平面之間的絕緣層(I)；在該等多個導電通路平面(LB0，LB1，LB2)的最上方之導電通路平面(LB0)上方構建一經構造化之絕緣層(6)，該絕緣層具有凹槽(A1；A1")；將晶圓(2a)接合至該經構造化之絕緣層(6)上；將該接合的晶圓(2a)減薄，從而構建微機械功能層(2；2")； 對在該微機械功能層(2；2")中在該絕緣層(6)之凹槽(A1；A1")上方作為第一壓力偵測電極的可被施加壓力的膜片區域(M；M'；M")進行構造化；在該最上方之導電通路平面(LB0)中以與該凹槽(A1；A1")中之膜片區域(M；M'；M")間隔一定距離之方式構建第二壓力偵測電極(7；7")，該第二壓力偵測電極與該膜片區域(M；M'；M")電絕緣；及構建一或多個穿過該膜片區域(M；M'；M")並穿過該絕緣層(6)的第一接觸頭(P1，P2；P1"，P2")，從而使得該膜片區域(M；M'；M")與該最上方之導電通路(LB0)電連接。
  9. 如申請專利範圍第8項之製造方法，其中，該絕緣層(6)包括至少一氧化物層及/或至少一氮化物層，以及，在低於400℃之溫度下較佳藉由電漿激活式直接接合法實施該接合操作。
  10. 如申請專利範圍第8或9項之製造方法，其中，設置構建為環繞式圓環的第一接觸頭(P1，P2；P1"，P2")。
  11. 如申請專利範圍第8或9項之製造方法，其中，將一罩形晶圓(3)接合至該微機械功能層(2)上，該罩形晶圓具有通向該膜片區域(M；M'；M")之壓力入口(3a)。
  12. 如申請專利範圍第8或9項之製造方法，其中，將該微機械功能層(2)及該絕緣層(6)局部自該最上方之導電通路平面(LB0)移除，以及，隨後將一罩形晶圓(3；3")接合至該最上方之導電通路平面(LB0)上，該罩形晶圓具有通向該膜片區域(M；M')之壓力入口(3a'；3a"；3a"，3c)。
  13. 如申請專利範圍第8或9項之製造方法，其中，在該膜片區域(M')內將該微機械功能層(2；2")減薄。
  14. 如申請專利範圍第8或9項之製造方法，其中，在該膜片區域(M")外在該微機械功能層(2")上方構建若干接合球(K1"，K2")，其中透過一或多個第二接觸頭(P3"，P4")將該等接合球與該最上方之導電通路平面(LB0)電連接，該等第二接觸頭穿過該微機械功能層(2")以及穿過該絕緣層(6")。
  15. 如申請專利範圍第8或9項之製造方法，其中，在某一區域內將該微機械功能層(2")移除，以及，在該區域內在該絕緣層(6)上方構建若干接合球(K1"，K2")，其中透過穿孔(K')將該等接合球與該最上方之導電通路平面(LB0)電連接。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107032290A (zh) * 2016-01-21 2017-08-11 台湾积体电路制造股份有限公司 半导体器件及其形成方法

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014200512B4 (de) * 2014-01-14 2017-06-08 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Drucksensorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren
CN107764317A (zh) * 2016-08-17 2018-03-06 立锜科技股份有限公司 组合式微机电装置以及其制作方法
EP3257074A1 (en) * 2015-02-11 2017-12-20 InvenSense, Inc. 3D INTEGRATION USING Al-Ge EUTECTIC BOND INTERCONNECT
US9969614B2 (en) 2015-05-29 2018-05-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. MEMS packages and methods of manufacture thereof
DE102015225184A1 (de) * 2015-12-15 2017-06-22 Robert Bosch Gmbh Herstellungsverfahren für eine mikromechanische Sensorvorrichtung und entsprechende mikromechanische Sensorvorrichtung
US10081539B2 (en) * 2016-07-12 2018-09-25 Invensense, Inc. Two different conductive bump stops on CMOS-MEMS bonded structure
JP6748006B2 (ja) * 2017-03-09 2020-08-26 アズビル株式会社 圧力センサ
DE102017218155A1 (de) * 2017-10-11 2019-04-11 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Vorrichtung mit überdeckendem Bondrahmen
CN109729242B (zh) * 2017-10-27 2020-10-02 宁波舜宇光电信息有限公司 摄像模组及其扩展走线封装感光组件、拼板组件和制造方法
DE102018204751A1 (de) 2018-03-28 2019-10-02 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Sensorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren
US11054317B2 (en) * 2018-09-28 2021-07-06 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for direct measurement of chucking force on an electrostatic chuck
DE102019202794B3 (de) * 2019-03-01 2019-11-07 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Sensorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren
US11851323B2 (en) * 2019-08-26 2023-12-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor device comprising different types of microelectromechanical systems devices
DE102020209934A1 (de) 2020-08-06 2022-02-10 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauelement, entsprechendes mikromechanisches Bauelement und entsprechende Anordnung

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19701055B4 (de) * 1997-01-15 2016-04-28 Robert Bosch Gmbh Halbleiter-Drucksensor
US7442570B2 (en) 2005-03-18 2008-10-28 Invensence Inc. Method of fabrication of a AL/GE bonding in a wafer packaging environment and a product produced therefrom
US7250353B2 (en) 2005-03-29 2007-07-31 Invensense, Inc. Method and system of releasing a MEMS structure
US7268463B2 (en) * 2005-07-28 2007-09-11 Freescale Semiconductor, Inc. Stress release mechanism in MEMS device and method of making same
EP1946060A1 (de) * 2005-08-23 2008-07-23 Continental Teves AG & Co. oHG Drucksensor für hydraulische medien in kraftfahrzeugbremssystemen und dessen verwendung
DE102006011545B4 (de) * 2006-03-14 2016-03-17 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Kombi-Bauelement und entsprechendes Herstellungsverfahren
KR100773759B1 (ko) * 2006-03-27 2007-11-09 한국기계연구원 마이크로 압력센서
KR100904994B1 (ko) * 2007-05-08 2009-06-29 안동대학교 산학협력단 압력센서 제조방법 및 그 구조
DE102010006132B4 (de) * 2010-01-29 2013-05-08 Epcos Ag Miniaturisiertes elektrisches Bauelement mit einem Stapel aus einem MEMS und einem ASIC
US8216882B2 (en) * 2010-08-23 2012-07-10 Freescale Semiconductor, Inc. Method of producing a microelectromechanical (MEMS) sensor device
US8507358B2 (en) 2010-08-27 2013-08-13 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Composite wafer semiconductor
KR101332701B1 (ko) * 2010-09-20 2013-11-25 페어차일드 세미컨덕터 코포레이션 기준 커패시터를 포함하는 미소 전자기계 압력 센서
US20120235251A1 (en) 2011-03-14 2012-09-20 Invensense, Inc. Wafer level packaging of mems devices
CN102180435B (zh) * 2011-03-15 2012-10-10 迈尔森电子（天津）有限公司 集成mems器件及其形成方法
CN102156012A (zh) * 2011-03-15 2011-08-17 迈尔森电子（天津）有限公司 Mems压力传感器及其制作方法
US8754529B2 (en) * 2011-03-28 2014-06-17 Miradia, Inc. MEMS device with simplified electrical conducting paths
US20130001710A1 (en) 2011-06-29 2013-01-03 Invensense, Inc. Process for a sealed mems device with a portion exposed to the environment
US20130001550A1 (en) * 2011-06-29 2013-01-03 Invensense, Inc. Hermetically sealed mems device with a portion exposed to the environment with vertically integrated electronics
DE102012210052B4 (de) * 2012-06-14 2023-12-14 Robert Bosch Gmbh Hybrid integriertes Bauteil und Verfahren zu dessen Herstellung
US9487391B2 (en) * 2013-11-19 2016-11-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Micro-electro mechanical system (MEMS) device having a blocking layer formed between closed chamber and a dielectric layer of a CMOS substrate
US9630832B2 (en) * 2013-12-19 2017-04-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing
US9725310B2 (en) * 2013-12-20 2017-08-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Micro electromechanical system sensor and method of forming the same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107032290A (zh) * 2016-01-21 2017-08-11 台湾积体电路制造股份有限公司 半导体器件及其形成方法
US10981779B2 (en) 2016-01-21 2021-04-20 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. MEMS devices and methods of forming the same
CN107032290B (zh) * 2016-01-21 2022-01-04 台湾积体电路制造股份有限公司 半导体器件及其形成方法

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