本發(fā)明涉及半導體制造技術(shù)，具體涉及含有自檢測功能的多軸壓阻式加速度傳感器及其制造方法。

背景技術(shù)：

目前壓阻式加速度傳感器的晶圓級標定與檢測非常困難。產(chǎn)業(yè)界還沒有成熟的技術(shù)，一些測試廠家(例如芬蘭的AFORE公司)提供了晶圓級的壓阻式加速度測試方案，但是需要定制特殊的測試夾具和探針卡，使得測試的固定資產(chǎn)投入和成本很高。

目前壓阻式加速度傳感器只能在封裝成模塊產(chǎn)品以后利用測試臺做模塊級的檢測。一旦出現(xiàn)加速度傳感器失效，那么損失的不僅包括加速度傳感器，還包括模塊的封裝成本以及模塊內(nèi)集成的其他器件，例如控制IC。因此產(chǎn)業(yè)界急需一種壓阻式加速度傳感器，可以進行晶圓級的測試、標定，在封裝成模塊之前就剔除不良產(chǎn)品，降低由于傳感器失效造成的成本損失。

美國專利US2006018542披露了一種采用在懸空薄膜上生長質(zhì)量塊，在懸空薄膜表面選擇最佳位置制作壓阻條的制作壓阻式多軸加速度傳感器，雖然實現(xiàn)了三軸加速度的檢測，而且通過有限元模擬選擇各軸加速度檢測壓阻條的最佳位置，但由于一點應(yīng)力狀態(tài)的復雜性，始終存在軸向串擾；此外，其沒有晶圓級自檢測功能，不利于芯片的產(chǎn)業(yè)化測試工作。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種含有自檢測功能的多軸壓阻式加速度傳感器及其制造方法以解決上述技術(shù)問題。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案為：

一種含有自檢測功能的多軸壓阻式加速度傳感器，基于SOI晶圓，所述的SOI晶圓依次設(shè)置有襯底、中間氧化層、器件層，包括至少一個含有自檢測功能的面內(nèi)壓阻式加速度傳感器和至少一個含有自檢測功能的面外壓阻式加速度傳感器，其特征在于，所述的器件層上設(shè)置有掩模層，所述的器件層設(shè)置有重摻雜電連接區(qū)、輕摻雜壓阻條，所述的輕摻雜壓阻條與相應(yīng)的部分重摻雜電連接區(qū)部分電接觸，貫穿所述掩模層、所述器件層、所述中間氧化層的釋放槽、釋放孔，通過所述釋放槽、釋放孔釋放加速度傳感器的可動結(jié)構(gòu)，形成一種含有自檢測功能的多軸壓阻式加速度傳感器的至少一個含有自檢測功能的面外壓阻式加速度傳感器部分；所述可動結(jié)構(gòu)具有懸臂梁，所述部分懸臂梁的側(cè)壁設(shè)置有壓阻條，所述部分懸臂梁的側(cè)壁設(shè)置有自檢測電極，形成一種含有自檢測功能的多軸壓阻式加速度傳感器的至少一個含有自檢測功能的面內(nèi)壓阻式加速度傳感器部分。

優(yōu)選地，所述的器件層為N型摻雜。

優(yōu)選地，所述的重摻雜電連接區(qū)為P型摻雜，所述的輕摻雜壓阻條為P型摻雜。

優(yōu)選地，所述懸臂梁側(cè)壁壓阻條和所述側(cè)壁自檢測電極為P型輕摻雜。

優(yōu)選地，所述器件層、所述中間氧化層設(shè)置有隔離槽，所述隔離槽側(cè)壁為絕緣壁，填充隔離槽，所述部分釋放槽與所述部分隔離槽具有部分重合，所述部分釋放槽和所述部分重摻雜電連接區(qū)具有部分重合。

優(yōu)選地，所述掩模層設(shè)置有接觸孔，接觸孔內(nèi)沉積金屬并與重摻雜電連接區(qū)電接觸，通過掩膜層表面沉積的金屬連線引出形成傳感器金屬引腳。

優(yōu)選地，所述掩模層設(shè)置有鈍化層，通過刻蝕所述鈍化層暴露所述金屬引腳。

優(yōu)選地，所述鈍化層設(shè)置有一質(zhì)量塊。

優(yōu)選地，所述SOI晶圓上還設(shè)置有保護蓋。

本發(fā)明還提供一種含有自檢測功能的多軸壓阻式加速度傳感器制造方法，基于SOI晶圓，所述的SOI晶圓依次設(shè)置有襯底、中間氧化層、器件層，包括至少一個含有自檢測功能的面內(nèi)壓阻式加速度傳感器和至少一個含有自檢測功能的面外壓阻式加速度傳感器，包括以下步驟：

在所述器件層生長第一層掩模層，圖形化并刻蝕透所述掩模層、所述器件層和所述中間氧化層形成隔離槽；

去除第一層掩膜層并重新生產(chǎn)第二層掩膜層，圖形化，在所述器件層預定位置形成重摻雜電連接區(qū)；

圖形化，輕摻雜，在所述器件層預定位置形成輕摻雜壓阻條，所述的輕摻雜壓阻條與相應(yīng)的部分重摻雜電連接區(qū)部分電接觸；

圖形化、刻蝕所述掩模層、所述器件層、所述中間氧化層形成釋放槽、釋放孔、加速度傳感器結(jié)構(gòu)；

側(cè)面摻雜，在加速度傳感器結(jié)構(gòu)部分懸臂梁側(cè)面形成壓阻條，部分懸臂梁側(cè)面形成部分自檢測電極。

優(yōu)選地，還包括如下步驟：

在所述隔離槽側(cè)壁制作一層絕緣壁；

填充所述隔離槽。

優(yōu)選地，所述部分釋放槽與所述部分隔離槽具有部分重合，所述部分釋放 槽和所述部分重摻雜電連接區(qū)具有部分重合。

優(yōu)選地，還包括如下步驟：

圖形化，并刻蝕所述掩模層，形成接觸孔；

在所述接觸孔內(nèi)沉積金屬與重摻雜電連接區(qū)實現(xiàn)電接觸，并通過掩膜層表面沉積的金屬連線引出形成傳感器金屬引腳。

優(yōu)選地，還包括如下步驟：

在所述掩模層上淀積鈍化層并圖形化、刻蝕出傳感器金屬引腳的打線孔，刻蝕所述部分鈍化層露出所述釋放槽和所述釋放孔。

優(yōu)選地，還包括如下步驟：

在所述加速度傳感器可動結(jié)構(gòu)上方的鈍化層沉積一質(zhì)量塊。

優(yōu)選地，還包括如下步驟：

通過所述釋放槽和所述釋放孔，釋放加速度傳感器的可動結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，還包括如下步驟：

在所述SOI晶圓上健合一保護蓋。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的含有自檢測功能的多軸壓阻式加速度傳感器，多軸壓阻式加速度傳感器至少包括兩個加速度敏感方向，其面內(nèi)加速度敏感方向的壓阻采用側(cè)面摻雜，在應(yīng)力感應(yīng)懸臂的側(cè)面形成壓阻條，減小軸向串擾，保證面內(nèi)加速度部分器件零點輸出較小，零點輸出的一致性。面外加速度敏感方向的壓阻采用在表面進行離子注入或者擴散方式進行摻雜，在應(yīng)力感應(yīng)懸臂的表面形成壓阻條，這種工藝流程制作的器件，在結(jié)構(gòu)上保證了各個加速度敏感方向的軸向串擾很小。其自檢測的方式是利用靜電力模擬加速度輸入引起加速度傳感器懸臂梁產(chǎn)生的形變，從而檢測加速度傳感器的性能，實現(xiàn)了晶圓級 自檢測，檢測方式完全與IC檢測探針臺兼容。

下面結(jié)合附圖對該發(fā)明進行具體敘述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明第一實施例的制造方法的流程圖。

圖3A-3N為本發(fā)明第一實施例的制造方法的工藝流程示意圖。

圖4-圖8為本發(fā)明第一實施例的原理示意圖。

圖9本發(fā)明第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

附圖1是本發(fā)明第一實施例的一種含有自檢測功能的多軸壓阻式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明第一實施例的制造方法的流程圖，圖3A-3N為本發(fā)明第一實施例的制造方法的工藝流程示意圖。

如圖1、2、3A-3N所示，一種含有自檢測功能的多軸壓阻式加速度傳感器及其制造方法：

參看圖3A，本發(fā)明實施例基于SOI晶圓1，依次設(shè)置有襯底101、中間氧化層102和器件層103，優(yōu)選地，器件層103摻雜類型采用N型。

參看圖2，步驟201，同時參看圖3Ba-3Bb，3Ba為橫截面示意圖，3Bb為俯視示意圖。在器件層103表面生長制作一層掩模層104，圖形化并刻蝕透掩模層104、器件層103和中間氧化層102形成隔離槽105，優(yōu)選地，同時開導電孔122。

步驟202，同時參看圖3C，3C為橫截面示意圖。對刻蝕開的隔離槽105和導電孔122進行側(cè)壁電絕緣處理，形成一層絕緣壁106。制作絕緣壁106的方法，可以采用低壓化學氣象淀積低應(yīng)力的氮化硅材料，并去除晶圓表面和隔離槽105 及導電孔122底部的氮化硅材料，只在隔離槽105及導電孔122側(cè)壁保留氮化硅材料，最終形成一層絕緣壁106。也可以采用其他材料如熱氧化硅材料，或者熱氧化硅和氮化硅雙層材料等。

步驟203，同時參看圖3Da-3Db，3Da為橫截面示意圖，3Db為俯視示意圖。

用材料107回填隔離槽105和導電孔122，回填隔離槽105和導電孔122的材料107，可以采用低壓化學氣象淀積低應(yīng)力的多晶硅材料，并去除掩模層104上的多晶硅材料，只保留在隔離槽105和導電孔122內(nèi)的多晶硅。

步驟204，同時參看圖3Ea-3Eb，3Ea為橫截面示意圖，3Eb為俯視示意圖。去除掩模層104，并重新生長一層新掩模層104；圖形化，重摻雜，形成重摻雜電連接區(qū)108。重摻雜的方式可以是離子注入，也可以是擴散工藝，均是現(xiàn)有技術(shù)，在此不做贅述。優(yōu)選地，采用P型重摻雜。

步驟205，同時參看圖3Fa-3Fb，3Fa為橫截面示意圖，3Fb為俯視示意圖。圖形化，并進行輕摻雜，形成面外加速度敏感方向的敏感壓阻條109，并與對應(yīng)的重摻雜電連接區(qū)108實現(xiàn)部分電接觸。輕摻雜的方式可以是離子注入，也可以是擴散工藝。優(yōu)選地，采用P型輕摻雜。

步驟206，同時參看圖3Ga-3Gb，3Ga為橫截面示意圖，3Gb為俯視示意圖。優(yōu)選地，圖形化，并進行重摻雜，形成重摻雜區(qū)110，以降低接觸電阻，重摻雜的方式可以是離子注入，也可以是擴散工藝。優(yōu)選地，采用N型摻雜。

步驟207，同時參看圖3H，3H為橫截面示意圖。圖形化并刻蝕掩模層104，形成接觸孔111。

步驟208，同時參看圖3Ia-3Ib、3Ib-A，3Ia為橫截面示意圖，3Ib為俯視示意圖，3Ib-A為3Ib圖中A部分的局部放大圖。圖形化釋放槽113和釋放孔114。 在掩模層104上先制作一層光刻膠112，圖形化釋放槽113，釋放孔114。其中部分釋放槽113與部分隔離槽105具有部分重合，部分釋放槽113與部分重摻雜電連接區(qū)108部分重合，參見圖3Ib-A。

步驟209，同時參看圖3Ja-3Jb、3Ja為橫截面示意圖，3Jb為俯視示意圖。在釋放槽113槽內(nèi)、釋放孔114孔內(nèi)，刻蝕透掩模層104、器件層103和中間氧化層102，形成的釋放槽113、釋放孔114直接貫通到襯底層101，從而使掩模層104、器件層103和中間氧化層102形成加速度傳感器的結(jié)構(gòu)116，加速度傳感器結(jié)構(gòu)116具有懸臂梁117。然后去除光刻膠112。

步驟210，同時參看圖3Ka-3Kb，3Ka為橫截面示意圖，3Kb為俯視示意圖。側(cè)面摻雜，在部分懸臂梁117側(cè)面形成壓阻條115，部分懸臂梁117側(cè)面形成自檢測可動電極123并形成自檢測固定電極124。優(yōu)選地，側(cè)面摻雜采用P型摻雜，摻雜方式采用擴散方法。比如采用固態(tài)硼硅玻璃作為P型摻雜源，則擴散完成以后，在暴露的表面和側(cè)壁會殘留氧化硅材料，去除晶圓表面和釋放槽113、釋放孔114底部的氧化硅材料，保留釋放槽113、釋放孔114側(cè)壁的氧化硅材料(用于后續(xù)釋放過程中對側(cè)壁的保護)；如果采取其他摻雜源，則摻雜完成以后淀積保護層，并去除晶圓表面和釋放槽底部的保護層，保留釋放槽113、釋放孔114側(cè)壁的保護層。

步驟211，同時參看圖3La-3Lb，3La為橫截面示意圖，3Lb為俯視示意圖。淀積金屬并圖形化，形成加速度傳感器的金屬引腳。淀積金屬，并圖形化，形成加速度傳感器的金屬引腳118。

步驟212，同時參看圖3M，3M為橫截面示意圖。淀積鈍化層119并圖形化、刻蝕出傳感器金屬引腳的打線孔，刻蝕部分鈍化層119露出釋放槽113、釋 放孔114。優(yōu)選地，為增加加速度傳感器靈敏度，可以在圖形化打線孔之前可在鈍化層119上增加一附加質(zhì)量塊120，質(zhì)量塊120可以通過電鍍工藝加工。

步驟213，同時參看圖3N，3N為橫截面示意圖。釋放結(jié)構(gòu)，鍵合保護蓋121。通過釋放槽113、釋放孔114釋放加速度傳感器的可動結(jié)構(gòu)，釋放方法可以采用硅的干法各向同性刻蝕技術(shù)，例如使用二氟化氙氣體；保護蓋121的鍵合可以采用金屬共晶鍵合，例如鋁鍺共晶鍵合技術(shù)，也可以使用有機鍵合材料，例如苯并環(huán)丁烯。

圖4-圖8為本發(fā)明第一實施例的原理圖，參見圖4，本發(fā)明第一實施例為兩軸壓阻式加速度傳感器(X軸，Z軸)，其中A部分為面內(nèi)(X軸)加速度敏感方向，B部分為面外(Z軸)加速度敏感方向。301-305、501-503分別為相應(yīng)的為A部分傳感器金屬腳，401-404分別為相應(yīng)的壓阻條，通過重摻雜電連接區(qū)、隔離槽、釋放槽及金屬連線形成傳感器金屬引腳301-305，從而形成面內(nèi)(X軸)加速度部分的檢測電阻電橋，其等效電路圖如圖5所示；通過重摻雜電連接區(qū)、隔離槽、釋放槽及金屬布線，形成傳感器金屬引腳501-503，用以實現(xiàn)晶圓級檢測功能，501為測試固定電極1，503為測試固定電極2，502為測試可動電極。在測試固定電極1(或者固定電極2)與測試可動電極502之間施加電壓時，由于靜電力作用，測試可動電極會帶動加速度傳感器結(jié)構(gòu)A部分發(fā)生面內(nèi)的位移，模擬受到面內(nèi)加速度載荷的情況，其晶圓級檢測原理示意圖如圖6所示；309-312、504-505為B部分傳感器金屬引腳，405-408分別為相應(yīng)的壓阻條，通過重摻雜電連接區(qū)及金屬連線形成傳感器金屬引腳309-312，從而形成面外(Z軸)加速度檢測電阻電橋，其等效電路圖如圖7所示；通過重摻雜電連接區(qū)及金屬布線，形成傳感器金屬引腳504-505，用以實現(xiàn)晶圓級檢測功能，504為測 試可動電極2，505為測試固定電極3。通過在固定電極3和可動電極2之間施加電壓，由于靜電力作用，測試可動電極2會帶動加速度傳感器結(jié)構(gòu)發(fā)生面外的位移，模擬受到面外加速度載荷的情況，其晶圓級檢測原理示意圖如圖8所示。這一測試方法不用施加真正的加速度載荷，只需要施加靜電載荷，方便進行在線測試，檢測方式完全與IC檢測探針臺兼容。

圖9為本發(fā)明第二實施例的結(jié)構(gòu)俯視示意圖。本發(fā)明第二實施例為三軸壓阻式加速度傳感器，在第一實施例的基礎(chǔ)上增加一個Y軸敏感方向的面內(nèi)加速度傳感器部分，該Y軸敏感方向的面內(nèi)加速度傳感器部分結(jié)構(gòu)是將X軸敏感方向面內(nèi)加速度部分旋轉(zhuǎn)90°即可，其制造工藝流程完全與第一實施例完全相同，在此不再贅述。參見圖9中C部分即為Y軸方向的面內(nèi)加速度傳感器部分。

同樣，可以組合形成兩軸面內(nèi)加速度敏感方向的兩軸壓阻式加速度傳感器(X軸，Y軸)，或者(Y軸，Z軸)兩軸壓阻式加速度傳感器。

當然，此發(fā)明還可以有其他變換，并不局限于上述實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員所具備的知識，還可以在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下作出各種變化，這樣的變化均應(yīng)落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。