專利名稱：半導體器件及其制造方法
技術領域：
本發明大體上涉及半導體器件，更詳細地說，涉及具有活動結構的傳感器器件。
典型的常規加速度傳感器包括一個響應外界加速度作用而移動的塊。該移動接著轉變為電子響應，從而可以確定加速度的大小。這種結構的一個問題在于，如果施加的加速度太大，移動塊就會被損壞。
移動塊外周邊的緩沖器是防止當移動塊移動幅度過大時發生損壞的一種方法。然而，由于緩沖器會占用傳感器表面很大數量的面積，并且它們只能停止兩個正交軸向之一方向上的移動，所以緩沖器不是很理想。
因此，提供一個不增加傳感器的尺寸而能防止加速度表的移動塊損壞的傳感器結構將是有優勢的。
圖1是一張具有一個按照本發明構造的傳感器的半導體器件的放大的局部俯視圖。
圖2是一張半導體器件的放大的截面圖；以及圖3是一張描述按照本發明構造移動阻塞物的可替實施方案的傳感器的放大的俯視圖。
我們提倡簡明易懂的說明，因而圖中所述的元件不必按比例繪制。例如，為了易懂，一些元件的尺寸與其它元件相比被放大了。更進一步，在圖中適當的地方重復標出參考數字以表示相應的或相似的元件。
圖1是一個按照本發明構造的半導體器件10的部分放大的俯視圖。更詳細地說，圖1描述了半導體器件10的一個傳感器或敏感元件11的一部分。它可以理解為半導體器件10可以是一個集成電路，一個微處理器，一個微控制器或類似的器件。另外，半導體器件10可以是一個離散傳感器，如一個加速度表，一個化學傳感器，微傳動裝置或一個微閥。
在圖1所述的例子中，敏感元件11是一個能夠測量外部加速度的大小和方向的加速度表。不過，也應理解本發明并不局限于上述實施使用，它可以用于任何具有移動元件的敏感器件。
敏感元件11包括一個可動薄板或薄板16，它采用技術上已知(未畫出)的常規方法鍍在基片12上。薄板16定義了一個與基片12的表面保持平行的一個平面，當外部加速度施加于半導體器件10時，薄板16在這個平面內移動。當然，薄板16在這個平面上的實際移動依賴于施加于半導體器件10的外力的大小和方向，因此，薄板16的移動可能不會與基片12的表面嚴格平行。
敏感元件11還包括一個與薄板16相連的指狀板17以及與基片12相連或被基片12支撐的指狀板13-14。敏感元件11是這樣構造的，當沒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)時，指狀板17與指狀板13-14相隔一個圖1中箭頭21所示的預定距離。當外部加速度施加而使薄板16移動時，指狀板17容性地與指狀板13-14耦合，從而提供一個電子信號。
例如，如果一個外部加速度以箭頭26所示的方向施加于半導體器件10，薄板16將相對于指狀板13-14向箭頭25所示的方向移動。這將依次使指狀板17向靠近指狀板13和遠離指狀板14的方向移動。如果施加的外部加速度太大，指狀板17會移動指狀板17與指狀板13之間的整個距離(箭頭21)，并且與指狀板13相碰。這可能導致結構損壞，從而使敏感元件11以至于半導體器件10完全不可用。即使不發生永久損壞，指狀板17與指狀板13之間的碰撞會產生改變敏感元件11的靈敏度和性能的微粒。
為避免指狀板17與指狀板13或14相碰，構造一個移動阻塞物19，它至少有一部分穿過薄板16上的孔18。在圖1所示的推薦的實施例中，薄板16上的孔18和移動阻塞物19的邊緣都是圓形的。移動阻塞物的邊緣與孔18的邊緣相隔箭頭20所示的距離，以提供一個最大的移動制動距離。例如，移動阻塞物19可以與薄板16上的孔18的邊緣相隔大約小于100微米的距離。另外這種碰撞會產生短暫的電短路，這將干擾這些元件的電容耦合。
移動阻塞物19與薄板16之間的實際距離可以不同，但它一般小于指狀板17與指狀板13-14之間的距離(箭頭21所示)。當一個大的外部加速度被施加時，由于薄板16首先與移動阻塞物19相碰，它阻止了避免了薄板16的進一步移動，從而可以避免指狀板17與指狀板13或14相碰。把移動阻塞物19及薄板16上的孔18構造成圓形結構有幾個優點。第一，無論薄板16向哪個方向移動，薄板16在與移動阻塞物19相碰之前具有同樣的最大移動距離。第二，薄板16與移動阻塞物19相碰是在一個點上發生的。這減小由于靜電或原子間力而使薄板16與移動阻塞物19相粘的可能，并且減少碰撞中可能產生的微粒。最后，圓形結構允許移動阻塞物19工作于全向方式。換句話說，無論薄板16向哪個方向移動，移動阻塞物19都可以阻止薄板16的活動。
現在看圖2，它提供了一種構造敏感元件11的方法。圖2是一張放大的、沿著圖1所示的截線2-2所截的截面圖。首先，在基片12的表面35上鋪上一層材料(未畫)如多晶硅。這種材料組成移動阻塞物19的底層部分的基層30。接著在基層30和基片12的表面35上鋪一層消耗層32。消耗層32可以是一層采用常規技術附著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)，然后在消耗層32上開一個孔以使基層30的一部分暴露出來，如圖2所示。
接著在上面鋪一層材料如單晶硅、多晶硅、非晶硅、金屬、金屬硅化物或者類似物，形成的結構如圖2所示。這層材料用于形成指狀板17，可動薄板16以及移動阻塞物19的上層部分36。由于移動阻塞物19和薄板16用相同的材料制成，它們有相同的厚度以避免沉積處理中的不同情況。因此，不需要附加的處理步驟就可以形成移動阻塞物19，并且由于移動阻塞物19構造在薄板16的表面上，因此不需要增加敏感元件11的尺寸。移動阻塞物19構造好后，采用濕腐蝕處理去掉消耗層，以使薄板16可以自由移動。
現在看圖3，根據本發明提供了構成移動阻塞物的其它結構51-56。根據制造敏感元件的可動薄板和移動阻塞物的光刻工藝的不同，由于制造工藝的局限性，可能需要一些移動阻塞物的可選形狀。例如，一些光刻工藝可能有一個最小分辨力，它使得重復形成小的圓形圖象比直邊更困難。在這種情況，圖3中所示的一些可選結構可能更易于制造，因而也更為需要。
圖3是具有移動阻塞物51-56的可動薄板50的放大的俯視圖。更詳細地說，移動阻塞物51安裝在方形結構上，移動阻塞物52安裝在八角形結構上，定義移動阻塞物53-56的圖形包括多個邊，其中一些長度相同，它們用不同的交叉方式布局。根據按照本發明構造半導體器件所用的光刻和腐蝕工藝的臨界尺寸的限制性，移動阻塞物51-56的每一個都可能是最需要的。它應理解為一個敏感元件可以在可動薄板上安裝多個移動阻塞物，因而可以避免旋轉運動時的損壞。
到現在為止，可以理解本發明提供了一個傳感器結構和制造該傳感器的方法，它可以避免當較大的外加速度施加于傳感器時的損壞。根據本發明的移動阻塞物的使用比采用已知技術的其它結構更可靠，更無方向性并且制造費用也并不貴多少。
權利要求
1．一個半導體器件(10)，其特征在于基片(12)有一個表面(35)；可動薄板(16)覆蓋在基片(12)上，其中可動薄板(16)上有一個孔(18)；以及移動阻塞物(19)與基片(12)相碰并且穿過可動薄板(16)上的孔(18)的至少一部分。
2．權利要求1的半導體器件(10)，其中可動薄板(16)確定了一個與基片(12)的表面(35)保持平行的平面。
3．權利要求1的半導體器件(10)，其中可動薄板(16)包括從一組材料中選出的一種材料，這組材料包括單晶硅、多晶硅、非晶硅、金屬和金屬硅化物。
4．權利要求1的半導體器件(10)，其中移動阻塞物(19)包括與基片(12)的表面(35)接觸的第一部分(30)；以及疊在第一部分(30)上的第二部分(36)，其中可動薄板(16)與移動阻塞物(19)的第二部分(36)用相同的材料制成。
5．權利要求4的半導體器件(10)，其中移動阻塞物(19)的第二部分(36)的厚度與可動薄板(16)的厚度基本相同。
6．權利要求1的半導體器件，特征還在于第一個指狀板(14)鍍在基片(12)之上；以及第二個指狀板(17)與可動薄板(16)相連，其中，當可動薄板(16)固定時，第一個指狀板(14)與第二個指狀板(17)相隔一個第一距離。
7．權利要求6的半導體器件(10)，其中移動阻塞物(19)有一個邊緣，這個邊緣與可動薄板(16)相隔一個第二距離，第一距離比第二距離大。
8．權利要求1的半導體器件(10)，其中可動薄板(16)上的孔(18)和移動阻塞物(19)都是圓形的。
9．一種傳感器(11)，特征在于一個基片(12)；一個鍍在基片(12)之上的薄板(16)，其中薄板(16)上有一個孔(18)；第一個指狀板(14)與基片(12)相連；第二個指狀板(17)與薄板(16)相連，且第一個指狀板(14)與第二個指狀板(17)相隔一個第一距離；以及移動阻塞物(19)鍍在基片(12)之上，并且，至少穿過薄板(16)上的孔(18)的一部分，其中移動阻塞物(19)與薄板(16)相隔一個第二距離，第二距離比第一距離小。
10．權利要求9的傳感器(11)，其中薄板(16)有多個孔(18)，傳感器有多個移動阻塞物(19)，并且多個孔(18)中的每一個里有一個移動阻塞物(19)。
全文摘要
傳感器(11)有一個響應外界加速度的可動薄板(16)。可動薄板(16)有一個與連接在基片(12)上的指狀板(13,14)容性耦合的指狀板(17)。在可動薄板(16)上的指狀板(17)與基片(12)上的指狀板(13,14)相碰之前使用移動阻塞物(19)來制動可動薄板(16)。
文檔編號G01P15/125GK1213778SQ98116658
公開日1999年4月14日 申請日期1998年7月29日 優先權日1997年7月30日
發明者羅納爾德·詹姆斯·古特里奇, 小丹尼爾·尼考拉斯·寇里, 丹尼爾·約瑟夫·考奇, 喬那森·哈勒·哈默德 申請人:摩托羅拉公司
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