[发明专利]用于集成压力、温度和气体传感器的单片微电子机械系统平台

说明书

技术领域

本发明实施例涉及用于集成压力、温度和气体传感器的单片微电子机械系统平台。

背景技术

已发现MEMS(微电子机械系统)器件在许多现代电子器件中广泛使用。例如，MEMS器件常见于汽车(例如，在安全气囊布局系统中)、平板电脑或智能手机。近年来，将微电子机械系统(MEMS)并入通过互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺形成的集成芯片内越来越普遍。将MEMS(例如，传感器，集成光学元件、生物芯片等)并入通过CMOS工艺形成的集成芯片内允许广泛使用高产量地制造的MEMS。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一个实施例，提供了一种单片微电子机械系统(MEMS)平台，包括：半导体衬底，包括一个或多个晶体管器件和温度传感器；介电层，设置在所述半导体衬底上方并且具有设置在所述介电层的上表面内的腔；MEMS衬底，布置在所述介电层的上表面上并且具有第一部分和第二部分，所述第二部分与所述第一部分电断开；压力传感器，具有通过所述腔垂直分离的第一压力传感器电极和第二压力传感器电极，其中，所述第二压力传感器电极包括所述MEMS衬底的所述第一部分；以及气体传感器，包括设置在第一气体传感器电极和第二气体传感器电极之间的聚合物，所述第一气体传感器电极包括所述MEMS衬底的所述第二部分。

根据本发明的另一实施例，提供了一种单片MEMS平台，包括：半导体衬底，包括一个或多个晶体管器件和温度传感器；介电层，设置在所述 半导体衬底上方并且具有设置在所述介电层的上表面内的腔；多个金属互连层，布置在所述介电层内并且包括沿着所述腔的底面延伸的第一压力传感器电极；MEMS衬底，包括设置在所述介电层的上表面上的导电半导体材料，其中，所述MEMS衬底包括设置在所述腔上方的第二压力传感器电极和与所述第二压力传感器电极电隔离的第一气体传感器电极；以及聚合物，具有根据周围环境中的液体或气体的存在而变化的介电常数，所述聚合物设置在所述第一气体传感器电极和第二气体传感器电极之间。

根据本发明的又一实施例，还提供了一种形成单片MEMS平台的方法，包括：实施CMOS工艺以在衬底内形成温度传感器和多个器件；在所述衬底上方形成介电层，其中，所述介电层包括多个金属互连层和布置在所述介电层的上表面内的腔；将所述MEMS衬底接合至所述介电层的所述上表面；图案化所述MEMS衬底以同时限定用于MEMS压力传感器的第二压力传感器电极和用于MEMS气体传感器的第一气体传感器电极；以及在所述第一气体传感器电极上方形成聚合物。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。

图1A至图1B示出了具有压力传感器、温度传感器和气体传感器的单片MEMS平台的一些实施例。

图2A至图2B示出了具有压力传感器、温度传感器和气体传感器的单片MEMS平台的一些额外的实施例。

图3A至图3B示出了具有压力传感器、温度传感器和气体传感器的单片MEMS平台的一些额外的实施例。

图4示出了所公开的具有晶圆级封装(WLP)的单片MEMS平台的一些实施例的截面图。

图5示出了所公开的具有晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)的单片MEMS平台的一些额外的实施例的截面图。

图6示出了所公开的具有晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)的单片MEMS平台的一些额外的实施例的截面图。

图7示出了具有压力传感器、温度传感器和气体传感器的单片MEMS平台的一些额外的实施例的流程图。

图8至图14示出了截面图的一些实施例，截面图示出了形成包括单片MEMS平台的集成芯片的方法，单片MEMS平台具有压力传感器、温度传感器和气体传感器。

具体实施方式

以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件形成为直接接触的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。