带有压力和加速度传感器元件的半导体管芯的制作方法

1.本发明涉及一种传感器和用于制造传感器的半导体管芯。背景技术：2.现代传感器被越来越多地基于半导体管芯制造。在成熟的半导体工艺技术的帮助下，许多功能单元通过加工半导体晶片而被共同制造，其中加工后的半导体晶片然后被分成多个半导体管芯，这些半导体管芯构成各个传感器的基础。3.通常应利用传感器同时测量加速度和压力。4.因此，在us 2015/035093a1中提出随惯性传感器一起制造电容压力传感器。us 7972888b1中描述了一种用于制造mems传感器的方法，该传感器包括压阻式压力传感器和压阻式加速度传感器。5.同样，在us 2015/096376 a1中提出在单个半导体芯片中组合惯性传感器和压力传感器。已知的压力传感器布置在已知的惯性传感器上方并且被设计为电容式压力传感器。在可替代的、但未在us2015/096376a1中明确描述的实施例中，将压敏电阻器应用在已知压力传感器的隔膜上。6.为了制造us 2015/096376 a1中描述的传感器，需要诸多工艺步骤，这使得已知传感器的制造变得复杂。技术实现要素：7.因此，需要既具有压力传感器元件又具有加速度传感器元件的传感器，其特征在于改进的可制造性。8.为了满足这种需要，提出了根据本发明的半导体管芯和用于制造半导体管芯的方法。在以下内容中给出了有利的改进。9.提出了一种半导体管芯，该半导体管芯包括半导体芯片。半导体芯片包括压阻式压力传感器元件和至少一个电容式加速度传感器元件。压阻式压力传感器元件布置在电容式加速度传感器元件的旁边。10.还提出了一种用于制造半导体管芯的方法，其中将绝缘层施加到半导体晶片上，其中通过将绝缘层结构化来暴露单晶覆盖层的一个部段，其中通过沉积半导体材料来生成半导体层，并且其中半导体层具有单晶部段和多晶部段。附图说明11.现在将参考附图更详细地解释所提出的半导体管芯和所提出的方法。其中：12.图1示出了晶片；13.图2示出了加工之后的图1中的晶片；14.图3示出了加工之后的图2中的晶片；15.图4示出了加工之后的图3中的晶片；16.图5示出了加工之后的图4中的晶片；17.图6示出了加工之后的图5中的晶片；18.图7示出了加工之后的图6中的晶片；19.图8示出了键合之后的图7中的晶片；20.图9示出了加工之后的图8中的晶片；21.图10示出了一个传感器；22.图11示出了传感器的制造方法；和23.图12示出了一个传感器。具体实施方式24.图1所示的晶片100包括具有单晶覆盖层的衬底101。衬底101例如可以是硅衬底。在衬底101上施加有绝缘层102。绝缘层102可以是绝缘氧化层，尤其是氧化硅层。在绝缘层102上施加有传感器面103。传感器面可以是由多晶硅构成的传感器面103。然而，原则上也可以考虑制造由其他材料构成的传感器表面103。25.图2示出了在晶片100已经被进一步加工之后的晶片200。特别地，在绝缘层102上进一步施加绝缘材料，使得绝缘层102也覆盖传感器面103。在图2中，绝缘层202被示为单个绝缘层202。然而，原则上可以考虑在施加绝缘层102之后使用其他材料，使得绝缘层202将具有两个子层。26.图3示出了由进一步加工晶片200得出的晶片300。特别地，图3示出绝缘层302已经被结构化。具有单晶覆盖层的衬底的一个部段被暴露。在结构化的过程中，凹陷304被引入绝缘层302中。27.在将绝缘层302结构化之后，如图4所示，通过沉积半导体材料生成半导体层405、406。半导体层具有单晶部段405和多晶部段406。特别地，可以选择沉积工艺使得在单晶部段405中，从将绝缘层结构化时暴露的单晶覆盖层开始，半导体层外延生长并且绝缘层304上的沉积引起多晶生长。例如，可以沉积硅以制造半导体层。28.在沉积半导体材料之后，可以提出平整晶片400的顶面。这例如可以通过化学机械抛光(cmp)来实现。沉积的半导体层的厚度可以大于10μm，特别是大于15μm。还可以考虑的是，半导体层的厚度小于35μm，特别是小于25μm。例如，半导体层405、406的厚度可以是大约20μm。29.图5示出了在将沟槽507引入半导体晶片400以制造掩埋腔之后所获得的半导体晶片500。30.在氢气环境中对晶片进行退火(h2退火)后，获得图6所示的具有掩埋腔608的晶片600。通过制造深沟槽507并且随后退火来获得掩埋腔608的方法也被称为venezia过程。31.图7示出了通过将多晶部段结构化并且随后蚀刻来暴露加速度传感器元件的加速度质量块709之后的晶片700。凹陷304导致了突起704，当加速度质量块709移动时，该突起防止加速度质量块709粘附到传感器面103上。此外示出了接触面710，通过该接触面可以建立到加速度传感器元件的电连接。掩埋腔608内的压力对应于晶片500退火时的压力。该压力通常小于100毫巴，特别是小于20毫巴。例如，掩埋腔内的压力可以是13毫巴。32.在制造了掩埋腔608之后，可以有针对性地植入在腔608上方形成的隔膜，以便由其形成压阻式压力传感器元件。33.在图7所示的加速度质量块709暴露之后，可以将覆盖晶片811键合到加工过的晶片700上。由此获得图8所示的晶片800，其中形成有加速度传感器元件腔812。加速度传感器元件腔812内的压力对应于盖晶片811键合到晶片700上时的压力。可以调节该压力。通常，加速度传感器元件腔812内的压力可以超过500毫巴，特别是超过900毫巴。该压力可能足以充分抑制加速度传感器元件质量块709的运动。34.图9示出了在分割晶片800之后获得的半导体管芯900。半导体管芯具有覆盖芯片911和半导体芯片916。半导体芯片916的高度可以小于500μm，尤其是小于350μm。半导体芯片的厚度优选为大约300μm。覆盖芯片911的厚度917可以小于250μm，尤其是小于200μm。在图9所示的示例中，覆盖芯片911的厚度917可以是例如大约150μm。35.从半导体芯片916的背侧引入通孔913，以便实现压阻式压力传感器元件915的隔膜的顶面与环境压力的结合(verbindung)。36.电容式加速度传感器元件914可以被配置为测量垂直于基板101的方向的方向上的加速度。然而，以类似的方式，还可以想到将加速度传感器元件914配置为使得它可以通过加速度传感器元件质量块在平行于基板顶面的方向上的移动来测量加速度。特别地，加速度传感器元件914在半导体芯片平面中的灵敏度可以与加速度传感器元件914在与其垂直的方向上的灵敏度大致相同。与压阻式加速度传感器元件相比，因此可以提供灵敏度在所有三个空间方向上都基本相同的传感器。此外，可以提供多个加速度传感器元件914，其不仅可以测量一个方向上的加速度，还可以测量绕轴的加速度。此外允许压阻式压力传感器即使在隔膜轻微移动时也能确定压力。特别地，可以免除用凝胶覆盖压力传感器元件915。37.图10示出了包括半导体管芯900的传感器1000。半导体管芯900利用粘合剂1019与引线框1018连接。利用粘合剂1021将控制芯片1020施加到半导体管芯900的顶面上。控制芯片1020尤其可以具有集成的半导体电路，其可以用于评估来自压阻式压力传感器元件915和电容式加速度传感器元件914的信号。为此目的，提供接触面1022、1023、1026，以便借助键合线1024、1025在各种芯片之间建立电连接。38.图11示出了另一个传感器，其刚刚被制造完成。与传感器1000一样，图11所示的传感器示出了基板1101、绝缘层1102、传感器面1103、多晶半导体材料1106、掩埋腔1108、加速度传感器元件质量块1109、接触面1110、加速度传感器元件腔1112、覆盖芯片1111、电容式加速度传感器元件1114、压阻式压力传感器元件1115、引线框1118、粘合剂1119、接触面1122、1123、键合线1124、1125、接触面1126。与传感器1000不同，没有提供从半导体芯片的后侧引入的通孔913。39.图11还示出了上半模1127和下半模1128，传感器布置在这两者之间。薄膜1129用于在将封装材料引入闭合模具期间进行密封。40.图12示出了在引入封装材料1229并硬化之后的传感器。上半模1127被设计为使得压力传感器元件1115上方的区域不被封装材料覆盖，从而构成通孔1213，压力传感器元件1115的隔膜可以通过该通孔与环境压力反应。41.所示的压阻式压力传感器元件1115和电容式加速度传感器元件1114在一侧并排布置允许在共同的半导体沉积工艺中制造这两个元件，并且仍然获得压阻式压力传感器和电容式加速度传感器的各自优点。此外，并行制造减少了传感器的制造时间。最后，这里提出的传感器和半导体管芯可以借助现有的半导体加工系统生产。42.通过以下示例定义了一些实施例：43.示例1.一种半导体管芯，44.其中所述半导体管芯包括半导体芯片，45.其中所述半导体芯片具有：46.压阻式压力传感器元件以及47.至少一个电容式加速度传感器元件，48.其中所述压阻式压力传感器元件布置在所述电容式加速度传感器元件旁边。49.示例2.半导体管芯，50.其中所述压阻式压力传感器元件具有掩埋腔。51.示例3.半导体管芯，52.其中腔体中的气压小于15毫巴。53.示例4.半导体管芯，54.其中所述压阻式压力传感器元件具有由单晶半导体材料制成的隔膜。55.示例5.半导体芯片，56.其中所述加速度传感器元件是多轴加速度传感器元件，特别是三轴加速度传感器元件。57.示例6.半导体管芯，58.其中所述加速度传感器元件具有由多晶半导体材料制成的可移动的加速度质量块。59.示例7.半导体芯片，60.其中所述半导体管芯具有覆盖芯片，61.其中所述覆盖芯片和所述半导体芯片借助键合来相互连接。62.示例8.半导体芯片，63.其中在所述半导体管芯与所述覆盖芯片之间形成加速度传感器元件腔，所述加速度质量块被布置在所述加速度传感器元件腔中。64.示例9.半导体管芯，65.其中所述覆盖芯片包括集成电路。66.示例10.一种用于制造半导体管芯的方法，特别是用于制造根据示例1至9中任一项所述的半导体管芯的方法，67.其中提供具有单晶覆盖层的半导体晶片，68.其中将绝缘层施加到所述半导体晶片上，69.其中通过将所述绝缘层结构化来暴露出所述单晶覆盖层的部段，70.其中通过沉积半导体材料、特别是硅，生成所述半导体层，71.其中所述半导体层具有单晶部段和多晶部段。72.示例11.根据示例10的方法，73.在装置单晶部段中生成掩埋腔。74.示例12.根据示例10或11的方法，75.其中在所述多晶部段中，结构化加速度质量块。76.尽管本文已经说明和描述了特定实施例，但本领域的技术人员将了解，可以在不脱离本发明的范围的情况下，可以选择各种备选和/或等效实施方式代替所示出和描述的特定实施例。本技术旨在涵盖本文所讨论的具体实施例的任何改编或变化。因此，本发明旨在仅由权利要求及其等同物限制。