MEMS慣性傳感器優(yōu)勢解析：THELMA制程和低成本封裝方法

圖 1:這兩張圖片中的產品采用意法半導體的慣性傳感器技術，在消費電子產品中為客戶提供全新的功能（來源:iSuppli市調公司）。

意法半導體的MEMS慣性傳感器基于意法半導體的微致動器和加速計的厚外延層制程(THELMA)，如圖2 [3]所示。THELMA是一個非集成化的MEMS制造程，比多晶硅表面微加工制程略復雜，但是擁有獨特的優(yōu)點，準許實現較厚的結構，這對電容式慣性傳感器極其有用。雖然THELMA制程用于實現電容式慣性傳感器，但是這項技術非常靈活，還可以用于制造加速計、陀螺儀和其它的MEMS器件。

這個制程的第一個步驟是在晶圓上生成一層2.5μm厚的熱二氧化硅(圖2a)。第二步是用LPCVD沉積一個多晶硅層(多晶硅層1)。在這個多晶硅層上做版圖然后蝕刻，制成埋入式電連接結構，用于傳感器向外部傳遞電位和電容信號(圖2b)。根據器件的設計，這個多晶硅層還可用于制造薄多晶硅微加工器件的結構層。然后，用PECVD沉積一層1.6μm厚的二氧化硅層。這個PEVCD氧化層與2.5μm厚的熱二氧化硅構成一個4.1μm厚的復合氧化層，用作THELMA制程中的犧牲層。然后，在PECVD沉積氧化物層上做版圖和蝕刻，用作厚多晶硅器件的錨定區(qū)，稍后制成錨定組件(圖 2c)。下一步，用外延沉積法沉積一層厚多晶硅 (圖2d)。這個層的厚度可以根據器件設計做相應的調整，厚度范圍是15μm到50μm。通過沉積、版圖和蝕刻工藝，制作一個連接傳感器的金屬導電層(圖2e)。隨后，用深反應離子蝕刻方法(DRIE)在厚多晶硅層上做圖和蝕刻，一直到底部的氧化層(圖2f)。DRIE方法準許在厚多晶硅層上制作縱橫比很大的結構。最后用氫氟酸蒸汽去除犧牲層，釋放多晶硅結構層(圖2f)。

意法半導體率先投入量產的低成本封裝方法是意法半導體慣性傳感器的主要特色之一。如前文所述，MEMS器件的封裝很可能是產品制程中最昂貴的環(huán)節(jié)。意法半導體的封裝方法是使用一個玻璃粉低溫晶圓級鍵合工藝，把慣性傳感器封閉在兩顆晶圓之間的密閉空腔內，然后再使用一個格柵陣列(LGA)封裝平臺技術封裝芯片，意法半導體率先將這項封裝技術用于最后的器件封裝。在這個過程中，可以把單個的傳感器裸片放在半導體裸片的旁邊（并列結構）或把傳感器裸片和半導體裸片相互堆疊放置（堆疊封裝），如圖3所。