專利名稱：應變和壓力檢測器件、話筒、制造應變和壓力檢測器件的方法以及制造話筒的方法
應變和壓力檢測器件、話筒、制造應變和壓力檢測器件的方 法以及制造話筒的方法
相關(guān)申請的交叉引用
本申請基于2011年9月27日提交的在先日本專利申請第2011-211212號并要求 其優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容在此引用作為參考。技術(shù)領域
本文描述的實施例一般涉及應變和壓力檢測器件、話筒、制造應變和壓力檢測器 件的方法以及制造話筒的方法。
背景技術(shù)：
甚至對于微小區(qū)域也能夠以高靈敏度測量應變的應變探測器是必需的。例如，在 某種配置中包括檢測振動引起的壓力波動的聲檢測單元的半導體探測器芯片由焊線電連 接到控制電路芯片。不過在這樣的配置中，難以減小該器件的尺寸；并且難以對微小區(qū)域以 高靈敏度測量應變。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個實施例，應變和壓力檢測器件包括半導體電路單元和檢測單元。所述半 導體電路單元包括半導體襯底和設置在所述半導體襯底上的晶體管。所述檢測單元設置在 所述半導體電路單元上。所述檢測單元具有空間部分和非空間部分。所述空間部分設置在 所述晶體管上方。所述非空間部分在與設置所述晶體管的半導體表面平行的平面中與所述 空間部分并列。所述檢測單元進一步包括活動梁、應變檢測元件單元、第一埋置互連部和第 二埋置互連部。所述活動梁具有固定部分和活動部分。所述活動梁包括第一互連層和第二 互連層。所述固定部分被固定到所述非空間部分。所述活動部分與所述晶體管分開并從所 述固定部分延伸到所述空間部分中。所述晶體管與所述活動部分之間的距離可改變。所述 第一互連層和所述第二互連層從所述固定部分朝向所述活動部分延伸。所述應變檢測元件 單元被固定到所述活動部分。所述應變檢測元件單元的一端被電連接到所述第一互連層。 所述應變檢測元件單元的另一端被電連接到所述第二互連層。所述應變檢測元件單元包括 第一磁層。所述第一埋置互連部設置在所述非空間部分中，以將所述第一互連層電連接到 所述半導體電路單元。所述第二埋置互連部設置在所述非空間部分中，以將所述第二互連 層電連接到所述半導體電路單元。
根據(jù)一個實施例，話筒包括半導體電路單元和檢測單元。所述半導體電路單元包 括半導體襯底和設置在所述半導體襯底上的晶體管。所述檢測單元設置在所述半導體電路 單元上。所述檢測單元具有空間部分和非空間部分。所述空間部分設置在所述晶體管上方。 所述非空間部分在與設置所述晶體管的半導體表面平行的平面中與所述空間部分并列。所 述檢測單元進一步包括活動梁、應變檢測元件單元、第一埋置互連部和第二埋置互連部。所 述活動梁具有固定部分和活動部分。所述活動梁包括第一互連層和第二互連層。所述固定部分被固定到所述非空間部分。所述活動部分與所述晶體管分開并從所述固定部分延伸到 所述空間部分中。所述晶體管與所述活動部分之間的距離可改變。所述第一互連層和所述 第二互連層從所述固定部分朝向所述活動部分延伸。所述應變檢測元件單元被固定到所述 活動部分。所述應變檢測元件單元的一端被電連接到所述第一互連層。所述應變檢測元件 單元的另一端被電連接到所述第二互連層。所述應變檢測元件單元包括第一磁層。所述第 一埋置互連部設置在所述非空間部分中，以將所述第一互連層電連接到所述半導體電路單 元。所述第二埋置互連部設置在所述非空間部分中，以將所述第二互連層電連接到所述半 導體電路單元。
根據(jù)一個實施例，公開了用于制造應變和壓力檢測器件的方法。所述方法能夠包 括在半導體襯底上形成晶體管。所述方法能夠包括在所述半導體襯底上形成層間絕緣層以 及在所述晶體管上形成犧牲層。所述方法能夠包括形成第一導電層，用于在所述層間絕緣 層和所述犧牲層上形成第一互連層。所述方法能夠包括形成應變檢測元件單元，包括所述 犧牲層上的所述第一導電層上的第一磁層。所述方法包括形成第二導電層，用于在所述應 變檢測元件單元上形成第二互連層。所述方法能夠包括在所述層間絕緣層內(nèi)部形成第一埋 置互連部和第二埋置互連部。所述第一埋置互連部將所述第一導電層與所述半導體襯底電 連接。所述第二埋置互連部將所述第二導電層與所述半導體襯底電連接。此外，所述方法 能夠包括去除所述犧牲層。
后文將參考附圖描述多個實施例。
附圖是示意性的或概念性的；部分之間的尺寸比例等不一定與其實際數(shù)值相同。 維度和比例可能在若干附圖中以不同方式展示，即使對于一致的部分。
在本申請的附圖和說明書中，與關(guān)于以上附圖描述的組件類似的組件以相似的附 圖標記標注，并且在適當時省略詳細的說明。


圖1是示意透視圖，顯示了根據(jù)第一個實施例的應變和壓力檢測器件；
圖2是示意透視圖，顯示了根據(jù)第一個實施例的應變和壓力檢測器件的一部分；
圖3A至圖3C是示意透視圖，顯示了根據(jù)第一個實施例的應變和壓力檢測器件的 操作；
圖4是示意透視圖，顯示了根據(jù)第一個實施例的應變和壓力檢測器件的一部分；
圖5是示意透視圖，顯示了根據(jù)第一個實施例的應變和壓力檢測器件的一部分；
圖6A至圖6C是示意圖，顯示了根據(jù)第一個實施例的應變和壓力檢測器件的一部 分；
圖7A至圖7C是示意圖，顯示了根據(jù)第一個實施例的應變和壓力檢測器件的一部 分；
圖8A至圖SC是示意圖，顯示了根據(jù)第一個實施例的應變和壓力檢測器件的一部 分；
圖9是示意透視圖，顯示了根據(jù)第一個實施例的另一種應變和壓力檢測器件；
圖10是示意透視圖，顯示了根據(jù)第一個實施例的另一種應變和壓力檢測器件的 一部分；
圖11是示意透視圖，顯示了根據(jù)第一個實施例的另一種應變和壓力檢測器件的 一部分；
圖12A至圖12C是示意圖，顯示了根據(jù)第一個實施例的另一種應變和壓力檢測器 件以及另一種電子器件；
圖13A、圖 13B、圖 14A、圖 14B、圖 15A、圖 15B、圖 16A、圖 16B、圖 17A、圖 17B、圖 18A、 圖 18B、圖 19A、圖 19B、圖 20A、圖 20B、圖 21A、圖 21B、圖 22A、圖 22B、圖 23A、圖 23B、圖 24A和圖24B是示意圖，顯示了制造根據(jù)第一個實施例的應變和壓力檢測器件的方法；
圖25A至圖25C是示意圖，顯示了根據(jù)第一個實施例的應變和壓力檢測器件的一 部分；
圖26A、圖 26B、圖 27A、圖 27B、圖 28A、圖 28B、圖 29A、圖 29B、圖 30A、圖 30B、圖 31A、 圖31B、圖32A、圖32B、圖33A和圖33B是示意圖，顯示了制造根據(jù)第一個實施例的應變和壓 力檢測器件的方法；
圖34是示意透視圖，顯示了根據(jù)第一個實施例的另一種應變和壓力檢測器件；
圖35是流程圖，顯示了制造根據(jù)第二個實施例的應變和壓力檢測器件的方法。
具體實施方式
圖1是示意透視圖，展示了根據(jù)第一個實施例的應變和壓力檢測器件的配置。
為了更容易地觀察圖1，隔離部分未展示，主要展示了導電部分。
如圖1所示，根據(jù)實施例的應變和壓力檢測器件310包括半導體電路單元110和 檢測單元120。
半導體電路單元110包括半導體襯底111和晶體管112。
半導體襯底111包括半導體襯底111的主面111a。半導體襯底111包括主面Illa 中提供的元件區(qū)111b。在元件區(qū)Illb中提供晶體管112。
半導體電路單元110可以包括處理電路113。處理電路113可以在元件區(qū)Illb中 提供也可以在元件區(qū)Illb以外的區(qū)域中提供。處理電路113在半導體電路單元110的任 何位置提供。處理電路113可以包括在元件區(qū)Illb中提供的晶體管112。
在半導體電路單元110上提供檢測單元120。
檢測單元120包括空間部分70和非空間部分71?？臻g部分70在晶體管112上方 提供?？臻g部分70在至少元件區(qū)Illb上提供。非空間部分71在與主面Illa平行的平面 中與空間部分70并列。
空間部分70是不提供非空間部分71的材料的部分。空間部分70的內(nèi)部可以是 真空(低于I個大氣壓的低壓狀態(tài))；諸如空氣、惰性氣體等的氣體可以填充在空間部分70 中?；蛘?，液體可以填充在空間部分70中?？勺冃蔚奈镔|(zhì)可以布置在空間部分70內(nèi)，使得 以下描述的活動部分能夠運動。
本文中，與主面Illa平行的平面被取為X-Y平面。與X_Y平面正交的方向被取為 Z軸方向。檢測單元120沿著Z軸方向與半導體電路單元110重疊。
非空間部分71可以在空間部分70周圍提供。
檢測單元120包括活動梁60、應變檢測元件單元50、第一埋置互連部61c和第二 埋置互連部62c。
活動梁60包括固定部分63和活動部分64?；顒恿?0包括第一互連層61和第二 互連層62。
固定部分63被固定到非空間部分71?；顒硬糠?4從固定部分63延伸到空間部 分70中。活動部分64與晶體管112分開。活動部分64與晶體管112之間的距離可改變。 第一互連層61和第二互連層62從固定部分63朝活動部分64延伸。
在這個實例中，活動梁60沿著X軸方向(X-Y平面中的一個方向)延伸。換言之， 從固定部分63朝活動部分64的方向為沿著X軸方向。與X軸方向正交并且與Z軸方向正 交的軸被取為Y軸方向。
應變檢測元件單元50被固定到活動部分64。應變檢測元件單元50的一端被電連 接到第一互連層61。應變檢測元件單元50的另一端被電連接到第二互連層62。應變檢測 元件單元50包括以下描述的第一磁層。
第一埋置互連部61c在非空間部分71中提供。第一埋置互連部61c在固定部分 63上半導體電路單元110側(cè)電連接到第一互連層61的末端。
第二埋置互連部62c在非空間部分71中提供。第二埋置互連部62c在固定部分 63上半導體電路單元110側(cè)電連接到第二互連層62的末端。
例如，第一埋置互連部61c和第二埋置互連部62c具有沿著Z軸方向的部分。
根據(jù)本實施例的應變和壓力檢測器件310中，活動部分64與晶體管112之間的距 離可改變。施加到應變檢測元件單元50的應變量根據(jù)這個距離的改變而改變；第一磁層的 磁化方向根據(jù)應變量的這個改變而改變。應變檢測元件單元50的一端與另一端之間的電 阻根據(jù)磁化方向的這個改變而改變。電阻的這個改變是基于例如MR效應。從而能夠?qū)ξ?小區(qū)域以高靈敏度檢測應變。
在這個實例中，活動部分64包括振動膜單元61b，與第一互連層61重疊。在這個 實例中，第一互連層61延伸到振動膜單兀61b的一部分上。
在本申請的說明書中，重疊的狀態(tài)既包括直接覆蓋的狀態(tài)又包括以插入其間的另 一個組件覆蓋的狀態(tài)。另外，在組件上提供的狀態(tài)既包括與該組件接觸地布置的狀態(tài)又包 括在該組件上以插入其間的另一個組件布置的狀態(tài)。
振動膜單元61b的表面積大于第一互連層61的表面積。通過設置振動膜單元61b， 來自外部的外力被高效地傳送到應變檢測元件單元50。從而提高了應變檢測的靈敏度。通 過設置振動膜單元61b，外力與應變之間的關(guān)系是不變的，因為在具有校準后配置的結(jié)構(gòu)上 應變檢測是可能的。例如，從應變量轉(zhuǎn)換為外力是惟一的并且容易使用。
在這個實例中，在應變檢測元件單元50中設置應變電阻改變單元50s以及向應變 電阻改變單兀50施加偏置磁場的偏壓層55a和55b (如硬偏壓層)。偏壓層55a和55b在 需要時可以設置并且在某些情況下可以省略。以下描述偏壓層55a和55b?，F(xiàn)在描述應變 電阻改變單元50s。
圖2是示意透視圖，展示了根據(jù)第一個實施例的應變和壓力檢測器件一部分的配置。
如圖2所示,應變電阻改變單元50s (應變檢測元件單元50)包括例如第一磁層 10、第二磁層20以及第一磁層10與第二磁層20之間提供的中間層30。中間層30為非磁層。
在這個實例中，第一磁層10是磁化自由層。第二磁層20是例如磁化固定層或磁化自由層。
在下文，應變檢測元件單元50的操作實例被描述為第二磁層20是磁化固定層而第一磁層10是磁化自由層的情況。在應變檢測元件單元50中，利用了鐵磁體的“反磁致伸縮效應”和在應變電阻改變單元50s中形成的“MR效應”。
“MR效應”是如下現(xiàn)象向包括磁體的疊合薄膜施加外部磁場時，由于磁體的磁化改變，疊合薄膜的電阻值改變。這包括GMR (巨磁阻)效應、TMR (隧道磁電阻)效應等。通過使電流在應變電阻改變單元50s中流動，由被讀出為電阻改變的磁化朝向的相對角度的變化發(fā)生MR效應。例如，基于向應變檢測元件單元50施加的應力，向應變電阻改變單元 50s施加張應力。當?shù)谝淮艑?0 (磁化自由層)的磁化朝向不同于向第二磁層20施加的張應力方向時，由于反磁致伸縮效應而發(fā)生MR效應。Λ R/R被稱為MR改變率，其中R是低電阻狀態(tài)的電阻，而△ R是由于MR效應，電阻改變的變化量。
圖3Α至圖3C是示意透視圖，展示了根據(jù)第一個實施例的應變和壓力檢測器件的操作。
這些附圖展示了應變檢測元件單元50的狀態(tài)。這些附圖展示了應變檢測元件單元50的磁化方向與張應力方向之間的關(guān)系。
圖3Α顯示了未施加張應力的狀態(tài)。在這時，在這個實例中，第二磁層20 (磁化固定層)的磁化朝向與第一磁層10 (磁化自由層)的磁化朝向相同。
圖3Β顯示了施加張應力的狀態(tài)。在這個實例中，沿著X軸方向施加張應力。例如， 由于例如活動部分64的變形，沿著X軸方向施加張應力。換言之，在與第二磁層20 (磁化固定層)和第一磁層10 (磁化自由層)的磁化朝向(在這個實例中，Y軸方向)正交的方向施加張應力。在這時，第一磁層10 (磁化自由層)的磁化以與張應力方向相同的方向旋轉(zhuǎn)。這被稱為“反磁致伸縮效應”。在這時， 第二磁層20 (磁化固定層)的磁化被固定。所以，由于第一磁層10 (磁化自由層)的磁化旋轉(zhuǎn),第二磁層20 (磁化固定層)的磁化朝向與第一磁層 10 (磁化自由層)的磁化朝向之間的相對角度改變了。
在這些附圖中，第二磁層20 (磁化固定層)的磁化方向被展示為實例；并且磁化方向可以與這些附圖中所示的方向不同。
在反磁致伸縮效應中，易磁化軸按照鐵磁體的磁致伸縮常數(shù)的符號改變。在反磁致伸縮效應強的許多材料中，磁致伸縮常數(shù)具有正符號。在磁致伸縮常數(shù)具有正符號的情況下，如以上描述，施加張應力的方向變?yōu)橐状呕S。在這樣的情況下，如以上陳述，第一磁層10 (磁化自由層)的磁化以易磁化軸方向旋轉(zhuǎn)。
例如，在第一磁層10 (磁化自由層)的磁致伸縮常數(shù)為正的情況下，第一磁層10 (磁化自由層)的磁化方向被設置為與施加張應力方向不同的方向。
反之，在磁致伸縮常數(shù)為負的情況下，與施加張應力方向正交的方向變?yōu)橐状呕S。
圖3C展示了磁致伸縮常數(shù)為負的情況下的狀態(tài)。在這樣的情況下，第一磁層10 (磁化自由層)的磁化方向被設置為與施加張應力方向(在這個實例中X軸方向)正交方向不同的方向。
在這些附圖中，第二磁層20 (磁化固定層)的磁化方向被展示為實例；并且磁化方向可以與這些附圖中所示的方向不同。
例如，按照第一磁層10的磁化與第二磁層20的磁化之間的角度,應變檢測元件單元50 (應變電阻改變單元50s)的電阻由于MR效應而變化。
磁致伸縮常數(shù)(λ s)指明了當鐵磁體層通過施加外部磁場在某個方向具有飽和磁化時形變的規(guī)模。對于在沒有外部磁場的狀態(tài)下的長度L，磁致伸縮常數(shù)λ s是AL/L，其中施加外部磁場時，長度改變量為AL。盡管這種改變量隨著磁場的規(guī)模變化，但是磁致伸縮常數(shù)λ s是施加足夠磁場并且使磁化飽和的狀態(tài)的AL/L值。
例如，在第二磁層20是磁化固定層的情況下，第二磁層20可以包括例如鈷鐵合金、鈷鐵硼合金、鎳鐵合金等。第二磁層20的厚度是例如不小于2納米(nm)和不大于6nm。
中間層30可以包括金屬或絕緣體。例如作為金屬可以使用Cu、Au、Ag等。在是金屬的情況下，中間層30的厚度是例如不小于Inm并且不大于7nm。例如，作為絕緣體可以使用氧化鎂(MgO等)、氧化鋁(Al2O3等)、氧化鈦(TiO等)以及氧化鋅(ZnO等)。在是絕緣體的情況下，中間層30的厚度是例如不小于O. 6nm并且不大于2. 5nm。
在第一磁層10是磁化自由層的情況下，第一磁層10可以包括例如FeCo合金、 NiFe合金等。這些以外，第一磁層10還可以包括Fe-Co-S1-B合金、λ s>IOOppm的Tb-M-Fe 合金(Μ 為 Sm、Eu、Gd、Dy、Ho 和 Er)、Tb_Ml-Fe_M2 合金(Ml 為 Sm、Eu、Gd、Dy、Ho 和 Er，而 M2 為 T1、Cr、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、W 和 Ta)、Fe-M3-M4_B 合金(M3 為 T1、Cr、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、W 和 Ta,而 M4 為 Ce、Pr、Nd、Sm、Tb、Dy 和 Er)、N1、Al_Fe、鐵氧體(Fe304、(FeCo)3O4 等)等等。 第一磁層10的厚度例如不小于2nm。
第一磁層10可以具有兩層結(jié)構(gòu)。在這樣的情況下，第一磁層10可以包括FeCo合金層或者與FeCo合金層疊合的以下層之一。一層選自Fe-Co-S1-B合金、λ s>100ppm的 Tb-M-Fe 合金(Μ 為 Sm、Eu、Gd、Dy、Ho 和 Er)、Tb_Ml-Fe_M2 合金(Ml 為 Sm、Eu、Gd、Dy、Ho 和 Er，而 M2 為 T1、Cr、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、W 和 Ta)、Fe-M3-M4_B 合金(M3 為 T1、Cr、Mn、Co、Cu、 Nb、Mo、W 和 Ta,而 M4 為 Ce、Pr、Nd、Sm、Tb、Dy 和 Er)、N1、ΑΙ-Fe、鐵氧體(Fe3O4、(FeCo) 304 等)等等的材料可以與FeCo合金層疊合。
例如，在中間層30是金屬的情況下，出現(xiàn)GMR(巨磁阻)效應。在中間層30是絕緣體的情況下，出現(xiàn)TMR (隧道磁電阻)效應。例如，在應變檢測元件單元50中，CPP (與平面正交的電流)_GMR效應可以用于使電流沿著例如應變電阻改變單元50s的疊合方向流動。
中間層30可以是CCP (限制電流的路徑)隔離層，其中寬度(如直徑)不小于約Inm 且不大于約5nm的金屬電流路徑在一部分絕緣層中多處形成，在薄膜厚度方向穿透絕緣層。在這樣的情況下也使用了 CCP-GMR效應。
因此，在本實施例中，在應變檢測元件單元50中使用了反磁致伸縮現(xiàn)象。從而可能實現(xiàn)高靈敏度檢測。在使用反磁致伸縮效應的情況下，例如選自第一磁層10和第二磁層 20的至少一層的磁層磁化方向由于從外部施加的應變而改變。由于來自外部的應變(施加 /不施加應變)、應變的程度等)，兩個磁層磁化的相對角改變了。應變檢測元件單元50用作應變傳感器，因為電阻由于從外部施加的應變而變化。
應變和壓力檢測器件310能夠被應用于檢測聲音的話筒。例如，話筒(應變和壓力檢測器件310)能夠包括圖1所示的半導體電路單元110和檢測單元120。
圖4是示意透視圖，展示了根據(jù)第一個實施例的應變和壓力檢測器件的一部分的配置。
如圖4所示，應變檢測元件單元50包括例如第一電極51和第二電極52。應變電 阻改變單兀50s設置在第一電極51與第二電極52之間。在這個實例中，從第一電極51面 朝向第二電極52，緩沖層41 (它還是具有幾nm厚度的種子層)、反鐵磁層42 (具有幾nm的 厚度)、磁層43 (具有幾nm的厚度)、Ru層44、第二磁層20 (具有幾nm的厚度)、中間層30 (具有幾nm的厚度)、第一磁層10和蓋層45 (具有幾nm的厚度)以這種次序設置在應變電 阻改變單元50s中。
第二磁層20可以包括例如磁疊合膜。第一磁層10包括磁疊合膜IOa (具有的厚 度約為Inm)以及在磁疊合膜IOa與蓋層45之間提供的高磁致伸縮膜10b。
第一電極51和第二電極52可以包括例如非磁性體的Au、Cu、Ta、Al等。通過使 用軟磁體材料作為第一電極51和第二電極52，能夠降低來自外部的影響應變電阻改變單 元50s的磁噪聲。例如，可以使用坡莫合金(NiFe合金)和硅鋼(FeSi合金)作為軟磁體材 料。應變檢測元件單元50被覆蓋著絕緣體，比如氧化招(如，A1203)、氧化娃(如SiO2)等。
選自第一磁層10和第二磁層20的至少一層的磁層磁化方向根據(jù)該應力而改變。 磁層的至少一層(磁化方向根據(jù)應力而改變的磁層)的磁致伸縮常數(shù)被設置為例如不小于 10_5。因此，由于反磁致伸縮效應，磁化方向根據(jù)從外部施加的應變而改變。例如。選自第 一磁層10和第二磁層20的至少一層包括某種金屬，比如，F(xiàn)e、Co、Ni等,包括這樣的金屬的 合金等。通過選擇被使用的元素、添加的元素等，磁致伸縮常數(shù)可以被設置為大值。
例如，氧化物比如MgO被用作中間層30。MgO層上的磁層一般具有正的磁致伸縮 常數(shù)。例如，在第一磁層10在中間層30上形成的情況下，具有CoFeB/CoFe/NiFe疊合配置 的磁化自由層被用作第一磁層10。在最上層的NiFe層富含Ni情的況下，NiFe層的磁致伸 縮常數(shù)是絕對值較大的負數(shù)。為了抑制對氧化層正的磁致伸縮的抵消，最上層的NiFe層的 Ni含量不比一般使用的Ni81Fe19的坡莫合金含量更富含Ni。確切地說，有利的是最上層的 Ni Fe層的Ni的比例小于80原子百分比(原子％)。在第一磁層10是磁化自由層的情況下， 有利的是第一磁層10的厚度例如不小于Inm并且不大于20nm。
在第一磁層10是磁化自由層的情況下，第二磁層20可以是磁化固定層也可以是 磁化自由層。在第二磁層20是磁化固定層的情況下，即使從外部施加應變時，第二磁層20 的磁化方向也基本上不改變。那么，根據(jù)第一磁層10與第二磁層20之間的相對磁化角度， 電阻改變了。由電阻的差異檢測該應變的施加/未施加。
例如,在第一磁層10和第二磁層20都是磁化自由層的情況下，第一磁層10的磁 致伸縮常數(shù)被設置為不同于第二磁層20的磁致伸縮常數(shù)。
在第二磁層20是磁化固定層以及第二磁層20是磁化自由層的兩種情況下，有利 的都是第二磁層20的厚度例如不小于Inm并且不大于20nm。
例如，在第二磁層20是磁化固定層情況下，第二磁層20可以包括使用了反磁層/ 磁層/Ru層/磁層等的疊合結(jié)構(gòu)的綜合AF結(jié)構(gòu)。反磁層可以包括例如IrMn等。如以下描 述，可以設置硬偏壓層。
應變檢測元件單元50使用了磁層的自轉(zhuǎn)。對于應變檢測元件單元50必要的表面 積可以極小。應變檢測元件單元50的表面積為例如不大于約IOnmX IOnm到20nmX20nm 便足夠。
例如，應變檢測元件單元50沿著X軸方向(從固定部分63朝向活動部分64的第一方向)的長度不小于20nm并且不大于ΙΟμπι。有利的是應變檢測元件單元50沿著X軸方向的長度不小于IOOnm并且不大于5 μ m。
例如，應變檢測元件單元50沿著Y軸方向(與X軸方向正交并平行于X-Y平面的方向)的長度不小于20nm并且不大于ΙΟμπι。有利的是應變檢測元件單元50沿著Y軸方向的長度不小于IOOnm并且不大于5 μ m。
例如，應變檢測元件單元50沿著Z軸方向(與X-Y平面正交的方向)的長度不小于 20nm并且不大于lOOnm。
應變檢測元件單元50沿著X軸方向的長度與應變檢測元件單元50沿著Y軸方向的長度可以相同也可以不同。在應變檢測元件單元50沿著X軸方向的長度與應變檢測元件單元50沿著Y軸方向的長度不同的情況下，出現(xiàn)形狀磁異向性。從而能夠得到與使用硬偏壓層所獲得效應類似的效應。
在應變檢測元件單元50中流動的電流朝向可以是從第一磁層10朝向第二磁層20 的方向，并且可以是從第二磁層20朝向第一磁層10的方向。
圖5是示意透視圖，展示了根據(jù)第一個實施例的應變和壓力檢測器件的一部分的配置。
在圖5所示的這個實例中，應變檢測元件單元50進一步包括偏壓層55a和55b(硬偏壓層)。與應變電阻改變單元50s相對立地設置偏壓層55a和55b。
在這個實例中，第二磁層20是磁化固定層。偏壓層55a和55b與第二磁層20并列。應變電阻改變單兀50s被布置在偏壓層55a與55b之間。在偏壓層55a與應變電阻改變單元50s之間設置絕緣層54a。在偏壓層55b與應變電阻改變單元50s之間設置絕緣層 54b。
偏壓層55a和55b對第一磁層10施加了偏置磁場。從而有可能將第一磁層10的磁化方向偏置到合適的位置；并且單疇是可能的。
偏壓層55a和55b的尺寸(在這個實例中，沿著Y軸方向的長度)是例如不小于 IOOnm并且不大于10 μ m。
絕緣層54a和54b的尺寸(在這個實例中，沿著Y軸方向的長度)是例如不小于Inm 并且不大于5nm。
在根據(jù)本實施例的應變和壓力檢測器件310中，應變檢測元件單元50在形成晶體管112的襯底上方形成。晶體管112與應變檢測元件單元50不是由導線連接，比如封裝過程的導線，而是由作為晶片制造過程的一部分形成的互連層連接。從而使應變和壓力檢測器件小型化變得可能；并且能夠?qū)ξ⑿^(qū)域以高靈敏度檢測應變。
通過在共同襯底上形成晶體管和應變檢測元件單元，在應變檢測元件單元50同一襯底上能夠形成例如被配置為處理由傳感器獲得信息的電路(處理電路113等)，比如運算電路、放大器電路、通信電路等。通過與運算電路集成地形成高靈敏度傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)整個系統(tǒng)的小型化。同樣，能夠降低功耗。
在本實施例中，使用了例如高靈敏度傳感器；并且本實施例被實現(xiàn)為片上系統(tǒng)，其中被配置為執(zhí)行由傳感器獲得信號的處理的電路在共同襯底上。
在活動部分64 (振動膜單元61b)設置在晶體管112上方的情況下，移動的實際可得到范圍(沿著Z軸方向的距離)不小于ΙΟμπι。實際上，更容易提供甚至更小的移動范圍。為了在這樣的小范圍移動的情況下準確地測量應變，極高靈敏度的應變傳感器變得必要。同時期望振動膜的表面積不大，以便準確地測量微接觸狀態(tài)的壓力。除非振動膜的膜厚度很薄，否則在振動膜變得更小時偏轉(zhuǎn)量不期望地減??；并且不可能以高靈敏度測量。因為振動膜被用作壓力傳感器而不易被外部環(huán)境破壞時，膜厚度無法被制作得太薄，所以壓力傳感器的靈敏度也隨著振動膜直徑的減小而不期望地降低。
因此，為了實現(xiàn)振動膜的垂向移動范圍小和振動膜的直徑小這兩種情形，期望高靈敏度的應變傳感器。在根據(jù)本實施例的應變檢測元件單元50中這樣的高靈敏度來滿足這些需求是可能的。
在根據(jù)本實施例的應變檢測元件單元50中，即使對于小的元件表面積也能夠?qū)崿F(xiàn)基本上不依賴于元件尺寸的高應變靈敏度α。應變靈敏度α是例如a = ( AR/Rmin)/ ε。Rmin是低態(tài)電阻；而Λ R是電阻改變量。ε是應變Λ 1/1。這里，I是初始長度；而Al是位移量。
應變靈敏度α由所用材料確定；并且在使用例如S i的壓阻應變傳感器的情況下，應變靈敏度α為例如大約130。在使用Si的壓阻應變傳感器的情況下，該元件的必要表面積是元件的一個邊大約為100 μ m。每單元表面積的應變靈敏度α是例如130/100 μ m2， 大約是101Q。
另一方面，在根據(jù)本實施例的應變檢測元件單元50 (自轉(zhuǎn)應變傳感器)中，不存在應變靈敏度α的上限；并且能夠容易地實現(xiàn)大約1000的應變靈敏度。實現(xiàn)這樣的應變靈敏度α必須的元件表面積是元件的一個邊大約為20nm。所以，例如，每單元表面積的應變靈敏度α大約是1017。因此在本實施例中，每單元表面積的靈敏度能夠是具有使用Si的常規(guī)MEMS結(jié)構(gòu)(S1-MEMS (微型機電系統(tǒng)))的壓力傳感器的大約IO7倍。
根據(jù)本實施例，通過使用自轉(zhuǎn)應變傳感器技術(shù)，有可能獲得高應變靈敏度和實現(xiàn)與傳感器一起提供例如運算電 路的應變/壓力傳感器。
圖6Α至圖6C是示意圖，展示了根據(jù)第一個實施例的應變和壓力檢測器件的一部分的配置。
這些附圖展示了作為檢測單元120的一個實例的檢測單元121的配置。圖6Α是透視圖。圖6Β是平面圖。圖6C是圖6Α中線段Α1-Α2的剖面圖。
如圖6Α所示，活動部分64在空間部分70內(nèi)部沿著Z軸方向移動。檢測單元121 (檢測單元120)的厚度Lz (沿著Z軸方向的長度)是例如不小于I μ m并且不大于10 μ m。 在這個實例中，提供了振動膜單元61b?；顒硬糠?4的尺寸是振動膜單元61b的尺寸。
如圖6B所示,活動部分64包括振動膜單元61b。振動膜單元61b沿著Y軸方向 (與主面Illa平行并且與從固定部分63朝向活動部分64的X軸方向正交的方向)的寬度比第一互連層61和第二互連層62沿著Y軸方向的寬度更寬。
活動部分64沿著X軸方向的長度Lx (對應于振動膜單元61b沿著X軸方向的長度)不小于10 μ m并且不大于500 μ m。有利的是長度Lx不小于50 μ m并且不大于200 μ m。 活動部分64沿著Y軸方向的長度Ly (對應于振動膜單元61b沿著Y軸方向的長度)不小于10 μ m并且不大于500 μ m。有利的是長度Ly不小于50 μ m并且不大于200 μ m。
有利的是長度Lx不小于長度Ly。例如，長度Lx不小于長度Ly的1. 5倍并且不大于長度Ly的5倍。
振動膜單元61b的一部分可以被固定到非空間部分71作為固定部分63。振動膜單元61b固定到非空間部分71的部分的寬度LI (沿著X軸方向的寬度)是例如不小于長度Lx的1/10并且不大于長度Lx的1/3。
如圖6C所示，活動部分64 (振動膜單元61b)沿著Z軸方向偏斜。空間部分70沿著Z軸方向的高度Lz70為例如不小于I μπι并且不大于ΙΟμπι?；顒硬糠?4在空間部分 70的內(nèi)部移動?；顒硬糠?4末端沿著Z軸方向移動的距離(沿著Z軸方向的距離)為例如不小于I μπι并且不大于ΙΟμπι?；顒硬糠?4與晶體管112 (半導體電路單元110)之間的距離在例如不小于I μ m并且不大于10 μ m的范圍內(nèi)變化。
根據(jù)活動部分64 (振動膜單元61b)的移動,應力被施加到應變檢測元件單元50。 應變檢測元件單元50的電阻根據(jù)這個應力改變。
通過使電流經(jīng)由第一埋置互連部61c、第二埋置互連部62c、第一互連層61和第二互連層62，在應變檢測元件單元50中流動而檢測電阻。從而檢測出施加到活動部分64(振動膜單元61b)的應力。換言之，檢測出了施加到應變和壓力檢測器件310的應變。
第一埋置互連部61c、第二埋置互連部62c、第一互連層61和第二互連層62可以包括例如某種金屬比如Cu、Al等。
振動膜單元61b可以包括例如SiO2、非晶質(zhì)S1、各種氧化物、各種氮化物等的單層膜或疊合膜。如以下描述，第一互連層61 (選自第一互連層61和第二互連層62的至少一層)也可以用作振動膜單元61b。在這樣的情況下，振動膜單元61b (第一互連層61)可以包括某種金屬比如Cu、Al等。因此在本實施例中，采用了這樣的配置，其中振動膜與晶體管 112 一起設置。
反之，在常規(guī)的S1-MEMS中，使用了 SOI (絕緣體上硅)襯底。在這樣的情況下， 在其上提供SOI的襯底(Si單晶襯底·)的背面被選擇地除去；S0I的氧化膜變?yōu)檎駝幽?；?SOI的硅膜變?yōu)榛顒訂卧?。因為用于常?guī)配置的方式是使用SOI襯底，所以能夠被使用的膜材料被限于氧化膜和在氧化膜上形成的硅膜。這是因為必須通過RIE (反應式離子蝕刻) 過程等執(zhí)行蝕刻，以便使用單晶Si作為應變傳感器。在常規(guī)的方式中，在襯底上形成的晶體管上形成振動膜必然極為困難，因為蝕刻的過程從襯底的背面進行。因此，在使用單晶Si 作為應變傳感器的情況下，振動膜的材料極為受限并且必須被限定為以上描述的材料。
相反，在本實施例中，以下描述的犧牲層在晶體管112上形成；并且活動部分64 在犧牲層上形成。例如，在晶體管112上形成的犧牲層上形成的薄膜可以用作振動膜單元 61b。所以，有可能使用任何材料作為振動膜單元61b。從而通過適當?shù)剡x擇材料，能夠改進振動膜特征；并且例如，振動膜單元61b的應力基本上能夠為零。盡管在SOI襯底以外的基體上形成的振動膜上形成單晶硅極為困難，但是在自轉(zhuǎn)應變傳感器中這樣的構(gòu)造是可能的。
在本實施例中，采用了這樣的配置，其中活動部分64在犧牲層上形成，并且從犧牲層的上表面去除犧牲層。在這樣的情況下，與使用SOI襯底的S1-MEMS相比，活動部分64 的移動范圍受到限制，因為厚的犧牲層難以形成。換言之，振動膜的可移動量不大；并且應變改變量減小。本申請的發(fā)明人認為，即使在振動膜的可移動量不大的情況下，自轉(zhuǎn)應變傳感器用作傳感器可以是足夠的，因為高應變靈敏度是可實現(xiàn)的。
振動膜單元61b的厚度例如不小于IOOnm并且不大于3 μ m。有利的是振動膜單元 61b的厚度不小于200nm并且不大于2 μ m。振動膜單元61b的厚度可以不小于IOnm并且不大于I μπι。這能夠使得靈敏度更高以及/或者降尺度。
如圖6C所不,在第一互連層61與第二互連層62之間設置絕緣層65 (如SiO2層等)。與第一互連層61在活動部分64方的端部和與第二互連層62在活動部分64方的端部接觸地設置絕緣層66 (如SiO2層等)。
通過使用具有這樣的配置的檢測單元120 (檢測單元121)，能夠?qū)ξ⑿^(qū)域以高靈敏度檢測應變。
盡管在這個實例中沿著Z軸方向觀察，活動部分64 (如振動膜單元61b)和空間部分70的配置大體上是矩形的，但是本實施例不限于此。這些配置是任意的。
圖7A至圖7C是示意圖，展示了根據(jù)第一個實施例的應變和壓力檢測器件的一部分的配置。
這些附圖展示了作為檢測單元120的一個實例的檢測單元122的配置。圖7A是透視圖。圖7B是平面圖。圖7C是圖7A中線段A1-A2的剖面圖。
在這個實例中，如圖7A至圖7C所示,沿著Z軸方向觀察時,活動部分64 (如振動膜單元61b)的配置大體上為圓形(包括變平的圓)?？臻g部分70的配置當沿著Z軸方向觀察時大體上也為圓形(包括扁圓形)。
在這樣的情況下，也能夠?qū)ξ⑿^(qū)域以高靈敏度檢測應變。
圖8A至圖SC是示意圖，展示了根據(jù)第一個實施例的應變和壓力檢測器件的一部分 的配置。
這些附圖展示了作為檢測單元120的一個實例的檢測單元123的配置。圖8A是透視圖。圖8B是平面圖。圖8C是沿著圖8A中線段A1-A2的剖面圖。
在這個實例中，如圖8A至圖8C所示，活動部分64的一端被連接到固定部分63 ； 并且活動部分64的其他端(在這個實例中，三個端)由固定單元67a、67b和67c固定到非空間部分71。活動部分64由固定部分63和三個固定單元在四個位置支撐。固定單元67a、 67b和67c可以包括例如絕緣層比如SiO2等。
在這種配置中，如圖8C所示，活動部分64的中心部分沿著Z軸方向移動。
在這個實例中盡管活動部分64在四個位置被支撐，但是活動部分64可以被認為具有穿透活動部分64的孔64h。
因此，活動部分64可以在多個位置被支撐。在這樣的情況下，也能夠?qū)ξ⑿^(qū)域以高靈敏度檢測應變。
在根據(jù)本實施例的應變和壓力檢測器件310中，從外部向活動部分64 (如振動膜單元61b)施加某個動作時，活動部分64 (如振動膜單元61b)的形狀改變。根據(jù)這種形狀改變，在應變檢測元件單元50中出現(xiàn)應變；并且這種應變被檢測為電阻的變化。應變和壓力檢測器件310能夠用作例如壓力傳感器。另外，應變和壓力檢測器件310能夠用作加速度傳感器。應變和壓力檢測器件310也能夠用作溫度傳感器。在用作溫度傳感器的情況下，活動部分64 (如振動膜單元61b)根據(jù)溫度收縮；并且檢測由于這種收縮造成的應變。例如， 通過使用熱膨脹系數(shù)高的材料作為活動部分64 (如振動膜單元61b)，能夠提供高靈敏度的溫度傳感器。
圖9是示意透視圖，展示了根據(jù)第一個實施例的另一種應變和壓力檢測器件。如圖9所示，根據(jù)本實施例的應變和壓力檢測器件320進一步包括在檢測單元120上提供的壓力換能器單元130。
壓力換能器單元130包括傳感器保護單元132和壓力換能器空間部分131。壓力換能器空間部分131是例如未設置傳感器保護單元132的材料的部分。
圖10是示意透視圖，展示了根據(jù)第一個實施例的另一種應變和壓力檢測器件的一部分的配置。
圖10顯示了壓力換能器單元130配置的一個實例。
傳感器保護單元132可以包括例如絕緣材料比如Al203、Si02等。壓力換能器空間部分131以Z軸方向觀察時的配置與以空間部分70的Z軸方向觀察時例如檢測單元120 的配置一致。不過，壓力換能器空間部分131的配置是任意的。例如，在壓力換能器空間部分131內(nèi)部充填空氣。壓力換能器空間部分131將例如空氣的振動傳播到應變檢測元件單元50。
通過應用這種配置，也有可能構(gòu)造話筒以檢測聲音。因此，根據(jù)本實施例的應變和壓力檢測器件320能夠被應用到被配置為檢測任何介質(zhì)中聲音振動等的檢測器件。
通過設置壓力換能器單元130，外部壓力的變化能夠被更有效地傳播到應變檢測元件單元50。從而有可能以高精度更穩(wěn)定地檢測。
在這個實例中，在Z軸方向觀察時壓力換能器空間部分131的配置是圓形(包括扁圓形)；并且壓力換能器空間部分131的直徑131w是例如不小于I μ m并且不大于500 μ m。 傳感器保護單元132的厚度tl30是例如不小于300nm并且不大于100 μ m。不過，本實施例不限于此。這些配置和尺寸是任意的。
圖11是示意透視圖，展示了根據(jù)第一個實施例的另一種應變和壓力檢測器件的一部分的配置。圖11顯示了壓力換能器單元130配置的另一個實例。
在這個實例中例如在壓力換能器空間部分131的內(nèi)部布置了壓力換能器材料 133。壓力換能器材料133可以包括例如硅酮等，具有例如凝膠或液體形式。
在使用這種配置的情況下，例如在制造應變和壓力檢測器件的封裝過程中執(zhí)行了封裝，使得壓力在壓力換能器單元130與外部之間傳送。
關(guān)于圖1描述的處理電路113能夠例如放大由應變檢測元件單元50所獲得的信號、執(zhí)行傳感器信號的Α/D轉(zhuǎn)換等。因此，半導體電路單元110處理基于在應變檢測元件單元50中流動的電流的信號。處理電路113還能夠執(zhí)行處理以便將傳感器信號的數(shù)據(jù)傳送到另一個電子器件。處理電路113還可以執(zhí)行數(shù)據(jù)挖掘(如噪聲去除等)以便從傳感器信號中提取重要信息。
圖12A至圖12C是示意圖，展示了根據(jù)第一個實施例的另一種應變和壓力檢測器件以及另一種電子器件的配置。
圖12A是示意透視圖，展示了根據(jù)本實施例的應變和壓力檢測器件311的配置。圖 12B展示了在應變和壓力檢測器件311中提供的傳輸電路117的實例。圖12C展示了與應變和壓力檢測器件311組合使用的電子器件118d的實例。
如圖12A所示，除了半導體電路單元110和檢測單元120，應變和壓力檢測器件311進一步包括天線115和電氣互連部116。天線115經(jīng)由電氣互連部116被連接到半導 體電路單元110。
如圖12B所示，在應變和壓力檢測器件311中設置傳輸電路117。傳輸電路117執(zhí) 行基于在應變檢測元件單元50中流動的電信號的數(shù)據(jù)的無線傳輸。在半導體電路單元110 中可以設置傳輸電路117的至少一部分。半導體電路單兀110可以包括傳輸電路117,以執(zhí) 行基于在應變檢測元件單元50中流動的電信號的數(shù)據(jù)的無線傳輸。
如圖12C所示，在與應變和壓力檢測器件311組合使用的電子器件118d中設置接 收單元118。例如，諸如便攜式終端等的電子器件被用作電子器件118d。
例如，包括與電子器件118d (包括接收單元118)結(jié)合的傳輸電路117的應變和壓 力檢測器件311提供了更大的便利。
在這個實例中，如圖12B所示，在應變和壓力檢測器件311中設置從電子器件IlSd 接收控制信號的接收電路117r。例如，在半導體電路單元110中可以設置接收電路117r的 至少一部分。通過設置接收電路117r，例如，通過操作電子器件118d，能夠控制應變和壓力 檢測器件311的操作。
在這個實例中，如圖12B所示,例如,被連接到應變檢測元件單元50的AD轉(zhuǎn)換器 117a和曼徹斯特編碼單元117b設置為在應變和壓力檢測器件311中的傳輸電路117。進 一步設置切換單元117c以便在傳輸與接收之間切換。這種切換由計時控制器117d控制。 數(shù)據(jù)校正單元117e、同步單元117f和判斷單元117g設置為接收電路117r。進一步設置電 壓控制的振蕩器117h (VCO)0
另一方面，如圖12C所示，在電子器件118d中設置曼徹斯特編碼單元117b、切換 單元117c、計時控制器117d、數(shù)據(jù)校正單元117e、同步單元117f、判斷單元117g和電壓控 制的振蕩器117h ;并且在電子器件118d中還設置存儲單元118a和中央處理單元118b (CPU)。
作為根據(jù)本實施例的應變和壓力檢測器件310的制造方法的實例，現(xiàn)在將描述在 圖6A至圖6C中展示的檢測單元121中包括四邊形振動膜單元61b的應變和壓力檢測器件 的制造方法實例。
圖13A、圖 13B、圖 14A、圖 14B、圖 15A、圖 15B、圖 16A、圖 16B、圖 17A、圖 17B、圖 18A、 圖 18B、圖 19A、圖 19B、圖 20A、圖 20B、圖 21A、圖 21B、圖 22A、圖 22B、圖 23A、圖 23B、圖 24A和圖24B是示意圖，展示了根據(jù)第一個實施例的應變和壓力檢測器件的制造方法。
圖13A至圖24A是示意平面圖；而圖13B至圖24B是示意剖面圖。
如圖13A和圖13B所示，在半導體襯底111的前表面部分設置半導體層112M。在 半導體層112M的上表面形成元件分離絕緣層1121。在半導體層112M上形成柵極112G，插 入的絕緣層未展示。通過在柵極112G的兩側(cè)形成源極112S和漏極112D，形成晶體管112。 然后，通過在晶體管112上形成層間絕緣膜114a，形成層間絕緣膜114b。
在用于形成非空間部分71的區(qū)域中，在層間絕緣膜114a和114b的一部分做出若 干槽和孔。通過在這些孔中填充導電材料,形成連接導柱114c至114e。在這個實例中，連 接導柱114c被連接到一個晶體管的源極112S ;而連接導柱114d被連接到漏極112D。連接 導柱114e被連接到另一個晶體管的源極112S。通過在這些槽中填充導電材料，形成互連單 元114f和互連單元114g?；ミB單元114f被連接到連接導柱114c和連接導柱114d?；ミB單元114g被連接到連接導柱114e。在層間絕緣膜114b上形成層間絕緣膜114h。
如圖14A和圖14B所示，通過例如CVD在層間絕緣膜114h上形成用于形成層間絕緣膜114i的Si02。在層間絕緣膜114i的規(guī)定位置制作了若干孔；導電材料(金屬材料)被填充到這些孔中；并且上表面通過CMP被平面化。從而形成連接導柱114j以連接到互連單元114f ;并且形成連接導柱114k以連接到互連單元114g。
如圖15A和圖15B所示，在層間絕緣膜114i中用于形成空間部分70的區(qū)域中做出槽；并且在這個槽中填充了犧牲層1141。犧牲層1141可以包括例如SiGe等。犧牲層 1141包括能夠在低溫形成的材料。
如圖16A和圖16B所示，在層間絕緣膜114i和犧牲層1141上形成用于形成振動膜單元61b的絕緣膜61bf(Si02等)。通過在絕緣膜61bf中提供若干孔并且在這些孔中填充導電材料(金屬)，形成連接導柱61fa和連接導柱62fa。連接導柱61fa被連接到連接導柱114k ;而連接導柱62fa被連接到連接導柱114j。
如圖17A和圖17B所示，在絕緣膜61bf、連接導柱61fa和連接導柱62fa上形成用于形成第一互連層61的導電層61f。
如圖18A和圖18B所示，在導電層61f上形成用于形成應變檢測元件單元50的疊合膜50f。
如圖19A和圖19B所示，疊合膜50f被圖案化為規(guī)定的配置；并且在其上形成被用于形成絕緣層65的絕緣膜65f (SiO2等)。
如圖20A和圖20B所示，一部分絕緣膜65f被除去；并且導電層61f被圖案化為規(guī)定的配置。從而形成第一互連層61的配置。在這時，一部分導電層61f變?yōu)檫B接到連接導柱62fa的連接導柱62fb。然后，在其上形成被用于形成絕緣層66的絕緣膜66f。
如圖21A和圖21B所示，在絕緣膜66f中制作了開口 66p。從而使連接導柱62fb 暴露。
如圖22A和圖22B所不,在其上形成用于形成第二互連層62的導電層62f。一部分導電層62f被連接到連接導柱62fb。
如圖23A和圖23B所示，導電層62f被圖案化為規(guī)定的配置。從而形成第二互連層62。第二互連層62被連接到連接導柱62fb。
如圖24A和圖24B所示，按規(guī)定配置在絕緣膜66f中制作了開口 66ο。絕緣膜6Ibf 被圖案化；并且經(jīng)由開口 66ο去除犧牲層1141。從而形成空間部分70。在去除犧牲層1141 時，例如從犧牲層1141的上表面(犧牲層1141的與半導體襯底111對立側(cè)的表面)去除(如蝕刻)犧牲層1141。
從而能夠形成根據(jù)本實施例的應變和壓力檢測器件310。
圖25Α至圖25C是示意圖，展示了根據(jù)第一個實施例的應變和壓力檢測器件的一部分的配置。
這些附圖展示了作為檢測單元120的一個實例的檢測單元124的配置。圖25Α是透視圖。圖25Β是平面圖。圖25C是沿著圖25Α中線段Α1-Α2的剖面圖。
在這個實例中，如圖25Α所示，未設置振動膜單元61b ;而第一互連層61用作振動膜單元61b。
在比第二互連層62更低側(cè)上設置第一互連層61。換言之，第一互連層61設置在第二互連層62與半導體電路單元110 (在圖25A中未展示它)之間。
活動部分64中第一互連層61沿著Y軸方向(與主面11 Ia平行并與從固定部分63 朝向活動部分64的X軸方向正交的方向)的寬度比活動部分64中第二互連層62沿著Y軸 方向的寬度更寬。
在未設置振動膜單元61b的情況下，活動部分64在Y軸方向的長度Ly對應于活 動部分64中第一互連層61在Y軸方向的長度。活動部分64在X軸方向的長度Lx對應于 活動部分64中第一互連層61在X軸方向的長度。
通過使第一互連層61用作振動膜單元61b，配置是簡單的并且制造過程是簡單 的。在這樣的檢測單元124中，也能夠?qū)ξ⑿^(qū)域以高靈敏度檢測應變。
現(xiàn)在將描述包括在圖25A至圖25C中展示的檢測單元124的應變和壓力檢測器件 的制造方法實例。
圖26A、圖 26B、圖 27A、圖 27B、圖 28A、圖 28B、圖 29A、圖 29B、圖 30A、圖 30B、圖 31A、 圖31B、圖32A、圖32B、圖33A和圖33B是示意圖，展示了根據(jù)第一個實施例的應變和壓力檢 測器件的制造方法。
圖26A至圖33A是示意平面圖；而圖26B至圖33B是示意剖面圖?，F(xiàn)在將描述的 過程在與關(guān)于圖13A至圖15B描述的過程類似的過程之后。
如圖26A和圖26B所示，在連接導柱114j、連接導柱114k、層間絕緣膜114i和犧 牲層1141上形成用于形成第一互連層61的導電層61f。
如圖27A和圖27B所示，在導電層61f上形成用于形成應變檢測元件單元50的疊 合膜50f。
如圖28A和圖28B所示，疊合膜50f被圖案化為規(guī)定的配置；并且在其上形成用于 形成絕緣層65的絕緣膜65f (SiO2等)。
如圖29A和圖29B所示，絕緣膜65f的一部分被去除；并且導電層61f被圖案化為 規(guī)定的配置。從而形成第一互連層61的配置。第一互連層61被連接到連接導柱114k。在 這時，導電層61f的一部分變?yōu)楸贿B接到連接導柱114j的連接導柱62fb。然后，在其上形 成用于形成絕緣層66的絕緣膜66f。
如圖30A和圖30B所示，在絕緣膜66f中制作了開口 66p。從而使連接導柱62fb暴露。
如圖31A和圖31B所示，在其上形成用于形成第二互連層62的導電層62f。導電 層62f的一部分被連接到連接導柱62fb。
如圖32A和圖32B所示，導電層62f被圖案化為規(guī)定的配置。從而形成第二互連 層62。第二互連層62被連接到連接導柱62fb。
如圖33A和圖33B所示，按規(guī)定配置在絕緣膜66f中制作了開口 66ο。經(jīng)由開口 66ο去除犧牲層1141。從而形成空間部分70。
從而能夠形成包括檢測單元124的應變和壓力檢測器件。在這種配置中，因為第 一互連層61用作振動膜單元61b并且配置是簡單的所以制造是簡單的。
圖34是示意透視圖，展示了根據(jù)第一個實施例的另一種應變和壓力檢測器件的配置。
如圖34所示，在根據(jù)本實施例的應變和壓力檢測器件330中，檢測單元120的第一埋置互連部61c和第二埋置互連部62c被電連接到設置在空間部分70下方的晶體管 112。
在這個實例中，在應變檢測元件單元50中流動的電流經(jīng)過第一互連層61、第二 互連層62、第一埋置互連部61c和第二埋置互連部62c在設置在空間部分70下方的晶體管 112中流動。
通過由設置在應變檢測元件單元50下方的晶體管112來檢測應變檢測元件單元 50的電阻變化的配置，例如，能夠減小芯片表面積。
第二個實施例
本實施例涉及制造應變和壓力檢測器件的方法。
圖35是流程圖，展示了根據(jù)第二個實施例的應變和壓力檢測器件的制造方法。
在根據(jù)圖35所示實施例的應變和壓力檢測器件的制造方法中，晶體管112在半導 體襯底111上形成(步驟S110)。例如，執(zhí)行了關(guān)于圖13A和圖13B所描述的處理。
在這種制造方法中，在半導體襯底111上形成層間絕緣層；并且在晶體管112上形 成犧牲層1141 (步驟S120)。例如，執(zhí)行了關(guān)于圖14A至圖15B描述的處理。這種層間絕 緣層包括例如層間絕緣膜114i。
在層間絕緣層(如層間絕緣膜114i)和犧牲層1141上形成用于形成第一互連層61 的第一導電層(導電層61f)(步驟S130)。例如，執(zhí)行了關(guān)于圖17A和圖17B描述的處理。 在步驟S130之前可以形成振動膜單元61b。
在犧牲層1141上的第一導電層(導電層61f)上形成包括第一磁層10的應變檢測 元件單元50 (步驟S140)。例如，執(zhí)行了關(guān)于圖18A至圖19B所描述的處理。
在應變檢測元件單元50上形成用于形成第二互連層62的第二導電層(導電層 62f)(步驟S150)。例如，執(zhí)行了關(guān)于圖22A至圖23B所描述的處理。
第一埋置互連部61c在層間絕緣層的內(nèi)部形成，以將第一導電層(導電層61f)電 連接到半導體襯底111 ;并且第二埋置互連部62C在層間絕緣層的內(nèi)部形成，以將第二導電 層(導電層62f)電連接到半導體襯底111 (步驟S160)。例如，執(zhí)行了關(guān)于圖13A、圖13B、 圖14A、圖14B、圖16A、圖16B、圖20A和圖20B所描述的處理。例如，步驟S160在以上敘 述的步驟SllO至步驟S150之間或者在步驟S150之后的至少一個過程中被執(zhí)行一次或多 次。
然后，去除犧牲層1141 (步驟S170)。例如，執(zhí)行了關(guān)于圖24A和圖24B所描述的處理。
從而能夠提供應變和壓力檢測器件的制造方法，以便對微小區(qū)域以高靈敏度檢測應變。
以上敘述的去除犧牲層1141的過程(步驟S170)包括例如從犧牲層1141的上表 面(犧牲層1141的與半導體襯底111對立側(cè)的表面)去除(如蝕刻)犧牲層1141。
以上敘述的應變和壓力檢測器件的制造方法能夠應用于制造話筒的方法。
根據(jù)本實施例，提供了應變和壓力檢測器件、話筒、制造應變和壓力檢測器件的方 法以及制造話筒的方法，對微小區(qū)域以高靈敏度檢測應變。
在上文，參考若干特定實例描述了本發(fā)明的若干示范實施例。不過，本發(fā)明的實施 例不限于這些特定的實例。例如，本領域的技術(shù)人員通過適當?shù)剡x擇在應變和壓力檢測器件中包括的若干組件的特定配置，可以同樣地實踐本發(fā)明，比如來自公知領域的半導體電 路單元、半導體襯底、晶體管、應變檢測單元、固定部分、活動部分、應變檢測元件單元、第一 磁層、第二磁層、中間層、第一互連層、第二互連層、振動膜單元、第一埋置互連部、第二埋置 互連部、換能器單元等；并且這樣的實踐在獲得類似效應的程度被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
另外，特定實例的任何兩個或更多組件都可以在技術(shù)可行的程度進行結(jié)合，并且 在包括本發(fā)明主旨的程度被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
不僅如此，由本領域的技術(shù)人員根據(jù)以上描述為本發(fā)明實施例的應變和壓力檢測 器件以及制造應變和壓力檢測器件的方法，通過適當?shù)脑O計修改可實用的一切應變和壓力 檢測器件以及制造應變和壓力檢測器件的方法，也都在包括本發(fā)明實質(zhì)的程度在本發(fā)明的 范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)，本領域的技術(shù)人員能夠構(gòu)思出各種其他變種和修改，并且應 當理解，這樣的變種和修改也包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
雖然已經(jīng)描述了一定的實施例，但是這些實施例僅僅作為實例已經(jīng)呈現(xiàn)，而不試 圖限制本發(fā)明的范圍。的確，本文描述的新穎實施例可以以各種各樣的其他形式實施；不僅 如此，在本文描述的實施例的形式中可以進行各種省略、替代和改變而不脫離本發(fā)明的實 質(zhì)。附帶的權(quán)利要求書及其等效內(nèi)容意在涵蓋這樣的形式或修改，因為它們會落入本發(fā)明 的范圍和實質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種應變和壓力檢測器件，包括 半導體電路單元，包括半導體襯底和設置在所述半導體襯底上的晶體管；以及 設置在所述半導體電路單元上的檢測單元， 所述檢測單元具有 空間部分和非空間部分，所述空間部分設置在所述晶體管上方，所述非空間部分在與設置所述晶體管的半導體襯底表面平行的平面中與所述空間部分并列； 所述檢測單元進一步包括 活動梁，具有 固定部分，被固定到所述非空間部分；以及 活動部分，與所述晶體管分開并從所述固定部分延伸到所述空間部分中，所述晶體管與所述活動部分之間的距離可改變，所述活動梁包括 第一互連層；以及 第二互連層，從所述固定部分朝向所述活動部分延伸，應變檢測元件單元，被固定到所述活動部分，所述應變檢測元件單元的一端被電連接到所述第一互連層，所述應變檢測元件單元的另一端被電連接到所述第二互連層，所述應變檢測元件單元包括第一磁層， 第一埋置互連部，設置在所述非空間部分中，以將所述第一互連層電連接到所述半導體電路單元， 第二埋置互連部，設置在所述非空間部分中，以將所述第二互連層電連接到所述半導體電路單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中，所述活動部分進一步包括振動膜單元，所述振動膜單元沿著與所述表面平行并且與從所述固定部分朝向所述活動部分的第一方向正交的第二方向的寬度比所述第一互連層沿著所述第二方向的寬度和所述第二互連層沿著所述第二方向的寬度更寬。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的器件，其中，所述振動膜沿著與所述表面正交的方向的厚度不小于200納米并且不大于2微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的器件,其中， 所述第一互連層設置在所述第二互連層與所述半導體電路單元之間，以及所述活動部分中所述第一互連層沿著與所述表面平行并且與從所述固定部分朝向所述活動部分的第一方向正交的第二方向的寬度比所述活動部分中所述第二互連層沿著所述第二方向的寬度更寬。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中，所述第一磁層的磁化方向根據(jù)從所述活動部分到所述晶體管的距離的變化而改變，以及所述一端與另一端之間的電阻根據(jù)所述磁化方向的變化而改變。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中，所述應變檢測元件單元進一步包括 第二磁層；以及 中間層，設置在所述第一磁層與所述第二磁層之間，所述中間層是非磁性的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的器件，其中，所述第二磁層是磁化固定層或磁化自由層。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的器件，其中，所述第一磁層和所述第二磁層中的至少一個包括Fe、Co和Ni中的至少一個。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的器件，其中，所述應變檢測元件單元沿著從所述固定部分朝向所述活動部分的第一方向的長度不小于20納米并且不大于10微米。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中，所述應變檢測元件單元沿著與所述表面平行并且與從所述固定部分朝向所述活動部分的第一方向正交的方向的長度不小于20納米并且不大于10微米。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中，所述應變檢測元件單元沿著與所述表面正交的方向的長度不小于20納米并且不大于100納米。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中，所述應變檢測元件單元進一步包括與所述第一磁層并列的偏壓層以向所述第一磁層施加偏置磁場。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中，所述第一磁層的磁致伸縮常數(shù)不小于10_5。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中，所述活動部分具有穿透所述活動部分的孔。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中，所述活動部分與所述晶體管之間的所述距離在不小于I微米并且不大于10微米的范圍內(nèi)改變。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中，所述活動部分沿著從所述固定部分朝向所述活動部分的第一方向的長度不小于10微米并且不大于500微米。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中，所述半導體電路單元包括處理電路，被配置為處理基于所述應變檢測元件單元中流動的電流的信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中，所述半導體電路單元包括傳輸電路，被配置為執(zhí)行基于所述應變檢測元件單元中流動的電信號的數(shù)據(jù)的無線傳輸。
19.一種話筒,包括 半導體電路單元，包括半導體襯底和設置在所述半導體襯底上的晶體管；以及 設置在所述半導體電路單元上的檢測單元， 所述檢測單元具有 空間部分和非空間部分，所述空間部分設置在所述晶體管上方，所述非空間部分在與設置所述晶體管的半導體襯底表面平行的平面中與所述空間部分并列； 所述檢測單元進一步包括 活動梁，具有 固定部分，被固定到所述非空間部分；以及 活動部分，與所述晶體管分開并從所述固定部分延伸到所述空間部分中，所述晶體管與所述活動部分之間的距離可改變，所述活動梁包括 第一互連層；以及 第二互連層，從所述固定部分朝向所述活動部分延伸，應變檢測元件單元，被固定到所述活動部分，所述應變檢測元件單元的一端被電連接到所述第一互連層，所述應變檢測元件單元的另一端被電連接到所述第二互連層，所述應變檢測元件單元包括第一磁層， 第一埋置互連部，設置在所述非空間部分中，以將所述第一互連層電連接到所述半導體電路單元， 第二埋置互連部，設置在所述非空間部分中，以將所述第二互連層電連接到所述半導體電路單元。
20.一種用于制造應變和壓力檢測器件的方法，包括在半導體襯底上形成晶體管； 在所述半導體襯底上形成層間絕緣層以及在所述晶體管上形成犧牲層； 形成第一導電層，用于在所述層間絕緣層和所述犧牲層上形成第一互連層； 形成應變檢測元件單元，包括所述犧牲層上的所述第一導電層上的第一磁層； 形成第二導電層，用于在所述應變檢測元件單元上形成第二互連層； 在所述層間絕緣層內(nèi)部形成第一埋置互連部和第二埋置互連部，所述第一埋置互連部將所述第一導電層與所述半導體襯底電連接，所述第二埋置互連部將所述第二導電層與所述半導體襯底電連接；以及去除所述犧牲層。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中，所述去除所述犧牲層包括從所述犧牲層的上表面去除所述犧牲層。
22.一種用于制造話筒的方法，包括 在半導體襯底上形成晶體管； 在所述半導體襯底上形成層間絕緣層以及在所述晶體管上形成犧牲層； 形成第一導電層，用于在所述層間絕緣層和所述犧牲層上形成第一互連層； 形成應變檢測元件單元，包括所述犧牲層上的所述第一導電層上的第一磁層； 形成第二導電層，用于在所述應變檢測元件單元上形成第二互連層； 在所述層間絕緣層內(nèi)部形成第一埋置互連部和第二埋置互連部，所述第一埋置互連部將所述第一導電層與所述半導體襯底電連接，所述第二埋置互連部將所述第二導電層與所述半導體襯底電連接；以及去除所述犧牲層。
全文摘要
根據(jù)一個實施例，應變和壓力檢測器件包括半導體電路單元和檢測單元。所述半導體電路單元包括半導體襯底和晶體管。所述晶體管設置在半導體襯底上。所述檢測單元設置在所述半導體電路單元上，并且具有空間部分和非空間部分。所述非空間部分與所述空間部分并列。所述檢測單元進一步包括活動梁、應變檢測元件單元、以及第一和第二埋置互連部。所述活動梁具有固定部分和活動部分，并且包括第一和第二互連層。所述固定部分被固定到所述非空間部分。所述活動部分與所述晶體管分開并從所述固定部分延伸到所述空間部分中。所述應變檢測元件單元被固定到所述活動部分。所述第一和第二埋置互連部設置在所述非空間部分中。
文檔編號H04R31/00GK103017795SQ20121022504
公開日2013年4月3日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)明者福澤英明, 大黑達也, 小島章弘, 杉崎吉昭, 高柳萬里子, 藤慶彥, 堀昭男, 原通子 申請人:株式會社東芝