CN102092672B - 微电子机械系统的电连接的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供微电子机械系统的电连接结构的制造方法，包括步骤：提供具有顶层金属层的前端器件，在所述前端器件上沉积牺牲层，并在所述牺牲层中形成支撑孔；在所述牺牲层上及支撑孔内沉积电极下保护层，并在所述支撑孔内形成接触孔，以露出所述顶层金属层；利用预清洗工艺对所述顶层金属层预清洗，以去除所述顶层金属层上的自然氧化层；在沉积腔内沉积电极层，并图形化所述电极层；沉积敏感层，并图形化所述敏感层。采用先做电极层、再做敏感层，敏感层不会有损失；与CMOS工艺完全兼容；避免了副产物残留或电极金属残留对电导通的影响，降低了电极的图形化工艺难度，从而提高产品的可靠性和成品率。
Description
技术领域
本发明涉及微电子机械系统制造技术领域，尤其涉及微电子机械系统的电连接的制造方法。
背景技术
微电子机械系统(Micro-Electro-MechanicalSystem，MEMS)技术具有微小、智能、可执行、可集成、工艺兼容性好、成本低等诸多优点，近年来得到了快速发展，并已广泛应用于传感器、智能手机、汽车电子等诸多领域。CMOS与MEMS的集成可以结合CMOS的高性能和MEMS的多功能，成为推动MEMS技术走向大规模应用的关键。
MEMS结构中电连接的实现至关重要，只有成功实现电连接才能验证MEMS器件的功能。采用传统的将电极层做在敏感层后的方式，存在如下几个问题：
(1)由于MEMS结构的大图形、深沟槽等特点，容易产生副产物残留及电极金属残留等问题，对CMOS与MEMS的集成提出了极大的挑战；
(2)电极层图形化时的过刻蚀不可避免的会造成一定的敏感层的损失；
(3)另外，这种方式为了保证敏感层与电极层的良好接触，如果在做电极层之前对敏感层进行预清洗工艺(Preclean)，而这存在与CMOS工艺不兼容的风险。
发明内容
为解决现有技术中将电极层做在敏感层后，造成与CMOS工艺不兼容、敏感层损失等问题，本发明提供微电子机械系统的电连接的制造方法。
为了达到上述目的，本发明提供的微电子机械系统的电连接结构的制造方法，包括下列步骤：
提供具有顶层金属层的前端器件，在所述前端器件上沉积牺牲层，并在所述牺牲层中形成支撑孔；
在所述牺牲层上及支撑孔内沉积电极下保护层，并在所述支撑孔内形成接触孔，以露出所述顶层金属层；
利用预清洗工艺对所述顶层金属层预清洗，以去除所述顶层金属层上的自然氧化层；
在沉积腔内沉积电极层，并图形化所述电极层；
沉积敏感层，并图形化所述敏感层。
在所述的微电子机械系统的电连接的制造方法中，所述顶层金属层为铝金属层。
在所述的微电子机械系统的电连接的制造方法中，所述牺牲层为非晶硅牺牲层。
在所述的微电子机械系统的电连接的制造方法中，所述电极下保护层为化学气相沉积的SiO2层，厚度为1000～3000埃。
在所述的微电子机械系统的电连接的制造方法中，所述电极层为：Ti或Ta的金属电极，或者TiN或TaN的金属化合物电极，或者TaN/Ta或Ti/TiN的复合膜电极。
在所述的微电子机械系统的电连接的制造方法中，所述电极层的厚度为50埃～500埃。
在所述的微电子机械系统的电连接的制造方法中，所述预清洗工艺为物理轰击方式，所用气体为Ar气，所用功率为100～500瓦。
在所述的微电子机械系统的电连接的制造方法中，所述预清洗工艺完成后，在真空条件下立即转入同一主框架的沉积腔沉积电极层。
在所述的微电子机械系统的电连接的制造方法中，图形化所述电极层是使用g-line光刻机，或是i-line光刻机，或是DUV光刻机。
在所述的微电子机械系统的电连接的制造方法中，图形化所述电极层的步骤是：在所述电极层上沉积抗反射层和光刻胶层，再图形化所述光刻胶层，然后以图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀所述抗反射层和所述电极层，最后去除所述图形化的光刻胶层和图形化的抗反射层。
在所述的微电子机械系统的电连接的制造方法中，所述抗反射层为SiON层和SiO2层的复合层。
在所述的微电子机械系统的电连接的制造方法中，在所述SiON层和SiO2层的复合层中，SiON层的厚度为200埃～500埃，SiO2的厚度为40埃～100埃。
在所述的微电子机械系统的电连接的制造方法中，去除所述图形化的抗反射层为物理轰击方式，所用气体为Ar气或Ar和CF4的混合气体，所用功率为100～300瓦。
在所述的微电子机械系统的电连接的制造方法中，去除所述图形化的抗反射层和沉积敏感层在同一个主框架中完成，且去除所述图形化的抗反射层后，在真空条件下立即转入沉积腔沉积敏感层。
在所述的微电子机械系统的电连接的制造方法中，所述敏感层为掺硼的非晶硅薄膜或是VOx薄膜。
在所述的微电子机械系统的电连接的制造方法中，所述敏感层的工艺温度为200℃～550℃，厚度范围为1000埃～5000埃
在所述的微电子机械系统的电连接的制造方法中，所述具有顶层金属层的前端器件的的形成步骤为：
提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成顶层金属层；
图形化所述顶层金属层形成沟槽；
沉积介质层，并对所述介质层进行平坦化处理，使所述介质层和所述顶层金属层齐平。所述平坦化处理采用化学机械研磨或刻蚀工艺，或两者的结合。
在所述的微电子机械系统的电连接的制造方法中，还包括：在所述介质层和所述顶层金属层上形成缓冲层。
在所述的微电子机械系统的电连接的制造方法中，所述介质层和所述缓冲层的材料为化学气相沉积的SiO2层。
在所述的微电子机械系统的电连接的制造方法中，所述介质层厚度为2000埃～10000埃，所述缓冲层厚度为500～3000埃。
在所述的微电子机械系统的电连接的制造方法中，所述化学气相沉积SiO2层的方法为基于Teos或Silane的PECVD、HDPCVD、SACVD或是APCVD，其沉积处理温度为300～400℃。
与现有技术相比，本发明采用先做电极层、再做敏感层的方案，敏感层不会有任何损失；沉积电极层之前的预清洗是在电极下保护层和顶层金属层上进行，可与CMOS工艺完全兼容；另一方面，由于电极层之前减少了一次对敏感层的图形化工艺，使得电极层的形貌较为平坦，避免了副产物残留或电极金属残留对电导通的影响，降低了电极的图形化工艺难度，从而提高产品的可靠性和成品率。
附图说明
图1-图8用于理解本发明的电连接结构制造方法，但是所述附图只是示意性附图，其大小和尺寸并不是实际尺寸，为了便于理解，某些部分可能有夸张的画法，但是不是用来限定本发明的保护范围的。
图1所示为本发明较佳实施例的微电子机械系统电连接结构制造方法流程图。
图2～图8所示为本发明较佳实施例的微电子机械系统电连接结构制造方法的各个工艺步骤的结构示意图，由于本发明主要针对于电连接的实现，示意图仅列出牺牲层图形化之后到电极上保护层沉积之前的过程。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，使本发明的权利要求更容易理解，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
请参考图1，所示为本发明较佳实施例的微电子机械系统电连接结构制造方法流程图。请参照图1所示，微电子机械系统电连接结构制造方法，包括如下步骤：
步骤S1，提供具有顶层金属层的前端器件，在所述前端器件上沉积牺牲层500，并在所述牺牲层500中形成支撑孔，请参照图2所示；
所述具有顶层金属层的前端器件是，任意具有顶层金属的半导体器件；在本实施例中，所述前端器件包括半导体衬底100，形成在半导体衬底100上的顶层金属层200，所述顶层金属层200之间的介质层300，在所述顶层金属层200和所述介质层300上形成有缓冲层400，
本实施例中所述具有顶层金属层的前端器件的形成步骤为：
提供半导体衬底100，在所述半导体衬底100上形成顶层金属层200；
图形化所述顶层金属层200形成沟槽；
沉积介质层300，进行沟槽填充；
利用化学机械研磨(CMP)技术将介质层300研磨到距离金属层200上表面一定高度(1000埃-5000埃，本发明较佳实施例中为3000埃)，然后利用刻蚀方法将介质层300刻蚀到与金属层200表面平齐；
在所述介质层300和所述顶层金属层200上形成缓冲层400，并图案化所述缓冲层400。
步骤S2，在所述牺牲层500上及支撑孔内沉积电极下保护层600，并在所述支撑孔内形成接触孔，以露出所述顶层金属层200，请参照图2所示；
本实施例中，所述顶层金属层200为铝金属层；所述牺牲层500为非晶硅牺牲层；所述电极下保护层600为SiO2层，厚度为1000～3000埃；所述介质层300和所述缓冲层400的材料为SiO2，所述介质层300、缓冲层400、电极下保护层600的工艺温度为300～400℃，如可以是300℃、350℃、400℃；所述介质层300厚度为2000埃～10000埃，如可以是2000埃、3000埃、4000埃、5000埃、6000埃、7000埃、8000埃、9000埃或10000埃；所述缓冲层400厚度为500～3000埃，如可以是500埃、800埃、1000埃、1300埃、1500埃、2000埃、2500埃、2800埃或3000埃。
步骤S3，利用预清洗工艺(Preclean)对所述顶层金属层预清洗，以去除所述顶层金属层200上的自然氧化层；
所述预清洗工艺为物理轰击方式，所用气体为Ar气，所用功率为100～500瓦(在本发明较佳实施例中，DCPower和ACbias均为300W)，如可以是100瓦、200瓦、300瓦、400瓦或500瓦。预清洗工艺为的是保证电极层700与顶层金属层200的接触良好，因为形成接触孔后，暴露在空气中的顶层金属层200上容易形成一薄层自然氧化层。
步骤S4，在沉积腔内沉积电极层700，并图形化所述电极层700，请参照图3和图4所示；
所述电极层700为：Ti或Ta的金属电极，或者TiN或TaN的金属化合物电极，或者TaN/Ta或Ti/TiN的复合膜电极。所述电极层的厚度为50埃～500埃，如可以是50埃、100埃、150埃、200埃、300埃、350埃、400埃、450埃或500埃。图形化所述电极层700可以使用g-line光刻机，或是i-line光刻机，或是DUV光刻机(本发明较佳实例采用DUV光刻机以实现小尺寸图形)。
所述预清洗工艺完成后，在真空条件下立即转入同一主框架(mainframe)的沉积腔沉积电极层700。
本发明的一个实施例中，图形化所述电极层700的步骤是：在所述电极层700上沉积抗反射层800和光刻胶层，再图形化所述光刻胶层，然后以图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀所述抗反射层800和所述电极层700，最后去除所述图形化的光刻胶层和图形化的抗反射层800a，最后保留图形化的电极层700a，请参照图7和图8所示。
图形化所述电极层700之前先沉积一层抗反射层800，其目的是消除衬底反射对光刻工艺的影响以及光刻胶中毒等工艺风险。
所述抗反射层800为SiON层和SiO2层的复合层。在所述SiON层和SiO2层的复合层中，SiON层的厚度为200埃～500埃，如可以是200埃、300埃、400埃或500埃；SiO2的厚度为40埃～100埃，如可以是40埃、50埃、60埃、70埃、80埃、90埃或100埃。
去除所述图形化的抗反射层800a为物理轰击方式，所用气体为Ar气或Ar和CF4的混合气体，所用功率为100～300瓦，如可以是100瓦、150瓦、200瓦、250瓦或300瓦。
步骤S5，沉积敏感层900，并图形化所述敏感层900，请参照图5和图6所示。
本实施例中，去除所述图形化的抗反射层800a和沉积敏感层900在同一个主框架中完成，且去除所述图形化的抗反射层800a后，在真空条件下立即转入沉积腔沉积敏感层900。所述敏感层为掺硼的非晶硅薄膜或是VOx薄膜。所述敏感层的工艺温度为200℃～550℃，如可以是200℃、300℃、400℃、450℃、500℃或550℃；厚度范围为1000埃～5000埃，如可以是1000埃、2000埃、3000埃、4000埃或5000埃。在本发明较佳实施例中，沉积敏感层900为PECVD方法沉积的掺硼非晶硅薄膜，沉积处理温度为400℃，厚度为1300埃
在本发明的其他实施例中，在形成图形化的敏感层900a之后，还包括步骤：化学气相沉积电极上保护层，并通过图形化工艺形成MEMS单元图形；通过光刻刻蚀工艺打开Pad窗口。
本发明中的沉积可以是化学气相沉积，如沉积介质层300、缓冲层400和电极下保护层600的步骤可以采用化学气相沉积中的PECVD、HDPCVD、SACVD或APCVD方法。沉积介质层300、缓冲层400和电极下保护层600的的工艺可以是基于正硅酸乙酯(TEOS)或基于硅烷(silane)的工艺。
本发明的微电子机械系统的电连接的制造方法，电极层700做在敏感层900之前可以实现敏感层900无损失，由于电极层700生长前的Preclean在电极下保护层600或前端器件的顶层金属层200上进行，可与CMOS工艺完全兼容，电极层700图形化由于采用DUV光刻可实现小尺寸图形；同时，由于在电极层形成之前，减少了对敏感层900的图形化，所以采用本方案的电极层700相对较平坦，避免了副产物残留或电极金属残留对电导通的影响，降低了电极层700的图形化工艺难度。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (16)
1.一种微电子机械系统的电连接结构的制造方法，其特征在于，包括下列步骤：
提供具有顶层金属层的前端器件，所述前端器件还包括介质层和缓冲层，所述介质层形成在所述顶层金属层的沟槽中，所述缓冲层形成在所述介质层和顶层金属层上，在所述前端器件上沉积牺牲层，并在所述牺牲层中形成支撑孔；
在所述牺牲层上及支撑孔内沉积电极下保护层，并在所述支撑孔内形成接触孔，以露出所述顶层金属层；
利用预清洗工艺对所述顶层金属层预清洗，以去除所述顶层金属层上的自然氧化层；
在沉积腔内沉积电极层，并图形化所述电极层，所述电极层为TiN或TaN的金属化合物电极或者是Ta/TaN或Ti/TiN的复合膜电极，图形化所述电极层的步骤是：在所述电极层上沉积抗反射层和光刻胶层，所述抗反射层为SiON层和SiO2层的复合层，再图形化所述光刻胶层，然后以图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀所述抗反射层和所述电极层，最后去除所述图形化的光刻胶层；
去除图形化的抗反射层，并在真空条件下立即转入同一个主框架的沉积腔沉积敏感层，然后图形化所述敏感层。
2.根据权利要求1所述的微电子机械系统的电连接结构的制造方法，其特征在于，所述顶层金属层为铝金属层。
3.根据权利要求1所述的微电子机械系统的电连接结构的制造方法，其特征在于，所述牺牲层为非晶硅牺牲层。
4.根据权利要求1所述的微电子机械系统的电连接结构的制造方法，其特征在于，所述电极下保护层为化学气相沉积的SiO2层，厚度为1000～3000埃。
5.根据权利要求1所述的微电子机械系统的电连接结构的制造方法，其特征在于，所述电极层的厚度为50埃～500埃。
6.根据权利要求1所述的微电子机械系统的电连接结构的制造方法，其特征在于，所述预清洗工艺为物理轰击方式，所用气体为Ar气，所用功率为100～500瓦。
7.根据权利要求1所述的微电子机械系统的电连接结构的制造方法，其特征在于，图形化所述电极层采用g-line或i-line光刻机，或采用DUV光刻机以实现小尺寸图形。
8.根据权利要求1所述的微电子机械系统的电连接结构的制造方法，其特征在于，在所述SiON层和SiO2层的复合层中，SiON层的厚度为200埃～500埃,SiO2层的厚度为40埃～100埃。
9.根据权利要求1所述的微电子机械系统的电连接结构的制造方法，其特征在于，去除所述图形化的抗反射层为物理轰击方式，所用气体为Ar气或Ar和CF4的混合气体，所用功率为100～300瓦。
10.根据权利要求1所述的微电子机械系统的电连接结构的制造方法，其特征在于，所述敏感层为掺硼的非晶硅薄膜或是VOx薄膜。
11.根据权利要求1所述的微电子机械系统的电连接结构的制造方法，其特征在于，所述敏感层的工艺温度为200℃～550℃，厚度范围为1000埃～5000埃。
12.根据权利要求1所述的微电子机械系统的电连接结构的制造方法，其特征在于，所述具有顶层金属层的前端器件的形成步骤为：
提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成顶层金属层；
图形化所述顶层金属层形成沟槽；
沉积介质层，并对所述介质层进行平坦化处理，使所述介质层和所述顶层金属层齐平。
13.根据权利要求12所述的微电子机械系统的电连接结构的制造方法，其特征在于，所述平坦化处理采用化学机械研磨或刻蚀工艺，或两者的结合。
14.根据权利要求12所述的微电子机械系统的电连接结构的制造方法，其特征在于，所述介质层和所述缓冲层的材料为化学气相沉积的SiO2层。
15.根据权利要求14所述的微电子机械系统的电连接结构的制造方法，其特征在于，所述介质层厚度为2000埃～10000埃，所述缓冲层厚度为500～3000埃。
16.根据权利要求14所述的微电子机械系统的电连接结构的制造方法，其特征在于，所述化学气相沉积SiO2层的方法为基于Teos或Silane的PECVD、HDPCVD、SACVD或是APCVD，其沉积处理温度为300～400℃。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |