CN102539033A - 微机电系统压力传感器的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微机电系统压力传感器的制作方法，步骤如下：提供一衬底，所述衬底内具有互连结构；在衬底上沉积第一介质层；刻蚀第一介质层形成压力腔开口，在压力腔开口内填充牺牲层；刻蚀第一介质层，形成用于连通互连结构的开口；在上述结构表面依次沉积感应层和硬掩膜；刻蚀第一介质层上的硬掩膜和感应层，形成敏感电阻图形；刻蚀牺牲层上的硬掩膜和感应层，形成多个释放口；通过释放口去除牺牲层；采用旋涂玻璃工艺在上述结构表面形成二氧化硅，在衬底和二氧化硅之间形成空腔；在二氧化硅上沉积第二介质层。本发明采用旋涂玻璃工艺，在常温下形成空腔，所述空腔内的气压高，从而得到好的线性度和大的测量范围的微机电系统压力传感器。

Description

微机电系统压力传感器的制作方法
技术领域
本发明涉及半导体领域，特别涉及一种微机电系统压力传感器的制作方法。
背景技术
压力传感器是将压力转换为电信号的一种器件。通常，压力传感器本身是嵌有电阻的微机械薄膜，压阻用来检测压力。
体微机械加工和表面微机械加工是制造薄膜的两种主要方法。在体微机械加工中，选择性的去除硅片上的体硅材料，直至留下一层单晶硅薄膜。使用腐蚀自停止技术来控制薄膜厚度。表面微机械是先将薄膜沉积在牺牲层上，然后再刻蚀牺牲层，最后形成薄膜。
体微机械加工通过应用电化学腐蚀自停止技术，从硅片背面形成压力口，使用外延层形成微机械结构。体微机械加工使用电化学腐蚀方法，对薄膜厚度控制较差，且其与CMOS工艺兼容性比较差。
表面微机械加工技术，通过牺牲层的沉积可以精确控制薄膜厚度，使用正面加工可以满足制造空腔和释放微机械结构，与传统硅表面加工CMOS工艺兼容性较好。
现有的表面微机械加工技术的微机电系统压力传感器的制作方法，包括以下步骤：如图1a所示，提供一衬底100，所述衬底内具有互连结构101，在衬底100上沉积第一介质层102；如图1b所示，刻蚀第一介质层102形成压力腔开口(图中未示)，在压力腔开口内填充牺牲层103；如图1c所示，刻蚀第一介质层102，形成用于连通互连结构101的开口104；如图1d所示，在上述结构表面沉积感应层105，使所述开口104中填满感应层105，如图1e所示，在感应层105上沉积硬掩膜106；如图1f所示，刻蚀第一介质层102上的硬掩膜106和感应层105，形成敏感电阻图形；如图1g所示，刻蚀牺牲层103上的硬掩膜106和感应层105，形成多个释放口107，该步骤形成释放口后的俯视图如图1j所示，图1g为图1j的A-A剖面图；如图1h所示，通过释放口去除牺牲层103；如图1i所示，在上述结构表面沉积第二介质层108，第二介质层108填满释放口107，在衬底100和第二介质层108之间形成空腔109。
现有技术中，沉积第二介质层108采用常压化学气相沉积(APCVD)，沉积温度在400度左右，当温度回落到常温时，空腔109内的气压变得很低，然而微机电系统压力传感器的空腔内需要高气压，才能得到更好的线性度和大的测量范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种微机电系统压力传感器的结构及其制作方法，以确保空腔内的高气压，提高微机电系统压力传感器的线性度和测量范围。
本发明的技术解决方案是一种微机电系统压力传感器的制作方法，包括以下步骤：
提供一衬底，所述衬底内具有互连结构；
在衬底上沉积第一介质层；
刻蚀第一介质层形成压力腔开口，在压力腔开口内填充牺牲层；
刻蚀第一介质层，形成用于连通互连结构的开口；
在上述结构表面，沉积感应层，使所述开口中填满感应层；
在感应层上沉积硬掩膜；
刻蚀第一介质层上的硬掩膜和感应层，形成敏感电阻图形；
刻蚀牺牲层上的硬掩膜和感应层，形成多个释放口；
通过释放口去除牺牲层；
采用旋涂玻璃工艺在上述结构表面形成二氧化硅，在衬底和二氧化硅之间形成空腔；
在二氧化硅上沉积第二介质层。
作为优选：所述牺牲层的材料为C。
作为优选：所述去除牺牲层的步骤采用O2等离子体作为反应气体。
作为优选：所述牺牲层的材料为SiO2。
作为优选：所述去除牺牲层的步骤采用HF溶液。
作为优选：所述硬掩膜的材料为SiN。
作为优选：所述感应层的材料为SiGe。
作为优选：所述二氧化硅的厚度为0.1-1微米。
与现有技术相比，本发明在形成释放口去除牺牲层后，采用旋涂玻璃工艺形成二氧化硅，在常温工艺条件下在衬底和二氧化硅之间形成空腔，所述空腔内的气压高，从而得到好的线性度和大的测量范围的微机电系统压力传感器。
附图说明
图1a-1i是现有技术微机电系统压力传感器的制作过程中各个工艺步骤的剖面图。
图1j是现有技术中微机电系统压力传感器制作过程中形成释放口后的俯视图。
图2是本发明微机电系统压力传感器的制作方法的流程图。
图3a-3j是本发明微机电系统压力传感器的制作过程中各个工艺步骤的剖面图。
图3k是本发明微机电系统压力传感器制作过程中形成释放口后的俯视图。
具体实施方式
本发明下面将结合附图作进一步详述：
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
图2示出了本发明微机电系统压力传感器的制作方法的流程图。
请参阅图2所示，在本实施例中，
在步骤201中，如图3a所示，提供一衬底300，所述衬底300内具有互连结构301，所述互连结构301用于连接至其下方的器件层或者另一金属互连层，为了图示方便，图3a-3j中均省略了衬底300中互连结构301以下的半导体结构；
在步骤202中，在衬底300上沉积第一介质层302；
在步骤203中，如图3b所示，刻蚀第一介质层302形成压力腔开口(图中未示)，在压力腔开口内填充牺牲层303，所述牺牲层303的材料为C，所述牺牲层的材料还可以选用湿法腐蚀速率较快的材料，例如SiO2；
在步骤204中，如图3c所示，刻蚀第一介质层302形成连通至互连结构301的开口304，用于将后续形成的敏感电阻连接至互连结构301；
在步骤205中，如图3d所示，在上述结构表面沉积感应层305，使感应层305填满所述开口304，所述感应层305的材料为SiGe，所述感应层305连通互连结构301；
在步骤206中，如图3e所示，在感应层305上沉积硬掩膜306，所述硬掩膜306的材料为SiN；
在步骤207中，如图3f所示，刻蚀第一介质层302上的硬掩膜306和感应层305，形成敏感电阻图形；
在步骤208中，如图3g所示，刻蚀牺牲层303上的硬掩膜306和感应层305，形成多个释放口307，该步骤形成释放口后的俯视图如图3k所示，图3g为图3k的A-A剖面图，所述释放口307的宽度d小于0.5微米；
在步骤209中，如图3h所示，通过释放口307去除牺牲层303，当所述牺牲层303的材料为C时，所述去除牺牲层303的步骤采用O2等离子体作为反应气体，当所述牺牲层303的材料为SiO2，所述去除牺牲层303的步骤采用HF溶液；
在步骤210中，如图3i所示，采用旋涂玻璃工艺(SOG，Spin On Glasscoating)在上述结构表面形成二氧化硅308，在衬底300和二氧化硅308之间形成空腔309，所述二氧化硅308的厚度为0.1-1微米；旋涂玻璃工艺是半导体制程上的一种局部性平坦化技术，旋涂玻璃工艺是在常温下将含有介电材料的液态溶剂以旋转涂布(spin coating)方式，均匀地涂布在晶圆表面，再经过紫外光处理，去除溶剂，在晶圆表片上留下固化后近似二氧化硅(SiO2)的介电材料，在常规的旋涂玻璃工艺中需要液态溶剂具有较好的填充性能以将晶圆表面平坦化并将所有的缝隙填满，在本实施例中所述缝隙为释放口，但是当释放口宽度较小而深度较高时，液态溶剂将由于本身的表面张力和空腔309内的空气压力无法填充下去而形成空气隙，此时旋涂玻璃工艺将无法通过释放口填充到空腔内部而将整个空腔内的空气密封，所述释放口的宽度d小于0.5微米，高度大于1微米。
本发明在形成释放口去除牺牲层后，采用旋涂玻璃工艺形成二氧化硅的方法，在常温工艺条件下在衬底300和二氧化硅308之间形成空腔309，所述空腔309内的气压高，从而得到好的线性度和大的测量范围的微机电系统压力传感器。
在步骤211中，如图3j所示，在二氧化硅308上沉积第二介质层310。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种微机电系统压力传感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一衬底，所述衬底内具有互连结构；
在衬底上沉积第一介质层；
刻蚀第一介质层形成压力腔开口，在压力腔开口内填充牺牲层；
刻蚀第一介质层，形成用于连通互连结构的开口；
在上述结构表面沉积感应层，使所述开口中填满感应层；
在感应层上沉积硬掩膜；
刻蚀第一介质层上的硬掩膜和感应层，形成敏感电阻图形；
刻蚀牺牲层上的硬掩膜和感应层，形成多个释放口；
通过释放口去除牺牲层；
采用旋涂玻璃工艺在上述结构表面形成二氧化硅，在衬底和二氧化硅之间形成空腔；
在二氧化硅上沉积第二介质层。
2.根据权利要求1所述的微机电系统压力传感器的制作方法，其特征在于：所述牺牲层的材料为C。
3.根据权利要求2所述的微机电系统压力传感器的制作方法，其特征在于：所述去除牺牲层的步骤采用O2等离子体作为反应气体。
4.根据权利要求1所述的微机电系统压力传感器的制作方法，其特征在于：所述牺牲层的材料为SiO2。
5.根据权利要求4所述的微机电系统压力传感器的制作方法，其特征在于：所述去除牺牲层的步骤采用HF溶液。
6.根据权利要求1所述的微机电系统压力传感器的制作方法，其特征在于：所述硬掩膜的材料为SiN。
7.根据权利要求1所述的微机电系统压力传感器的制作方法，其特征在于：所述感应层的材料为SiGe。
8.根据权利要求1所述的微机电系统压力传感器的制作方法，其特征在于：所述二氧化硅的厚度为0.1-1微米。
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