CN105092112B - 一种mems压力传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种MEMS压力传感器及其制备方法，所述方法包括：提供基底，所述基底上形成有层间介质层以及位于所述层间介质层中的底部电极；在所述底部电极上方形成图案化的牺牲材料层；在所述牺牲材料层上和所述层间介质层上形成热隔离层，以覆盖所述牺牲材料层和所述层间介质层；在所述热隔离层上形成压力传感膜，以作为顶部电极；执行激光退火步骤，以提高所述压力传感膜的应力性能。本发明的优点在于：(1)对所述牺牲材料层(无定形碳)没有热损坏；(2)对所述顶部电极互连结构中的金属层(Al)没有热损坏；(3)对所述隔离层poly‑SiGe的应力具有好的调节效果；(4)顶部电极互连结构不会断开或者失效，提高器件的性能和良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，具体地，本发明涉及一种MEMS压力传感器及其制备方法。
背景技术
随着半导体技术的不断发展，在运动传感器(motion sensor)类产品的市场上，智能手机、集成CMOS和微机电系统(MEMS)器件日益成为最主流、最先进的技术，并且随着技术的更新，这类传动传感器产品的发展方向是规模更小的尺寸，高质量的电学性能和更低的损耗。
其中，MEMS压力传感器广泛应用于汽车电子：如TPMS、发动机机油压力传感器、汽车刹车系统空气压力传感器、汽车发动机进气歧管压力传感器(TMAP)、柴油机共轨压力传感器；消费电子：如胎压计、血压计、橱用秤、健康秤，洗衣机、洗碗机、电冰箱、微波炉、烤箱、吸尘器用压力传感器，空调压力传感器，洗衣机、饮水机、洗碗机、太阳能热水器用液位控制压力传感器；工业电子：如数字压力表、数字流量表、工业配料称重等。
现有技术中压力传感器的包括变极距型电容传感器、变面积型电容传感器以及变介电常数型电容传感器，其中所述变极距型电容传感器中包括定极板(fixed plate)和动极板(moving plate)，其中在压力的作用下所述动极板(moving plate)发生移动，所述定极板和动极板之间的距离发生变化，电容发生变化，通过所述电容的变化检测得到压力的变化。
现有技术中压力传感器的结构如图1a所示，所述压力传感器包括基底101，所述基底101上形成有各种CMOS器件，其中所述基底101上形成有层间介电层，并在所述层间介电层中形成顶部电极互连结构102，所述顶部电极互连结构102包括金属层102a以及位于所述金属层102a之间的金属通孔，其中所述金属层102a选用金属Al，其中所述金属通孔选用金属W，在所述传感器区域中的顶部电极互连结构的上方形成有牺牲材料层103，其中所述牺牲材料层103选用无定形碳(amorphous-Carbon)，所述牺牲材料层103的上方还形成有压力传感膜104，其中所述压力传感膜104选用SiGe，通过在所述压力传感膜104上方施加应力，改变所述传感器中电极之间的距离，使传感器的电容发生变化，以实现对压力的检测。
为了提高所述压力传感器的灵敏度，则应该使所述传感器中具有低残余应力(lowresidual stress)，但是现有技术中所述压力传感膜104(SiGe层)通常通过LPCVD的方法形成，具有很强的抗压应力(compressive stress)。现有技术中通常选用激光退火(laseranneal)的方法改善所述压力传感膜104(SiGe层)的应力性能，但是仍存在很多不足之处，为了充分的释放应力，必须选用更高能量密度的激光退火在所述压力传感膜104(SiGe层)上形成足够大的融化深度(melted depth)，但是所述方法会导致更大的热量，以至于会影响到基底中的器件，造成对所述器件以及顶部电极互连结构的损坏。
通过对压力传感器的传感区域进行模拟(simulation)发现，当所述激光能量密度大于0.4J/cm2时，所述SiGe和amorphous-Carbon界面的温度高达900℃。
根据图1b所述结构的实验数据，理论上应力完全释放0.4um的poly-SiGe的应力需要0.6J/cm2的laser energy density.但是由于无定形碳的存在，在0.2J/cm2的能量作用下，poly-SiGe和无定形碳的复合膜的应力已经接近0Mpa。原因就是激光的热量引起无定形碳的剧烈变化。
在0.6J/cm2的激光退火作用下，SiGe与Al之间的粘结胶层105(glue layer)温度已经高达900℃，会引起Al的熔化(melting)，导致互连结构的被打开，所述互连结构接触不良的问题。
因此，现有技术中在激光退火中存在上述弊端，需要对现有的压力传感器结构以及制备方法进行改进，以便消除上述问题，提高器件的性能和良率。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明为了克服目前存在问题，提供了一种MEMS压力传感器的制备方法，所述方法包括：
提供基底，所述基底上形成有层间介质层以及位于所述层间介质层中的底部电极；
在所述底部电极上方形成图案化的牺牲材料层；
在所述牺牲材料层上和所述层间介质层上形成热隔离层，以覆盖所述牺牲材料层和所述层间介质层；
在所述热隔离层上形成压力传感膜，以作为顶部电极；
执行激光退火步骤，以提高所述压力传感膜的应力性能。
作为优选，所述方法还进一步包括去除所述牺牲材料层的步骤，以形成压力传感器空腔。
作为优选，所述热隔离层的熔点大于1000摄氏度。
作为优选，所述热隔离层包括底部隔离层和顶部隔离层；
其中，所述底部隔离层选用电阻率低的材料；
所述顶部隔离层选用导热系数低的材料。
作为优选，所述底部隔离层的电阻率小于50uOhm⊙cm。
作为优选，所述顶部隔离层的导热系数小于5W/m/K。
作为优选，所述顶部隔离层选用SiO2；
所述底部隔离层选用TiN。
作为优选，所述热隔离层选用刚性好的材料。
作为优选，所述牺牲材料层选用无定形碳；
所述压力传感膜选用SiGe；
所述底部电极选用金属Al。
作为优选，在所述层间介电层中、所述底部电极的两侧还形成有露出表面的顶部电极互连结构，所述露出表面的顶部电极互连结构与位于上方的所述热隔离层相连接。
作为优选，在形成所述热隔离层之前，还进一步包括在所述顶部电极互连结构的表面上方形成粘结胶层的步骤。
作为优选，所述粘结胶层包括依次沉积的Ti和TiN。
本发明还提供了一种MEMS压力传感器，包括：
基底，所述基底中形成有CMOS器件；
底部电极，位于所述基底的上方；
压力传感器空腔，位于所述底部电极的上方；
热隔离层，包围住所述压力传感器空腔，并覆盖所述基底；
压力传感膜，位于所述热隔离层的上方。
作为优选，所述热隔离层的熔点大于1000摄氏度。
作为优选，所述热隔离层包括底部隔离层和顶部隔离层；
其中，所述底部隔离层选用电阻率低的材料；
所述顶部隔离层选用导热系数低的材料。
作为优选，所述底部隔离层的电阻率小于50uOhm⊙cm。
作为优选，所述顶部隔离层的导热系数小于5W/m/K。
作为优选，所述顶部隔离层选用SiO2；
所述底部隔离层选用TiN。
作为优选，所述底部电极的两侧还形成有露出表面的顶部电极互连结构，所述露出表面的顶部电极互连结构与位于上方的所述热隔离层相连接。
作为优选，所述热隔离层和所述顶部电极互连结构之间还设置有粘结胶层。
作为优选，所述粘结胶层选用Ti和TiN。
本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种新的压力传感器，压力传感器的压力传感膜的下方设置有热隔离层，所述热隔离层具有低的热传导率、低电阻率以及具有较高的熔点，以保护所述压力传感膜以及下方的器件在激光退火中收到损坏。
本发明的优点在于：
(1)对所述牺牲材料层(无定形碳)没有热损坏；
(2)对所述顶部电极互连结构中的金属层(Al)没有热损坏；
(3)对所述隔离层poly-SiGe的应力具有好的调节效果；
(4)顶部电极互连结构不会断开或者失效，提高器件的性能和良率。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，
图1a-1b为现有技术中压力传感器的结构示意图，其中1b为图1a中金属互连区域的局部放大图；
图2为本发明一具体实施方式中所述传感器的结构示意图；
图3a-3b为本发明一具体实施方式中所述传感器的传感区域和金属互连区域的结构示意图；
图4为本发明一具体实施方式中所述MEMS压力传感器的制备工艺流程图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
实施例1
下面结合附图2和附图3a-3b对本发明的所述压力传感器作进一步的说明。
如图2所示，所述压力传感器包括：
基底201，所述基底201中形成有CMOS器件；
底部电极202，位于所述基底201的上方；
压力传感器空腔，位于所述底部电极202的上方；
热隔离层205，包围所述压力传感器空腔，覆盖所述基底201；
压力传感膜204，位于所述热隔离层205的上方。
其中，所述压力传感器包括位于中心部位的传感区域以及位于所述传感区域两侧的金属互连区域。
其中，所述基底201中形成有CMOS器件，作为优选，所述基底201至少包含半导体衬底，所述半导体衬底中形成有有源器件和/或无源器件，其中所述有源器件和无源器件的种类以及数目可以根据具体需要进行选择，并不局限于某一种。
作为优选，所述压力传感器还进一步包括层间介电层，所述层间介电层位于所述基底201的上方，所述层间介电层可以使用氧化物或者氮化物，例如所述层间介电层可以使用例如SiO2、碳氟化合物(CF)、SiN、掺碳氧化硅(SiOC)、或碳氮化硅(SiCN)等。
作为优选，在本发明的以具体实施方式中选用SiO2，但并不局限于该实例。
在所述层间介电层中所述传感区域中形成有底部电极202，所述底部电极202选用金属Al，但并不局限该材料，还可以选用本领域常用的其他材料，可以根据实际需要进行选择。
作为优选，在所述底部电极202的下方还形成有若干金属层，所述底部电极202与所述若干金属层之间，以及所述若干金属层之间通过金属通孔相互连接，其中最底层的金属层直接和所述基底201相连接，以实现所述底部电极202和所述基底201的连接。
作为优选，所述若干金属层选用金属Al，所述金属通孔选用金属W，但是并不局限于所述材料。
其中在所述层间介电层中所述底部电极202两侧的金属互联区中还形成有顶部电极互连结构206，所述顶部电极互连结构206的一端连接所述基底201，所述顶部电极互连结构206的另一端连接所述热隔离层205。
作为优选，所述顶部电极互连结构206包括若干金属层，所述若干金属层之间通过通孔连接。
其中，所述顶部电极互连结构206中的顶部金属层与热隔离层205相连接，所述顶部电极互连结构206中的底部金属层与所述基底201相连接。
进一步，所述若干金属层选用金属Al，所述金属通孔选用金属W，但是并不局限于所述材料。
在所述传感区域中所述底部电极的上方还形成有压力传感器空腔，所述压力传感器空腔用于形成所述压力传感器中电容的电介质，位于底部电极和顶部电极之间。
所述热隔离层205为复合材料叠层，包围住所述压力传感器空腔，如图3a所示，其中包括底部隔离层205a和顶部隔离层205b，其中所述底部隔离层205a和顶部隔离层205b均具有较大的熔点，以保证位于在MEMS制程中不会发生熔化，从而对位于下方的器件形成保护层。
作为优选，所述热隔离层205中的所述底部隔离层205a和顶部隔离层205b的熔点均大于1000℃，而在所述CMOS制程后的MEMS支撑中所需要的温度低于400℃，因此能够很好的保护位于下方的金属Al和无定形碳(amorphous-Carbon)。
进一步，为了实现上述目的，所述热隔离层205除了具有较高的熔点以外，所述顶部隔离层205b选用导热系数低的材料(low thermal conductivity)，以确保在激光退火过程中降低往下传导的热量。
更进一步，所述顶部隔离层205b的导热系数小于5W/m/K。
其中，所述底部隔离层205a选用具有较低电阻率(resistivity)的材料，作为优选，所述底部隔离层205a的电阻率小于50uOhm⊙cm。
在本发明的一具体实施例中，如表1所示，在所述表格中列出了几种不同的材料以及相关参数。
表1不同材料层的性能参数
| 薄膜 | 热传导率(W/m/K) | 熔点(℃) | 电阻率(uOhm⊙cm) |
| Si0.4Ge0.6 | 9.64 | 1064 | 920 |
| TiN | 29.31 | 3000 | 25 |
| TaN | 9.54 | 3090 | 128 |
| SiO2 | 1.38 | 1670 | 绝缘 |
其中，所述顶部隔离层205b选用SiO2；SiO2的导热系数很低，为1.38，隔热效果非常好，熔点高，但是其不导电，主要起到隔热作用。
作为优选，所述顶部隔离层205b SiO2的厚度大于50nm。
其中，所述底部隔离层205a选用TiN，TiN的导电性能比较好，是标准的接触孔粘结胶层(contact glue layer)熔点高，同时其硬度优于纯Ti，主要起到导电作用，更加适合做传感膜。
作为优选，所述底部隔离层205a的厚度小于50nm。
进一步，所述热隔离层205还需要选择具有良好刚性(good rigidity)的材料。上述所述热隔离层205的选择仅仅为示例性的，并不局限于所述示例，本领域技术人员可以根据上述要求选择其他适用的材料。
作为进步一的优选，其中，在所述金属互连区域中，在所述热隔离层205和所述顶部电极互连结构206的顶部金属层之间还设置有粘结胶层207，如图3b所示，其中所述粘结胶层207包括位于所述顶部金属层上方的Ti和TiN，其中所述Ti和TiN都具有很高的熔点，如表1所示，而且由于所述热隔离层205的设置，可以避免在激光退火过程中所述粘结胶层207发生熔化的问题，避免顶部电极互连结构脱落，提高顶部电极互连结构的稳定性和器件的良率。
在所述热隔离层205的上方形成有压力传感膜(membrane)204，其中，所述压力传感膜204在外界的压力变化时引起形变，其相当于所述压力传感器中电容的上极板，所述压力传感膜204发生形变之后和所述底部电极202之间的距离发生变化，从而引起电容的变化，进而得到压力的变化，实现对压力的传感。
作为优选，所述压力传感膜204选用SiGe，优选为多晶硅-SiGe(Poly-SiGe)作为电容的上极板。
其中所述压力传感膜204位于所述热隔离层205上方，完全覆盖所述层间介电层。
实施例2
本发明还提供了一种制备所述压力传感器的方法，具体地包括以下步骤：
执行步骤201提供基底201，所述基底201上形成有底部电极202，在所述底部电极202的两侧还形成有顶部电极互连结构。
具体地，在该步骤中所述基底201至少包含半导体衬底，在所述半导体衬底中形成有有源器件和/或无源器件，其中所述有源器件和无源器件的种类以及数目可以根据具体需要进行选择，并不局限于某一种。
作为优选，在所述半导体衬底上形成层间介电层，在本发明的以具体实施方式中选用SiO2，但并不局限于该实例。
图案化所述层间介电层，以在所述层间介电层中形成Al金属层，作为底部电极202，同时在所述底部电极202的两侧形成顶部电极互连结构，具体的形成方法可以选用本领域常用的方法，例如图案化所述层间介电层，以所述层间介电层形成凹槽，然后填充金属材料，进一步，还可以通过所述方法形成多层金属层。
执行步骤202在所述底部电极上形成牺牲材料层203。
具体地，所述牺牲材料层选用可以选用有机材料、导电材料以及介电材料，优选为先进材料层(Advanced pattern film，APF)或者SiGe。
在本发明的一具体实施方式中优选沉积APF材料层(Advanced pattern film，APF)，本发明选用的APF材料，相对于传统的ArF，SiON，TEOS、Poly掩膜而言，在半导体器件制备过程中性能更加优越、可控和稳定，在本发明中所述APF材料层优选为无定形碳材料，所述APF材料层的沉积可以选用化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法或原子层沉积(ALD)法等形成的低压化学气相沉积(LPCVD)、激光烧蚀沉积(LAD)以及选择外延生长(SEG)中的一种。在本发明中优选原子层沉积(ALD)法。作为优选，沉积APF材料层后执行化学机械平坦化步骤，以获得更加平整表面。
执行步骤203在所述牺牲材料层203和所述顶部电极互连结构上形成热隔离层205，以覆盖所述基底201。
具体地，所述热隔离层205为复合材料叠层，如图3a所示，其中包括底部隔离层205a和顶部隔离层205b，其中所述底部隔离层205a和顶部隔离层205b均具有较大的熔点，以保证位于在MEMS制程中不会发生熔化，从而对位于下方的器件形成保护层。
作为优选，所述热隔离层205中的所述底部隔离层205a和顶部隔离层205b的熔点均大于1000℃，而在所述CMOS制程后的MEMS支撑中所需要的温度低于400℃，因此能够很好的保护位于下方的金属Al和无定形碳(amorphous-Carbon)。
进一步，为了实现上述目的，所述热隔离层205除了具有较高的熔点以外，所述顶部隔离层205b选用导热系数低的材料(low thermal conductivity)，以确保在激光退火过程中降低往下传导的热量。
更进一步，所述顶部隔离层205b的导热系数小于5W/m/K。
其中，所述底部隔离层205a选用具有较低电阻率(resistivity)的材料，作为优选，所述底部隔离层205a的电阻率小于50uOhm⊙cm。
在本发明的一具体实施例中，如表1所示，在所述表格中列出了几种不同的材料以及相关参数。
表1不同材料层的性能参数
| 薄膜 | 热传导率(W/m/K) | 熔点(℃) | 电阻率(uOhm⊙cm) |
| Si0.4Ge0.6 | 9.64 | 1064 | 920 |
| TiN | 29.31 | 3000 | 25 |
| TaN | 9.54 | 3090 | 128 |
| SiO2 | 1.38 | 1670 | 绝缘 |
其中，所述顶部隔离层205b选用SiO2；SiO2的导热系数很低，为1.38，隔热效果非常好，熔点高，但是其不导电，主要起到隔热作用。
作为优选，所述顶部隔离层205b SiO2的厚度大于50nm。
其中，所述底部隔离层205a选用TiN，TiN的导电性能比较好，是标准的接触孔粘结胶层(contact glue layer)熔点高，同时其硬度优于纯Ti，主要起到导电作用，更加适合做传感膜。
作为优选，所述底部隔离层205a的厚度小于50nm。
进一步，所述热隔离层205还需要选择具有良好刚性(good rigidity)的材料。上述所述热隔离层205的选择仅仅为示例性的，并不局限于所述示例，本领域技术人员可以根据上述要求选择其他适用的材料。
作为进一步的优选，其中，在沉积所述热隔离层205之前，还可以在所述顶部电极互连结构的顶部金属层上方形成粘结胶层207，如图3b所示，其中所述粘结胶层207包括位于所述顶部金属层上方的Ti和TiN，其中所述Ti和TiN都具有很高的熔点，如表1所示，而且由于所述热隔离层205的设置，可以避免在激光退火过程中所述粘结胶层207发生熔化的问题，避免顶部电极互连结构脱落，提高顶部电极互连结构的稳定性和器件的良率。
执行步骤204在所述热隔离层205上形成压力传感膜204，以作为顶部电极。
具体地，在所述热隔离层205的上方形成压力传感膜(membrane)204，其中，所述压力传感膜204在外界的压力变化时引起形变，其相当于所述压力传感器中电容的上极板，所述压力传感膜204发生形变之后和所述底部电极202之间的距离发生变化，从而引起电容的变化，进而得到压力的变化，实现对压力的传感。
作为优选，所述压力传感膜204选用SiGe，优选为多晶硅-SiGe(Poly-SiGe)作为电容的上极板。
其中所述压力传感膜204位于所述热隔离层205上方，完全覆盖所述层间介电层。
执行步骤205执行激光退火步骤，以提高所述压力传感膜204的应力性能。
为了提高所述压力传感器的灵敏度，则应该使所述传感器中具有低残余应力(lowresidual stress)，通常选用激光退火(laser anneal)的方法改善所述压力传感膜104(SiGe层)的应力性能。
作为优选所述激光退火的能量为0.2J/cm2-0.6J/cm2，但并不局限于所述范围，所述激光退火的时间可以根据需要进行选择。
执行步骤206去除所述牺牲材料层203，以形成压力传感器空腔。
具体地，在所述压力传感膜204和所述热隔离层205中形成开口，露出所述牺牲材料层203，选用深反应离子刻蚀(DRIE)方法蚀刻所述压力传感膜204和所述热隔离层205，具体地，首先在所述热隔离层205上形成有机分布层(Organic distribution layer,ODL)，含硅的底部抗反射涂层(Si-BARC)，在所述含硅的底部抗反射涂层(Si-BARC)上沉积图案化了的光刻胶层，或在所述热隔离层205仅仅形成图案化了的光刻胶层，所述光刻胶上的图案定义了所要形成开口的图形，然后以所述光刻胶层为掩膜层或以所述蚀刻所述有机分布层、底部抗反射涂层、光刻胶层形成的叠层为掩膜蚀刻所述压力传感膜204和所述热隔离层205形成开口。
在所述压力传感膜204和所述热隔离层205上形成开口之后，通过所述开口对牺牲材料层203进行蚀刻，以完全去除牺牲材料层203，形成传感器空腔。
在该步骤中，为了在去除牺牲材料层203的同时不会对所述压力传感膜204和所述热隔离层205造成影响，选用蚀刻选择比较大的方法进行蚀刻，在本发明具体实施例中可以选用干法蚀刻，反应离子蚀刻(RIE)、离子束蚀刻、等离子体蚀刻。
在该步骤中选用O基蚀刻剂蚀刻所述牺牲材料层203，在本发明的一实施例中选用O2的气氛，还可以同时加入其它少量气体例如CF4、CO2、N2，所述蚀刻压力可以为50-200mTorr，优选为100-150mTorr，功率为200-600W，在本发明中所述蚀刻时间为5-80s，更优选10-60s，同时在本发明中选用较大的气体流量，作为优选，在本发明所述O2的流量为30-300sccm，更优选为50-100sccm。
在形成所述压力传感器空腔之后，所述方法还进一步包括沉积覆盖层，以填充在所述压力传感膜204和所述热隔离层205中形成的开口，形成封闭的压力传感膜。
至此，完成了本发明实施例的半导体器件的制造方法的相关步骤的介绍。在步骤206之后，还可以包括形成晶体管的步骤以及其他相关步骤，此处不再赘述。并且，除了上述步骤之外，本实施例的制造方法还可以在上述各个步骤之中或不同的步骤之间包括其他步骤，这些步骤均可以通过现有技术中的各种工艺来实现，此处不再赘述。
本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种新的压力传感器，压力传感器的压力传感膜的下方设置有热隔离层，所述热隔离层具有低的热传导率、低电阻率以及具有较高的熔点，以保护所述压力传感膜以及下方的器件在激光退火中收到损坏。
本发明的优点在于：
(1)对所述牺牲材料层(无定形碳)没有热损坏；
(2)对所述顶部电极互连结构中的金属层(Al)没有热损坏；
(3)对所述隔离层poly-SiGe的应力具有好的调节效果；
(4)顶部电极互连结构不会断开或者失效，提高器件的性能和良率。
图4为本发明一具体实施方式中所述MEMS压力传感器的制备工艺流程图，具体包括以下步骤：
步骤201提供基底，所述基底上形成有层间介质层以及位于所述层间介质层中的底部电极；
步骤202在所述底部电极上方形成图案化的牺牲材料层；
步骤203在所述牺牲材料层上和所述层间介质层上形成热隔离层，以覆盖所述牺牲材料层和所述层间介质层；
步骤204在所述热隔离层上形成压力传感膜，以作为顶部电极；
步骤205执行激光退火步骤，以提高所述压力传感膜的应力性能。
步骤206去除所述牺牲材料层，以形成压力传感器空腔。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
Claims (21)
1.一种MEMS压力传感器的制备方法，所述方法包括：
提供基底，所述基底上形成有层间介质层以及位于所述层间介质层中的底部电极；
在所述底部电极上方形成图案化的牺牲材料层；
在所述牺牲材料层上和所述层间介质层上形成热隔离层，以覆盖所述牺牲材料层和所述层间介质层；
在所述热隔离层上形成压力传感膜，以作为顶部电极；
执行激光退火步骤，以提高所述压力传感膜的应力性能，其中所述热隔离层有助于改善所述压力传感膜的应力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还进一步包括去除所述牺牲材料层的步骤，以形成压力传感器空腔。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热隔离层的熔点大于1000摄氏度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热隔离层包括底部隔离层和顶部隔离层；
其中，所述底部隔离层选用电阻率低的材料；
所述顶部隔离层选用导热系数低的材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述底部隔离层的电阻率小于
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述顶部隔离层的导热系数小于5W/m/K。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述顶部隔离层选用SiO2；
所述底部隔离层选用TiN。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热隔离层选用刚性好的材料。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述牺牲材料层选用无定形碳；
所述压力传感膜选用SiGe；
所述底部电极选用金属Al。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述层间介电层中、所述底部电极的两侧还形成有露出表面的顶部电极互连结构，所述露出表面的顶部电极互连结构与位于上方的所述热隔离层相连接。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在形成所述热隔离层之前，还进一步包括在所述顶部电极互连结构的表面上方形成粘结胶层的步骤。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述粘结胶层包括依次沉积的Ti和TiN。
13.一种基于权利要求1至12之一所述的方法制备得到的MEMS压力传感器，包括：
基底，所述基底中形成有CMOS器件；
底部电极，位于所述基底的上方；
压力传感器空腔，位于所述底部电极的上方；
热隔离层，包围住所述压力传感器空腔，并覆盖所述基底；
压力传感膜，位于所述热隔离层的上方。
14.根据权利要求13所述的压力传感器，其特征在于，所述热隔离层的熔点大于1000摄氏度。
15.根据权利要求13所述的压力传感器，其特征在于，所述热隔离层包括底部隔离层和顶部隔离层；
其中，所述底部隔离层选用电阻率低的材料；
所述顶部隔离层选用导热系数低的材料。
16.根据权利要求15所述的压力传感器，其特征在于，所述底部隔离层的电阻率小于
17.根据权利要求15所述的压力传感器，其特征在于，所述顶部隔离层的导热系数小于5W/m/K。
18.根据权利要求15所述的压力传感器，其特征在于，所述顶部隔离层选用SiO2；
所述底部隔离层选用TiN。
19.根据权利要求13所述的压力传感器，其特征在于，所述底部电极的两侧还形成有露出表面的顶部电极互连结构，所述露出表面的顶部电极互连结构与位于上方的所述热隔离层相连接。
20.根据权利要求19所述的压力传感器，其特征在于，所述热隔离层和所述顶部电极互连结构之间还设置有粘结胶层。
21.根据权利要求20述的压力传感器，其特征在于，所述粘结胶层选用Ti和TiN。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101165936A (zh) * | 2006-10-17 | 2008-04-23 | 国际商业机器公司 | 存储单元及其形成方法 |
| CN101774531A (zh) * | 2010-01-05 | 2010-07-14 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种mems微桥结构接触孔制备方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101165936A (zh) * | 2006-10-17 | 2008-04-23 | 国际商业机器公司 | 存储单元及其形成方法 |
| CN101774531A (zh) * | 2010-01-05 | 2010-07-14 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种mems微桥结构接触孔制备方法 |
| CN102353459A (zh) * | 2011-07-05 | 2012-02-15 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 探测器及其制造方法 |
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