CN105300591A - 微机电系统压力传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种微机电系统压力传感器，包括：上电极；下电极，位于所述上电极下方，且在所述上电极和下电极之间形成压力空腔；接触电极，与所述下电极形成于同一平面上并与所述下电极分开，且所述接触电极与所述上电极电性接触；其中，所述接触电极和所述上电极的彼此接触的材料层的材料相同。本发明的微机电系统压力传感器可以显著改善其对温度和/或对压力漂移的问题。

Description

微机电系统压力传感器
技术领域
本发明涉及半导体集成电路器件制造领域，尤其涉及一种微机电系统压力传感器。
背景技术
微机电系统(MEMS,Micro-Electro-MechanicalSystem)是一种先进的制造技术平台，其集成了微电子电路和微机械。微机电系统的主要特点包括：1)微型化：MEMS器件体积小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、响应时间短；以及2)集成化：可以把不同功能、不同敏感方向或致动方向的多个传感器或执行器集成于一体，或形成微传感器阵列、微执行器阵列，甚至把多种功能的器件集成在一起，形成复杂的微系统。微传感器、微执行器和微电子器件的集成可制造出可靠性、稳定性很高的MEMS。
通常，微机电系统可以利用传感器接收外部信息，将转换出来的信号经电路处理放大，再由致动器变为机械操作，去执行信息指令。现有的微机电压力传感器根据上述原理，接收外部的气体压力，然后再转换成电信号，测量出具体的压力信息。
现有技术的压力传感器例如图1所示。该压力传感器100主要包括：上电极101、下电极102、接触电极103以及上下电极之间形成的压力空腔104。特别是，在现有技术中，上电极101的材料使用SiGe。下电极102和接触电极103在整体形成的一个材料层的基础上分割形成的，因此下电极102和接触电极103均为由上至下的三层不同材料(即Al层、Ti层和TiN层)构成的复合层。如图1所示，接触电极103的Al层会同SiGe的上电极101相接。
但，现有技术的压力传感器往往会遇到温度和/或压力漂移的问题。因此，业界亟需找出办法来解决上述技术问题。
发明内容
在研发过程中，本发明的发明人发现：造成现有技术的上述漂移问题的主因在于上电极的SiGe同接触电极的Al相接触的部分，因为SiGe同Al之间的界面的粘合性存在不足，而MEMS和CMOS器件的性能对该粘合性非常敏感。因此，这两种材料之间的粘合性缺陷会不利地影响整个微机电系统压力传感器的性能。
针对现有技术的上述技术问题，本发明提出了一种微机电系统压力传感器，包括：
上电极；
下电极，位于所述上电极下方，且在所述上电极和下电极之间形成压力空腔；
接触电极，与所述下电极形成于同一平面上并与所述下电极分开，且所述接触电极与所述上电极电性接触；
其中，所述接触电极和所述上电极的彼此接触的材料层的材料相同。
较佳地，在上述的微机电系统压力传感器中，所述上电极和所述接触电极的材料为锗化硅。
较佳地，在上述的微机电系统压力传感器中，所述接触电极进一步包括由下而上依次堆叠的第一锗化硅层、缓冲层和第二锗化硅层，其中所述第二锗化硅层与所述上电极彼此接触。
较佳地，在上述的微机电系统压力传感器中，所述接触电极进一步包括位于所述第一锗化硅层下面的氮化钽层。
较佳地，在上述的微机电系统压力传感器中，所述缓冲层的材料为氮化钽。
较佳地，在上述的微机电系统压力传感器中，所述下电极和接触电极形成于氧化硅衬底中，其中在所述氧化硅衬底的底部处且在所述下电极和接触电极下方均形成有接触垫，所述接触垫经由氧化硅衬底中的不同导电通孔分别与所述下电极和所述接触电极电性连接。
较佳地，在上述的微机电系统压力传感器中，所述接触电极和所述下电极是在一体形成的电极层上刻蚀分割后形成。
较佳地，在上述的微机电系统压力传感器中，所述接触电极位于所述下电极的两侧。
综上所述，本发明的微机电系统压力传感器中使接触电极和所述上电极的彼此接触的材料层的材料相同，从而克服现有技术的MEMS压力传感器的上述粘合性不佳的问题，从而可以明显消除漂移的现象。
应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。
附图说明
包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：
图1示出了现有技术的微机电系统压力传感器的一个示例。
图2示出了根据本发明的微机电系统压力传感器的结构的一个实施例。
图3a-图3e示出了本发明的下电极和接触电极的形成过程的一个实施例。
具体实施方式
现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。
首先参考图2，其示出了根据本发明的微机电系统压力传感器的结构的一个实施例。如图2所述，该微机电系统压力传感器200主要包括上电极201、下电极202、接触电极203和压力空腔204。其中，下电极202位于上电极下方，且在上电极201和下电极202之间形成压力空腔204。接触电极203与下电极202形成于同一平面上并与下电极202分开，且接触电极203与上电极201电性接触。特别是，在本发明中，接触电极203和上电极201的彼此接触的材料层的材料相同。同现有技术的SiGe的上电极同金属铝的接触电极相接触的结构相比，由于本发明的接触电极203和上电极201的彼此接触的材料层的材料相同，因此本发明的粘合性能更优且接触电阻也更小，因此不仅可以消除漂移的现象还对器件的整体性能有所改善。
如现有技术中广泛采用的，上述的上电极201的材料可以是锗化硅(SiGe)。因此，根据本发明的基本原理，接触电极203的同上电极201相接触一层材料也采用锗化硅(SiGe)。
此外，在图2所示的优选实施例中，该微机电系统压力传感器200还可以进一步包括：CMOS205和氧化硅衬底206。具体地，该CMOS205作为压力传感器下面的读出芯片(ReadOutChip)的一部分。氧化硅衬底206设置于CMOS205上，其中下电极202和接触电极203位于氧化硅衬底206的上方，这两者进一步经由导电通孔207连接至位于氧化硅衬底206底部处并与该下电极202和接触电极203分别对应的接触垫208，以便将来自上电极201和下电极202的信号传递至CMOS205。
虽然本发明并不排斥下电极202和接触电极203分别采用不同的导电材料制成，但为节省加工工艺的步骤数量和加工成本，上述的微机电系统压力传感器200中的接触电极203和下电极202优选是在一体形成的电极层上经刻蚀分割形成，如以下将进一步详细讨论的。此外，在图2所示的优选实施例中，两个接触电极203分别位于下电极202的两侧，以与上电极201的两端分别电性连接。
根据本发明的一个较佳实施例，上述的微机电系统压力传感器200中的接触电极203和下电极202是在一体形成的电极层上刻蚀分割后形成，该电极层(202+203)优选是由多个材料的复合层构成。以下参考图3a-图3e来详细讨论本发明的下电极202和接触电极203的形成过程的一个优选实施例。
如图3a所示，上述电极层(202+203)优选包括由下而上依次堆叠的氮化钽层(TaN)304(厚度例如为250埃)、第一锗化硅层301(厚度例如为1000埃)、缓冲层302(厚度例如为250埃)和第二锗化硅层303(厚度例如为3000埃)。如图所示，首先在最上层的第二锗化硅层303的上表面上形成光刻胶305。
对于氮化钽层304，由于TaN的特点主要是导热性能较差，因此加入氮化钽层304将使得整个微机电系统压力传感器更适应高温应用的环境，但可以理解的是该氮化钽层304在本发明中并非是必需的。
在加工工艺中，首先在图3a所示的结构的基础上用Cl2、HBr和O2为基础的蚀刻气体进行干法蚀刻，以蚀刻贯穿第二氮化钽层303并达到缓冲层302，形成图3b所示的结构。在本发明中，该缓冲层302的主要作用是调节应力。由于第一和第二锗化硅层同氮化钽的应力彼此互补，可以抵消一部分应力使得整个下电极变得更平坦，从而扩展微机电系统压力传感器200的应用环境。较佳地，该缓冲层302可以采用TaN构成。当然，该缓冲层302在本发明中也是优选而非必需的。
接着，用CF4和Ar为基础的蚀刻气体进行蚀刻，以蚀刻贯穿缓冲层302(TaN制成的缓冲层)并达到第一氮化钽层301，形成图3c所示的结构。
然后，在图3c所示的结构的基础上用Cl2、HBr和O2为基础的蚀刻气体进行干法蚀刻，以蚀刻贯穿第一氮化钽层303并达到氮化钽层304，形成图3d所示的结构。
最后，如蚀刻TaN制成的缓冲层302相类似的，可以用CF4和Ar为基础的蚀刻气体进行蚀刻，以完成对氮化钽层304的贯穿蚀刻。接着，去除光刻胶305之后就可以形成如图3e所示的彼此分开的下电极202和接触电极203。
本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

Claims (8)

1.一种微机电系统压力传感器，其特征在于，包括：
上电极；
下电极，位于所述上电极下方，且在所述上电极和下电极之间形成压力空腔；
接触电极，与所述下电极形成于同一平面上并与所述下电极分开，且所述接触电极与所述上电极电性接触；
其中，所述接触电极和所述上电极的彼此接触的材料层的材料相同。
2.如权利要求1所述的微机电系统压力传感器，其特征在于，所述上电极和所述接触电极的材料为锗化硅。
3.如权利要求2所述的微机电系统压力传感器，其特征在于，所述接触电极进一步包括由下而上依次堆叠的第一锗化硅层、缓冲层和第二锗化硅层，其中所述第二锗化硅层与所述上电极彼此接触。
4.如权利要求3所述的微机电系统压力传感器，其特征在于，所述接触电极进一步包括位于所述第一锗化硅层下面的氮化钽层。
5.如权利要求3所述的微机电系统压力传感器，其特征在于，所述缓冲层的材料为氮化钽。
6.如权利要求1所述的微机电系统压力传感器，其特征在于，所述下电极和接触电极形成于氧化硅衬底中，其中在所述氧化硅衬底的底部处且在所述下电极和接触电极下方均形成有接触垫，所述接触垫经由氧化硅衬底中的不同导电通孔分别与所述下电极和所述接触电极电性连接。
7.如权利要求1所述的微机电系统压力传感器，其特征在于，所述接触电极和所述下电极是在一体形成的电极层上刻蚀分割后形成。
8.如权利要求7所述的微机电系统压力传感器，其特征在于，所述接触电极位于所述下电极的两侧。
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