CN110127592B - Mems感知器结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种MEMS感知器结构，感应区中存在采用复合膜层的桥梁结构，包括：形成于衬底表面的第一非晶硅层，形成于所述第一非晶硅层表面的第二电极材料层，第一非晶硅层作为第二电极材料层的承载层。形成于第二电极材料层表面的第三二氧化硅层以及形成于第三二氧化硅层表面上的ONO层，通过第三二氧化硅层和ONO层消除第二电极材料层的应力并通过ONO层来消除第三二氧化硅层和ONO层的叠加层的应力，使桥梁结构的内部应力中和从而防止所述桥梁结构产生翘曲。本发明还公开了一种MEMS感知器结构的制造方法。本发明能增加感应区域以及感知灵敏度，同时能有效降低桥梁结构的翘曲，防止梁柱倒塌。

Description

MEMS感知器结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种MEMS感知器结构。本发明还涉及一种MEMS感知器结构的制造方法。
背景技术
非晶硅是硅的同素异形体形式，能够以薄膜形式沉积在各种基板上，为各种电子应用提供某些独特的功能。非晶硅被用在大规模生产的微机电系统(MEMS)和纳米机电系统(NEMS)、太阳能电池、微晶硅和微非晶硅、甚至对于各种基板上的滚压工艺技术都是有用的。在MEMS感知器结构的桥梁结构中就采用到非晶硅，桥梁结构的导电材料层形成在非晶硅的表面上。
如图1所示，是现有MEMS感知器结构的桥梁结构的膜层结构图，现有MEMS感知器结构的感应区中存在桥梁结构，所述桥梁结构采用复合膜层，所述桥梁结构的复合膜层包括：
形成于衬底101表面的非晶硅层102。通常，所述衬底101为表面形成有二氧化硅的基板膜层。在其他实施例中也能为：所述衬底101为表面形成有非晶硅的基板膜层或者为所述衬底101为硅衬底。
形成于所述非晶硅层102表面的电极材料层103，所述电极材料层103用于电连接，所述非晶硅层102作为所述电极材料层103的承载层。所述电极材料层103采用TiN层或者采用Ti层和TiN层的叠加层。
形成于所述电极材料层103表面的二氧化硅层104。
现有结构中，所述电极材料层103和二氧化硅层104的叠加结构的应力不容易中和，容易使桥梁结构翘曲并使梁柱倒塌。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种MEMS感知器结构，能增加感应区域以及感知灵敏度，同时能有效降低桥梁结构的翘曲，防止梁柱倒塌。为此，本发明还提供一种MEMS感知器结构的制造方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的MEMS感知器结构的感应区中存在桥梁结构，所述桥梁结构采用复合膜层，所述桥梁结构的复合膜层包括：
形成于衬底表面的第一非晶硅层。
形成于所述第一非晶硅层表面的第二电极材料层，所述第二电极材料层用于电连接，所述第一非晶硅层作为所述第二电极材料层的承载层。
形成于所述第二电极材料层表面的第三二氧化硅层以及形成于所述第三二氧化硅层表面上的ONO层，所述ONO层由第四二氧化硅层、第五氮化硅层和第六二氧化硅层叠加而成，通过所述第三二氧化硅层和所述ONO层消除所述第二电极材料层的应力并通过所述ONO层来消除所述第三二氧化硅层和所述ONO层的叠加层的应力，使所述桥梁结构的内部应力中和从而防止所述桥梁结构产生翘曲。
进一步的改进是，所述第二电极材料层采用TiN层或者采用Ti层和TiN层的叠加层。
进一步的改进是，所述第二电极材料层的厚度为
Figure BDA0002026940070000021
所述第二电极材料层采用PVD工艺形成。
进一步的改进是，所述衬底为硅衬底，或者所述衬底为表面形成有二氧化硅或者形成有非晶硅的基板膜层。
进一步的改进是，所述第一非晶硅层的厚度为
Figure BDA0002026940070000022
所述第一非晶硅层采用CVD工艺形成。
进一步的改进是，所述第三二氧化硅层的厚度为
Figure BDA0002026940070000023
所述第三二氧化硅层采用CVD工艺形成。
进一步的改进是，所述ONO层中，所述第四二氧化硅层的厚度为
Figure BDA0002026940070000024
所述第五氮化硅层的厚度为
Figure BDA0002026940070000025
所述第六二氧化硅层的厚度为
Figure BDA0002026940070000026
所述ONO层的所述第四二氧化硅层、所述第五氮化硅层和所述第六二氧化硅层都分别采用对应的CVD工艺形成。
为解决上述技术问题，本发明提供的MEMS感知器结构的制造方法中MEMS感知器结构的感应区中存在桥梁结构，采用如下步骤形成所述桥梁结构：
步骤一、在衬底表面形成第一非晶硅层。
步骤二、在所述第一非晶硅层表面形成第二电极材料层，所述第二电极材料层用于电连接，所述第一非晶硅层作为所述第二电极材料层的承载层。
步骤三、在所述第二电极材料层表面的第三二氧化硅层。
步骤四、在所述第三二氧化硅层表面依次形成第四二氧化硅层、第五氮化硅层和第六二氧化硅层并由所述第四二氧化硅层、所述第五氮化硅层和所述第六二氧化硅层叠加形成ONO层；所述桥梁结构由所述衬底、所述第一非晶硅层、所述第二电极材料层、所述第三氧化硅层和所述ONO层叠加而成的复合膜层组成，通过所述第三二氧化硅层和所述ONO层消除所述第二电极材料层的应力并通过所述ONO层来消除所述第三二氧化硅层和所述ONO层的叠加层的应力，使所述桥梁结构的内部应力中和从而防止所述桥梁结构产生翘曲。
进一步的改进是，所述第二电极材料层采用TiN层或者采用Ti层和TiN层的叠加层。
进一步的改进是，所述第二电极材料层的厚度为
Figure BDA0002026940070000031
所述第二电极材料层采用PVD工艺形成。
进一步的改进是，所述衬底为硅衬底，或者所述衬底为表面形成有二氧化硅或者形成有非晶硅的基板膜层。
进一步的改进是，所述第一非晶硅层的厚度为
Figure BDA0002026940070000032
所述第一非晶硅层采用CVD工艺形成。
进一步的改进是，所述第三二氧化硅层的厚度为
Figure BDA0002026940070000033
所述第三二氧化硅层采用CVD工艺形成。
进一步的改进是，所述ONO层中，所述第四二氧化硅层的厚度为
Figure BDA0002026940070000034
所述第五氮化硅层的厚度为
Figure BDA0002026940070000035
所述第六二氧化硅层的厚度为
Figure BDA0002026940070000036
进一步的改进是，所述ONO层的所述第四二氧化硅层、所述第五氮化硅层和所述第六二氧化硅层都分别采用对应的CVD工艺依次形成。
本发明MEMS感知器结构的感应区中的桥梁结构采用复合膜层，其中第二电极材料层能提高良好的电连接并保证桥梁结构的导通性能，采用第一非晶硅层作为第二电极材料层的承载层能改善桥梁结构的性能，如能增加感应区域以及感知灵敏度。
通过形成于第二电极材料层表面的第三二氧化硅层和ONO层的叠加结构能消除第二电极材料层的应力并通过ONO层来消除第三二氧化硅层和ONO层的叠加层的应力，从而能使桥梁结构的内部应力得到很好的中和并从而能防止桥梁结构产生翘曲，所以本发明能有效降低桥梁结构的翘曲，防止梁柱倒塌；桥梁结构降低后还有利于MEMS感知器结构的封装，防止在封装中出现异常。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是现有MEMS感知器结构的桥梁结构的膜层结构图；
图2是本发明实施例MEMS感知器结构的桥梁结构的膜层结构图。
具体实施方式
如图2所示，是本发明实施例MEMS感知器结构的桥梁结构的膜层结构图，本发明实施例MEMS感知器结构的感应区中存在桥梁结构，所述桥梁结构采用复合膜层，所述桥梁结构的复合膜层包括：
形成于衬底1表面的第一非晶硅层2。本发明实施例中，所述衬底1为表面形成有二氧化硅的基板膜层。在其他实施例中也能为：所述衬底1为表面形成有非晶硅的基板膜层或者为所述衬底1为硅衬底。
所述第一非晶硅层2的厚度为
Figure BDA0002026940070000041
所述第一非晶硅层2采用CVD工艺形成。
形成于所述第一非晶硅层2表面的第二电极材料层3，所述第二电极材料层3用于电连接，所述第一非晶硅层2作为所述第二电极材料层3的承载层。所述第二电极材料层3采用TiN层或者采用Ti层和TiN层的叠加层。所述第二电极材料层3的厚度为
Figure BDA0002026940070000042
所述第二电极材料层3采用PVD工艺形成。
形成于所述第二电极材料层3表面的第三二氧化硅层4以及形成于所述第三二氧化硅层4表面上的ONO层，所述ONO层由第四二氧化硅层5、第五氮化硅层6和第六二氧化硅层7叠加而成，通过所述第三二氧化硅层4和所述ONO层消除所述第二电极材料层3的应力并通过所述ONO层来消除所述第三二氧化硅层4和所述ONO层的叠加层的应力，使所述桥梁结构的内部应力中和从而防止所述桥梁结构产生翘曲。
所述第三二氧化硅层4的厚度为
Figure BDA0002026940070000043
所述第三二氧化硅层4采用CVD工艺形成。
所述ONO层中，所述第四二氧化硅层5的厚度为
Figure BDA0002026940070000044
所述第五氮化硅层6的厚度为
Figure BDA0002026940070000045
所述第六二氧化硅层7的厚度为
Figure BDA0002026940070000046
所述ONO层的所述第四二氧化硅层5、所述第五氮化硅层6和所述第六二氧化硅层7都分别采用对应的CVD工艺形成。
本发明实施例MEMS感知器结构的感应区中的桥梁结构采用复合膜层，其中第二电极材料层3能提高良好的电连接并保证桥梁结构的导通性能，采用第一非晶硅层2作为第二电极材料层3的承载层能改善桥梁结构的性能，如能增加感应区域以及感知灵敏度。
通过形成于第二电极材料层3表面的第三二氧化硅层4和ONO层的叠加结构能消除第二电极材料层3的应力并通过ONO层来消除第三二氧化硅层4和ONO层的叠加层的应力，从而能使桥梁结构的内部应力得到很好的中和并从而能防止桥梁结构产生翘曲，所以本发明能有效降低桥梁结构的翘曲，防止梁柱倒塌；桥梁结构降低后还有利于MEMS感知器结构的封装，防止在封装中出现异常。
本发明实施例MEMS感知器结构的制造方法中MEMS感知器结构的感应区中存在桥梁结构，采用如下步骤形成所述桥梁结构：
步骤一、在形成衬底1表面形成第一非晶硅层2。
本发明实施例方法中，所述衬底1为表面形成有二氧化硅的基板膜层。在其他实施例中也能为：所述衬底1为表面形成有非晶硅的基板膜层或者为所述衬底1为硅衬底。
所述第一非晶硅层2的厚度为
Figure BDA0002026940070000051
所述第一非晶硅层2采用CVD工艺形成。
步骤二、在所述第一非晶硅层2表面形成第二电极材料层3，所述第二电极材料层3用于电连接，所述第一非晶硅层2作为所述第二电极材料层3的承载层。
所述第二电极材料层3采用TiN层或者采用Ti层和TiN层的叠加层。
所述第二电极材料层3的厚度为
Figure BDA0002026940070000052
所述第二电极材料层3采用PVD工艺形成。
步骤三、在所述第二电极材料层3表面的第三二氧化硅层4。
所述第三二氧化硅层4的厚度为
Figure BDA0002026940070000053
所述第三二氧化硅层4采用CVD工艺形成。
步骤四、在所述第三二氧化硅层4表面依次形成第四二氧化硅层5、第五氮化硅层6和第六二氧化硅层7并由所述第四二氧化硅层5、所述第五氮化硅层6和所述第六二氧化硅层7叠加形成ONO层；所述桥梁结构由所述衬底1、所述第一非晶硅层2、所述第二电极材料层3、所述第三氧化硅层和所述ONO层叠加而成的复合膜层组成，通过所述第三二氧化硅层4和所述ONO层消除所述第二电极材料层3的应力并通过所述ONO层来消除所述第三二氧化硅层4和所述ONO层的叠加层的应力，使所述桥梁结构的内部应力中和从而防止所述桥梁结构产生翘曲。
所述ONO层中，所述第四二氧化硅层5的厚度为
Figure BDA0002026940070000061
所述第五氮化硅层6的厚度为
Figure BDA0002026940070000062
所述第六二氧化硅层7的厚度为
Figure BDA0002026940070000063
所述ONO层的所述第四二氧化硅层5、所述第五氮化硅层6和所述第六二氧化硅层7都分别采用对应的CVD工艺依次形成。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种MEMS感知器结构，其特征在于：MEMS感知器结构的感应区中存在桥梁结构，所述桥梁结构采用复合膜层，所述桥梁结构的复合膜层包括：
形成于衬底表面的第一非晶硅层；
形成于所述第一非晶硅层表面的第二电极材料层，所述第二电极材料层用于电连接，所述第一非晶硅层作为所述第二电极材料层的承载层，用以增加感应区域以及感知灵敏度；
形成于所述第二电极材料层表面的第三二氧化硅层以及形成于所述第三二氧化硅层表面上的ONO层，所述ONO层由第四二氧化硅层、第五氮化硅层和第六二氧化硅层叠加而成，通过所述第三二氧化硅层和所述ONO层消除所述第二电极材料层的应力并通过所述ONO层来消除所述第三二氧化硅层和所述ONO层的叠加层的应力，使所述桥梁结构的内部应力中和从而防止所述桥梁结构产生翘曲。
2.如权利要求1所述的MEMS感知器结构，其特征在于：所述第二电极材料层采用TiN层或者采用Ti层和TiN层的叠加层。
3.如权利要求2所述的MEMS感知器结构，其特征在于：所述第二电极材料层的厚度为
Figure FDA0003573495880000011
所述第二电极材料层采用PVD工艺形成。
4.如权利要求1所述的MEMS感知器结构，其特征在于：所述衬底为硅衬底，或者所述衬底为表面形成有二氧化硅或者形成有非晶硅的基板膜层。
5.如权利要求1所述的MEMS感知器结构，其特征在于：所述第一非晶硅层的厚度为
Figure FDA0003573495880000012
所述第一非晶硅层采用CVD工艺形成。
6.如权利要求1所述的MEMS感知器结构，其特征在于：所述第三二氧化硅层的厚度为
Figure FDA0003573495880000013
所述第三二氧化硅层采用CVD工艺形成。
7.如权利要求1所述的MEMS感知器结构，其特征在于：所述ONO层中，所述第四二氧化硅层的厚度为
Figure FDA0003573495880000014
所述第五氮化硅层的厚度为
Figure FDA0003573495880000015
所述第六二氧化硅层的厚度为
Figure FDA0003573495880000016
所述ONO层的所述第四二氧化硅层、所述第五氮化硅层和所述第六二氧化硅层都分别采用对应的CVD工艺形成。
8.一种MEMS感知器结构的制造方法，其特征在于：MEMS感知器结构的感应区中存在桥梁结构，采用如下步骤形成所述桥梁结构：
步骤一、在衬底表面形成第一非晶硅层；
步骤二、在所述第一非晶硅层表面形成第二电极材料层，所述第二电极材料层用于电连接，所述第一非晶硅层作为所述第二电极材料层的承载层，用以增加感应区域以及感知灵敏度；
步骤三、在所述第二电极材料层表面的第三二氧化硅层；
步骤四、在所述第三二氧化硅层表面依次形成第四二氧化硅层、第五氮化硅层和第六二氧化硅层并由所述第四二氧化硅层、所述第五氮化硅层和所述第六二氧化硅层叠加形成ONO层；所述桥梁结构由所述衬底、所述第一非晶硅层、所述第二电极材料层、所述第三二氧化硅层和所述ONO层叠加而成的复合膜层组成，通过所述第三二氧化硅层和所述ONO层消除所述第二电极材料层的应力并通过所述ONO层来消除所述第三二氧化硅层和所述ONO层的叠加层的应力，使所述桥梁结构的内部应力中和从而防止所述桥梁结构产生翘曲。
9.如权利要求8所述的MEMS感知器结构的制造方法，其特征在于：所述第二电极材料层采用TiN层或者采用Ti层和TiN层的叠加层。
10.如权利要求9所述的MEMS感知器结构的制造方法，其特征在于：所述第二电极材料层的厚度为
Figure FDA0003573495880000021
所述第二电极材料层采用PVD工艺形成。
11.如权利要求8所述的MEMS感知器结构的制造方法，其特征在于：所述衬底为硅衬底，或者所述衬底为表面形成有二氧化硅或者形成有非晶硅的基板膜层。
12.如权利要求8所述的MEMS感知器结构的制造方法，其特征在于：所述第一非晶硅层的厚度为
Figure FDA0003573495880000022
所述第一非晶硅层采用CVD工艺形成。
13.如权利要求8所述的MEMS感知器结构的制造方法，其特征在于：所述第三二氧化硅层的厚度为
Figure FDA0003573495880000023
所述第三二氧化硅层采用CVD工艺形成。
14.如权利要求8所述的MEMS感知器结构的制造方法，其特征在于：所述ONO层中，所述第四二氧化硅层的厚度为
Figure FDA0003573495880000024
所述第五氮化硅层的厚度为
Figure FDA0003573495880000025
Figure FDA0003573495880000026
所述第六二氧化硅层的厚度为
Figure FDA0003573495880000027
15.如权利要求14所述的MEMS感知器结构的制造方法，其特征在于：所述ONO层的所述第四二氧化硅层、所述第五氮化硅层和所述第六二氧化硅层都分别采用对应的CVD工艺依次形成。
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