CN111366618B - 一种温湿度传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种温湿度传感器的制造方法，包括：制造一器件结构，以及利用所述器件结构制造温湿度传感器；其中，制造所述器件结构的方法主要包括：利用四乙基氧化硅沉积工艺沿着各顶层金属块的侧壁沉积二氧化硅材料，并延伸至各所述顶层金属块的顶壁上，直至相邻两个所述顶层金属块的顶壁上的二氧化硅材料相接，以形成一钝化层。通过四乙基氧化硅沉积工艺，在顶层金属块的侧壁之间形成了空洞，如此使得相邻所述顶层金属块之间的沟槽中沉积了较少的二氧化硅，进而在利用所述器件结构形成温湿度传感器时，使得沉积的二氧化硅更容易被刻蚀干净，解决了因二氧化硅残留导致温湿度传感器精度低的问题。

Description

一种温湿度传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种温湿度传感器及其制造方法。
背景技术
电容器是集成电路中的重要组成单元。现有技术中，在电容的顶层金属层之间填充钝化层的常规手段为高密度电浆沉积(HDP)，以保证金属间没有空洞，然后再进行氮化硅护层沉积。选择HDP沉积二氧化硅的原因在于HDP沉积可以保证顶层金属块之间沉积的二氧化硅没有空洞，从而使得电容值稳定。如果顶层金属块之间存在空洞，则会导致电容值不稳定。
现有技术中生产温湿度传感器的原理是通过在现有MOM电容的顶层金属层上面挖开护层和钝化层，填充polymide(聚酰亚胺)或者氮化硅(SiN)，用polymide或者氮化硅做介电层，利用介电层吸水和温度变化导致介电常数变化的特性来算出温湿度，从而制造出温度湿度的传感器。这种结构的温湿度传感器的要点在于顶层金属层上面挖开护层和钝化层时，顶层金属块上应该没有任何二氧化硅残留，因为任何的二氧化硅残留会导致实际电容值和设计电容值有差别，从而降低温度湿度传感器的精度。
而由于MOM电容的现有常规工艺方法是使用HDP沉积法进行沉积以保证顶层金属块之间没有空洞，用这种方法沉积的薄膜结构，结合保护层干蚀刻为各向异性的特点，蚀刻后会在顶层金属层侧壁形成二氧化硅残留。即便通过调整蚀刻气体和蚀刻时间，虽然有改善，但是仍然会有二氧化硅残留。这样会降低温度湿度传感器的精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种温湿度传感器及其制造方法，以解决在刻蚀钝化层时顶层金属层上二氧化硅残留导致的温湿度传感器精度低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种温湿度传感器的制造方法，包括：制造一器件结构，以及利用所述器件结构制造温湿度传感器；其中，制造所述器件结构的方法包括：提供一底层金属层，并在所述底层金属层上自下而上依次形成介质层和顶层金属层；所述顶层金属层包括多个横向间隔排布的顶层金属块；利用四乙基氧化硅沉积工艺沿着各所述顶层金属块的侧壁沉积二氧化硅材料，并延伸至各所述顶层金属块的顶壁上，直至相邻两个所述顶层金属块的顶壁上的二氧化硅材料相接，所有沉积的二氧化硅材料构成一钝化层；进行护层沉积，所述护层覆盖所述钝化层的顶部表面。
可选的，所述制造方法还包括：所述介质层的材料为二氧化硅。
可选的，在所述制造方法中，在对所述护层的材料为氮化硅。
可选的，在所述制造方法中，所述利用所述器件结构制造温湿度传感器的方法包括：刻蚀以去除所述护层和所述钝化层；进行介电层沉积，所述介电层覆盖相邻所述顶层金属块之间的第一沟槽的底壁和侧壁，并延伸至各所述顶层金属块的顶壁上，以形成第二沟槽。
可选的，在所述制造方法中，在对所述护层和所述钝化层进行刻蚀时，所述利用所述器件结构制造温湿度传感器的方法还包括：刻蚀部分所述介质层，以使所述介质层的露出部分的表面高度低于所述顶层金属块的底面高度。
可选的，在所述制造方法中，所述介电层的材料为二氧化硅。
可选的，在所述制造方法中，所述介电层的材料为氮化硅或聚酰亚胺。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种利用上述制造方法制造的温湿度传感器，所述温湿度传感器包括自下而上依次层叠的底层金属层、介质层、顶层金属层和介电层；所述顶层金属层包括多个横向间隔排布的顶层金属块；所述介电层覆盖相邻所述顶层金属块之间的第一沟槽的底壁和侧壁，并延伸覆盖各所述顶层金属块的顶壁。
可选的，在所述温湿度传感器中，所述介质层的材料为二氧化硅。
可选的，在所述温湿度传感器中，所述介电层的材料为二氧化硅、氮化硅或聚酰亚胺。
本发明提供了一种温湿度传感器的制造方法，包括：制造一器件结构，以及利用所述器件结构制造温湿度传感器；其中，制造所述器件结构的方法包括：提供一底层金属层，并在所述底层金属层上自下而上依次形成介质层和顶层金属层；所述顶层金属层包括多个横向间隔排布的顶层金属块；利用四乙基氧化硅沉积工艺沿着各所述顶层金属块的侧壁沉积二氧化硅材料，并延伸至各所述顶层金属块的顶壁上，直至相邻两个所述顶层金属块的顶壁上的二氧化硅材料相接，所有沉积的二氧化硅材料构成一钝化层；进行护层沉积，所述护层覆盖所述钝化层的顶部表面。由于四乙基氧化硅沉积工艺(TEOS工艺)在沉积过程中，顶层金属块的顶部优先接收了更多的二氧化硅粒子，导致所述顶层金属块的顶部封口时所述顶层金属块之间只沉积了很少的二氧化硅粒子，并没有将所述顶层金属块之间的空间填满，因此在顶层金属块的侧壁之间形成了空洞，如此使得相邻所述顶层金属块之间的沟槽中沉积了较少的二氧化硅，进而在利用所述器件结构形成温湿度传感器时，使得沉积的二氧化硅更容易被刻蚀干净，解决了因二氧化硅残留导致温湿度传感器精度低的问题。按照本发明提供的制造方法制造的温湿度传感器由于顶层金属块之间的二氧化硅刻蚀的很干净，使得温湿度传感器的精度较高，解决了温湿度传感器精度低的问题。
附图说明
图1为本实施例提供的制造器件结构的方法流程图；
图2为本实施例提供的利用器件结构制造温湿度传感器的方法流程图；
图3A～图3E为本实施例提供的制造方法各步骤中的温湿度传感器结构示意图；
其中，各附图标记说明如下：
10-顶层金属块；11-钝化层；12-空洞；13-护层；14-第一沟槽；15-介电层；16-第二沟槽；20-介质层；30-底层金属层。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的检测方法及装置作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
电容式温湿度传感器，是温湿度传感器中常用的一种仪器，它是以高分子湿度湿敏电容器为基本感湿元件，此类湿敏元件实际上是一种吸湿性电解质材料的介电常数随湿度而变化的薄片状电容器，感湿材料为聚酰铵树脂、酰根纤维素和/或金属氧化物如氧化铝等。
本实施例提供的温湿度传感器的制造方法，包括：制造一器件结构，以及利用所述器件结构制造温湿度传感器；其中，制造所述器件结构的方法，如图1所示，包括：
A1，提供一底层金属层，并在所述底层金属层上自下而上依次形成介质层和顶层金属层；所述顶层金属层包括多个横向间隔排布的顶层金属块；
A2，利用四乙基氧化硅沉积工艺沿着各所述顶层金属块的侧壁沉积二氧化硅材料，并延伸至各所述顶层金属块的顶壁上，直至相邻两个所述顶层金属块的顶壁上的二氧化硅材料相接，所有沉积的二氧化硅材料构成一钝化层；
A3，进行护层沉积，所述护层覆盖所述钝化层的顶部表面。
由于四乙基氧化硅沉积工艺(TEOS工艺)在沉积过程中，顶层金属块的顶部优先接收了更多的二氧化硅粒子，导致所述顶层金属块的顶部封口时所述顶层金属块之间只沉积了很少的二氧化硅粒子，并没有将所述顶层金属块之间的空间填满，因此在顶层金属块的侧壁之间形成了空洞，如此使得相邻所述顶层金属块之间的沟槽中沉积了较少的二氧化硅，进而在利用所述器件结构形成温湿度传感器时，使得沉积的二氧化硅更容易被刻蚀干净，解决了因二氧化硅残留导致温湿度传感器精度低的问题。
进一步的，在本实施例提供的温湿度传感器的制造方法中，所述利用所述器件结构制造温湿度传感器的方法，如图2所示，包括：
B1，刻蚀以去除所述护层和所述钝化层；
B2，进行介电层沉积，所述介电层覆盖相邻所述顶层金属块之间的第一沟槽的底壁和侧壁，并延伸至各所述顶层金属块的顶壁上，以形成第二沟槽。
再进一步的，在本实施例提供的温湿度传感器的制造方法中，在对所述护层和所述钝化层进行刻蚀时，所述利用所述器件结构制造温湿度传感器的方法还包括：刻蚀部分所述介质层，以使所述介质层的露出部分的表面高度低于所述顶层金属块的底面高度。
利用TEOS工艺制造的所述电容结构而制造温湿度传感器，由于在钝化层沉积的过程中所述顶层金属块之间由于沉积了较少的二氧化硅而形成空洞，即所述顶层金属块的侧壁上沉积了较少的二氧化硅，进而在进行护层和钝化层刻蚀时，使得所述顶层金属块侧壁上的钝化层可以被刻蚀干净，即没有了二氧化硅的残留，解决了在刻蚀钝化层时顶层金属层上二氧化硅残留导致的温湿度传感器精度低的问题。
在本实施例提供的温湿度传感器的制造方法中，所述介质层的材料为二氧化硅，所述钝化层的材料为二氧化硅，所述护层的材料为氮化硅，以及，所述介电层的材料为二氧化硅、氮化硅或聚酰亚胺(polymide)。这些材质的选择均为本领域常用的技术手段，在其他实施例中，可能也存在其他不同的选择。本实施例仅以上述材料为例进行本发明的说明。
需要说明的是，上述步骤中所提的器件结构为现有技术中常规MOM(金属-氧化物-金属)电容的部分结构，其底层金属层、介质层和顶层金属层的相关制造方法均为现有技术中常用的制造方法，此处不再赘述。同时，需要指出的是，TEOS沉积方法其技术本身也为现有技术，本领域技术人员可以通过相关技术资料获取，具体的沉积工艺过程此处也不再赘述。另外，护层沉积、护层刻蚀及钝化层刻蚀的方法均亦为现有技术，相关工艺可以参见公开文献，此处不再赘述。
现有技术中，在生产电容时，为了使电容值稳定，会要求介质层沉积的越密实越好，因此，通常使用HDP(高密度电浆沉积)的方法，使得顶层金属块之间的钝化层沉积的很密实。而在制造温湿度传感器时，必须将顶层金属块之间的钝化层材料刻蚀干净，才能保证制造出的温湿度传感器的精度。
当使用HDP技术沉积后的电容在进行钝化层刻蚀时会使得所述顶层金属块的侧壁上有所述钝化层残留，这是由于HDP沉积使得第一护层沉积的较为紧密，而在刻蚀时，由于干刻蚀为各向异性的特点，当所述顶层金属块的顶部已经刻蚀干净后，在所述顶层金属块的侧壁上依旧会有所述钝化层残留。哪怕调整蚀刻气体和蚀刻时间，也只是使得所述顶层金属块之间的刻蚀深度变深，而并不能彻底解决所述顶层金属块的侧壁上所述钝化层残留的问题。
本发明使用TEOS技术沉积取代HDP沉积。由于使用TEOS沉积时，会在所述顶层金属块的侧壁之间形成所述空洞，这样一来，减少了所述顶层金属块的侧壁上沉积的所述钝化层的厚度，有助于后工序的刻蚀，以使所述顶层金属块的侧壁上的所述钝化层能够刻蚀干净。
之所以TEOS沉积会形成所述空洞，是因为在所述顶层金属块上进行所述钝化层沉积时，由于所述顶层金属块的顶部会优先于底部接受更多的二氧化硅粒子，这样就使得所述顶层金属块的顶部早于底部先被二氧化硅粒子所填满封口，如此便会使得所述顶层金属块的侧壁间形成了所述空洞，进而减少了所述顶层金属块的侧壁上的所述钝化层的厚度。
使用TEOS技术沉积后，进行常规护层和钝化层刻蚀即能够使所述顶层金属块的侧壁上没有所述钝化层的残留。也就是说，使用TEOS技术沉积取代HDP沉积可以减少所述顶层金属块的侧壁上的所述钝化层的厚度，进而使得所述顶层金属块周围的所述钝化层能够被刻蚀干净，进一步有利于制造出高精度的温湿度传感器。
以下对照图3A～图3E对本实施例提供的温湿度传感器的制造方法进行具体说明：
首先，如图3A所示，提供一底层金属层30，并在所述底层金属层30上自下而上依次形成介质层20和顶层金属层；所述顶层金属层包括多个横向间隔排布的顶层金属块10。这一结构的制造方法为现有技术中常规制造方法，具体实现方式此处不再赘述。
其次，如图3B所示，利用四乙基氧化硅沉积工艺(TEOS工艺)沿着各所述顶层金属块10的侧壁沉积二氧化硅材料，并延伸至各所述顶层金属块10的顶壁上，直至相邻两个所述顶层金属块10的顶壁上的二氧化硅材料相接，所有沉积的二氧化硅材料构成一钝化层11。由于TEOS工艺本身的技术特点，会使得在所述顶层金属块10之间存在空洞12，即使得所述顶层金属块10的侧壁上沉积了较少的二氧化硅材料。
最后，如图3C所示，进行护层沉积，所述护层13覆盖所述钝化层11的顶部表面。所述护层13可以很好的隔绝环境中的水汽等，避免所述电容结构的氧化腐蚀。
至此，便通过以上步骤形成了用于制作温湿度传感器的器件结构，之后，便可利用该器件结构制作温湿度传感器。
在利用上述器件结构制作温湿度传感器时，首先，如图3D所示，刻蚀以去除所述护层13和所述钝化层11。由于所述顶层金属块10之间的所述钝化层11存在空洞12，因此在刻蚀过程中可以将所述顶层金属块10上的所述钝化层11刻蚀干净。较佳的，在具体的刻蚀过程中，还会刻蚀部分所述介质层20，以使所述介质层20的露出部分的表面高度低于所述顶层金属块10的底面高度，如此可以确保所述顶层金属块10的侧壁和顶壁上的所述钝化层11被刻蚀干净。
然后，如图3E所示，进行介电层沉积，所述介电层15覆盖相邻所述顶层金属块10之间的第一沟槽14的底壁和侧壁，并延伸至各所述顶层金属块10的顶壁上，以形成第二沟槽16。
至此，本实施例所提供的温湿度传感器的制造方法的工艺步骤结束。由于本实施例所提供的制造方法中采用了TEOS工艺，使得在所述钝化层11的沉积过程中所述顶层金属块10的侧壁上沉积了较少的二氧化硅，如此在进行刻蚀的过程中，可以将所述钝化层11刻蚀干净，即没有了二氧化硅的残留，解决了在刻蚀钝化层时顶层金属层上二氧化硅残留导致的温湿度传感器精度低的问题。
本实施例中还提供一种通过上述制造方法制造的温湿度传感器，如图3E所示，所述温湿度传感器包括自下而上依次层叠的底层金属层30、介质层20、顶层金属层和介电层15；所述顶层金属层包括多个横向间隔排布的顶层金属块10；所述介电层15覆盖相邻所述顶层金属块10之间的第一沟槽14的底壁和侧壁，并延伸覆盖各所述顶层金属块10的顶壁。
在本实施例提供的温湿度传感器中，所述介质层的材料为二氧化硅，所述介电层的材料为二氧化硅、氮化硅或聚酰亚胺(polymide)。相关材料的选择均为本领域的常规选择，此处不做赘述。
按照本实施例提供的制造方法制造的温湿度传感器由于所述顶层金属块10之间的二氧化硅刻蚀的很干净，使得温湿度传感器的精度较高，解决了温湿度传感器精度低的问题。
综上所述，本实施例提供的温湿度传感器的制造方法，通过TEOS工艺，在所述顶层金属层10之间形成了所述空洞12，如此使得所述顶层金属层10的侧壁上沉积了较少的所述钝化层11材料，进而在利用所述器件结构形成温湿度传感器时，使得沉积的二氧化硅更容易被刻蚀干净，解决了因二氧化硅残留导致温湿度传感器精度低的问题。同时，按照本实施例提供的制造方法制造的温湿度传感器由于所述顶层金属层10之间的所述钝化层11刻蚀的很干净，使得温湿度传感器的精度较高，解决了温湿度传感器精度低的问题。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种温湿度传感器的制造方法，其特征在于，包括：制造一器件结构，以及利用所述器件结构制造温湿度传感器；其中，
制造所述器件结构的方法包括：
提供一底层金属层，并在所述底层金属层上自下而上依次形成介质层和顶层金属层；所述顶层金属层包括多个横向间隔排布的顶层金属块；
利用四乙基氧化硅沉积工艺沿着各所述顶层金属块的侧壁沉积二氧化硅材料，并延伸至各所述顶层金属块的顶壁上，直至相邻两个所述顶层金属块的顶壁上的二氧化硅材料相接，所有沉积的二氧化硅材料构成一钝化层；
进行护层沉积，所述护层覆盖所述钝化层的顶部表面。
2.根据权利要求1所述的温湿度传感器的制造方法，其特征在于，所述介质层的材料为二氧化硅。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述护层的材料为氮化硅。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述利用所述器件结构制造温湿度传感器的方法包括：
刻蚀以去除所述护层和所述钝化层；
进行介电层沉积，所述介电层覆盖相邻所述顶层金属块之间的第一沟槽的底壁和侧壁，并延伸至各所述顶层金属块的顶壁上，以形成第二沟槽。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，在对所述护层和所述钝化层进行刻蚀时，所述利用所述器件结构制造温湿度传感器的方法还包括：
刻蚀部分所述介质层，以使所述介质层的露出部分的表面高度低于所述顶层金属块的底面高度。
6.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述介电层的材料为二氧化硅。
7.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述介电层的材料为氮化硅或聚酰亚胺。
8.一种利用如权利要求4～7任一种所述的制造方法所制造的温湿度传感器，其特征在于，所述温湿度传感器包括自下而上依次层叠的底层金属层、介质层、顶层金属层和介电层；所述顶层金属层包括多个横向间隔排布的顶层金属块；所述介电层覆盖相邻所述顶层金属块之间的第一沟槽的底壁和侧壁，并延伸覆盖各所述顶层金属块的顶壁。
9.根据权利要求8所述的温湿度传感器，其特征在于，所述介质层的材料为二氧化硅。
10.根据权利要求8所述的温湿度传感器，其特征在于，所述介电层的材料为二氧化硅、氮化硅或聚酰亚胺。
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