CN111960377B - Mems传感器微桥桥面的制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种MEMS传感器微桥桥面的制作方法，其包括如下步骤：形成所述MEMS传感器的微桥；在所述MEMS传感器的微桥上形成释放保护层；在所述MEMS传感器的微桥上形成释放保护层和敏感层，所述敏感层中形成有台阶凹槽；所述台阶凹槽的底部停止在所述释放保护层上；其中，所述敏感层的台阶凹槽中填充介质层，并平坦化以使所述敏感层和所述介质层的表面同高度。因此，本发明避免了由于台阶高度过大且侧壁倾斜角度不够引起的金属电极层残留问题。
Description
技术领域
本发明属于集成电路设计领域，尤其涉及一种MEMS传感器微桥桥面的制作方法。
背景技术
微机电系统(Microelectro Mechanical Systems，MEMS)传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。同时，在微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。
应用于红外探测器产品的MEMS传感器，其工艺微桥表面一般带有较大的图形台阶和表面不平整度，如果该台阶比较直，后续成膜时，台阶侧壁的薄膜在垂直方向上的厚度较厚，会导致后续去除侧壁薄膜不充分，引起残留及系列相关工艺问题。
请参阅图1，图1所示为采用现有技术中红外探测器MEMS传感器的微桥桥面的制作方法流程图，如图1所示，该制作方法包括如下步骤：
步骤S01：形成所述MEMS传感器的微桥；在所述MEMS传感器的微桥上形成释放保护层在释放保护层上形成敏感层，刻蚀所述敏感层形成具有台阶凹槽的敏感层；其中，所述台阶凹槽的底部停止在所述释放保护层上；
步骤S02：在所述敏感层沉积一金属薄膜(Ti)层；
步骤S03：在金属薄膜(Ti)层上沉积一氮化钽(TiN)层；
步骤S04：去除所述台阶凹槽一侧顶部和所述台阶凹槽的金属薄膜(Ti)层和氮化钽(TiN)层，然而，该步骤完成后，往往会在所述台阶凹槽的侧壁形成有侧壁残留物(金属薄膜Ti和氮化钽TiN)。
如图1所示，上述步骤完成后，所述台阶凹槽另一侧顶部和该侧侧壁的交界处，金属薄膜Ti和氮化钽TiN仅部分损失，即所述台阶凹槽另一侧顶部和该侧侧壁的交界处仅部分露出敏感层，也就是说，上述工艺步骤完成后，在所述台阶凹槽会形成侧壁残留物(金属薄膜Ti和氮化钽TiN)，该残留物会引起器件短路等问题，并引起白斑/亮点(图1中白色亮点所示)等失效和输出异常。
发明内容
本发明的目的在于提供一种MEMS传感器微桥桥面的制作方法，为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种MEMS传感器微桥桥面的制作方法，其包括如下步骤：
步骤S1：形成所述MEMS传感器的微桥；在所述MEMS传感器的微桥上形成释放保护层；
步骤S2：在所述MEMS传感器的微桥上形成释放保护层和敏感层，所述敏感层中形成有台阶凹槽；所述台阶凹槽的底部停止在所述释放保护层上；其中，所述敏感层的台阶凹槽中填充介质层，并平坦化以使所述敏感层和所述介质层的表面同高度。
优选地，所述介质层为非晶碳层或多孔硅层。
优选地，所述介质层为非晶碳层，所述步骤S2具体包括如下步骤：在所述MEMS传感器的微桥上形成释放保护层，在释放保护层上形成敏感层，刻蚀所述敏感层形成具有台阶凹槽的敏感层；其中，所述台阶凹槽的底部停止在所述释放保护层上；将所述敏感层的台阶凹槽中填充所述非晶碳层，并平坦化以使所述敏感层和所述非晶碳层的表面同高度。
优选地，所述步骤S2具体包括如下步骤：
步骤S211：在释放保护层上形成敏感层，刻蚀所述敏感层以形成具有台阶凹槽的敏感层，且所述台阶凹槽的底部停止在所述释放保护层上，以形成台阶状的敏感层；
步骤S212：在所述敏感层上沉积非晶碳层，所述非晶碳层的沉积厚度高于所述台阶凹槽的高度；
步骤S213：在所述非晶碳层旋涂光刻胶，并光刻刻蚀，去除所述台阶凹槽外围的所述非晶碳层，使得所述台阶凹槽中的所述非晶碳层高度与所述台阶凹槽表面的所述非晶碳高度一致；
步骤S214：使用O2等离子体刻蚀所述非晶碳层，仅保留所述台阶凹槽内的所述非晶碳层，且所述非晶碳层高度与所述敏感层表面的高度一致，或者所述非晶碳层高度与所述敏感层表面的高度一致，在台阶凹槽顶角处有小凹陷产生。
优选地，所述步骤S2具体包括如下步骤：
步骤S221：在释放保护层上形成敏感层，刻蚀所述敏感层形成具有台阶凹槽的敏感层；其中，所述台阶凹槽的底部停止在所述释放保护层上，以形成台阶状的敏感层；
步骤S222：在所述敏感层上沉积非晶碳层，所述非晶碳层的沉积厚度高于所述台阶凹槽的高度；
步骤S223：在所述非晶碳层上旋涂旋涂氧化硅层，并使得所述旋涂氧化硅层表面平坦；采用化学机械抛光去除所有所述旋涂氧化硅层和部分所述非晶碳层，且平坦化所述非晶碳层表面；
步骤S224：使用O2等离子体刻蚀所述非晶碳层，仅保留所述台阶凹槽内的所述非晶碳层，且所述非晶碳层的高度与所述敏感层的高度一致，或者所述非晶碳层高度与所述敏感层表面的高度一致，在台阶凹槽顶角处有小凹陷产生。
优选地，所述步骤S2具体包括如下步骤：
步骤S231：在释放保护层上沉积形成敏感层，光刻所述敏感层形成具有所述台阶凹槽的敏感层，且所述台阶凹槽的底部停止在所述释放保护层上，以形成台阶状的敏感层；并保持所述敏感层的光刻胶；
步骤S232：利用物理气相沉积方法沉积非晶碳层，使保持所述台阶凹槽侧壁的非晶碳沉积厚度小于顶部非晶碳的厚度，且所述台阶凹槽内的非晶碳厚度高于所述敏感层厚度与所述台阶凹槽侧壁非晶碳厚度之和；
步骤S233：使用O2等离子体刻蚀所述非晶碳层，去除所述台阶凹槽侧壁上的所述非晶碳层，仅保留所述台阶凹槽内的所述非晶碳层，且所述台阶凹槽内的所述非晶碳高度与所述敏感层的高度一致；
步骤S234：采用湿法刻蚀去除光刻胶及其表面的所述非晶碳层。
优选地，所述湿法刻蚀采用的药液为丙酮、乙二醇或异丙醇。
优选地，所述步骤S2具体包括如下步骤：
步骤S241：在所述释放保护层上生长所述介质层，光刻所述介质层形成凹槽，所述凹槽的底部停在释放保护层上；通过化学机械抛光去除所述介质层层上的敏感层，并实现硅片表面平坦化；
步骤S242：沉积敏感层；
步骤S243：在所述敏感层上沉积所述介质层，所述介质层的沉积厚度高于所述台阶凹槽的高度。
优选地，所述介质层为非晶碳层或多孔硅层。
优选地，所述介质层与释放保护层的刻蚀选择比为大于等于10。
从上述技术方案可以看出，本发明提出一种MEMS传感器微桥桥面的平坦化的解决方案，其利用非晶碳(APF)填充敏感层间的间隙(gap)，然后，使用旋涂氧化硅(SOG，spin-on-glass)将硅片表面涂平，再使用各向异性刻蚀或者化学机械抛光等平坦化工艺将表面材料去除一部分，使得表面仅剩下平坦的一层APF，最后使用氧气O2去除敏感层表面之上的APF，从而降低了表面的台阶高度，避免了由于台阶高度过大且侧壁倾斜角度不够引起的金属电极层残留问题。
此外，在使用氧气O2去除敏感层表面的APF时，不会受到损伤到敏感层，从而能够保证产品性能的前提下提升良率。
附图说明
图1所示为现有技术中MEMS传感器的微桥桥面的制作方法流程图
图2所示为本发明实施例1中MEMS传感器微桥桥面的制作方法的流程示意图
图3所示为本发明实施例2中MEMS传感器微桥桥面的制作方法的流程示意图
图4所示为本发明实施例3中MEMS传感器微桥桥面的制作方法的流程示意图
图5所示为本发明实施例4中MEMS传感器微桥桥面的制作方法的流程示意图
具体实施方式
下面结合附图2-5，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中的一种MEMS传感器微桥桥面的制作方法，可以应用于所有探测器产品中的MEMS传感器微桥桥面的制作，尤其可以应用于红外探测器产品中。结果证明，本发明可以解决MEMS工艺微桥表面一般带有较大的图形台阶和表面不平整度所带来的侧壁残留会引起器件短路等问题，即从源头上避免了引起白斑/亮点等失效和输出异常的问题。
本发明的一种MEMS传感器微桥桥面的制作方法，其包括如下步骤：
步骤S1：形成所述MEMS传感器的微桥；在所述MEMS传感器的微桥上形成释放保护层；
步骤S2：在所述MEMS传感器的微桥上形成释放保护层和敏感层，所述敏感层中形成有台阶凹槽；所述台阶凹槽的底部停止在所述释放保护层上；其中，所述敏感层的台阶凹槽中填充介质层，并平坦化以使所述敏感层和所述介质层的表面同高度。
具体地，所述步骤S2可以包括如下步骤：
在所述MEMS传感器的微桥上形成释放保护层，在释放保护层上形成敏感层，刻蚀所述敏感层形成具有台阶凹槽的敏感层；其中，所述台阶凹槽的底部停止在所述释放保护层上；将所述敏感层的台阶凹槽中填充所述非晶碳层，并平坦化以使所述敏感层和所述非晶碳层的表面同高度。
也就是说，本发明的解决方案是利用非晶碳(APF)填充敏感层间的间隙(gap)，由于敏感层没有了台阶凹槽，在后续的步骤中，例如，在金属薄膜(Ti)层上沉积一氮化钽(TiN)层；去除所述台阶凹槽一侧顶部和所述台阶凹槽的金属薄膜(Ti)层和氮化钽(TiN)层等步骤完成后，台阶凹槽的侧壁就不会形成有侧壁残留物(金属薄膜Ti和氮化钽TiN)。
在本发明的下述实施例中，将以介质层是非晶碳层为例进行示例性说明，其它的介质层例如多孔硅层等，原理相同，在此不再赘述。
实施例1
请参阅图2，图2所示为本发明实施例1中MEMS传感器微桥桥面的制作方法的流程示意图。如图2所示，该微桥工艺方法步骤S2具体包括如下步骤：
步骤S211：在释放保护层上形成敏感层，刻蚀所述敏感层以形成具有台阶凹槽的敏感层，且所述台阶凹槽的底部停止在所述释放保护层上，以形成台阶状的敏感层；
步骤S212：在所述敏感层上沉积非晶碳层，所述非晶碳层的沉积厚度高于所述台阶凹槽的高度；
步骤S213：在所述非晶碳层旋涂光刻胶，并光刻刻蚀，去除所述台阶凹槽外围的所述非晶碳层，使得所述台阶凹槽中的所述非晶碳层高度与所述台阶凹槽表面的所述非晶碳高度一致；
步骤S214：使用O2等离子体刻蚀所述非晶碳层，仅保留所述台阶凹槽内的所述非晶碳层，且所述非晶碳层高度与所述敏感层表面的高度一致，或者所述非晶碳层高度与所述敏感层表面的高度一致，在台阶凹槽顶角处有小凹陷产生。
需要说明的是，如图所示，该台阶凹槽顶角处可能有产生小凹陷结构，但还是较大地体现了本发明的解决方案的有益效果。
实施例2
请参阅图3，图3所示为本发明实施例2中MEMS传感器微桥桥面的制作方法的流程示意图。如图3所示，该微桥工艺方法步骤S2包括如下步骤：
步骤S221：在释放保护层上形成敏感层，刻蚀所述敏感层形成具有台阶凹槽的敏感层；其中，所述台阶凹槽的底部停止在所述释放保护层上，以形成台阶状的敏感层；
步骤S222：在所述敏感层上沉积非晶碳层，所述非晶碳层的沉积厚度高于所述台阶凹槽的高度；
步骤S223：在所述非晶碳层上旋涂旋涂氧化硅层，并使得所述旋涂氧化硅层表面平坦；采用化学机械抛光去除所有所述旋涂氧化硅层和部分所述非晶碳层，且平坦化所述非晶碳层表面；
步骤S224：使用O2等离子体刻蚀所述非晶碳层，仅保留所述台阶凹槽内的所述非晶碳层，且所述非晶碳层的高度与所述敏感层的高度一致。
需要说明的是，如图所示，该台阶凹槽顶角处由于图形化对准和刻蚀原因，会有小凹陷结构，但并不影响本发明的解决方案的有益效果。
实施例3
请参阅图4，图4所示为本发明实施例3中MEMS传感器微桥桥面的制作方法的流程示意图。如图4所示，该微桥工艺方法步骤S2具体包括如下步骤：
步骤S231：在释放保护层上沉积形成敏感层，光刻所述敏感层形成具有所述台阶凹槽的敏感层，且所述台阶凹槽的底部停止在所述释放保护层上，以形成台阶状的敏感层；并保持所述敏感层的光刻胶；
步骤S232：利用物理气相沉积方法沉积非晶碳层，使保持所述台阶凹槽侧壁的非晶碳沉积厚度小于顶部非晶碳的厚度，且所述台阶凹槽内的非晶碳厚度高于所述敏感层厚度与所述台阶凹槽侧壁非晶碳厚度之和；
步骤S233：使用O2等离子体刻蚀所述非晶碳层，去除所述台阶凹槽侧壁上的所述非晶碳层，仅保留所述台阶凹槽内的所述非晶碳层，且所述台阶凹槽内的所述非晶碳高度与所述敏感层的高度一致；
步骤S234：采用湿法刻蚀去除光刻胶及其表面的所述非晶碳层。
在本发明的实施例中，湿法刻蚀可以利用丙酮、乙二醇、异丙醇等湿法药液去除光刻胶及其表面的非晶碳。
需要说明的是，如图所示，该台阶凹槽顶角处由于图形化对准和刻蚀原因，会有小凹陷结构，但并不影响本发明的解决方案的有益效果。
实施例4
请参阅图5，图5所示为本发明实施例4中MEMS传感器微桥桥面的制作方法的流程示意图。如图5所示，该微桥工艺方法步骤S2具体包括如下步骤：
步骤S241：在所述释放保护层上生长所述介质层，光刻所述介质层形成凹槽，所述凹槽的底部停在释放保护层上；通过化学机械抛光去除所述介质层层上的敏感层，并实现硅片表面平坦化；
步骤S242：沉积敏感层；
步骤S243：在所述敏感层上沉积所述介质层，所述介质层的沉积厚度高于所述台阶凹槽的高度。
在本发明的实施例中，所述介质层为非晶碳层或多孔硅层。优选地，所述介质层与释放保护层的刻蚀选择比为大于等于10。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种MEMS传感器微桥桥面的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：形成所述MEMS传感器的微桥；在所述MEMS传感器的微桥上形成释放保护层；
步骤S2：在所述释放保护层上形成敏感层，所述敏感层中形成有台阶凹槽；所述台阶凹槽的底部停止在所述释放保护层上；其中，所述敏感层的台阶凹槽中填充介质层，并通过平坦化以使所述敏感层和所述介质层的表面高度相同；其中，所述介质层包括非晶碳层或多孔硅层。
2.根据权利要求1所述的MEMS传感器微桥桥面的制作方法；其特征在于，所述介质层为非晶碳层，所述步骤S2具体包括如下步骤：
在所述释放保护层上形成敏感层，刻蚀所述敏感层形成具有台阶凹槽的敏感层；其中，所述台阶凹槽的底部停止在所述释放保护层上；在所述敏感层的台阶凹槽中填充非晶碳层，并平坦化以使所述敏感层和所述非晶碳层的表面同高度。
3.根据权利要求2所述的MEMS传感器微桥桥面的制作方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括如下步骤：
步骤S211：在所述释放保护层上形成敏感层，刻蚀所述敏感层以形成具有台阶凹槽的敏感层，且所述台阶凹槽的底部停止在所述释放保护层上，以形成台阶状的敏感层；
步骤S212：在所述敏感层上沉积非晶碳层，所述非晶碳层的沉积厚度高于所述台阶凹槽的高度；
步骤S213：在所述非晶碳层上旋涂光刻胶，并光刻刻蚀，去除所述台阶凹槽外围的部分所述非晶碳层，使得所述台阶凹槽底部的所述非晶碳层高度与所述台阶凹槽外围剩余的所述非晶碳层高度一致；
步骤S214：使用O2等离子体刻蚀所述非晶碳层，仅保留所述台阶凹槽内的所述非晶碳层，且所述非晶碳层高度与所述敏感层表面的高度一致。
4.根据权利要求2所述的MEMS传感器微桥桥面的制作方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括如下步骤：
步骤S221：在所述释放保护层上形成敏感层，刻蚀所述敏感层形成具有台阶凹槽的敏感层；其中，所述台阶凹槽的底部停止在所述释放保护层上，以形成台阶状的敏感层；
步骤S222：在所述敏感层上沉积非晶碳层，所述非晶碳层的沉积厚度高于所述台阶凹槽的高度；
步骤S223：在所述非晶碳层上旋涂旋涂氧化硅层，并使得所述旋涂氧化硅层表面平坦；采用化学机械抛光去除所有所述旋涂氧化硅层和部分所述非晶碳层，且平坦化所述非晶碳层表面；
步骤S224：使用O2等离子体刻蚀所述非晶碳层，仅保留所述台阶凹槽内的所述非晶碳层，且所述非晶碳层的高度与所述敏感层的高度一致。
5.根据权利要求2所述的MEMS传感器微桥桥面的制作方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括如下步骤：
步骤S231：在所述释放保护层上沉积形成敏感层，光刻所述敏感层形成具有所述台阶凹槽的敏感层，且所述台阶凹槽的底部停止在所述释放保护层上，以形成台阶状的敏感层；并保留所述台阶凹槽外围敏感层上的光刻胶；
步骤S232：利用物理气相沉积方法沉积非晶碳层，使保持所述台阶凹槽侧壁的非晶碳沉积厚度小于顶部非晶碳的厚度，且所述台阶凹槽底部的非晶碳厚度高于所述敏感层厚度与所述台阶凹槽侧壁非晶碳厚度之和；
步骤S233：使用O2等离子体刻蚀所述非晶碳层，去除所述台阶凹槽侧壁上的所述非晶碳层，仅保留所述台阶凹槽底部的所述非晶碳层，且所述台阶凹槽底部的所述非晶碳高度与所述敏感层的高度一致；
步骤S234：采用湿法刻蚀去除光刻胶及其表面的所述非晶碳层。
6.根据权利要求5所述的MEMS传感器微桥桥面的制作方法，其特征在于，所述湿法刻蚀采用的药液包括丙酮、乙二醇或异丙醇。
7.根据权利要求1所述的MEMS传感器微桥桥面的制作方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括如下步骤：
步骤S241：在所述释放保护层上生长所述介质层，光刻刻蚀所述介质层形成凹槽，所述凹槽的底部停在释放保护层上；
步骤S242：沉积敏感层；
步骤S243：通过化学机械抛光去除所述介质层上的敏感层，并实现硅片表面平坦化；其中，化学机械抛光工艺使用终点检测，并停在在所述介质层上，使得所述介质层的高度与敏感层高度一致。
8.根据权利要求7所述的MEMS传感器微桥桥面的制作方法，其特征在于，所述介质层包括非晶碳层或多孔硅层。
9.根据权利要求7所述的MEMS传感器微桥桥面的制作方法，其特征在于，所述介质层与释放保护层的刻蚀选择比大于等于10。
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