TWI632358B - 電容式壓力感測器及方法 - Google Patents

電容式壓力感測器及方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI632358B
TWI632358B TW102135650A TW102135650A TWI632358B TW I632358 B TWI632358 B TW I632358B TW 102135650 A TW102135650 A TW 102135650A TW 102135650 A TW102135650 A TW 102135650A TW I632358 B TWI632358 B TW I632358B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
layer
electrode
oxide
intermediate layer
cavity
Prior art date
Application number
TW102135650A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201423073A (zh
Inventor
安道 菲
安卓Ｂ 葛拉漢
Original Assignee
羅伯特博斯奇股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 羅伯特博斯奇股份有限公司 filed Critical 羅伯特博斯奇股份有限公司
Publication of TW201423073A publication Critical patent/TW201423073A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI632358B publication Critical patent/TWI632358B/zh

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00436—Shaping materials, i.e. techniques for structuring the substrate or the layers on the substrate
    • B81C1/00444—Surface micromachining, i.e. structuring layers on the substrate
    • B81C1/00468—Releasing structures
    • B81C1/00476—Releasing structures removing a sacrificial layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00134—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems comprising flexible or deformable structures
    • B81C1/00182—Arrangements of deformable or non-deformable structures, e.g. membrane and cavity for use in a transducer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0018—Structures acting upon the moving or flexible element for transforming energy into mechanical movement or vice versa, i.e. actuators, sensors, generators
    • B81B3/0021—Transducers for transforming electrical into mechanical energy or vice versa
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
    • G01L9/0073—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a semiconductive diaphragm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0264—Pressure sensors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

於其中一實施例中，本發明提供一種形成MEMS裝置的方法，其包含提供一矽晶圓，該矽晶圓具有一基底層和一位於該基底層的上方表面之上的中間層。一第一電極會被定義在該中間層之中，而一氧化物部分會被提供在該中間層的上方表面之上。一蓋層會被提供在該氧化物部分的上方表面之上，而一第二電極會被定義在該蓋層之中。該方法進一步包含蝕刻該氧化物部分用以形成一腔穴，俾使得當該第二電極與該腔穴突出在該中間層上方時，該突出的第二電極會包圍該突出的腔穴。

Description

電容式壓力感測器及方法
本發明和微電機系統(Micro Electrical Mechanical System，MEMS)感測器有關，更明確地說，和電容式MEMS壓力感測器有關。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張2012年10月2日提申的美國臨時申請案第61/709,040號的權利。
電容器MEMS壓力感測器需要用到會在外加壓力下相對於彼此移動的兩個電極。此配置經常藉由在一基板中形成一固定電極(下文中稱為下方電極)而在一可變形薄膜中提供一可移動電極(下文中稱為上方電極)來達成，該可變形薄膜會曝露在要被感測的壓力中。該些電極中的一或更多者通常藉由沉積一導體膜、電隔絕一導體層、或是在兩個導體材料之間逕自增加一分隔層而形成。
在併入一沉積磊晶多晶矽層以形成該可變形薄膜的電容式MEMS壓力感測器中，介電分隔體通常會被用來隔絕該薄膜裡面的上方電極。一具有此種電極配置的壓力感測器接著會被堆疊在已事先存在之結構的頂端，用以創造能夠生產各式各樣裝置的晶圓級封裝製程。然而，於此 些重複製作作業中，通常係使用氮化矽介電分隔體來提供電極隔絕。
所以，需要一種不需要用到額外材料來提供電極間之電隔絕的電容式壓力感測器。此外，一種用以生產併入既有磊晶矽晶圓級封裝技術之電容式壓力感測器的方法會有利於本技術。
根據一實施例提供一種形成MEMS裝置的方法，其包含：提供一基底層；提供一中間層於該基底層的上方表面之上；定義一第一電極在該中間層之中；提供一氧化物部分在該中間層的上方表面之上；提供一蓋層在該氧化物部分的上方表面之上；定義一第二電極在該蓋層之中；以及蝕刻該氧化物部分用以形成一腔穴，俾使得當該第二電極與該腔穴突出在該中間層上方時，該突出的第二電極會包圍該突出的腔穴。
於另一實施例中提供一種具有極度不可穿透之蓋層的MEMS裝置，其包含：一基底層；一中間層，其位於該基底層的上方表面之上；一第一電極，其被定義在該中間層之中；一蓋層，其位於該中間層的上方表面之上；一腔穴，其係由該蓋層和該中間層所定義，該腔穴至少部分直接在該第一電極之上；以及一第二電極，其在該蓋層之中，該第二電極橫向延伸超過該腔穴，俾使得當該第二電極與該腔穴突出在該中間層上方時，該突出的第二電極會包圍該突出的腔穴。
100‧‧‧壓力感測器
102‧‧‧基底層
104‧‧‧埋入式氧化物層
106‧‧‧中間層
108‧‧‧氧化物層
110‧‧‧蓋層
111‧‧‧鈍化層
112‧‧‧腔穴
114‧‧‧第一連接器
115‧‧‧第一連接器下方部分
117‧‧‧已蝕刻部分
118‧‧‧第一接合墊或跡線
119‧‧‧已蝕刻部分
120‧‧‧已蝕刻部分
121‧‧‧第一部分/第二接合墊或跡線
122‧‧‧第二電極
126‧‧‧第二部分
128‧‧‧第二連接器
132‧‧‧第一電極
134‧‧‧分隔體
135‧‧‧分隔體
200‧‧‧壓力感測器
202‧‧‧基底層
204‧‧‧埋入式氧化物層
206‧‧‧中間層
208‧‧‧氧化物層
210‧‧‧蓋層
211‧‧‧鈍化層
212‧‧‧腔穴
214‧‧‧第一連接器
215‧‧‧第一連接器下方部分
217‧‧‧已蝕刻部分
218‧‧‧第一接合墊或跡線
220‧‧‧已蝕刻部分
221‧‧‧第一部分/第二接合墊或跡線
222‧‧‧第二電極
226‧‧‧第二部分
228‧‧‧第二連接器
232‧‧‧第一電極
236‧‧‧下方蝕刻腔穴
319‧‧‧第二氧化物部分
334‧‧‧已蝕刻部分
335‧‧‧已蝕刻部分
400‧‧‧絕緣體上矽(SOI)晶圓
402‧‧‧基底層
404‧‧‧埋入式氧化物層
406‧‧‧中間層
408‧‧‧第一電極
414‧‧‧溝槽部分
416‧‧‧溝槽部分
418‧‧‧溝槽氮化物部分
420‧‧‧溝槽氧化物部分
422‧‧‧氧化物層
423‧‧‧氧化物部分
424‧‧‧溝槽部分
425‧‧‧溝槽部分
426‧‧‧第一連接器下方部分
428‧‧‧蓋層
430‧‧‧溝槽
432‧‧‧溝槽
434‧‧‧第一連接器
436‧‧‧第二電極
438‧‧‧第二連接器
440‧‧‧溝槽氮化物部分
444‧‧‧鈍化層
446‧‧‧鈍化部分
448‧‧‧鈍化部分
450‧‧‧開口
452‧‧‧開口
474‧‧‧通氣孔
476‧‧‧腔穴
500‧‧‧晶圓
502‧‧‧基底層
504‧‧‧埋入式氧化物層
506‧‧‧中間層
508‧‧‧第一電極
514‧‧‧溝槽部分
516‧‧‧溝槽部分
520‧‧‧溝槽氧化物部分
522‧‧‧氧化物層
523‧‧‧氧化物部分
526‧‧‧第一連接器下方部分
528‧‧‧蓋層
530‧‧‧第一部分
532‧‧‧第二部分
534‧‧‧第一連接器
536‧‧‧第二電極
538‧‧‧第二連接器
540‧‧‧部分
574‧‧‧通氣孔
576‧‧‧腔穴
578‧‧‧下方蝕刻腔穴
圖1所示的係根據第一實施例的感測器裝置的側面剖視圖；圖2所示的係根據第一實施例之圖1的感測器裝置的下方電極的接觸 區的側面剖視圖；圖3所示的係根據第二實施例的感測器裝置的側面剖視圖；圖4所示的係根據第二實施例之圖3的感測器裝置的下方電極的接觸區的側面剖視圖；圖5至17所示的係用以形成圖1與2的感測器的製程；以及圖18至24所示的係用以形成圖3與4的感測器的製程。
為達瞭解本發明之原理的目的，現在將參考圖中所示及下面文字說明書中所述的實施例。應該瞭解的係，本文沒有限制本發明之範疇的意圖。應該進一步瞭解的係，本發明包含已圖示實施例的任何變更與修正並且包含熟習和本發明相關之技術的人士便通常能夠進行的本發明之原理的進一步應用。
圖1與2描繪根據第一實施例的壓力感測器100。壓力感測器100包含一基底層102、一埋入式氧化物層104、以及一中間層106。一氧化物層108會分離該中間層106與一蓋層110。一鈍化層111位於該蓋層110之上。
在中間層106裡面，一第一電極132會由兩個分隔體134與135所定義。分隔體134與135包含一氮化物部分，其延伸穿過中間層106並且延伸在埋入式氧化物層104和氧化物層108之間。第一電極132藉由從氧化物層108的一部分處被蝕除的腔穴112而與蓋層110隔絕。腔穴112會被蝕刻穿過蓋層110所封閉的通氣孔(舉例來說，圖10中所示的通氣孔474)。
一第二電極122位於該第一電極132之上並且藉由腔穴112 而與該第一電極132電隔絕。該第二電極122藉由已蝕刻部分120而與蓋層110的其餘部分隔絕。該些已蝕刻部分120包含一氧化物部分，其延伸穿過蓋層110並且延伸在氧化物層108和鈍化層111之間。該些已蝕刻部分120被定位成當第二電極122和腔穴112突出在該中間層106上方時，該突出的第二電極會包圍該突出的腔穴。
該些已蝕刻部分120中的第一部分121電隔絕蓋層110中的 第一連接器114和蓋層110中的其餘部分。該第一連接器114包含一第一連接器下方部分115，其延伸穿過該氧化物層108、該中間層106、以及該埋入式氧化物層104並且與該基底層102進行電通信。該第一連接器下方部分115藉由至少一已蝕刻部分117而與該中間層106的其餘部分隔絕，該至少一已蝕刻部分117包含一從埋入式氧化物層104延伸至氧化物層108的氧化物部分。一第一接合墊或跡線118位於該鈍化層111之上並且與連接器114進行電通信。
該些已蝕刻部分120中的第二部分126電隔絕蓋層110中的 第二連接器128和蓋層110中的其餘部分。第二連接器128會與藉由分隔體134及已蝕刻部分117而和中間層106之其餘部分電隔絕的第一電極132的一部分處的第一電極132進行電通信。如圖2中的最佳顯示，氧化物層108的一部分包含一已蝕刻部分119，其具有一被定位在中間層106及蓋層110之間的氮化物部分。該已蝕刻部分119提供一用於腔穴112之一部分及用於已蝕刻部分120之該些第二部分126中至少一個第二部分126的蝕刻阻止部。一第二接合墊或跡線121位於該鈍化層111之上並且與連接器128進行電通信。
圖3與4描繪根據第二實施例的壓力感測器200。於該些圖 式中，雷同於圖1與2之感測器100的元件的感測器200的元件係以增加100之後的相同元件符號來表示。舉例來說，壓力感測器100的基底層係以元件符號102來表示，而壓力感測器200的雷同基底層則係以元件符號202來表示。感測器200的新元件或經過修正的元件則係以增加200之後的元件符號來表示。
壓力感測器200包含一基底層202、一埋入式氧化物層204、 以及一中間層206。一氧化物層208會分離該中間層206與一蓋層210。一鈍化層211位於該蓋層210之上。
在中間層206裡面，一第一電極232會由兩個已蝕刻部分334與335所定義，它們會隔絕第一電極232和該中間層206的其餘部分。第一電極232藉由從氧化物層208的一部分處被蝕除的腔穴212而與蓋層210隔絕。從埋入式氧化物層204的一部分處被蝕除的下方蝕刻腔穴236被定位在成相鄰於該些已蝕刻部分334與335中的每一者。腔穴212、已蝕刻部分334與335、以及下方蝕刻腔穴236會被蝕刻穿過蓋層210所封閉的通氣孔(舉例來說，圖21中所示的通氣孔574)。
特別參考圖3，腔穴212有一橫向延伸自已蝕刻部分334與335之外側邊緣的第一長度部分(A)。該些下方蝕刻腔穴236有一橫向延伸自和腔穴212之第一長度部分(A)延伸出處相同之已蝕刻部分334與335的邊緣的第二長度部分(B)。於圖中所示的實施例中，腔穴212的第一長度部分(A)大於下方蝕刻腔穴236的第二長度部分(B)，以便提供蓋層210之機械性穩定的鉗止作用。
一第二電極222位於該第一電極232之上並且藉由腔穴212 而與該第一電極232電隔絕。該第二電極222藉由已蝕刻部分220而與蓋層210的其餘部分隔絕。該些已蝕刻部分220包含一氧化物部分，其延伸穿過蓋層210並且延伸在氧化物層208和鈍化層211之間。該些已蝕刻部分220被定位成當第二電極222和腔穴212突出在該中間層206上方時，該突出的第二電極會包圍該突出的腔穴。
該些已蝕刻部分220中的第一部分221電隔絕蓋層210中的 第一連接器214和蓋層210中的其餘部分。該第一連接器214包含一第一連接器下方部分215，其延伸穿過該氧化物層208、該中間層206、以及該埋入式氧化物層204並且與該基底層202進行電通信。該第一連接器下方部分215藉由至少一已蝕刻部分217而與該中間層206的其餘部分隔絕，該至少一已蝕刻部分217包含一從埋入式氧化物層204延伸至氧化物層208的氧化物部分。一第一接合墊或跡線218位於該鈍化層211之上並且與連接器214進行電通信。
該些已蝕刻部分220中的第二部分226電隔絕蓋層210中的 第二連接器228和蓋層210中的其餘部分。第二連接器228會與藉由已蝕刻部分334及已蝕刻部分217而和中間層206之其餘部分電隔絕的第一電極232的一部分處的第一電極232進行電通信。如圖4中的最佳顯示，氧化物層208的一部分包含一第二氧化物部分319，其被定位在中間層206及蓋層210之間。該第二氧化物部分319提供一用於腔穴212之一部分及用於已蝕刻部分220之該些第二部分226中至少一個第二部分226的蝕刻阻止部。一第二接合墊或跡線221位於該鈍化層211之上並且與連接器228進行電通 信。
現在將參考圖5至17來討論用以形成感測器(例如，壓力感 測器100)的製程。首先參考圖5，一絕緣體上矽(Silicon-On-Insulator，SOI)晶圓400(其包含一基底層402、一埋入式氧化物層404、以及一中間層406)會先被蝕刻，用以在中間層406裡面定義一第一電極408。第一電極408係由一溝槽部分414來定義，而中間層406的其它部分則藉由一溝槽部分416而被電隔絕。於圖中所示的實施例中，中間層406係一被沉積至約100nm之厚度由單晶矽或多晶矽組成的重度摻雜層。中間層406能夠藉由化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，CVD)，或者，更明確地說，低壓化學氣相沉積(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，LPCVD)，來沉積。如果需要的話，基底層402可以為低壓化學氣相沉積(LPCVD)層或是磊晶多晶矽層。
一低應力氮化物會被以溝槽氮化物部分418填充溝槽部分 414，如圖6中所示。溝槽部分416接著會利用保形氧化物沉積而被溝槽氧化物部分420填充，如圖7中所示。氧化物沉積進一步在中間層406的上方表面上造成一氧化物層422。氧化物層422的厚度會設定兩個電極之間的間隙，如下面的更完整討論。於一實施例中，氧化物層422係被沉積至約200至3,000nm的厚度。氧化物層422可由任何所希望的技術來平坦化，例如，化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)。
參考圖8，氧化物層422會被蝕刻，用以在氧化物層422裡 面定義一氧化物部分423。該氧化物部分423係由一溝槽部分424來定義，該溝槽部分424延伸穿過氧化物層422並且露出中間層406的上方表面。一溝槽部分425也會被蝕刻穿過氧化物層422、中間層406、以及埋入式氧化 物層404，用以露出基底層402的上方表面。
磊晶多晶沉積會以磊晶多晶矽組成的第一連接器下方部分 426來填充溝槽部分425，同時沉積一蓋層428在氧化物層422之上和溝槽部分424裡面，如圖9中所示。第一連接器下方部分426因而會從基底層402的外露上方表面處延伸至氧化物層422的近似上方表面。於一替代實施例中，蓋層428可以係利用熔融接合製程所形成的單晶矽，其後會利用碾磨/研磨或是SmartCut技術來移除大部分的已接合晶圓。於此替代實施例中，電接點必須在熔融之後被形成。於進一步實施例中，可以使用一經研磨的多晶矽蓋層。
參考圖10，在形成通氣孔474之後，氫氟酸(HF)氣相蝕刻脫 模會被實施，其會從蓋層428處脫除氧化物部分423(圖9)。介於第一電極408的上方表面和蓋層428的下方表面之間的氧化物層422的已蝕刻部分因而會設定該第一電極408和會成為第二電極的下方表面之間的間隙。一無塵高溫密封接著會在磊晶反應爐中被實施，用以密封該些通氣孔474所生成的配置如圖11中所示，圖中，該些通氣孔474(圖10)被高溫密封劑密封，而且一腔穴476會由中間層406和至少部分直接位於第一電極408之上的蓋層428來定義。
圖12與13進一步顯示溝槽430與432，它們可以在對蓋層 428進行CMP之後被蝕刻。溝槽430從蓋層428的上方表面延伸至氧化物層422的上方表面，用以定義一第一連接器434，其會透過第一連接器下方部分426來和基底層402進行電通信。溝槽432包含一定義一第二電極436的溝槽部分以及一定義第一電極408之第二連接器438的溝槽部分。於圖 13中所示的實施例中，氧化物層422的一部分會被蝕刻並且被溝槽氮化物部分440填充。溝槽氮化物部分440的功能係作為定義第二連接器438的溝槽432的一部分以及從氧化物層422處被蝕刻的腔穴476的一部分的蝕刻阻止部。
一由氧化物製成的鈍化層444接著會被沉積在蓋層428的上 方表面上，如圖14與15中所示。被沉積的鈍化材料也會以鈍化部分446與448來填充溝槽430與432。鈍化部分448因而會形成一分隔體，其會定義第二電極436。參考圖16與17，鈍化層444接著會被蝕刻，以便創造一用以露出第一連接器434之上方表面的開口450以及一用以露出第二連接器438之上方表面的開口452。一金屬層可以接著被沉積在鈍化層444上並且被蝕刻用以創造接合墊或跡線，從而導致諸如圖1與2之壓力感測器100之配置的配置。如果需要的話，壓敏阻器亦可以被沉積在鈍化層444上。
上述製程可以數種方式來修正，用以提供額外的感測器變化 例。舉例來說，圖18至24便顯示用以形成諸如圖3與4之壓力感測器200的感測器的上述製程之修正例。圖18在和圖5中之晶圓400大約相同的製程步驟處顯示一晶圓500。晶圓500包含一基底層502、一埋入式氧化物層504、以及一中間層506，中間層506會被蝕刻用以於其中定義一第一電極508。圖18進一步描繪用以定義第一電極508的溝槽部分514以及用以電隔絕中間層506之其它部分的溝槽部分516。
參考圖19，溝槽部分514與516接著會利用保形氧化物沉積而被溝槽氧化物部分520填充。氧化物沉積進一步在中間層506的上方表面上造成一氧化物層522。舉例來說，圖20便描繪一氧化物部分523被定義 在氧化物層522裡面而且磊晶多晶沉積以磊晶多晶矽組成的第一連接器下方部分526填充一溝槽部分同時沉積一蓋層528在氧化物層522上之後的晶圓500。圖21描繪經由通氣孔574脫除氧化物部分523之後的晶圓500。前面步驟實質上係以和上面參考圖8至10所述之雷同步驟相同的方式來完成。
然而，晶圓400和晶圓500之間的主要差異為脫除氧化物部 分523會進一步脫除溝槽氧化物部分520中的第一部分530以及埋入式氧化物層504的中第二部分532。據此，在通氣孔574如圖22中所示般被密封之後，一腔穴576會由中間層506和蓋層528來定義並且至少部分被定位在第一電極508之上。此外，兩個下方蝕刻腔穴578會由基底層502、埋入式氧化物層504、以及第一電極508來定義並且至少部分被定位在第一電極508之下。腔穴576以及下方蝕刻腔穴578會透過溝槽氧化物部分520中的已脫除第一部分530互連。
圖23與24進一步顯示溝槽530與532，它們可以在對蓋層 528進行CMP之後被蝕刻。用以從溝槽530與532處定義第一連接器534、第二電極536、以及第二連接器538的步驟實質上係以和上面參考圖12與13所述之雷同步驟相同的方式來完成。然而，如圖24中所示，晶圓400和晶圓500之間的差異為氧化物層522不包含溝槽氮化物部分，例如，圖13中的晶圓400的溝槽氮化物部分440。取而代之的係，分時蝕刻製程(例如，分時HF蝕刻製程)會被用來形成腔穴576並且確保氧化物層522中的一部分540仍殘留在腔穴576和第二連接器538之間。從圖24中所示的晶圓500處，圖3與4的壓力感測器200的配置能夠藉由施行上面參考圖14至17所 述的製程步驟來達成。
圖1與2中所示並且根據參考圖5至17所討論之製程所建構的感測器100擁有優於既有電容式MEMS壓力感測器的優點。明確地說，生產感測器100的製程在其施行期間節省一道(1)溝槽作業、一道(1)再填充作業、以及一道(1)回蝕作業並且允許進行標準封裝製程。
圖3與4中所示並且根據參考圖18至24所討論之製程所建構的感測器200擁有優於既有電容式MEMS壓力感測器的雷同優點。明確地說，生產感測器200的製程在其施行期間節省一道(1)溝槽作業、兩道(2)再填充作業、以及兩道(2)回蝕作業並且允許進行標準封裝製程。又，於此製作過程期間無需用到任何氮化矽，從而允許有更多的製程用途。
感測器100/200擁有優於既有電容式MEMS壓力感測器的進一步優點。即使在每一個感測器100/200的蓋層110/210被挖鑿之後，蓋層110/210仍保持極度的不可穿透。此極度不可穿透性肇因於將已蝕刻部分120/220定位在蓋層110/210的偏斜區外面。以氧化物取代介電材料來填充已蝕刻部分120/220同樣支援該極度不可穿透性。第二電極122/222的密封性則實質上改良感測器100/200的長期可靠度。
在圖式及前面說明中雖然已經圖解並詳細說明過本發明；但是，其應該被視為解釋性而沒有限制特性。應該瞭解的係，本文僅提出較佳實施例而且本文希望保護落在本發明的精神裡面的所有變更、修正、以及進一步應用。
態樣1：一種形成MEMS裝置的方法，其包括：提供一基底層；提供一中間層於該基底層的上方表面之上；定義一第一電極在該中間 層之中；提供一氧化物部分在該中間層的上方表面之上；提供一蓋層在該氧化物部分的上方表面之上；定義一第二電極在該蓋層之中；以及蝕刻該氧化物部分用以形成一腔穴，俾使得當該第二電極與該腔穴突出在該中間層上方時，該突出的第二電極會包圍該突出的腔穴。
態樣2：根據態樣1的方法，其中，提供一氧化物部分在該中間層的上方表面之上包括從被提供在該中間層的上方表面之上的氧化物層處定義該氧化物部分。
態樣3：根據態樣2的方法，其進一步包括：蝕刻一阻止溝槽，其延伸穿過該氧化物層；以及於該阻止溝槽裡面沉積一阻止材料部分。
態樣4：根據態樣3的方法，其中，該阻止材料部分包括氮化矽。
態樣5：根據態樣3的方法，其中，蝕刻該氧化物部分用以形成一腔穴包括蝕刻該氧化物部分至由該阻止材料部分所定義的一邊界。
態樣6：根據態樣2的方法，其中，定義一第二電極在該蓋層之中包括：蝕刻一第二電極周邊定義溝槽，其延伸穿過該蓋層並且停止在該氧化物層處；以及沉積一第二材料部分於該第二電極周邊定義溝槽裡面。
態樣7：根據態樣6的方法，其中，該第二材料部分包括氧化物。
態樣8：根據態樣1的方法，其中，定義一第一電極在該中間層之中包括：蝕刻一第一電極周邊定義溝槽，其延伸穿過該中間層並且停止在被定位於該中間層和該基底層之間的一埋入式氧化物層處；以及沉 積一第一材料部分於該第一電極周邊定義溝槽裡面。
態樣9：根據態樣8的方法，其中，該第一材料部分包括氮化矽。
態樣10：根據態樣1的方法，其中，定義一第一電極在該中間層之中包括：蝕刻一第一電極周邊定義溝槽，其延伸穿過該中間層並且停止在被定位於該中間層和該基底層之間的一埋入式氧化物層處，其中，該埋入式氧化物層包括一第三材料部分；以及沉積一第四材料部分於該第一電極周邊定義溝槽裡面和該中間層上，用以填充該第一電極周邊定義溝槽並且形成該氧化物部分。
態樣11：根據態樣10的方法，其中，該第三材料部分和該第四材料部分包括氧化物。
態樣12：根據態樣10的方法，其中，蝕刻該氧化物部分用以形成一腔穴包括：從該第一電極周邊定義溝槽處蝕刻該第四材料部分；以及從該埋入式氧化物層處蝕刻該第三材料的一部分，用以形成一下方蝕刻腔穴。
態樣13：根據態樣12的方法，其中，從該氧化物部分處被蝕刻的腔穴具有橫向延伸自該第一電極周邊定義溝槽之邊緣處的一第一長度部分；該下方蝕刻腔穴具有橫向延伸自和該腔穴之該第一長度部分延伸出處相同之該第一電極周邊定義溝槽的邊緣處的一第二長度部分；以及該腔穴的該第一長度部分大於該下方蝕刻腔穴的該第二長度部分。
態樣14：一種具有極度不可穿透之蓋層的MEMS裝置，其包括：一基底層；一中間層，其位於該基底層的上方表面之上；一第一電 極，其被定義在該中間層之中；一蓋層，其位於該中間層的上方表面之上；一腔穴，其係由該蓋層和該中間層所定義，該腔穴至少部分直接在該第一電極之上；以及一第二電極，其在該蓋層之中，該第二電極橫向延伸超過該腔穴，俾使得當該第二電極與該腔穴突出在該中間層上方時，該突出的第二電極會包圍該突出的腔穴。
態樣15：根據態樣14的裝置，其中，該蓋層係一磊晶沉積蓋層。
態樣16：根據態樣14的裝置，其中，該第二電極藉由包括一氧化物部分的一分隔體被定義在該蓋層裡面。
態樣17：根據態樣14的裝置，其進一步包括一氮化物部分，其位於該中間層和該蓋層之間，該氮化物部分定義該腔穴之邊界的一部分。
態樣18：根據態樣14的裝置，其中，該第一電極藉由包括一氮化物部分的一分隔體被定義在該中間層裡面。
態樣19：根據態樣14的裝置，其中，該中間層包括具有約100nm之厚度由單晶矽或多晶矽組成的一重度摻雜層。
態樣20：根據態樣14的裝置，其中，該腔穴的厚度為約200至3,000nm。

Claims (10)

  1. 一種形成MEMS裝置的方法，其包括：提供一基底層；提供一中間層於該基底層的上方表面之上；定義一第一電極在該中間層之中，俾使得該中間層的至少一部分是該第一電極的至少一部分；提供一氧化物部分在該中間層的上方表面之上；提供一蓋層在該氧化物部分的上方表面之上；定義一第二電極在該蓋層之中，俾使得該蓋層的至少一部分是該第二電極的至少一部分；以及蝕刻該氧化物部分用以形成一腔穴，俾使得當該第二電極與該腔穴突出在該中間層上方時，該突出的第二電極會包圍該突出的腔穴。
  2. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中，提供一氧化物部分在該中間層的上方表面之上包括從被提供在該中間層的上方表面之上的氧化物層處定義該氧化物部分。
  3. 根據申請專利範圍第2項的方法，其進一步包括：蝕刻一阻止溝槽，其延伸穿過該氧化物層；以及於該阻止溝槽裡面沉積一阻止材料部分。
  4. 根據申請專利範圍第3項的方法，其中，該阻止材料部分包括氮化矽。
  5. 根據申請專利範圍第3項的方法，其中，蝕刻該氧化物部分用以形成一腔穴包括蝕刻該氧化物部分至由該阻止材料部分所定義的一邊界。
  6. 根據申請專利範圍第2項的方法，其中，定義一第二電極在該蓋層之 中包括：蝕刻一第二電極周邊定義溝槽，其延伸穿過該蓋層並且停止在該氧化物層處；以及沉積一第二材料部分於該第二電極周邊定義溝槽裡面。
  7. 根據申請專利範圍第6項的方法，其中，該第二材料部分包括氧化物。
  8. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中，定義一第一電極在該中間層之中包括：蝕刻一第一電極周邊定義溝槽，其延伸穿過該中間層並且停止在被定位於該中間層和該基底層之間的一埋入式氧化物層處；以及沉積一第一材料部分於該第一電極周邊定義溝槽裡面。
  9. 根據申請專利範圍第8項的方法，其中，該第一材料部分包括氮化矽。
  10. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中，定義一第一電極在該中間層之中包括：蝕刻一第一電極周邊定義溝槽，其延伸穿過該中間層並且停止在被定位於該中間層和該基底層之間的一埋入式氧化物層處，其中，該埋入式氧化物層包括一第三材料部分；以及沉積一第四材料部分於該第一電極周邊定義溝槽裡面和該中間層上，用以填充該第一電極周邊定義溝槽並且形成該氧化物部分。
TW102135650A 2012-10-02 2013-10-02 電容式壓力感測器及方法 TWI632358B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261709040P 2012-10-02 2012-10-02
US61/709,040 2012-10-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201423073A TW201423073A (zh) 2014-06-16
TWI632358B true TWI632358B (zh) 2018-08-11

Family

ID=49328677

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102135650A TWI632358B (zh) 2012-10-02 2013-10-02 電容式壓力感測器及方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9302906B2 (zh)
CN (1) CN104969049B (zh)
DE (1) DE112013004855T5 (zh)
TW (1) TWI632358B (zh)
WO (1) WO2014055506A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017211451B4 (de) 2017-07-05 2019-03-21 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Sensorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren
CN113785178A (zh) * 2019-05-17 2021-12-10 应美盛股份有限公司 气密性改进的压力传感器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030079548A1 (en) * 2001-10-26 2003-05-01 Potter Michael D. Electrostatic pressure transducer and a method thereof
US6677679B1 (en) * 2001-02-06 2004-01-13 Advanced Micro Devices, Inc. Use of SiO2/Sin for preventing copper contamination of low-k dielectric layers
US20090108381A1 (en) * 2001-12-10 2009-04-30 International Business Machines Corporation Low temperature bi-CMOS compatible process for MEMS RF resonators and filters

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6521965B1 (en) 2000-09-12 2003-02-18 Robert Bosch Gmbh Integrated pressure sensor
JP2002315097A (ja) * 2001-04-16 2002-10-25 Mitsubishi Electric Corp 圧力感応装置及びこれに用いられる半導体基板の製造方法
US20040166603A1 (en) * 2003-02-25 2004-08-26 Carley L. Richard Micromachined assembly with a multi-layer cap defining a cavity
US20080105935A1 (en) * 2004-08-31 2008-05-08 Hiroshi Ogura Micromachine Device
US20070180916A1 (en) * 2006-02-09 2007-08-09 General Electric Company Capacitive micromachined ultrasound transducer and methods of making the same
EP2309241B1 (en) * 2009-10-07 2016-11-30 ams international AG MEMS pressure sensor
US8426289B2 (en) 2011-04-14 2013-04-23 Robert Bosch Gmbh Wafer with spacer including horizontal member
US8673756B2 (en) 2011-04-14 2014-03-18 Robert Bosch Gmbh Out-of-plane spacer defined electrode

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6677679B1 (en) * 2001-02-06 2004-01-13 Advanced Micro Devices, Inc. Use of SiO2/Sin for preventing copper contamination of low-k dielectric layers
US20030079548A1 (en) * 2001-10-26 2003-05-01 Potter Michael D. Electrostatic pressure transducer and a method thereof
US20090108381A1 (en) * 2001-12-10 2009-04-30 International Business Machines Corporation Low temperature bi-CMOS compatible process for MEMS RF resonators and filters

Also Published As

Publication number Publication date
CN104969049B (zh) 2018-04-27
CN104969049A (zh) 2015-10-07
TW201423073A (zh) 2014-06-16
US9302906B2 (en) 2016-04-05
WO2014055506A1 (en) 2014-04-10
US20140231939A1 (en) 2014-08-21
DE112013004855T5 (de) 2015-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5913564B2 (ja) アウトオブプレーンスペーサが画成する電極
EP3052901B1 (en) Inertial and pressure sensors on single chip
US8601879B2 (en) Capacitance type pressure sensor and method for manufacturing a capacitance type pressure sensor
US9194882B2 (en) Inertial and pressure sensors on single chip
US20120161254A1 (en) Method of Providing a Semiconductor Structure with Forming A Sacrificial Structure
US10173887B2 (en) Epi-poly etch stop for out of plane spacer defined electrode
TWI632358B (zh) 電容式壓力感測器及方法
EP3127158B1 (en) Membrane-based sensor and method for robust manufacture of a membrane-based sensor
JP2015182158A (ja) Ｍｅｍｓデバイス
KR102084133B1 (ko) Mems 센서 그리고 센서 장치를 형성하는 방법
JP6269113B2 (ja) Ｍｅｍｓ素子及びその製造方法
JP2015145037A (ja) Ｍｅｍｓ素子及びその製造方法
JP2013160567A (ja) 静電容量型圧力センサおよびその製造方法
JP2015145036A (ja) Ｍｅｍｓ素子及びその製造方法
JP2011142230A (ja) 貫通電極及びその製造方法、並びに微小構造体