压力传感器的制备方法与流程

本发明涉及微机电系统技术领域，特别是涉及一种压力传感器的制备方法。

背景技术：

微机电系统(Microelectro Mechanical Systems，简称MEMS)是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域，是一种采用半导体工艺制造微型机电器件的技术。与传统机电器件相比，MEMS器件在耐高温、小体积、低功耗方面具有十分明显的优势。经过几十年的发展，已成为世界瞩目的重大科技领域之一，它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术，具有广阔的应用前景。

压力传感器是一种将压力信号转换为电信号的微机电系统。根据工作原理的不同其可分为压阻式压力传感器和电容式压力传感器。电容式压力传感器的原理为通过压力改变压力感应层和底部接触电极之间的电容，以此来测量压力。然而，现有技术的压力传感器中，压力感应层的接触不好，导致压力传感器的导电性较差。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种压力传感器的制备方法，解决现有技术中压力感应层接触不好的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种压力传感器的制备方法，包括：

提供一半导体基板，所述半导体基板中形成有互连结构和底部接触电极；

形成牺牲层，所述牺牲层覆盖所述底部接触电极；

形成压力感应层，所述压力感应层覆盖所述牺牲层、互连结构的上层金属层及剩余的半导体基板表面，所述压力感应层包括顶壁、底壁和侧壁，所述顶壁位于所述牺牲层上，所述侧壁围绕在所述牺牲层的周围，所述底壁位于所述 互连结构的上层金属层上；

对所述互连结构的上层金属层进行激光退火。

优选的，所述激光退火的激光的波长是290nm-320nm，脉冲持续时间是100ns-200ns，其能量范围是0.3J/Cm2-0.8J/Cm2。

优选的，所述上层金属层的材料为钛、钽，镍，铂，钼中的一种或其任意组合。

优选的，所述压力感应层的材料为锗化硅，采用等离子体增强化学气相沉积工艺形成锗化硅，等离子体增强化学气相沉积工艺的温度为400℃～450℃。

优选的，所述上层金属层的材料为金属铝、钛、氮化钛中的一种或者其任意组合。

如权利要求1所述的压力传感器的制备方法，其特征在于，所述牺牲层的材料为非晶碳，采用等离子体增强化学气相沉积工艺形成所述牺牲层，等离子体增强化学气相沉积工艺采用的温度为400℃～500℃。

与现有技术相比，本发明提供的压力传感器的制备方法具有以下优点：

本发明的压力传感器的制备方法中，利用对上层金属层进行激光退火实现压力感应层与上层金属层之间形成均匀的合金，从而解决现有技术中压力感应层与上层金属层之间的阻值不均匀的问题，提高了压力传感器的性能。

附图说明

图1为本发明一实施例中压力传感器的制备方法的流程图；

图2至图4为本发明一实施例中压力传感器的制备过程中器件结构的剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的压力传感器的制备方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公 知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。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。

目前，压力传感器中的压力感应层需要与衬底中的互连结构电性连接，然而，发明人发现，淀积压力感应层与互连结构的金属之间易形成合金，并且，形成的合金分布不均匀，从而降低了压力感应层与互连结构之间的阻值均匀性，影响了压力传感器的性能。

发明人经过研究，想到利用退火的办法使得压力感应层与互连结构的金属之间更加充分的反应，从而使得压力感应层和互连结构的金属之间形成均匀的合金，解决了现有技术中压力感应层与上层金属层之间的阻值不均匀的问题，提高了压力传感器的性能。

参考图1所示，本发明的压力传感器的制备方法具体包括如下步骤：

步骤S11，提供一半导体基板，所述半导体基板中形成有互连结构和底部接触电极；

步骤S12，形成牺牲层，所述牺牲层覆盖所述底部接触电极；

步骤S13，形成压力感应层，所述压力感应层覆盖所述牺牲层、互连结构的上层金属层及剩余的半导体基板表面，所述压力感应层包括顶壁、底壁和侧壁，所述顶壁位于所述牺牲层上，所述侧壁围绕在所述牺牲层的周围，所述底壁位于所述互连结构的上层金属层上；

步骤S14，对所述互连结构的上层金属层进行激光退火。

图2至图4为本发明一实施例中压力传感器制备过程中器件结构的剖面示意图，以下结合图2至图4更详细的说明本发明的探测传感器及其制备方法。

首先，进行步骤S11，参考图2所示，提供一半导体基板10。半导体基板 10可以包括单晶的硅基底、锗硅基底、锗基底或本领域技术人员公知的其它半导体材料制成的基底，并且可以在基底上外延生长有多晶硅、锗或者锗硅材料，也可以外延生长有氧化硅等材料。

所述半导体基板10中内嵌有控制电路(图中未示出)、互连结构11以及底部接触电极12，所述互连结构的上层金属层112和接触电极12位于同一平面。底部接触电极12和上层金属层112的材料在本实施例中考虑到激光退火的温度较高，因此优选的是熔点较高的金属钛，但也不限于钛，还可以氮化钛、钽、铂、钼、银、金、铜、钨、钴、镍中的一种或者他们的任意组合。

需要说明的是，在半导体基底10内还可以形成有其他器件结构，例如放大器、数/模转换器、模拟处理电路和/或数字处理电路、接口电路等，形成这些器件结构的方法均可以为CMOS工艺。此外，互连结构11可以包括栓塞和下层金属层，其具体的结构需要根据实际情况确定，图2中的互连结构11仅起示意作用，并不对本发明做出任何限制。

其次，进行步骤S12，参考图3所示，在所述底部接触电极12和周围的半导体基板表面形成牺牲层20，所述牺牲层20后续被去除，从而在压力感应层与底部接触电极12之间形成空腔，感应电容的变化。

所述牺牲层20例如为非晶碳，形成非晶碳的方法为等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺。等离子增强化学气相沉积工艺的参数例如为：温度范围为250℃～420℃，气压范围为1torr～20tort，RF功率范围为800W～2000W，反应气体包括C₃H₆和He，反应气体流量为1000sccm～4200sccm，其中C₃H₆：He的体积比例范围为2∶1～10∶1。需要说明的是，牺牲层20的材料并不限于非晶碳，也可以为本领域人员熟知的其它材料，例如二氧化硅、非晶硅、非晶锗、光阻材料、聚酰亚胺等。

接着，进行步骤S13，参考图4所示，形成压力感应层30覆盖所述牺牲层20、互连结构的上层金属层112及剩余的半导体基板表面，所述压力感应层包括顶壁31、底壁33和侧壁32，所述顶壁31位于所述牺牲层20上，所述侧壁32围绕在所述牺牲层20的周围，所述底壁位于所述互连结构的上层金属层112上；

所述压力感应层30的材料例如为锗化硅，可以采用等离子体增强化学气相 沉积(PECVD)或者低压化学气相沉积(LPCVD)工艺沉积锗化硅。在本实施例中采用LPCVD，LPCVD的工艺参数为：温度范围为400℃-450℃，气压范围为150mtorr～200mtorr，形成的锗化硅的材料为Si_1-xGe_x，x的取值范围在0.5到0.8之间，Si_1-xGe_x的厚度在0.1μm～3.0μm之间。如前所述，也可以采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)沉积锗化硅，但是优选采用LPCVD，其可以和后面的制程兼容，简化工艺。

需要说明的是，现有技术中上层金属层112是金属铝，其与压力感应层30例如是锗化硅之间形成合金的温度在420℃附近，由于锗化硅的沉积温度在形成该合金温度的附近，例如为430℃，因此在沉积锗化硅的过程中在金属铝的界面处容易形成合金，但是由于形成合金的过程不充分，从而形成的合金均匀性很差，也就是有的地方是合金，有的地方非合金，从而在界面处形成了合金和金属铝的不均匀界面，导致电阻特性很差，影响接触性能。

再次，进行步骤S14，对所述互连结构的上层金属层进行激光退火，也就是激光脉冲的靶点设置在上层金属层112和压力感应层33的结合位置。在本实施例中，步骤S14的步骤包括如下过程：所述激光退火的激光的波长是290nm-320nm，例如300nm脉冲持续时间是100ns-200ns，例如150ns，其能量范围是0.3J/Cm2-0.8J/Cm2，例如是0.7J/Cm2。从而使得锗化硅与金属钛进一步的充分反应，压力感应层30与连接结构形成均匀的合金，从而在保证较好的电性连接的同时，改善压力感应层30与互连结构11之间的阻值均匀性，提高器件的性能。在本实施例中选择了熔点较高的金属钛，从而保证了在退火的过程中金属钛不会熔融。当然也可以通过选择激光退火的工艺参数，从而选择其他高熔点金属，甚至选择金属铝，例如激光的波长是318nm脉冲持续时间是101ns，其能量范围是是0.4J/Cm2。

在激光退火的步骤之后还包括：在压力感应层上形成具有窗口的保护层。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。