具有掺杂电极的压力传感器的制造方法
【专利说明】具有掺杂电极的压力传感器
[0001]该申请要求2012年I月15日提交的美国临时申请N0.61/599，131的权益，该申请的全部内容通过引用被并入本文中。
技术领域
[0002]本发明涉及电容式微机电系统(MEMS)压力传感器。
【背景技术】
[0003]电容式MEMS压力传感器需要在应用压力下互相相对运动的两个电极。这最通常这样实现:使得固定电极(下文称为下电极)形成在衬底上，而可动电极(下文称为上电极)设置在可变形隔膜上，该可变形隔膜受到要感应的压力。通常通过导电薄膜的沉积、导电层的电绝缘，或者通过在两个导电材料之间增加隔垫层来形成电极中的一个或者多个。
[0004]虽然形成电极的已知方法是有效的，但是这些电极可能使得不需要的性质或者加工步骤引入到装置中。作为示例，材料的沉积需要附加的加工步骤，由此使得制造方法变复杂。此外，不同材料的使用可能在材料的结合处导致不需要的应力、在材料中导致热失配等。
[0005]此外，当通过沉积形成电极时，需要电绝缘的下层，例如其可由绝缘体上的硅(SOI)晶片或者类似物提供。提供这样的绝缘的下层增加了装置的复杂性，包括需要额外的材料和加工步骤。此外，含有沉积电极的装置可能呈现出降低的电绝缘性，这会导致增加的穿心电容和降低的屏蔽，由此降低了最终传感器的性能。
[0006]因此，需要的是一种简单并且可靠的具有出平面式电极的装置以及用于生产该装置的方法。包括容易由封装真空构成的出平面式电极的装置会更加受益。
【发明内容】
[0007]在一个实施例中的电容式MEMS压力传感器包括作为可变形上隔膜的沉积的外延多晶硅层。在有些实施例中，介电隔垫用于使得该可变形隔膜中的电极绝缘。这样的隔垫在2011年9月14日提交的N0.13/232，209美国专利申请中进行了说明，该专利申请的全部内容通过引用并入本文中。下电极通过P-N结合限定在体硅中，该P-N结合能够在电极和周围的体硅之间提供足够的电绝缘。在有些实施例中，通过使用高能掺杂物灌注形成下电极，该高能掺杂物灌注在掩膜已经形成在衬底上之后在高度P型衬底中产生高度N型区(或者，反之亦然)。在不同掺杂的两个区之间的结合能够被加工以为传感器提供足够的电属性。
[0008]在有些实施例中，压力传感器被堆叠在预先存在的结构顶部，以产生晶片级封装工艺，其能够生成种类繁多的装置。堆叠结构的一种方法在2011年9月14日提交的N0.13/232，209美国专利申请中进行了说明，该专利申请的全部内容都通过引用被并入本文中。
[0009]在一个实施例中，一种传感器装置包括:体硅层；第一掺杂物类型的所述体硅层的第一掺杂区；第二掺杂物类型的所述体硅层的第二掺杂区，其中，所述第一掺杂物类型是不同于所述第二掺杂物类型的一种掺杂物类型，所述第二掺杂区位于所述体硅层的上表面，并且具有由所述第一掺杂区界定的第一掺杂部分；在所述第二掺杂区正上方的第一腔部分；和在外延层中形成的上电极，所述上电极处于所述第一腔部分正上方。
[0010]在另一实施例中，一种用于形成传感器装置的方法，包括:提供体硅层；使得所述体硅层的第一区掺杂有第一掺杂物类型，以形成第一掺杂区；使得所述第一区的一部分掺杂有第二掺杂物类型，其中，所述第一掺杂物类型是不同于所述第二掺杂物类型的掺杂物类型，以形成第二掺杂区；在所述第二掺杂区的正上方形成第一腔部分；和在外延层中形成上电极，所述上电极处于所述第一腔部分的正上方。
[0011]在一个实施例中，一种传感器装置包括:体硅层；第一掺杂物类型的所述体硅层的第一掺杂区；第二掺杂物类型的所述体硅层的第二掺杂区，其中，所述第一掺杂物类型是不同于所述第二掺杂物类型的一种掺杂物类型，所述第二掺杂区位于所述体硅层的上表面，并且具有由所述第一掺杂区界定的第一掺杂部分；在所述第二掺杂区上方的第一腔部分；和在沉积覆盖层中形成的上电极，所述上电极处于所述第一腔部分上方。
[0012]在另一实施例中，一种用于形成传感器装置的方法，包括:提供体硅层；使得所述体硅层的第一区掺杂有第一掺杂物类型，以形成第一掺杂区；使得所述第一区的一部分掺杂有第二掺杂物类型，其中，所述第一掺杂物类型是不同于所述第二掺杂物类型的掺杂物类型，以形成第二掺杂区；在所述第二掺杂区的上方形成第一腔部分；和在沉积覆盖层中形成上电极，所述上电极处于所述第一腔部分的上方。
[0013]还在另一实施例中，一种传感器装置包括:体硅层；第一掺杂物类型的所述体硅层的第一掺杂区；第二掺杂物类型的所述体硅层的第二掺杂区，其中，所述第一掺杂物类型是不同于所述第二掺杂物类型的一种掺杂物类型，所述第二掺杂区位于所述体硅层的上表面，并且具有由所述第一掺杂区界定的第一掺杂部分；在所述第二掺杂区正上方的第一腔部分；和在沉积覆盖层中形成的上电极，所述上电极与所述第一腔部分相邻。
[0014]在另一实施例中，一种传感器装置包括:体硅层；第一掺杂物类型的所述体硅层的第一掺杂区；第二掺杂物类型的所述体硅层的第二掺杂区，其中，所述第一掺杂物类型是不同于所述第二掺杂物类型的一种掺杂物类型，所述第二掺杂区位于所述体硅层的上表面，并且具有由所述第一掺杂区界定的第一掺杂部分；在所述第二掺杂区上方的第一腔部分；和在外延层中形成的上电极，所述上电极处于所述第一腔部分正上方。
【附图说明】
[0015]图1示出了根据本发明的原理含有通过使得体硅衬底掺杂形成的下电极的传感器装置的侧截面图；
[0016]图2示出了可用于形成图1的传感器的方法；
[0017]图3示出了可根据图2的方法提供的掺杂体硅衬底的侧截面图；
[0018]图4示出了图3的掺杂体硅衬底的侧截面图，其中掩膜形成在衬底的上表面上；
[0019]图5示出了图3的装置的侧截面图，其中掺杂体硅衬底的未掩膜部分暴露到高能掺杂物，以产生下电极；
[0020]图6示出了图5的装置的侧截面图，其中掩膜层在下电极已经形成之后被去除；
[0021]图7示出了图6的装置的侧截面图，其中隔垫层形成在掺杂体硅衬底的上表面上方和掺杂的下电极的上方；
[0022]图8示出了图7的装置的侧截面图，其中外延覆盖层部分形成在隔垫层的上方；
[0023]图9示出了图8的装置的侧截面图，其中在外延覆盖层部分的下方和掺杂电极的上方形成的空白区域形成在隔垫层中；
[0024]图10示出了根据本发明的原理的传感器装置的侧截面图，该传感器装置含有通过使得体硅衬底掺杂形成的下电极和由在外延覆盖层上的介电隔垫限定的上电极；
[0025]图11是根据本发明的原理的含有下电极的传感器装置的侧截面图，该下电极通过使得体硅衬底掺杂形成并且还由在体硅衬底中形成的沟槽限定；和
[0026]图12示出了根据本发明的原理的含有下电极的传感器装置的侧截面图，该下电极通过使得体硅衬底掺杂形成并且还由在体硅衬底上形成的沟槽限定，所有都定位在在绝缘体上的硅晶片上制造的现有结构上。
【具体实施方式】
[0027]为了促进对于本发明的原理的理解的目的，现在将参照在附图中示出并且在下面的书面说明中陈述的实施例。应理解的是，由此目的不是限制本发明的范围。还应理解的是，本发明包括了对于示出的实施例的任何改造和变型，并且包括本发明的原理的进一步应用，这对于本发明所属于的技术领域的普通技术人员而言通常会想到。
[0028]图1示出了包括体硅层102和覆盖层104的压力传感器100。该覆盖层104可使用任何所需的沉积技术形成，包括，但不限于，累晶技术，化学气相沉积(CVD)，低压化学气相淀积(LPCVD)和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。隔垫层106定位在体硅层102和覆盖层104之间。在隔垫层106中的腔108定位在上电极部分110和下电极部分112之间。
[0029]体硅层102被高度掺杂，并且可以是晶片或者是通过所需方法形成的之前形成结构的上层。在该实施例中，体硅层102是P型掺杂，但是如果需要可以使用其它掺杂。下电极112是体硅层102的N++掺杂区。
[0030]下电极112和体硅层102的不同掺杂在下电极112和体硅层102之间提供了电绝缘。此外，因为下电极112被灌注，所以不需要材料沉积产生下电极112。因此，简化了压力传感器100的总体设计，并且消除了与引入额外的材料关联的风险(应力、热失配等)。
[0031]另外，在单一衬底内部不同掺杂的使用消除了为提供电绝缘的下层而对于绝缘体上的硅(SOI)晶片(或者类似物)的需求。因此，通过消除材料和加工步骤(例如电绝缘特性的蚀刻)，简化了在有些实施例中的压力传感器100的复杂性。
[0032]此外，只有体硅层102的限定部分被用作电极，导致提高了电绝缘性，这导致了降低的穿心电容和更好的屏蔽。前述优势导致了压力传感器100的性能提升。
[0033]参照图2讨论用于形成传感器(例如压力传感器100)的方法120。首先，在方框122处，提供体硅层。体硅层被高度掺杂，并且在一个实施例中是晶片，在另一实施例中是之前形成的结构的上层。在方框124处，光刻胶图案或者其它掩膜形成在体硅层的上表面上。体硅层的没有被光刻胶或者掩膜覆盖的暴露的上表面限定了所需的电极形状。
[0034]通过所需的掺杂程序(方框126)，通过体硅层的暴露表面在体硅层上形成下电极。在一个实施例中，使用高能掺杂物灌注，而在另一实施例中使用炉掺杂。掺杂物被选定成是与在方框122处提供掺杂体硅层时使用的掺杂物不同的掺杂物。因此，在一个实施例中，在方框122处使用P型掺杂物，在方框126处使用N型掺杂物。在另一实施例中，在方框122处使用N型掺杂物，在方框126处使用P型掺杂物。
[0035]一旦在方框126处所需量的掺杂物已经被灌注，那么就去除在方框124处形成的光刻胶层或者掩膜(方框128)。灌注的掺杂物然后扩散进入体硅层(方框130)。在有些实施例中，通过提高的温度激活完成扩散，该扩散在有些实施例中在加工中的不同点处进行。在方框132，隔垫层然后形成在衬底的上表面和掺杂电极的上表面上。在有些实施例中，隔垫层是二氧化硅。在有些实施例中，沉积隔垫层，而在其它实施例中，热成长隔垫层。
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