形成传感器装置的mems传感器和方法
【专利说明】
[0001]本申请要求在2012年8月20日提交的美国临时申请N0.61/691，157的优先权。
技术领域
[0002]本公开涉及电容性微机电系统(MEMS)传感器。
【背景技术】
[0003]电容性MEMS压力传感器要求在施加的压力下相对于彼此移动的两个电极。该构型通常通过使固定电极(下文称作下部电极)形成在基底中、同时使可移动电极(下文称作上部电极)设置在暴露于待感测电压的可变形膜中来实现。电极中的一个或多个通常通过沉积导电膜、将导电层电隔离或通过在两种导电材料之间添加氧化层来形成。
[0004]图1示出了如在2011年9月14日提交的美国专利申请N0.13/232,005(以其全部内容并入本文作为参考)中所描述的MEMS压力传感器10的侧剖视图。压力传感器10包括被构造成能相对于彼此移动的一对电极。压力传感器10包括处理层12、埋氧化层14和装置层16。氧化层18将装置层16与覆盖层20隔开。钝化层22位于覆盖层20之上。
[0005]在装置层16内，通过两个蚀刻部分26、28限定出平面内电极24。平面内电极24通过氧化层18的被蚀刻部分30与覆盖层20隔离。被蚀刻部分26、28和30通过由覆盖层20封闭的通气孔32被蚀刻。
[0006]平面外电极34位于平面内电极24之上，并通过被蚀刻部分30与平面内电极24电隔离。平面外电极34通过两个间隔件36、38与覆盖层20的其余部分隔离。间隔件36、38包括:下部氮化部分40，其从被蚀刻部分30向上延伸；和上部氧化部分42，其从氮化部分40延伸至覆盖层20的上表面。
[0007]与间隔件36、38类似地形成的间隔件44、46使覆盖层20中的连接器48与覆盖层20的其余部分电隔离。连接器48与装置层16中的连接器50电通信。连接器50与平面内电极24电通信，并通过隔离柱52、54与装置层16的剩余部隔离。隔离柱52、54从埋氧化层14延伸至氧化层18。结合垫或印迹56位于钝化层22之上并与连接器48电通信。
[0008]传感器装置的印迹(比如图1的压力传感器10的印迹56)通常由沉积在传感器装置的上表面上的金属层形成。然而，金属在传感器装置的上表面上的布置可导致传感器性能的迟滞或偏移。这些性能变化通常是由于金属膜缺乏机械稳定性。此外，沉积在传感器的上表面上的金属层通常被图案化，以提供到不同的传感器部件的单独的电连接部，由此增加了额外的处理步骤。
[0009]所需要的是一种不使用施加的金属层来提供到装置内电极的电连接的电容性传感器。不使用施加的金属层、从而可通过现有制作过程来制造的传感器将是更有益的。
【发明内容】
[0010]根据一个实施例，一种形成传感器装置的方法包括:在绝缘体上硅(SOI)晶圆的装置层中限定出平面内电极；在位于所述装置层的上表面之上的硅覆盖层中形成平面外电极；在所述硅覆盖层的上表面上沉积硅化物形成金属；和将沉积后的硅化物形成金属进行退火，以在硅覆盖层中形成硅化物部分。
[0011]在另一实施例中，一种传感器装置包括:平面内电极；与所述平面内电极的上表面间隔开的覆盖层；限定在所述覆盖层中的平面外电极；和形成在所述覆盖层中的硅化物部分。
【附图说明】
[0012]图1示出了具有在传感器的上表面沉积和图案化的金属层的现有传感器装置的侧首lJ视图;
[0013]图2示出了包括覆盖层的顶部部分中的硅化物的传感器装置；
[0014]图3示出了具有装置层的晶圆的侧剖视图，所述装置层被蚀刻，以限定出平面内电极；
[0015]图4示出了图3的晶圆的上平面图；
[0016]图5示出了图3的晶圆，其中，沟槽被填充了氧化材料，且在装置层之上形成了氧化层；
[0017]图6示出了图5的晶圆的上平面图；
[0018]图7示出了图5的具有开口的晶圆，所述开口在装置层的接触部分之上被蚀刻在氧化层中；
[0019]图8示出了图7的晶圆的上平面图；
[0020]图9示出了图7的晶圆，其中，第一覆盖层部分形成在氧化层之上，且沟槽形成在氧化层中；
[0021]图10示出了图9的晶圆的上平面图；
[0022]图11示出了图9的晶圆，其中，沟槽被填充了隔离材料，所述隔离材料还形成第一覆盖层部分之上的层，且蚀刻停止层形成在隔离层之上；
[0023]图12示出了图11的晶圆的上平面图；
[0024]图13示出了图11的晶圆，其中，已经蚀刻了隔离层和蚀亥Ij停止层，以便限定出用于平面外电极和装置层接触部的衬垫；
[0025]图14示出了图13的晶圆的上平面图；
[0026]图15示出了图13的晶圆，其中，已经在第一覆盖层部分和衬垫之上沉积了第二覆盖层部分，且所述第二覆盖层部分已经被平面化；
[0027]图16示出了图15的晶圆的上平面图；
[0028]图17示出了图15的晶圆，其中，已经穿过第一覆盖层部分和第二覆盖层部分蚀刻了气相蚀刻通气孔，且已经蚀刻了氧化层的一部分、装置层中的氧化物材料和埋氧化层的一部分，从而将平面内电极电隔离和将平面内电极之上的第一覆盖层部分释放；
[0029]图18示出了图17的晶圆的上平面图；
[0030]图19示出了图17的晶圆，其中，已经通过第三覆盖层部分密封了气相蚀刻通气孑L ；
[0031]图20示出了图19的晶圆的上平面图；
[0032]图21示出了图19的晶圆，其中，沟槽穿过第三覆盖层部分和第二覆盖层部分直至衬垫的上表面形成；
[0033]图22示出了图21的晶圆的上平面图；
[0034]图23示出了图21的晶圆，其中，隔离材料沉积在沟槽内且硅化物形成材料沿着第三覆盖层部分的上表面沉积；
[0035]图24示出了图23的晶圆的上平面图；以及
[0036]图25示出了包括形成在覆盖层的上部部分中的硅化物层的晶圆的侧剖视图。
【具体实施方式】
[0037]为了促进对本公开的原理的理解，现在将参考附图中示出的和以下书面说明中所述的实施例。应当理解，并不意图藉此限制本公开的范围。还应当理解，本公开包括对所描述的实施例的任何改变和改进，且包括本公开所属领域的技术人员通常能想到的对本公开的原理的其他应用。
[0038]在许多这些实施例中，MEMS传感器可用于感测物理条件(比如加速度、压力或温度)和用于提供代表所感测的物理条件的电信号。这些实施例可在多种应用场合中或随多种应用场合实施，比如汽车、家用器具、笔记本电脑、手持式或便携式计算机、移动电话、智能手机、无线装置、平板电脑、个人数据助手(TOA)、MP3播放器、摄像机、GPS接收器或导航系统、电子阅读显示器、投影仪、驾驶舱控制装置、游戏控制台、耳机、头戴耳机、助听器、可穿戴显示设备、安全系统等。
[0039]图2示出了压力传感器100。压力传感器100包括处理层102、埋氧化层104和装置层106。氧化层108将装置层106与覆盖层110隔开。硅化物层112位于覆盖层110之上。
[0040]在装置层106内，通过两个蚀刻部分116、118限定出平面内电极114。平面内电极114通过氧化层108的被蚀刻部分120与覆盖层110隔离。被蚀刻部分116、118和120通过由覆盖层110封闭的通气孔122被蚀刻。
[0041]平面外电极124位于平面内电极114之上，并通过被蚀刻部分120与平面内电极114电隔离。平面外电极124通过两个非硅间隔件126、128与覆盖层110的其余部分隔离。间隔件126、128包括:下部氮化部分130，其从被蚀刻部分120向上延伸；和上部氧化部分132，其从氮化部分130延伸至覆盖层110的上表面。探测信号是电极114和124之间的容量和/或电容变化。电极124随着外部电压的变化而偏斜。
[0042]与间隔件126、128类似地形成的间隔件134、136使覆盖层110中的连接器138与覆盖层110的其余部分电隔离。连接器138与装置层106中的连接器140电通信。连接器140与平面内电极114电通信，并通过隔离柱142、144与装置层106的剩余部隔离。隔离柱142、144从埋氧化层104延伸至氧化层108。
[0043]间隔件126、128还限定出硅化物部分146并将硅化物部分146与硅化物层112的其余部分电隔离，同时间隔件134、136将硅化物部分148与硅化物层112的其余部分电隔离。
[0044]硅化物是半导体加工处理中的常用材料。硅化物具有与金属的电阻可相比的很低的电阻，并具有与硅的机械特性可相比的机械特性。此外，硅化物是高导电性的。因此，硅化物材料很适合于机械敏感式压力传感器膜。
[0045]图2的压力传感器100中的硅化物部分146、148实现了从压力传感器100的上表面与连接器138、140和平面内电极114进行电通信。如比较图1和图2所示，压力传感器100中的硅化物层112代替了现有技术压力传感器10的钝化层22和印迹56。因此，省去了用于形成钝化层22和印迹56的处理步骤。替代性地，钝化层22可添加到硅化物上。
[0046]参照图3-25来论述一种用于形成传感器、例如压力传感器100的过程。首先参照图3和图4，包括处理层202、埋氧化层204和装置层206的SOI晶圆200首先被蚀刻，以限定出平面内电极208和用于平面内电极208的下部接触部分210。在平面内电极208与下部接触部分210之间蚀刻连接器212。平面内电极208通过沟槽部分214限定，同时下部接触部分21