压力传感器形成方法_2

文档序号:9808390阅读:来源:国知局
后续器件层12产生沟道耗尽效应,同时为后续的压阻结构14提供物理支撑,使其在受外压作用挠曲变形时不至于发生断裂。
[0039]所述压阻结构14在外压作用下会发生挠曲,其电阻率和电阻值也会产生变化,通过测量电阻值的变化就能建立起与外压变化的关系,间接获得外压变化的情况。
[0040]所述晶体管15与压阻结构14共同工作以形成复合功能的压力感应器件,其中晶体管15可以为压阻结构14的控制电路,也可以为压阻结构14输入、输出和存储电路并完成运算,也可以为功率放大器件,适于优化压阻结构14的输出信号。
[0041]所述互连结构16顶面与介质层18表面齐平,互连结构16为晶体管15提供电信号并接收反馈信号以完成器件功能,同时也为压阻结构14提供电信号以测量电阻。与压阻结构14连接的互连结构16位于压阻结构边缘区域。
[0042]与空腔13位置对应的部分绝缘层11及部分压阻结构14形成了压力传感器结构的可挠曲薄膜。所述可挠曲薄膜在外压的作用下会发生挠曲,使得可挠曲薄膜中的压阻结构14也发生挠曲,从而改变压阻结构14的电阻值,通过测量其电阻值的变化就能得到对应外压的变化。
[0043]对上述实施例进行研究发现,形成所述压力传感器时,覆盖基底层10表面形成绝缘层11的方法多为物理气相沉积或者化学气相沉积,在与空腔13对应位置处形成的绝缘层11平整度差,厚度均匀度低,甚至容易发生向空腔13内的塌陷变形,造成后续形成的压阻结构平整度差、均匀度低甚至失效。同时所述塌陷变形也大大减少了空腔13的体积,不利于压阻结构的挠曲活动,降低了器件感应压力的准确性。为了获得平整度好、厚度均匀度高的绝缘层11和压阻结构14,目前多采用绝缘体上硅来制造所述压力传感器。所述绝缘体上石圭一般分为三层,包括基底娃层、位于基底娃层表面的氧化娃层和位于氧化娃层表面的衬底硅层,其中基底硅层可以作为图1中的基底层10,氧化硅层可以作为图1中的绝缘层11,在衬底硅层表面可以形成晶体管和压阻结构并进一步获得图1中的器件层12。在实际应用中,一种方法是采用空腔-绝缘体上硅,所述空腔-绝缘体上硅已在基底硅层和氧化硅层之间预先形成了空腔,只需在衬底硅层表面对应区域制造器件层并完成后续工艺即可。但所述空腔-绝缘体上硅的成本太高,且预先形成的空腔位置、大小、深度等参数是厂商提供的,无法满足多变的芯片设计需求,在实际应用中有很大的局限性。另一种方法是,提供普通晶圆且在其表面形成所需的沟槽;再提供绝缘体上硅晶圆,对其进行背面减薄以去除基底硅层并暴露氧化硅层;连接所述普通晶圆形成有沟槽的表面和绝缘体上硅的氧化硅层表面,得到所需的空腔。但所述方法中的普通绝缘体上硅成本也比较高,连接工艺的稳定性不高并且容易出现缺陷和瑕疵,会对器件造成负面影响。
[0044]为解决上述问题,本发明提供了一种压力传感器形成方法的实施例,在第一半导体衬底上依次形成绝缘层以及衬底层,再在衬底层上形成包含压阻结构及若干晶体管的器件层,并覆盖器件层依次形成介质层和保护层。形成所述衬底层采用的外延生长,其工艺成熟、制造成本低廉,获得的绝缘层及衬底层也能够满足器件层的使用需求,从而在不牺牲器件功能的情况下,大大节省了生产成本。通过刻蚀保护层和介质层在压阻结构上方形成第一沟槽,所述第一沟槽与后续的第二沟槽在键合连接后形成空腔,所述空腔能够为压阻结构受外压作用而挠曲提供活动空间,与空腔-绝缘体上硅相比,能使器件获得相同的功用和效果,且形成所述空腔的工艺成本比直接购买空腔-绝缘体上硅的成本大大降低。而通过去除第一半导体衬底以暴露出绝缘层,与空腔位置对应的部分绝缘层、部分衬底层和部分压阻结构形成了可挠曲薄膜,所述形成可挠曲薄膜的工艺方法简单,制造成本低。
[0045]为使本方法的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本方法的【具体实施方式】做详细的说明。在详述本发明实施例时,为便于说明,示意图会不依一般比例作局部放大,而且所述示意图只是示例,其在此不应限制本发明的保护范围。此外,在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0046]参考图2,提供第一半导体衬底100。
[0047]所述第一半导体衬底100为硅衬底或锗衬底,第一半导体衬底100不做掺杂,适于为绝缘层101、衬底层100a、器件层102及后续工艺提供物理支撑。
[0048]请继续参考图2,形成覆盖所述第一半导体衬底100表面的绝缘层101和覆盖所述绝缘层101表面的衬底层100a。
[0049]所述绝缘层101为氧化硅,厚度为I微米?5微米,形成氧化硅的绝缘层101工艺为热氧化、物理气相沉积或者原子层沉积。
[0050]所述绝缘层101适于隔离器件层102并产生沟道耗尽效应,致密的氧化硅材料能更好的提高器件性能,在本实施例中,以绝缘层101为致密氧化硅的情况为例,作示范性说明。作为一个实施例,所述致密氧化硅的绝缘层101形成工艺为原子层沉积。所述原子层沉积包括以下步骤:A、向反应腔内通入SiCl4气体,在第一半导体衬底100表面沉积一层SiCl4后,抽掉反应腔内的残余SiCl4气体;B、向反应腔内通入水蒸气,与第一半导体衬底100表面形成SiCl4反应生成一层氧化硅后,抽掉反应腔内的残余水蒸气;对步骤A和B进行N次循环,N为大于I的整数,直至得到I微米?5微米的氧化硅绝缘层101。所述原子层沉积形成的氧化硅绝缘层101,与物理气相沉积等方法沉积的氧化硅相比更加致密,其晶格参数与硅晶体晶格参数的晶格失配更小,有利于后续外延生长晶体硅,绝缘层101同时也是压阻结构104的支撑层,能够避免压阻结构104在挠曲时发生断裂。
[0051]所述绝缘层厚度采用I微米?5微米,如果厚度太薄,不仅起不到有效隔离器件层102的效果,还无法对压阻结构104提供足够的支撑力;如果厚度太厚,虽然能够有效隔离器件层102,但是会阻碍压阻结构104的挠曲变形,导致器件灵敏度下降。
[0052]所述衬底层10a为晶体硅,作为一个实施例,所述衬底层10a可以通过在绝缘层101表面外延生长晶体娃来形成,所述形成晶体娃的衬底层10a的外延生长工艺,工艺温度为500°C?800°C,气压为I托?100托,反应气体为硅源气体SiH4或SiH2Cl2,所述硅源气体的流量为I标况_升每分?1000标况晕升每分。所述外延生长的方法,能够在所述原子层沉积得到的氧化硅绝缘层101表面生长得到所需的晶体硅衬底层100a,所述晶体硅衬底层10a能够满足后续制备晶体管器件的要求。需要说明的是,在绝缘层101和衬底层10a的交界面附近会存在一定厚度的氧化硅-晶体硅的过渡层,但是所述过渡层仅存在于绝缘层101和衬底层10a的交界面附近,不影响利用衬底层10a制备得到晶体管器件。
[0053]采用本实施例方法形成的绝缘层101和衬底层100a,与绝缘体上硅相比成本低廉,同时绝缘层101及衬底层10a也能够满足后续器件层102的使用要求,从而在不牺牲器件功能的情况下,大大节省了生产成本。
[0054]请继续参考图2,形成覆盖所述衬底层10a表面的器件层102,所述器件层102内形成有压阻结构。
[0055]所述器件层102内还可以形成有位于所述压阻结构104周边位置的晶体管,在本实施例中,以器件层102包括所述压阻结构104和晶体管103的情况为例,作示范性说明,请参考图2。
[0056]所述压阻结构104包括位于衬底层10a表面的隔离层和位于所述隔离层表面的压阻层,所述隔离层和压阻层并未在图2中示出。
[0057]所述隔离层材料可以为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅或者碳氧化硅,隔离层适于隔离压阻层和衬底层100a,避免衬底层10a影响压阻层材料的电阻值。所述压阻层材料为多晶硅,形成所述压阻层的工艺为外延生长。当压阻结构104受外压挠曲变形时,所述压阻层也随之挠曲变形,压阻层的电阻率和电阻值都会发生变化,通过测量电阻值的变化就能建立起与外压变化的关系,间接获得外压变化的情况。
[0058]形成所述器件层102的步骤包括:在衬底层
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