本发明涉及用于在苛刻的(harsh)介质应用中使用的集成半导体传感器的领域。更具体地，它涉及用于在苛刻介质中使用的传感器设备以及用于制造这种传感器的相关方法。
背景技术：
集成传感器设备可能需要在硅管芯(die)中被实施的低掺杂扩散区域(诸如压阻元件)之上提供的电屏蔽件，以获得良好的传感器稳定性，例如以阻止由表面电荷对这种压敏电阻的调制。在本领域中已知的是在覆盖低掺杂扩散区域(诸如压敏电阻)的钝化层的顶部上放置屏蔽件。由于屏蔽件被放置在应力敏感的低掺杂扩散区域之上，例如，在应力敏感的电阻器之上(over)，因而屏蔽件不应该对低掺杂扩散区域添加显著的应力，也不应该添加随着时间而改变的应力。例如，这可能导致从传感器获得的测量结果中的不期望的偏移，该偏移更可以在传感器的寿命期间变化。
例如，屏蔽件优选地以在其寿命期间在其被暴露于的应力级别下不会显示显著的塑性变形的材料来实施，例如，在变化的压力下不会呈现塑性变形的材料，因为传感器偏移否则可能在改变压力之后不期望地改变。
在本领域已知的标准cmos加工技术中，可以使用硅-钛(si-ti)合金用于在硅材料和金属(诸如铝)之间提供良好的欧姆接触件，而同时地阻止该金属扩散到硅材料中。例如，可以将钛溅射到硅上，接着加热该层以形成具有低欧姆电阻的si-ti合金。此外，ti层可以被暴露于氮以在钛的顶部上形成氮化钛(tin)层。例如，在钛溅射期间，例如，在溅射过程期间的中途，可以在溅射腔室中引入氮以将氮结合到钛膜的上部中。该tin层可以形成扩散阻挡件(barrier)，并且也可以提供与被沉积在接触件的顶部上的金属的良好粘附。
标准的cmos加工技术经常包括非常简单的工艺顺序来实现这点。例如，在打开接触件之后，可以执行以下工艺顺序：溅射ti层并例如使用相同的工具在ti层的顶部上形成tin层，退火以形成硅化钛(ti-si)接触件，在tin层的顶部上溅射诸如al、al-si、al-cu或al-si-cu互连层之类的互连层，在金属堆叠上图案化光致抗蚀剂，例如，其中接触件被抗蚀剂覆盖，蚀刻包括互连层、tin层和ti层的金属堆叠，并剥离抗蚀剂。
该方法有利地提供重要的特征，而没有添加进一步的光刻步骤，例如，以有效的标准cmos工艺顺序提供欧姆接触件、粘附层和扩散阻挡件。例如，图4示意性地示出了具有ti-si层101的现有技术的标准cmos接触件，用于确保与硅(例如，与硅衬底103(例如，n型块状硅板)中的(p或n)扩散区102)的低欧姆接触。此外，tin层104提供扩散阻挡件，同时提供与互连结构105(例如，铜或铝互连)的电连接。此外，描绘硅接触区域的钝化层106(例如氧化硅sio2层)被示出。
标准cmos设备可能不太适合，例如，可能不适合用于在苛刻的介质条件中使用，例如，在暴露于硫酸或发烟硝酸或碘下。例如，当被暴露于这样的化学品下，接合焊盘金属(诸如铝或铜)例如由于氧化可能腐蚀。本领域中已知的是用保护性金层覆盖接合焊盘。然而，扩散阻挡件可能需要被提供在接合焊盘和金之间。例如，没有扩散阻挡件，铝和金可以容易且迅速地扩散到彼此中，这在高温应用中可能更成问题。在设备上提供保护性金层允许在用于苛刻介质条件的设备中维持标准cmos加工的优点，诸如有效的量产以及在互连金属和硅中的感测元件之间的良好的电接触。
通过无电镀将金沉积到铝接合焊盘上在本领域中是已知的，例如，首先在铝接合焊盘上生长一层镍，接着无电镀薄金层。镍则可以形成合适的扩散阻挡件。然而，尽管通过无电镀方法在接合焊盘上提供的层可以牢固地粘附到接合焊盘金属，但是在保护层和接合焊盘周围的钝化之间没有实现机械连接。这具有如下缺点：化学品(诸如可存在于苛刻介质中的上述化学品)可以渗透钝化和被镀的金属之间的界面并腐蚀接合焊盘金属。
当通过电镀沉积金时，种子层也充当扩散阻挡件和粘附层。在本领域中进一步已知的是，首先溅射ti或tiw以提供粘附和扩散阻挡，接着溅射高导电层(诸如金或铜)以允许高电镀电流。
然而，在于接合焊盘上电镀金之后，种子层需要被蚀刻掉以确保不同结构之间不存在电连接，使得金结构底部处的种子层的边缘被暴露于环境，例如暴露于在苛刻的介质应用中的上述的腐蚀性化学品。已知在蚀刻种子层之后施加额外的有机保护层以覆盖种子层的暴露边缘。然而，这样的保护层可能与金的粘附性较差，并且腐蚀性化学品还可以渗透保护层和金金属之间的界面。
其中接合焊盘用金覆盖的已知策略的另一个缺点是依靠标准cmos钝化来保护互连，例如铝或铜的互连。然而，这种钝化可能不足以阻挡上述腐蚀性化学品。例如，当仅有一个小的缺陷(例如小针孔)存在于覆盖互连的钝化层中时，特别是碘可以倾向于完全去除铝线。
技术实现要素：
本发明的实施例的目的是提供用于在苛刻的介质环境中使用的包括低掺杂扩散区域(诸如压阻元件)的传感器的良好且有效的制造。
本发明的实施例的优点是实现了制造适合于用在苛刻的介质应用中的包括应力敏感区(诸如低掺杂扩散区域)的传感器的成本有效的方法。
本发明的实施例的优点是实现了制造适于在苛刻的介质应用中使用的基于压阻换能的传感器的成本有效的方法。
本发明实施例的优点是仅单个贵金属层沉积(例如，包含贵金属的单个层)可以足以制造传感器，例如，以便需要不是标准cmos兼容的工艺步骤的仅单个工艺步骤。进一步的优点是加工成本可以较低，和/或制造运行可以被大体量地执行。
本发明的实施例的优点是接触件、接合焊盘、互连件和屏蔽件可以在单个贵金属层中实现。
本发明的实施例的优点是低欧姆接触可以经由到硅的中间接触层从贵金属层(例如包括互连和/或接合焊盘)来实施。例如，中间接触层及其相关联的硅化物可以防止贵金属层(例如包括铂)和硅之间的肖特基接触的不利影响。例如，这种肖特基二极管的非线性电阻可以复杂化或阻止从传感器(例如从被接触的压阻元件)获得有用信号。
本发明实施例的优点是传感器设备的表面(包括金属结构的边缘)可以是高度耐抗苛刻介质的。例如，可以避免使用对苛刻介质的腐蚀高度敏感的铝或铜的互连。此外，根据本发明的实施例可以不需要额外的互连结构的钝化。
以上目的通过根据本发明的方法和设备来实现。
在第一方面，本发明涉及用于在苛刻介质中使用的传感器设备，所述传感器元件包括包括低掺杂区的硅管芯，与所述硅管芯接触的接触层，其中所述接触层包括难熔(refractory)金属和经由难熔金属的硅化物与硅管芯的欧姆接触件(ohmiccontact)，以及提供在接触层之上使得接触层完全被贵金属层覆盖的贵金属层。
贵金属层包括钯、铂或钯和/或铂的金属合金。贵金属层被图案化以形成互连结构和经由接触层连接到欧姆接触件的接触件(contact)。贵金属层被适配用于提供用于阻止由表面电荷对低掺杂区的调制的屏蔽件(shield)。也就是说，贵金属层包括与低掺杂区电隔离的屏蔽件，其中该屏蔽件被适配用于阻止由表面电荷对低掺杂区的调制。
例如，接触层可以被贵金属层完全覆盖，例如，使得没有接触层部分被留下未被暴露，例如，使得没有接触层的侧壁或顶部表面的部分被留下未被暴露。
例如，接触层可以被贵金属层直接覆盖，例如，使得贵金属层直接接触并覆盖接触层。接触层可以包括扩散阻挡件，例如，接触层可以充当扩散层，或者接触层的一部分可以被适配用于充当扩散阻挡件，例如，可以在制造期间被有目的地修改以充当这样的扩散阻挡件。
传感器设备也可以包括在贵金属层和接触层之间形成表面界面的扩散阻挡件。扩散阻挡件可以是分开形成的层，或者可以在制造接触层时被整体地形成。例如，扩散阻挡件可以被形成为与贵金属层接触的接触层的整体部分。硅化物和扩散阻挡件两者可以在制造接触层时被整体地形成，例如，通过在氮暴露下对溅射的钛接触层进行热退火以在接触层的底部形成硅化钛接触件且在接触层的顶部形成氮化钛扩散阻挡件。
在根据本发明的实施例的传感器设备中，接触层和/或扩散阻挡件可以被布置为使得不覆盖(例如，既不直接地也不间接地)低掺杂区。
在根据本发明实施例的传感器设备中，贵金属层可被处理以获得低应力和最小蠕变。
在根据本发明实施例的传感器设备中，贵金属层可以被图案化以限定接合焊盘。
在根据本发明实施例的传感器设备中，难熔金属可以包括钛、钨、钼和/或钽。
根据本发明实施例的传感器设备可以包括在贵金属层和接触层之间形成表面界面的扩散阻挡件。
在根据本发明实施例的传感器设备中，难熔金属可以是钛，硅化物可以是硅化钛，且扩散阻挡件可以包括氮化钛和/或钛-钨。
根据本发明实施例的传感器设备可以包括至少一个绝缘层，其包括氧化硅和/或氮化硅，其中该至少一个绝缘层可以被提供在低掺杂区和贵金属层之间。
在根据本发明实施例的传感器设备中，接触孔可以被提供为穿过该至少一个绝缘层，用于经由接触层和硅化物将贵金属层连接到硅管芯中的高掺杂区。
在根据本发明实施例的传感器设备中，接触层可以包括与接触孔重叠并且完全覆盖接触孔的连续区域。
在根据本发明实施例的传感器设备中，接触层的连续区域可以在平行于硅管芯的平面中小于高掺杂区的面积占位(areafootprint)。
在第二方面，本发明涉及一种用于制造用于在苛刻介质中使用的传感器元件的方法。该方法包括提供包括低掺杂区和高掺杂区的半导体管芯，通过包括氧化硅和/或氮化硅的至少一个绝缘层覆盖半导体管芯；蚀刻穿过该至少一个绝缘层(例如，绝缘层或该至少一个绝缘层中的每个绝缘层)的接触孔以暴露高掺杂区的至少部分；在暴露的高掺杂区上沉积包括难熔金属的接触层；在所述接触层和高掺杂区的硅之间形成难熔金属的硅化物以提供与硅管芯的欧姆接触件，在接触层之上沉积贵金属层，使得接触层被贵金属层完全覆盖，其中贵金属层包含钯、铂或钯和/或铂的金属合金，以及图案化所述贵金属层以形成互连结构和经由接触层连接到欧姆接触件的接触件，使得经图案化的贵金属层形成用于阻止由表面电荷对低掺杂区的调制的屏蔽件。
根据本发明实施例的方法可以包括在沉积接触层之后或在硅化物的形成期间在接触层上形成扩散阻挡件。
在根据本发明的实施例的方法中，接触层可以在沉积贵金属层之前被图案化，使得接触层的连续区域保持与接触孔重叠，并且使得该接触层的连续区域在与硅管芯平行的平面中小于高掺杂区的面积占位。
在根据本发明实施例的方法中，图案化贵金属层可以包括应用剥离(lift-off)工艺。
在根据本发明实施例的方法中，图案化贵金属层可以包括应用电镀工艺。
本发明的特别和优选方面在所附独立和从属权利要求中阐述。从属权利要求中的特征可以与独立权利要求的特征以及其他从属权利要求的特征适当地结合，而不仅仅是如在权利要求中明确阐述的。
本发明的这些以及其他方面从下文所描述的(诸)实施例中将变得显而易见并且将参考这些实施例来进行阐明。
附图说明
图1示出根据本发明的实施例的示例性传感器设备。
图2示出根据本发明实施例的示例性方法。
图3示意性地图示了用于在根据本发明的实施例的方法中使用的用于制造粘附材料和贵金属的堆叠使得贵金属覆盖在边缘处的粘附材料的的剥离工艺。
图4示出了现有技术的在本领域中已知的金属硅化物接触件。
这些附图只是示意性而非限制性的。在附图中，出于解说性目的，可将一些元素的尺寸放大且未按比例绘制。
权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。
在不同的附图中，相同的附图标记指相同或相似的要素。
具体实施方式
将针对具体实施例且参考特定附图来描述本发明，但是本发明不限于此而仅由权利要求书来限定。所描述的附图只是示意性的且非限制性的。在附图中，出于解说性目的，可将一些元素的尺寸放大且未按比例绘制。尺寸和相对尺寸不对应于本发明实践的实际缩减。
此外，说明书中和权利要求中的术语第一、第二等等用于在类似的要素之间进行区分，并且不一定用于在时间上、空间上、以排名或任何其他方式来描述序列。应该理解，如此使用的这些术语在合适情况下可以互换，并且本文描述的本发明的实施例能够以除了本文描述或说明的之外的其他顺序来操作。
此外，说明书和权利要求中的术语顶、下方等等用于描述性的目的，并且不一定用于描述相对位置。应该理解，如此使用的这些术语在合适情况下可以互换，并且本文描述的本发明的实施例能够以除了本文描述或说明的之外的其他取向来操作。
要注意，权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为限定于其后列出的装置/手段；它并不排除其他要素或步骤。由此该术语被解释为指定所陈述的特征、整数、步骤或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤或组件，或其群组的存在或添加。因此，措辞“一种包括装置a和b的设备”的范围不应当被限定于仅由组件a和b构成的设备。这意味着该设备的唯一与本发明有关的组件是a和b。
贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意指结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。由此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”贯穿本说明书在各个地方的出现并不一定全部引用同一实施例，而是可以引用同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，如本领域普通技术人员会从本公开中显而易见的，特定特征、结构或特性可以用任何合适的方式进行组合。
类似地，应当领会，在本发明的示例性实施例的描述中，出于精简本公开和辅助对各个发明性方面中的一者或多者的理解的目的，本发明的各个特征有时被一起编组在单个实施例、附图或其描述中。然而，这种公开方法不应被解释为反映所要求保护的本发明需要比每项权利要求中所明确记载的更多特征的意图。相反，如所附权利要求所反映的，各发明性方面存在于比单个前述公开的实施例的全部特征更少的特征。由此，详细描述之后所附的权利要求由此被明确纳入该详细描述中，其中每一项权利要求本身代表本发明的单独实施例。
此外，尽管本文所描述的一些实施例包括其他实施例中所包括的一些特征但没有其他实施例中包括的其他特征，但是不同实施例的特征的组合旨在落在本发明的范围内，并且形成如本领域技术人员所理解的不同实施例。例如，在所附的权利要求书中，所要求保护的实施例中的任何实施例均可以任何组合来使用。
在本文所提供的描述中，阐述了众多具体细节。然而应理解，在没有这些具体细节的情况下也可实践本发明的实施例。在其他实例中，公知的方法、结构和技术未被详细示出以免混淆对本描述的理解。
在本说明书中提到“低掺杂”时，这可以指在1.1015cm-3至1.1019cm-3范围内的典型浓度。对于术语“高掺杂”，可以意图在1.1019cm-3至1.1022cm-3范围内的典型浓度。低掺杂区可能特别易受到机械应力的影响，例如，可能特别适合于压阻式读出。
在第一方面，本发明涉及一种用于在苛刻介质应用中使用的传感器设备。传感器设备包括硅管芯，其包括例如形成压阻元件的低掺杂区。所述传感器设备进一步包括接触所述硅管芯的接触层，其中所述接触层包括难熔金属以及经由所述难熔金属的硅化物形成的与硅管芯的欧姆接触件。传感器设备还包括提供在接触层之上的贵金属层，使得接触层被贵金属层完全覆盖，其中该贵金属层包括钯、铂或钯和/或铂的金属合金。贵金属层被图案化以形成互连结构和经由接触层连接到欧姆接触件的接触件。贵金属层还被适配用于提供用于阻止由表面电荷对低掺杂区(例如压阻元件)的调制的屏蔽件。
参考图1，示出了根据本发明的实施例的示例性传感器设备1。例如，传感器设备可以是硅集成电路传感器，诸如压力传感器、化学传感器、生化传感器、加速度计或陀螺仪。特别地，传感器设备可以被适于基于物理质量和在传感器设备中发生的压阻效应之间的关系来提供表示物理质量的信号。例如，传感器设备可以是化学或生化传感器，其中贵金属层可以特别地适合于限定电极元件。
此外，传感器设备1被适于在苛刻的介质应用中的使用，例如适用于在暴露于腐蚀性流体(诸如硫酸或发烟硝酸)或暴露于碘的情况下的操作，例如延长和/或持久的操作。
传感器设备1包括硅管芯2。例如，硅管芯2可以包括硅衬底，诸如p型或n型块状硅衬底。
硅管芯2包括低掺杂的扩散区3，例如，以形成用于感测物理质量的压阻元件。例如，这样的压阻元件可以包括n型块中的扩散p阱，或者同样地p型块中的扩散n阱。
压敏电阻可以例如包括低掺杂区3(例如具有高压阻率的低掺杂p型区，例如扩散p阱)，并且还可以包括具有低得多的压阻率的高掺杂的p型区，例如高掺杂的区9。例如，在压力传感器中，低掺杂区可以被限定在应力可以根据所施加的压力而变化最大的膜边缘上。高掺杂区(例如一对高掺杂区)可以提供与具有高压阻率的低掺杂区的连接，例如，提供与互连的接触。这种高掺杂区的优点是可以形成良好的金属接触。(多个)高掺杂区对总压阻的贡献可以保持较小，例如典型地少于10％。
对高掺杂区中的寄生应力的灵敏度可以低于对于低掺杂区，尤其当电流基本上平行于硅晶体的<100>方向流动时。另一方面，为了使低掺杂区中的灵敏度最大，电流可以基本上平行于用于低掺杂区的硅晶体的<110>方向流动。
硅管芯2可以包括高掺杂区9，例如，高p掺杂或高n掺杂区，例如，p++扩散区。该高掺杂区9可以形成信号接触界面用于获得表示压阻元件的电阻的信号。此外，多个(例如两个)高掺杂区可以被提供以形成与压阻元件(例如，与低掺杂区3)的信号接触界面。本领域技术人员还应清楚，根据本发明实施例的传感器设备中的硅管芯可以包括多个压阻元件和多个高掺杂区。
传感器设备1还可以包括至少一个绝缘层10、11，其包括氧化硅和/或氮化硅，例如在硅管芯上的二氧化硅sio2层10和在二氧化硅层11上的氮化硅si3n4层。该至少一个绝缘层因此可以包括绝缘层的堆叠，例如由二氧化硅层和氮化硅层组成的堆叠。
该至少一个绝缘层可以被提供在低掺杂区3和贵金属层6之间。接触孔可以被提供通过该至少一个绝缘层10、11以用于经由接触层和硅化物将贵金属层连接到硅管芯中的高掺杂区9。例如，接触孔可以具有预定的直径或宽度wh，例如，在与半导体管芯的主平面平行的平面中的孔的表征尺寸。
传感器设备进一步包括接触硅管芯的接触层4，其中接触层包括难熔金属以及经由接触层的难熔金属的硅化物5形成的与硅管芯2的欧姆接触件8。接触层4可以充当用于将贵金属层粘附到硅管芯的粘附层。接触层4可以形成用于电接触半导体管芯的高掺杂区9的金属化接触。
接触层4可以与接触孔重叠并且完全覆盖接触孔，例如，接触层可以包括完全覆盖接触孔的接触层的连续区域，例如覆盖接触孔的连续区域可以具有预定的直径或宽度wc，例如覆盖孔的接触层的区域在与半导体管芯的主平面平行的平面中的表征尺寸，其大于接触孔的预定的直径或宽度wh。因此，接触层可以覆盖接触孔并且在平面中的所有方向上延伸超过接触孔的边缘。该连续区域可以指与接触孔邻接的接触层4的连续子部分。例如，接触层可以包括多个这样的子部分(例如分离的子部分)，每个子部分覆盖在(多个)绝缘层中的多个接触孔中的对应的接触孔。
此外，覆盖接触孔的接触层的连续区域的预定的直径或宽度wc可以小于硅管芯中高掺杂区9的预定的直径或宽度wd。例如，接触孔可以被提供为通过该至少一个绝缘层10、11以用于经由接触层和硅化物将贵金属层连接到高掺杂区9，并且接触孔可以被用接触层的连续区域覆盖，其中接触孔是(多个)绝缘层中小于接触层的连续区域的开口，并且其中接触层的连续区域小于高掺杂区的区域。该关系涉及如在对应特征到平行于半导体管芯(例如平行于半导体管芯的主平面)的平面上的平行投影中所观察的孔的面积、接触层的连续区域的面积、高掺杂区的面积。类似地，接触孔的区域可以被完全包含在该平行投影中的接触层的连续区域的周边内，并且接触层的连续区域可以被完全包含在该平行投影中的高掺杂区的区域的周边内。
对高掺杂区9中的寄生应力的灵敏度可以低于对于低掺杂区3，尤其当电流基本上平行于硅晶体的<100>方向流动时。当局部应力被施加到高掺杂区的区域时，总的压阻可能不会显示出显著的改变。因此，如果接触层4显示出显著的应力，则压敏电阻可能不会显著地被影响，例如，不会足以不利地影响传感器设备的可用性，如果接触孔周围的接触层的连续区域在实现接触的高掺杂区的图案内的话。
难熔金属可以是在标准cmos加工中使用的难熔金属。例如，接触层可以包括诸如w、ti、tiw、tin、co、ni、mo、ta或pd之类的难熔金属。
硅化物5可以被布置在接触层和高掺杂硅区9(例如，p++扩散)之间。例如，硅化物5可以通过热处理来形成。
欧姆接触件8(例如金属硅接触件)可以由硅化物5和接触层的难熔金属来形成。优点是，这样的金属硅接触可以使用标准的cmos加工技术来制造。
例如，接触层的金属可以是钛，并且硅化物5因此可以是硅化钛。接触层可以例如基本上由难熔金属组成，例如，除了扩散到金属中的硅和/或除了用于阻止难熔金属扩散到除硅之外的其它层(例如阻止难熔金属扩散到贵金属层6)而形成的表面阻挡层之外，接触层可由难熔金属组成。
例如，接触层可以通过将难熔金属(例如ti)溅射到硅管芯上来获得，以形成具有良好粘合性的接触层。此外，不同的金属可以例如通过两个或多个溅射步骤用不同金属来堆叠，以将扩散阻挡层7堆叠在粘合的接触层的顶部上。然而，扩散阻挡件7也可以在单个沉积中被形成在接触层上或在接触层中。例如，可以通过在溅射时添加氮等离子体，例如，在初始没有这种添加的氮等离子体的情况下溅射之后，例如，在钛溅射的下半场期间来在ti粘附层的顶部上形成tin扩散阻挡件。替代地，钛可以被溅射且之后该层可以在高温下被暴露于氮以形成氮化钛(tin)。替代地，诸如钛-钨(tiw)之类的扩散阻挡件可以被提供(例如被溅射)在钛的顶部上。
传感器设备还包括提供在接触层4之上的贵金属层6，使得接触层被贵金属层完全覆盖，例如所述贵金属层被布置在与硅管芯2被布置的接触层的那侧相对的接触层的一侧处的接触层之上。
接触层可以包括在贵金属层6和接触层4之间的扩散阻挡件7。因此，扩散阻挡件7可以形成贵金属层6和接触层4之间的表面界面。
贵金属层可以包含钯和/或铂、具有至少钯的金属合金或具有至少铂的金属合金。例如，贵金属层4可以包括钽层(例如薄钽层)和铂层、钯层或铂和/或钯的金属合金的堆叠。薄钽层可以形成粘附层以确保贵金属与钝化物(例如与(多个)绝缘层10、11的氧化硅和/或氮化硅)的良好粘附。
包括钯和/或铂(例如包括铂)的贵金属层的优点是，例如与诸如金之类的其他贵金属相比，可以实现良好的机械稳定性。进一步的优点是可以不需要贵金属层的钝化。例如，具有低应力的铂层可以具有良好的弹性性质，其随时间保持稳定，而金层可以在温度变化或应力变化下显示出塑性变形。
贵金属层6包括互连结构和经由接触层连接到欧姆接触件的接触件。贵金属层6被图案化以形成互连结构和接触件。
该接触件可以经由接触层4和硅化物5(例如经由阻挡件7，接触层4和硅化物5的块状材料)形成与高掺杂硅区9的欧姆接触。
贵金属层还可以包括接合焊盘，例如，可被图案化以形成互连结构、接触件和接合焊盘。
贵金属层还适于用于提供阻止由表面电荷对低掺杂区(例如压阻元件)的调制的屏蔽件。例如，如图1所示，应力敏感的低掺杂区3之上的屏蔽件可以仅由贵金属层构成。因此，例如为实现压阻元件的良好稳定性(例如具有低漂移)，形成屏蔽件的贵金属层可以被适于具有不会随着时间大幅度改变的低应力。
贵金属层还可以有利地保护传感器设备(例如接触层)抵抗传感器设备的外部环境中的苛刻介质。
例如，可以用cmos技术制造至少一个金属硅接触件，并且单个贵金属层沉积可以被用于用钯、铂、至少钯的金属合金、至少铂的金属合金或两者的金属合金覆盖(多个)接触件。这种金属或合金的优点是可以避免可以在操作中发生的在正常的应力水平下的塑性变形。贵金属层6(例如单个贵金属层)可以有利地被用于提供屏蔽、与硅的至少一个接触件和至少一个互连。此外，贵金属层还可以被用来限定接合焊盘。
贵金属层6可以具有如通过热处理贵金属层以降低应力而可获得的低应力。优点是，贵金属层的蠕变可以被避免，这可以在高应力下发生。
由贵金属层形成的屏蔽中的局部应力可以对可能易受机械应力影响的下层的低掺杂区施加应力。例如，由贵金属层6形成的屏蔽可以至少部分地覆盖例如其中压敏电阻被实施的半导体管芯的膜部分。因此，屏蔽结构中的局部应力将在膜中产生总体应力。该总体压力因此也可以导致传感器的信号偏移。
例如，传感器设备可以适于生成传感器信号，并且贵金属层的应力和蠕变可以足够地低以导致在由设备提供的传感器信号的满量程范围的0％到5％(优选地为0％到3％，甚至更优选地为0％至2％)的范围中的传感器信号偏移。此外，由贵金属层形成的屏蔽的应力所引起的信号偏移可以在设备的寿命内和正常使用中改变在由设备提供的传感器信号的满量程范围的0.00％至0.05％(优选地为0.00％至0.03％，甚至更优选地为0.00％至0.02％)的范围中的一差值。
也就是说，贵金属层的低应力和/或最小蠕变可以指材料条件，使得由于存在由贵金属层形成的屏蔽，在整个寿命期间传感器的输出不示出超过满量程输出的0.05％的变化。
贵金属层6完全覆盖接触层4，例如，可以完全覆盖接触层4和扩散阻挡件7，例如使得接触层被留下不暴露于环境中的苛刻介质。例如，接触层的表面的任何部分(或接触层4和阻挡件7的组合体积的表面的任何部分)可以邻接半导体管芯2、绝缘层10、11和贵金属层6中的任一个。特别地，贵金属层6可以覆盖接触层4的侧壁或接触层4和扩散阻挡件7的侧壁。
在第二方面，本发明涉及一种用于制造传感器元件的方法，所制造的传感器元件适合用于在苛刻介质中使用。
参考图2，示出了根据本发明的实施例的示例性方法30。
方法30包括提供31硅管芯，该硅管芯包括例如形成至少一个压阻元件的至少一个低掺杂区和高掺杂区。例如，硅管芯可以包括其中实现压阻感测元件的单晶硅。
方法30包括通过包括氧化硅和/或氮化硅的至少一个绝缘层覆盖32半导体管芯。
方法30还包括蚀刻33穿过该至少一个绝缘层的接触孔以暴露高掺杂区的至少部分。
方法30进一步包括在所暴露的高掺杂区上(例如，在接触孔之上和在接触孔中)沉积34包括难熔金属的接触层。接触层可以适合作为粘附层。难熔金属可以包括如本领域中已知的标准cmos加工中使用的难熔金属，诸如w、ti、tiw、tin、co、ni、mo、ta或pd。例如，钛可以被溅射到半导体管芯上，例如，被溅射到暴露的半导体管芯和(多个)绝缘层上。优点是，这样的溅射的钛层可以具有良好的粘附性质。
方法30包括在接触层和高掺杂区的硅之间形成35难熔金属的硅化物(例如沉积的钛的硅化钛)以提供与硅管芯的欧姆接触。硅化物可以通过热处理创建。硅化物(例如硅化钛)可以被形成在接触孔中且在接触层和硅管芯的高掺杂区之间的界面处。
例如，硅化物可以通过加热到可处于400℃至900℃范围内的温度来在硅管芯和难熔金属之间的界面处被创建。该温度处理可以被适配用于向硅原子和难熔金属原子提供足够的能量以彼此反应以便形成硅化物。因此，可以在沉积钛层并加热钛之后形成诸如tisi或ti2si硅化物之类的硅化物。例如，硅化物可以仅在金属被直接溅射在硅的顶部上的地方被形成，例如，可以不实质上影响在接触层和(多个)绝缘层之间的界面。
该方法还可以包括例如在沉积接触层之前的溅射蚀刻，以从暴露的硅表面去除自然氧化物和氮化物。因此，当在具有提供在其上的(多个)绝缘层(例如(多个)钝化层)的硅晶片上溅射诸如钛之类的难熔金属时，硅化物可以仅被形成在接触孔中钝化被去除的地方而不在钝化本身上。
该方法还可以包括在沉积34接触层之后(例如在形成35硅化物期间)在接触层上形成38扩散阻挡件。
例如，可以通过在溅射钛期间的某个时间点之后(例如在钛溅射的下半场期间)添加氮等离子体来在钛粘附层的顶部上创建氮化钛扩散阻挡件。
然而，扩散阻挡件和粘附层也可以在分开的溅射步骤中用不同的金属来溅射，例如以得到粘附层和扩散阻挡件的堆叠。
此外，当在接触层的溅射期间没有形成扩散阻挡件时，例如通过在形成硅化物的退火期间添加氮仍然可以生长扩散阻挡件。在典型的退火温度下，氮可以与难熔金属(例如与钛)反应以形成扩散阻挡件。
例如，tin层是接触区域和稍后在制造过程中被沉积在tin顶部上的金属(例如贵金属层)之间的优异的扩散阻挡件。
该方法可以包括图案化39接触层，例如，在沉积36贵金属层之前，图案化接触层和扩散阻挡件，例如使得接触层的连续区域保持与接触孔重叠并且完全覆盖接触孔，例如，使得连续区域大于接触孔的开口并完全覆盖接触孔。接触层的该连续区域可以在与半导体管芯平行的平面中小于高掺杂区的面积占位。
例如，接触层和扩散阻挡件可以在沉积形成互连和屏蔽的贵金属层之前被共同地图案化。因此，可以保持贵金属层和经由硅化物的硅接触件之间的扩散阻挡件，而同时防止接触层和/或扩散阻挡件的边缘暴露于环境。通过由接触层和/或扩散阻挡件完全覆盖接触孔的周边并由贵金属层完全覆盖接触层和/或扩散阻挡件，可以实现抵抗在苛刻介质环境中的腐蚀的良好保护。
方法30包括在接触层之上沉积36贵金属层，使得接触层被贵金属层完全覆盖。该贵金属层包括钯、铂或钯和/或铂的金属合金。因此，该贵金属层(例如包括钯和/或铂的单层)可以被沉积成使得经由接触层(例如经由扩散阻挡件和接触层的难熔金属)和硅化物形成与高掺杂硅区的低欧姆接触。
沉积贵金属层可以包括沉积钽层，以用于提供铂和/或钯与(多个)绝缘层的良好粘附，接着是沉积铂、钯或其合金。
例如，贵金属不会与非金属层(诸如钝化材料)强地结合。然而，在(多个)绝缘层和贵金属(例如钯或铂)之间的强结合，可以有利于防止例如由于热膨胀的大的不匹配而可能发生的贵金属层的分层。
沉积36贵金属层可以包括通过蒸发、溅射、化学气相沉积或等离子体增强气相沉积来沉积pa、pt或其合金(和/或沉积中间粘附层，例如钽层)。溅射具有金属原子以高动能被发送到表面的优点。这种高动能可以提供与表面的良好粘附。通过使用溅射工艺，可以在贵金属和接触层之间实现良好的低欧姆接触。溅射还可以提供贵金属与接触层和/或扩散阻挡件的边缘的良好粘附。通过就在溅射贵金属层之前应用进一步的溅射蚀刻，可以进一步改善粘附。在这种溅射蚀刻过程中，具有高能量的原子被发送到表面以去除诸如自然氧化物之类的薄层并使表面极化。例如，在溅射蚀刻之后，可以溅射薄粘附层，例如钽粘附层。相同的工具可以被用于溅射钽和贵金属。因此，贵金属(例如铂、钯和/或其合金)可以在溅射粘附层之后被溅射，而没有在中间使晶片暴露于氧或氮以防止形成自然氧化物或氮化物。
该方法包括图案化37贵金属层以形成互连结构以及经由接触层连接到欧姆接触件的接触件。贵金属层被图案化使得形成阻止由表面电荷对压阻元件的调制的屏蔽件。贵金属层可以完全覆盖接触层，以便保护接触层免受传感器设备的环境中的苛刻介质的影响。
因此，贵金属层可以被结构化为使得限定互连和屏蔽。此外，接合焊盘也可以通过该图案化来限定。特别地，可以通过图案化贵金属层，使得接触层(例如包括扩散阻挡件)的表面和侧壁保持被贵金属层覆盖来实现良好的屏蔽。
在图案化工艺37中，屏蔽和互连(并且任选地接合焊盘)被形成，并且可以封装与硅的接触件。当贵金属层包括在(多个)绝缘层和贵金属之间的粘附层(例如钽粘附层)时，贵金属层的图案化可以在额外的重视边缘的良好覆盖的情况下被执行。例如，当包括粘附层和贵金属的堆叠时，在贵金属层上使用蚀刻掩模可能导致粘附层在边缘底部处的暴露的边缘。
图案化37贵金属层可以包括应用剥离工艺40。例如，贵金属层可以被溅射作为剥离工艺的部分，其中粘附层可以被贵金属完全覆盖。这种剥离工艺可以包括提供具有开口的掩模，且随后溅射贵金属层，例如溅射钽粘附层和贵金属。在溅射期间，被溅射的材料可以被沉积在晶片上仅限定掩模中的开口的地方上。由于粘附层通过与贵金属相同的掩模开口被沉积，所以粘附层的边缘被用贵金属覆盖，因为比粘附金属多得多的贵金属通过相同的剥离掩模开口被溅射。
剥离工艺可以包括提供具有开口的掩模，其中该掩模由至少两层掩蔽材料(例如抗蚀剂层)形成，其中至少第二掩蔽材料层62在至少第一掩蔽材料层61上创建具有长度w的悬垂物(overhang)，如图3所示。第一掩蔽材料层可以具有高度h。晶片上的被溅射层的斜率主要由较低的掩蔽材料层61的厚度与最终的金属厚度的比率限定。进入原子的角度变化也起作用，并且比率w/h可以被选择为足够大的以确保被溅射的金属不会到达较低的掩蔽材料层61的侧壁。通过保持该侧壁没有被溅射的材料，可以确保剥离溶液与抗蚀剂的良好反应。因此，使用剥离工艺是一种组合粘附材料63(例如钽)和贵金属64(例如铂或钯)的良好的解决方案，其中粘附材料的边缘被贵金属覆盖。
在溅射贵金属层(例如溅射粘附材料和贵金属)之后，剥离工艺可以包括例如使用剥离溶液去除掩蔽材料，例如，第一掩蔽材料层61和第二掩蔽材料层62。因此，在设备的表面处，贵金属结构可以被创建，该贵金属结构覆盖与硅的接触件且在低掺杂区(例如压阻元件)之上形成屏蔽件且形成互连。贵金属结构也可以有利地被图案化以形成接合焊盘。如下文进一步描述的，该贵金属层可具有可随时间改变的压缩应力。热退火可以被执行以将压缩应力降低至低值，例如降至最小值。
替代地，图案化37贵金属层可以包括应用电镀工艺41，例如使得接触层不被暴露。例如，贵金属(例如铂或钯)可以通过电沉积(例如在例如35℃下的铂或钯的电镀浴中)被沉积到接触层上(例如被沉积到接触层的tin扩散阻挡件上)。例如，电镀可以允许贵金属层和下层的钝化层之间的良好接合，而其他镀方法(例如无电镀)可能不利地提供贵金属层与下层的钝化层的不良接合。
该方法还可以包括施加热处理以使在贵金属层中的应力最小化的步骤。优点是，这样的热处理可以使贵金属层稳定，并且可以减少(例如最小化)蠕变。
例如，在贵金属层的金属溅射期间，被溅射的原子的动能可以如此高以使得到达晶片表面的原子渗透在该层中并接着在侧向上推动周围的原子。作为结果，被溅射的金属层可以呈现压缩应力。通过在给原子足够的热能以重新安置的温度下加热晶片，可以释放这种应力。这可以通过在200℃至600℃范围内的温度下应用烘烤或快速热退火来实现。
热预算可以被优化以防止当层被暴露于高温达长时间时层从压缩转变成高度拉伸。通过对层施加热能，可以消除在溅射期间原子渗透所产生的压缩应力。然而，施加过多的热能也可能使晶粒生长，这使层收缩，并因此可以导致高的拉伸应力。热预算的这种优化在本领域中是已知的，并且完全处于本领域技术人员的能力内，通过直接优化而不用实施创造性的努力来确定。