Mems器件及其形成方法_4

文档序号:9228722阅读:来源:国知局
br>[0106]所述第三牺牲层119填充第三开口 118,所述第三牺牲层119与底部的第二牺牲层115接触,所述第三牺牲层119的表面高于下电极金属层117的表面,所述第三牺牲层119的后续为19000?21000埃,后续去除第三牺牲层119可以形成压力传感器的第二空腔。
[0107]所述第三牺牲层119的材料与第二牺牲层115的材料相同,以简化后续的牺牲层的去除工艺。
[0108]本实施例中,所述第三牺牲层119的材料为无定形碳,第三牺牲层119为无定形碳时,后续可以通过低温炉管氧化工艺(干法工艺)去除所述第三牺牲层119,防止高温工艺对集成电路的影响。另外,由于MEMS器件的形成过程中会形成很多空腔,采用低温炉管氧化工艺去除第三牺牲层119,也可以防止采用湿法刻蚀去除第三牺牲层119时,刻蚀溶液不易从空腔内排出而残留在空腔内对MEMS器件造成腐蚀。
[0109]所述第三牺牲层119的形成过程为:形成覆盖下电极金属层117和第三子介质层116的第三牺牲材料层,第三牺牲材料层填充满第三开口 ;采用化学机械研磨工艺平坦化所述第三牺牲材料层;刻蚀去除下电极金属层117区域之外的部分第三牺牲材料层,在下电极金属层117上形成第三牺牲层。
[0110]参考图16,在所述第三牺牲层119的侧壁和顶部表面上形成第三电极材料层120,所述第三电极材料层120作为压力传感器的敏感膜。
[0111]本实施例中,所述第三电极材料层120的材料为硅锗,可以采用低温低压的炉管工艺形成所述第三电极材料层120,在形成的过程中防止高温工艺对底部的集成电路造成损害,并且形成的第三电极材料层120的应力较小,防止第三电极材料层120形成的压力传感器的敏感膜由于应力过大而产生变形,从而影响压力传感器的检测精度,另外硅锗材料制成的敏感膜在检测过程中受作用力产生偏移后,在作用力消除时具有良好的原位复位性倉泛。
[0112]所述第三电极材料层120的厚度为3500?4500埃,第三电极材料层120的应力为-20Mpa?20Mpa,低温低压的炉管工艺形成所述第三电极材料层120时采用的硅源气体为GeH4或Si2H6,锗源气体为GeH2,腔室温度为420?450摄氏度,腔室压力为200?600毫托。
[0113]为了提高第三电极材料层120的导电性能,所述硅锗中掺杂有杂质离子,所述杂质离子为P型杂质离子和N型杂质离子。具体的所述P型杂质离子为硼离子、镓离子或铟离子中的一种或几种,所述N型杂质离子为磷离子、砷离子、锑离子中的一种或几种。在进行低温低压的炉管工艺时,通过含有相应的杂质元素的杂质源气体。
[0114]本实施例,在硅锗中掺杂硼离子,在进行低温低压的炉管工艺时,通入B2H6或BF3作为杂质源气体。
[0115]参考图17,刻蚀所述第三电极材料层120,在所述第三电极材料层120中形成若干第四开口,所述第四开口暴露出第三牺牲层119。
[0116]在刻蚀所述第三电极材料层120之前,在所述第三电极材料层120上形成图形化的掩膜层,然后以所述图形化的掩膜层为掩膜刻蚀所述第三电极材料层,在第三电极材料层120中形成若干第四开口。
[0117]所述第四开口作为后续去除第三牺牲层119、第二牺牲层115和第一牺牲层107时的通道。
[0118]所述第四开口的尺寸较小,所述第四开口的尺寸可以为0.5?0.6微米,后续在形成第三介质层时,可以很容易的封闭第四开口,并且在去除第一牺牲层、第二牺牲层和第三牺牲层时,不会影响氧气的从第四开口的通入效果。
[0119]参考图18,沿第四开口去除所述第三牺牲层119 (参考图17),形成第二空腔121,去除所述第二牺牲层115 (参考图17)和第一牺牲层107 (参考图17),形成第一空腔122,释放出悬臂113。
[0120]去除所述第一牺牲层107、第二牺牲层115和第三牺牲层119的工艺为低温炉管氧化工艺。所述低温炉管氧化工艺采用的气体为氧气,温度为180?250摄氏度,防止高温工艺对集成电路的影响,并且去除所述第一牺牲层107、第二牺牲层115和第三牺牲层119时,第一牺牲层107、第二牺牲层115和第三牺牲层119材料在氧气的作用下氧化成气体形态的副产物,比如一氧化碳或二氧化碳气体,有利于副产物从第一空腔122和第二空腔121中排出。另外采用低温炉管氧化工艺去除所述第一牺牲层、第二牺牲层和第三牺牲层,相比于湿法刻蚀工艺,防止了刻蚀溶液在第一空腔122和第二空腔121内的残留。
[0121]在去除第三牺牲层后,形成第二空腔121,使得第三电极材料层(敏感膜)120悬空,压力传感器在进行压力的检测过程中,第三电极材料层(敏感膜)120在受到外界的压力时,第三电极材料层(敏感膜)120会产生偏移,第三电极材料层(敏感膜)120与下电极金属层(下电极)117的距离发生变化,通过测量第三电极材料层(敏感膜)120与下电极金属层(下电极)117之间电容的的变化可以获得外界压力的大小。
[0122]在去除第二牺牲层和第一牺牲层后,形成第一空腔122,使得悬臂133悬空,加速度传感器在进行加速度的检测过程中,悬臂113在惯性力的作用下会产生偏移,悬臂113与固定电极112之间的距离会产生变化,通过检测悬臂113与固定电极112之间电容的变化可以获得加速度的大小。
[0123]参考图19,形成覆盖所述第三电极材料层120和第三子介质层116的第三介质层122,所述第三介质层122密封第三电极材料层120中的第四开口。
[0124]所述第三介质层122的材料为氧化硅,第三介质层122的厚度为19000?21000埃。形成所述第三电极材料层122的工艺为等离子增强型化学气相沉积(PECVD),等离子增强型化学气相沉积采用TEOS (正硅酸乙酯)源,该方法形成的第三介质层122具有较小的应力,并能很方便的封闭第四开口。
[0125]参考图20,在所述第三介质层122上形成钝化层123。
[0126]所述钝化层123用于保护下方的压力传感器,所述钝化层123的材料可以为氮化硅等。
[0127]在形成钝化层123之前,还包括:刻蚀所述第三金属连接端103上方的第三介质层122和第二介质层(包括部分硅锗材料),在第三介质层和第二介质层中形成第一通孔,所述第一通孔暴露出第三金属连接端103的表面;在第一通孔中填充金属材料,形成第二金属插塞124。
[0128]在形成钝化层123之前,还可以包括:刻蚀所述第三介质层122,形成暴露第三电极材料层120的边缘区域表面的第二通孔;在第二通孔中填充金属材料,形成第三金属插塞。
[0129]在形成钝化层123之前,还可以包括:刻蚀所述第三介质层122,形成暴露下电极金属层117的边缘区域表面的第三通孔;在第三通孔中填充金属材料,形成第四金属插塞。
[0130]在形成钝化层123之后,还包括在钝化层123中形成第一外接焊盘125、第二外接焊盘和第三外接焊盘,所述第一外接焊盘125与第二金属插塞124电连接,第二外接焊盘与第三金属插塞电连接,第三外接焊盘与第四金属插塞电连接。
[0131]第一外接焊盘125、第二外接焊盘和第三外接焊盘作为MEMS器件与外部电路电连接时的连接端。
[0132]本发明实施例还提供了一种MEMS器件,请参考图20,包括:
[0133]衬底100,所述衬底100中形成有集成电路;
[0134]位于衬底100上的第一介质层101,所述第一介质层101中形成有若干第一金属连接端102和第二金属连接端(图中未示出),第一金属连接端102和第二金属连接端与集成电路电相连;
[0135]位于第一介质层101上的第二介质层,所述第二介质层中形成有加速度传感器,所述加速度传感器与第一金属连接端102电连接;
[0136]位于第二介质层中若干第一金属插塞(图中未不出),第一金属插塞与第二金属连接端电连接;
[0137]位于第二介质层上的压力传感器,所述压力传感器与第一金属插塞电连接。
[0138]具体的,所述衬底100为半导体衬底,所述衬底中形成有若干半导体器件(图中未示出),比如:晶体管、电阻、电容、电感等,所述衬底100上形成有第一介质层101,第一介质层101中形成有互连结构(图中未示出),所述互连结构与半导体器件相连,所述半导体器件和互连结构构成集成电路。所述集成电路用于后续加速度传感器检测的电信号进行处理,以及压力传感器检测的电信号进行处理。
[0139]所述第二介质层包括第一子介质层106、位于第一子介质层上的第二子介质层108、位于第二子介质层108的第三子介质层116。
[0140]所述加速度传感器包括若干固定电极112,相邻固定电极112之间具有第一空腔122,第一空腔122内具有悬臂113,所述固定电极112与第一金属连接端102电连接,第一电极材料层104作为固定电极112的一部分,所述固定电极112和悬臂113位于第一子介质层上的第二子介质层108中,第三子介质层116覆盖所述第二子介质层108和固定电极112与悬臂113的顶部表面。
[0141]悬臂113和固定电极112上的第三子介质层116具有若干第一子开口,第三子开口的位置与第一空腔122的位置对应。
[0142]位于部分第一介质层106上用于支撑所述悬臂113的支撑结构(图中未示出)。
[0143]本实施例中,部分悬臂113沿第一方向(图20中y轴方向)平行排布,并且位于沿第一方向排布的固定电极112之间,第一方向排布的悬臂113和第一方向排布的固定电极112构成用于检测第一方向加速度的加速度传感器;部分悬臂(图中未示出)沿第二方向平行排布,第二方向与第一方向垂直,本实施例所述第二方向为X轴方向,第二方向排布的悬臂位于第二方向排布的固定电极之间,第二方向排布的悬臂与第二方向排布的固定电极构成用于检测第二方向加速度的加速度传感器。
[0144]所述悬臂113和固定电极112的材料为掺杂的硅锗,硅锗掺杂的杂质离子为P型杂质离子和N型杂质离子。具体的所述P型杂质离子为硼离子、镓离子或铟离子中的一种或几种,所述N型杂质离子为磷离子、砷离子、锑离子中的一种或几种。本实施例中,所述硅锗中掺杂的杂质离子为硼
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