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壓力傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種壓力傳感器的制造方法，其包括步驟：提供半導(dǎo)體基板，其中內(nèi)嵌有層疊排列的CMOS電路、互連電路以及底部電極板，半導(dǎo)體基板暴露所述底部電極板外圍的互連電路；在所述半導(dǎo)體基板上底部電極板的對(duì)應(yīng)位置形成犧牲層；在所述犧牲層及所述半導(dǎo)體基板上形成壓力感應(yīng)層；去除所述犧牲層，所述壓力感應(yīng)層和半導(dǎo)體基底圍成一個(gè)空腔；在所述壓力感應(yīng)層上形成壓力傳導(dǎo)層，其位于空腔的上方；其中，所述壓力感應(yīng)層的形成步驟包括：在犧牲層上形成鍺硅層；對(duì)鍺硅層進(jìn)行激光脈沖照射使其呈熔融態(tài)。相比于現(xiàn)有技術(shù)：壓力感應(yīng)層該方法可以減小其中的應(yīng)力，從而應(yīng)力大大降低，提高了器件的性能。
【專利說(shuō)明】壓力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種壓力傳感器的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微機(jī)電系統(tǒng)(Microelectro Mechanical Systems,簡(jiǎn)稱MEMS)是在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域，是一種采用半導(dǎo)體工藝制造微型機(jī)電器件的技術(shù)。與傳統(tǒng)機(jī)電器件相比，MEMS器件在耐高溫、小體積、低功耗方面具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已成為世界矚目的重大科技領(lǐng)域之一，它涉及電子、機(jī)械、材料、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多種學(xué)科與技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]壓力傳感器是一種將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的換能器。根據(jù)工作原理的不同分為壓阻式壓力傳感器和電容式壓力傳感器。電容式壓力傳感器的原理為通過(guò)壓力改變頂部電極和底部電極之間的電容，以此來(lái)測(cè)量壓力。
[0004]現(xiàn)有的壓力傳感器結(jié)構(gòu)如圖1所示:包括:半導(dǎo)體基底10，在半導(dǎo)體基底10上具有底部電極20，和互連層30，在半導(dǎo)體基底上具有壓力感應(yīng)層40，壓力感應(yīng)層40為導(dǎo)電材料，其與互連層30導(dǎo)電互連，壓力感應(yīng)層40a還與半導(dǎo)體基底10圍成一個(gè)空腔50，使得底部電極20和位于底部電極20上方的壓力感應(yīng)層40a構(gòu)成一對(duì)電容，當(dāng)壓力作用在壓力感應(yīng)層40a上，則壓力感應(yīng)層40a像底部電極20靠近，從而電容的電容值發(fā)生變化,通過(guò)測(cè)量電容值的變化可以測(cè)得壓力。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)中在形成壓力感應(yīng)層時(shí)，如圖1a所示，往往應(yīng)力過(guò)大使得形成的空腔發(fā)生形變，電容的兩個(gè)極板不平行，甚至晶圓發(fā)成形變彎曲，從而嚴(yán)重影響形成的壓力傳感器的性能和成品率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題提供一種壓力傳感器的制造方法，大大提高壓力傳感器的成品率和性能。
[0007]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種壓力傳感器的制造方法，包括步驟:
[0008]提供半導(dǎo)體基板，其中內(nèi)嵌有層疊排列的CMOS電路、互連電路以及底部電極板，半導(dǎo)體基板暴露所述底部電極板外圍的互連電路；
[0009]在所述半導(dǎo)體基板上底部電極板的對(duì)應(yīng)位置形成犧牲層；
[0010]在所述犧牲層及所述半導(dǎo)體基板上形成壓力感應(yīng)層；
[0011]去除所述犧牲層，所述壓力感應(yīng)層和半導(dǎo)體基底圍成一個(gè)空腔；
[0012]在所述壓力感應(yīng)層上形成壓力傳導(dǎo)層，其位于空腔的上方；
[0013]其中，所述壓力感應(yīng)層的形成步驟包括:
[0014]在犧牲層上形成鍺硅層；
[0015]對(duì)鍺硅層進(jìn)行激光脈沖照射使其呈熔融態(tài)。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明主要具有以下優(yōu)點(diǎn):[0017]本發(fā)明的壓力傳感器制造方法相比于現(xiàn)有技術(shù):壓力感應(yīng)層利用激光脈沖照射的方法使鍺硅呈熔融態(tài)，從而可以減小其中的應(yīng)力，提高了器件的性能。
[0018]并且本發(fā)明中由于在半導(dǎo)體基板中內(nèi)嵌有CMOS電路，因此如果高溫例如大于550°C，會(huì)使得CMOS電路失效，因此本發(fā)明中進(jìn)一步的利用了優(yōu)選的在低溫下進(jìn)行激光脈沖照射，這樣既使得應(yīng)力問(wèn)題得到解決，同時(shí)也使得CMOS器件的有效性可以得到保證。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]通過(guò)附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說(shuō)明，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。
[0020]圖1是現(xiàn)有的一種壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖1a是現(xiàn)有的一種壓力傳感器發(fā)生翹曲的示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的壓力傳感器的制造方法流程圖；
[0023]圖3-圖7是本發(fā)明一實(shí)施例的壓力傳感器的制造方法示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)方式做詳細(xì)的說(shuō)明。為了便于理解本發(fā)明以一具體的電容式壓力傳感器為例進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，但本發(fā)明并不一定局限于實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行替換的部分，都屬于本發(fā)明公開(kāi)和要求保護(hù)的范圍。
[0025]如圖2所示，本發(fā)明的傳感器的制造方法包括下面步驟:
[0026]SlO:提供半導(dǎo)體基板，其中內(nèi)嵌有層疊排列的CMOS電路、互連電路以及底部電極板，半導(dǎo)體基板暴露所述底部電極板外圍的互連電路；
[0027]S20:在所述半導(dǎo)體基板上底部電極板的對(duì)應(yīng)位置形成犧牲層；
[0028]S30:在所述犧牲層及所述半導(dǎo)體基板上形成壓力感應(yīng)層；
[0029]S40:去除所述犧牲層，所述壓力感應(yīng)層和半導(dǎo)體基底圍成一個(gè)空腔；
[0030]S50:在所述壓力感應(yīng)層上形成壓力傳導(dǎo)層，其位于空腔的上方；
[0031]其中，所述壓力感應(yīng)層的形成步驟包括在犧牲層上形成鍺硅層；
[0032]對(duì)鍺硅層進(jìn)行激光脈沖照射使其呈熔融態(tài)。
[0033]在本發(fā)明的一具體實(shí)施例中，參考圖3，結(jié)合步驟S10，首先提供半導(dǎo)體基板110，其可以包括單晶的硅基底、鍺硅，鍺基底，并且在基底上外延生長(zhǎng)有多晶硅、鍺或者鍺硅材料，也可以外延生長(zhǎng)有氧化硅等材料。在半導(dǎo)體基板110內(nèi)形成有嵌在其內(nèi)層疊排列的CMOS電路112、互連電路114以及底部電極板116，CMOS電路112位于最底層，互連電路114位于CMOS電路112上層，在互連電路114上層為底部電極板116，底部電極板116即為壓力傳感器的下極板。
[0034]接著，參考圖4，結(jié)合步驟S20，在所述半導(dǎo)體基板110上底部電極板116的對(duì)應(yīng)位置形成犧牲層130，犧牲層130的材料可以為非晶碳，但不限于非晶碳，也可以為本領(lǐng)域人員熟知的其它材料，例如二氧化硅、非晶硅、非晶鍺、光阻材料、PI等。在本實(shí)施例中形成犧牲層13的方法為:等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝沉積非晶碳。所述等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝的參數(shù)為:溫度范圍為250°C?500°C，氣壓范圍為Itorr?20tort，RF功率范圍為800W?2000W，反應(yīng)氣體包括:C3H6和HE，反應(yīng)氣體流量為IOOOsccm?5000sccm，其中C3H6:HE的體積比例范圍為2:1?10:1。非晶碳覆蓋半導(dǎo)體基底10上表面，之后利用光刻、刻蝕工藝去除部分非晶碳，剩余底部電極板116上的非晶碳，即為犧牲層 130。
[0035]接著，結(jié)合圖5，執(zhí)行步驟S30，在犧牲層130上形成壓力感應(yīng)層140。具體的，壓力感應(yīng)層的材料為鍺硅。在本實(shí)施例中，參考圖5a，先在犧牲層130上利用氣相沉積的方法形成一層鍺硅層，鍺硅層的形成方法為:等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝的參數(shù)為:溫度范圍為350°C?450°C，氣壓范圍為150mtorr-300mtorr，形成的鍺硅層的厚度為O— 3 μ m，例如
2.5 μ m0
[0036]在本實(shí)施例中，所述鍺硅具體為=SihGex通常X的值在0.5到0.8之間；例如x為0.5，鍺硅為SiGe，SihGex的厚度在O到3um之間，然后采用一次激光脈沖照射的方法對(duì)鍺硅層照射使其呈熔融態(tài)。激光的波長(zhǎng)是290nm-320nm，例如300nm，脈沖持續(xù)時(shí)間是100ns-200ns，例如 130ns，其能量范圍是 0.56J / Cm2—0.64J / Cm2。
[0037]在另一個(gè)實(shí)施例中采用低能量的激光來(lái)做多次照射，激光的波長(zhǎng)是290nm-320nm，脈沖持續(xù)時(shí)間是100ns-200ns，其能力范圍可以用0.20J / Cm2—0.40J / Cm2。
[0038]在現(xiàn)有技術(shù)中，通常僅形成一層非晶硅層或者鍺硅層作為壓力感應(yīng)層，但是這樣會(huì)存在缺陷使得制作該產(chǎn)品的晶圓在完成多晶硅層或者鍺硅層的淀積之后在應(yīng)力的作用下發(fā)生翹曲，如圖1a所示，這樣使得制作的壓力傳感器性能和靈敏度變差。由于本發(fā)明的壓力傳感器的半導(dǎo)體基板中具有CMOS器件，因此本發(fā)明中采用了激光脈沖照射的方式，使鍺硅層呈熔融態(tài)，利用激光脈沖照射的方法，鍺硅層可以達(dá)到800°C -1300°C，例如1100°C左右的溫度，但其下方的CMOS器件溫度不高于400C，或者在400°C以下，例如半導(dǎo)體基底溫度會(huì)達(dá)到300°C，因此不會(huì)損傷。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步研究發(fā)明人利用了低溫激光脈沖照射的方法，使其表面一層的SiGe達(dá)到熔融后打亂之前晶格排列，并重新組合，形成一層新的SiGe層，通過(guò)這新的SiGe層來(lái)平衡整個(gè)SiGe薄膜的應(yīng)力，可以使整個(gè)SiGe薄膜的應(yīng)力調(diào)整到OMPa，而其本身的物理特性不會(huì)被改變，其電阻值只會(huì)有很微小的變化(幾個(gè)歐姆)；這一熔融層的厚度可以通過(guò)調(diào)整激光的脈沖能量來(lái)調(diào)節(jié)，從而可以自由調(diào)節(jié)原始SiGe薄膜的整體應(yīng)力。而且，而其下方的CMOS器件溫度不高于400°C，從而不會(huì)引起失效。
[0039]在上述實(shí)施例中個(gè)的本發(fā)明的優(yōu)選方案，是發(fā)明人經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)研究后獲得的，因?yàn)殒N硅層的鍺硅含量的不同所需的照射的時(shí)間和能量就不同，所達(dá)到的應(yīng)力以及電阻也不同。本發(fā)明目的在于形成一種壓力傳感器，因此壓力傳感器中的壓力感應(yīng)層是致關(guān)重要的部件，其電阻和應(yīng)力也將影響到壓力傳感器的精確性和可靠性，本發(fā)明所采用的優(yōu)選方案形成的壓力傳感器相比于現(xiàn)有技術(shù)可靠性和精確性都非常好。
[0040]在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，形成鍺硅層的步驟之前還包括在所述犧牲層上形成底層非晶硅層。具體的，非晶硅層140b的形成方法可以為L(zhǎng)PCVD或者PECVD，由于采用LPCVD可以和后面的制程兼容，簡(jiǎn)化工藝，因此在本實(shí)施例中優(yōu)選的采用:LPCVD，參數(shù)為:反應(yīng)氣體為SiH4和H2，溫度范圍為400°C?430°C，氣壓范圍為150mtorr-300mtorr，形成的非晶硅層的厚度為:0埃-100埃，例如50埃，該非晶硅層的電阻很大，因此如果過(guò)厚會(huì)影響壓力感應(yīng)層的電學(xué)特性，因此其越薄壓力感應(yīng)層的電學(xué)特性效果越好。除此之外，也可以采用增強(qiáng)等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)，參數(shù)為:反應(yīng)氣體為3化4和!12，溫度范圍為2500C _280°C，氣壓范圍為1500mtorr-2300mtorr，形成的非晶硅層的厚度為:0埃-100埃，例如50埃，采用PECVD可以通過(guò)調(diào)整反應(yīng)氣體比例調(diào)整應(yīng)力的方向，例如H2 =SiH4為4.6或者9.3時(shí)，使得非晶硅層的應(yīng)力方向和鍺硅層相反。
[0041]由于在犧牲層上直接形成的鍺硅層比較困難，并且不穩(wěn)定，容易滑動(dòng)，因此在形成鍺硅層之前現(xiàn)在犧牲層例如非定型碳層上形成一層非晶硅層作為籽晶依附層，用來(lái)調(diào)整后面SiGe薄膜的晶體生長(zhǎng)方向和薄膜的均勻性，這樣后續(xù)的鍺硅層就可以沿著非晶硅晶格的方向向上生長(zhǎng)，解決了穩(wěn)定性差的問(wèn)題。并且由于非晶硅層和鍺硅層的應(yīng)力方向相反，因此進(jìn)一步減小了鍺硅層帶來(lái)的應(yīng)力。
[0042]接著，執(zhí)行步驟S40，參考圖6，去除犧牲層130，具體的可以刻蝕壓力感應(yīng)層140，形成微小開(kāi)口，這些開(kāi)口暴露犧牲層。該步驟在本 申請(qǐng)人:的申請(qǐng)?zhí)?201010193493.7的專利里進(jìn)行過(guò)公開(kāi)，因此不再贅述。然后利用開(kāi)口去除犧牲層，在本實(shí)施例中，去除材料為氧氣，采用加熱溫度為350°C -450°C，在此溫度下，致密活性炭并不會(huì)發(fā)生劇烈燃燒，而可以被氧化成二氧化碳?xì)怏w，并通過(guò)通孔排出，犧牲層130能夠徹底地去除，而器件的其余部分并不會(huì)受到影響。
[0043]接著，執(zhí)行步驟S50，參考圖7，在壓力感應(yīng)層140上形成壓力傳導(dǎo)層160。在本實(shí)施例中，具體的可以利用化學(xué)汽相淀積的方法在壓力感應(yīng)層140上形成一層氮化硅層，厚度為:3μπι。具體的形成氮化硅層的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，因此不再贅述。此外該壓力傳導(dǎo)層還可以為其他材料，例如氧化硅。然后對(duì)氮化硅層進(jìn)行刻蝕，使得空腔上方保留有氮化硅層，并且和其他位置的氮化硅層隔離，即為壓力傳導(dǎo)層160。
[0044]當(dāng)壓力作用在壓力傳導(dǎo)層160上，則下層的壓力感應(yīng)層140會(huì)發(fā)生形變，從而向底部電極板116靠近，壓力感應(yīng)層140和底部電極板116形成的電容的電容值發(fā)生變化，從而可以通過(guò)對(duì)電容值的變化可以測(cè)得壓力。
[0045]本發(fā)明利用了激光脈沖照射對(duì)壓力感應(yīng)層的鍺硅層照射的方法，從而大大降低了形成壓力感應(yīng)層時(shí)應(yīng)力引起的晶圓翹曲，從而優(yōu)化了壓力傳感器的結(jié)構(gòu)，使得形成的壓力傳感器精確性提高。
[0046] 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種壓力傳感器的制造方法，其特征在于，包括步驟: 提供半導(dǎo)體基板，其中內(nèi)嵌有層疊排列的CMOS電路、互連電路以及底部電極板，半導(dǎo)體基板暴露所述底部電極板外圍的互連電路； 在所述半導(dǎo)體基板上底部電極板的對(duì)應(yīng)位置形成犧牲層； 在所述犧牲層及所述半導(dǎo)體基板上形成壓力感應(yīng)層； 去除所述犧牲層，所述壓力感應(yīng)層和半導(dǎo)體基底圍成一個(gè)空腔； 在所述壓力感應(yīng)層上形成壓力傳導(dǎo)層，其位于空腔的上方； 其中，所述壓力感應(yīng)層的形成步驟包括: 在犧牲層上形成鍺硅層； 對(duì)鍺硅層進(jìn)行激光脈沖照射使其呈熔融態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的壓力傳感器的制造方法，其特征在于，所述利用激光脈沖對(duì)鍺硅層進(jìn)行照射，其中鍺硅具體為=SihGex通常X的值在0.5到0.8之間^ihGex的厚度在O到3um之間。
3.如權(quán)利要求2所述的壓力傳感器的制造方法，其特征在于，所述激光的波長(zhǎng)是290nm-320nm，脈沖持續(xù)時(shí)間是 100ns-200ns，能量范圍是 0.56J / Cm2-0.64J / Cm2.。
4.如權(quán)利要求2所述的壓力傳感器的制造方法，其特征在于，所述的激光脈沖照射分多次進(jìn)行，290nm-320nm，脈沖持續(xù)時(shí)間是100ns-200ns，能量范圍是0.20J / Cm2-0.40J /Cm2。
5.如權(quán)利要求2所述的壓力傳感器的制造方法，其特征在于，所述形成壓力感應(yīng)層還包括在形成鍺硅層之前先形成非晶硅層。
6.如權(quán)利要求1所述的壓力傳感器的制造方法，其特征在于，所述壓力感應(yīng)層的形成步驟還包括在形成鍺硅層之后繼續(xù)形成非晶硅層和鍺硅層的疊層結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求5所述的壓力傳感器的制造方法，其特征在于，所述非晶硅層的形成方法為L(zhǎng)PCVD，參數(shù)為:溫度范圍為400°C~430°C，氣壓范圍為150mtorr-300mtorr，形成的非晶硅層的厚度為:0埃-100埃。
【文檔編號(hào)】G01L1/14GK103940535SQ201410111379
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】楊天倫, 毛劍宏 申請(qǐng)人:上海麗恒光微電子科技有限公司