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；對鍺硅層進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]微機電系統(tǒng)(Microelectro Mechanical Systems,簡稱MEMS)是在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域，是一種采用半導(dǎo)體工藝制造微型機電器件的技術(shù)。與傳統(tǒng)機電器件相比，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。經(jīng)過幾十年的發(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轉(zhuǎn)換為電信號的換能器。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壓力改變頂部電極和底部電極之間的電容，以此來測量壓力。
[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,通過測量電容值的變化可以測得壓力。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)中在形成壓力感應(yīng)層時，如圖1a所示，往往應(yīng)力過大使得形成的空腔發(fā)生形變，電容的兩個極板不平行，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]對鍺硅層進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:[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，會使得CMOS電路失效，因此本發(fā)明中進一步的利用了優(yōu)選的在低溫下進行激光脈沖照射，這樣既使得應(yīng)力問題得到解決，同時也使得CMOS器件的有效性可以得到保證。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本發(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)明一實施例的壓力傳感器的制造方法示意圖。
【具體實施方式】
[0024]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實現(xiàn)方式做詳細(xì)的說明。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行詳細(xì)的說明，但本發(fā)明并不一定局限于實施例中的結(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)進行替換的部分，都屬于本發(fā)明公開和要求保護的范圍。
[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]對鍺硅層進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有多晶硅、鍺或者鍺硅材料，也可以外延生長有氧化硅等材料。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。在本實施例中形成犧牲層13的方法為:等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝沉積非晶碳。所述等離子增強化學(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鍺硅層照射使其呈熔融態(tài)。激光的波長是290nm-320nm，例如300nm，脈沖持續(xù)時間是100ns-200ns，例如 130ns，其能量范圍是 0.56J / Cm2—0.64J / Cm2。
[0037]在另一個實施例中采用低能量的激光來做多次照射，激光的波長是290nm-320nm，脈沖持續(xù)時間是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)體基底溫度會達到300°C，因此不會損傷。經(jīng)過進一步研究發(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，通過這新的SiGe層來平衡整個SiGe薄膜的應(yīng)力，可以使整個SiGe薄膜的應(yīng)力調(diào)整到OMPa，而其本身的物理特性不會被改變，其電阻值只會有很微小的變化(幾個歐姆)；這一熔融層的厚度可以通過調(diào)整激光的脈沖能量來調(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，從而不會引起失效。
[0039]在上述實施例中個的本發(fā)明的優(yōu)選方案，是發(fā)明人經(jīng)過長期的實驗研究后獲得的，因為鍺硅層的鍺硅含量的不同所需的照射的時間和能量就不同，所達到的應(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)明的另一個實施例中，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LPCVD或者PECVD，由于采用LPCVD可以和后面的制程兼容，簡化工藝，因此在本實施例中優(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，因此如果過厚會影響壓力感應(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，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，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，用來調(diào)整后面SiGe薄膜的晶體生長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，解決了穩(wěn)定性差的問題。并且由于非晶硅層和鍺硅層的應(yīng)力方向相反，因此進一步減小了鍺硅層帶來的應(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，形成微小開口，這些開口暴露犧牲層。該步驟在本 申請人:的申請?zhí)?201010193493.7的專利里進行過公開，因此不再贅述。然后利用開口去除犧牲層，在本實施例中，去除材料為氧氣，采用加熱溫度為350°C -450°C，在此溫度下，致密活性炭并不會發(fā)生劇烈燃燒，而可以被氧化成二氧化碳?xì)怏w，并通過通孔排出，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。然后對氮化硅層進行刻蝕，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，從而可以通過對電容值的變化可以測得壓力。
[0045]本發(fā)明利用了激光脈沖照射對壓力感應(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)明的較佳實施例而已，并非對本發(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)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。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)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、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； 對鍺硅層進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鍺硅層進行照射，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，所述激光的波長是290nm-320nm，脈沖持續(xù)時間是 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行，290nm-320nm，脈沖持續(xù)時間是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LPCVD，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】G01L1/14GK103940535SQ201410111379
【公開日】2014年7月23日 申請日期: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 申請人:上海麗恒光微電子科技有限公司