專利名稱：壓敏傳感器的制備方法及在硅片上形成空腔結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓敏傳感器的制備方法，特別涉及一種MEMS壓敏傳感器的制備方法。本發(fā)明還涉及一種在硅片上形成密閉空腔的方法。
背景技術(shù)：
壓力傳感器是將壓力轉(zhuǎn)換為電信號的一種器件。通常，壓力傳感器本身是嵌有電阻的的微機(jī)械薄膜，壓阻用來檢測壓力。硅薄膜有良好的機(jī)械性，微機(jī)械加工技術(shù)(MEMQ將硅薄膜和壓阻應(yīng)力計或應(yīng)變計集成在一起。壓阻應(yīng)力計或應(yīng)變計被簡單地注入或擴(kuò)散在薄膜上表面。將這些壓阻放置在薄膜上合適的位置，并且用惠斯通電橋連接在一起，這樣，這些壓阻就能輸出足夠強(qiáng)的電信號。另外，薄膜也可以作為電容器的一個電極。薄膜的應(yīng)力和撓度都取決于施加于其上的差壓，也就是薄膜上表面的壓力和薄膜下表面的壓力。如果薄膜的下表面是某個真空腔的一部分，那么這就是絕對壓力傳感器。體微機(jī)械加工(bulk micromachining)和表面微機(jī)械加工 (surfacemicromachining)是制造薄膜的兩種主要方法。在體微機(jī)械加工方法中，選擇性的去除硅片上的體硅材料，直至留下一層單晶硅薄膜，主要使用腐蝕自停止技術(shù)來控制薄膜厚度。表面微機(jī)械是先將薄膜淀積在犧牲層上，然后再選擇性濕法刻蝕犧牲層，最后形成薄膜。體微機(jī)械加工方法通過應(yīng)用電化學(xué)腐蝕自停止技術(shù)，從硅片背面形成壓力口，使用外延層形成微機(jī)械結(jié)構(gòu)。因體微機(jī)械加工使用電化學(xué)腐蝕方法，對薄膜厚度控制較差，而其與CMOS工藝兼容性比較差。而表面微機(jī)械加工技術(shù)，通過犧牲層的淀積可以精確控制薄膜厚度，使用正面加工可以滿足制造空腔和釋放微機(jī)械結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)硅表面加工CMOS工藝兼容性很好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種壓敏傳感器的制備方法，其為采用基于硅片的表面微機(jī)械加工技術(shù)來制備。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的壓敏傳感器的制備方法，包括如下步驟1)刻蝕硅片形成空腔；2)在所述硅片表面淀積形成犧牲層，所述犧牲層填充所述空腔；3)平坦化處理所述犧牲層表面，且平坦化后所述硅片表面上的犧牲層為一預(yù)定厚度；4)采用雙大馬士革工藝在所述犧牲層中制備出支撐柱通孔和傳感薄膜填充槽，所述支撐柱通孔為兩個以上設(shè)置在空腔四圍犧牲層內(nèi)的通孔；5)在所述犧牲層上淀積壓敏傳感薄膜，以填充所述支撐柱通孔和所述傳感薄膜填充槽；
6)采用CMP工藝研磨所述壓敏傳感薄膜至所述犧牲層；7)濕法腐蝕去除所述犧牲層；8)在所述硅片表面淀積保護(hù)層，以密封所述空腔。本發(fā)明還提供了一種在硅片中形成密閉空腔的方法，包括如下步驟1)刻蝕硅片形成空腔；2)在硅片表面形成犧牲層，犧牲層填充空腔；3)平坦化處理所述犧牲層表面，且平坦化后硅片表面上的犧牲層為一預(yù)定厚度；4)采用雙大馬士革工藝在犧牲層上制備出支撐柱通孔和上層薄膜填充槽，所述支撐柱通孔為兩個以上設(shè)置在空腔四圍犧牲層內(nèi)的通孔；5)在犧牲層上淀積上層薄膜，以填充支撐柱通孔和上層薄膜填充槽；6)采用CMP工藝研磨上層薄膜至所述犧牲層；7)濕法腐蝕去除犧牲層；8)在硅片表面淀積保護(hù)層，把空腔密封。本發(fā)明的微機(jī)電系統(tǒng)中壓敏傳感器制備方法，在硅片的表面刻蝕出一個空腔 (cavity)作為傳感薄膜的伸縮空間；在空腔形成之后向空腔填充犧牲層，其中的犧牲層淀積工藝會保持因空腔刻蝕形成的圖形間的高低差( 印-height)；采用雙大馬士革工藝制備支撐柱通孔和傳感薄膜填充槽；接著在硅片上淀積壓敏傳感薄膜，而后進(jìn)行CMP工藝研磨至犧牲層，再通過濕法刻蝕的方法把所有犧牲層刻蝕干凈，最后淀積一層保護(hù)層把壓敏傳感器件密封。相比于體微機(jī)械加工方法，本方明的方法與傳統(tǒng)硅表面加工CMOS工藝兼容性較好。同時本發(fā)明中采用雙大馬士革工藝來制備支撐柱通孔和傳感薄膜填充槽，特別適用于不能用刻蝕工藝進(jìn)行傳感薄膜圖案化的工藝流程中。


下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖1為本發(fā)明的制作方法流程示意圖；圖2為實施本發(fā)明的方法中淀積犧牲層后的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實施本發(fā)明的方法中CMP平坦化犧牲層后的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為實施本發(fā)明的方法中形成支撐柱通孔和壓敏傳感薄膜填充槽后的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為實施本發(fā)明的方法中淀積壓敏傳感薄膜后的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為實施本發(fā)明的方法中CMP研磨壓敏傳感薄膜后的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為實施本發(fā)明的方法中去除犧牲層后的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為實施本發(fā)明的方法中淀積保護(hù)層后的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明的一實施例中支撐柱通孔的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的MEMS壓敏傳感器的制備方法(見圖1)，一具體實施步驟為1)先在硅片10表面刻蝕一空腔。通常該空腔可為具有一定深度的正方形或長方形?？涨坏奈恢每赏ㄟ^常規(guī)的光刻工藝先定義出來，而后進(jìn)行刻蝕，刻蝕可采用常規(guī)的工藝。2)而后在硅片上淀積犧牲層13 (見圖幻，該犧牲層材料完全填充上述空腔。犧牲層材料可為純的二氧化硅，也可為摻硼二氧化硅、摻磷二氧化硅和摻氟二氧化硅中的任一種。犧牲層的淀積可通過PECVD (等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法)、APCVD (常壓化學(xué)氣相淀積法)或LPCVD (低壓化學(xué)氣相淀積法)工藝進(jìn)行。犧牲層的厚度(在硅片表面上的厚度) 可為100-50000埃之間。3)之后對所淀積的犧牲層進(jìn)行平坦化處理(見圖3)，主要采用CMP研磨工藝。平坦化后要求位于硅片表面之上的犧牲層保持一預(yù)定的厚度，該預(yù)定厚度可由具體工藝來選擇，如一具體實例中該厚度可為100-30000埃。4)采用雙大馬士革工藝在犧牲層中制備出支撐柱通孔12和傳感薄膜填充槽 141 (見圖4)。雙大馬士革工藝為現(xiàn)有成熟的工藝，主要用于不能刻蝕的材料的圖形化。在具體實施中，雙大馬士革工藝可分先通孔工藝和后通孔工藝。一個先通孔工藝的具體流程為先用光刻工藝定義出通孔的位置；而后刻蝕犧牲層至硅片表面下一預(yù)定深度，形成通孔；淀積抗反射材料以填充通孔；而后采用光刻工藝定義出傳感薄膜填充槽；而后刻蝕犧牲層形成傳感薄膜填充槽；最后去除剩余的抗反射材料，形成支撐柱通孔和傳感薄膜填充槽。一個后通孔工藝的具體流程為先在犧牲層上淀積阻擋層(可為氮化硅)；光刻定義出支撐柱通孔的位置，之后刻蝕阻擋層至犧牲層，形成阻擋層開口 ；在阻擋層上淀積第二層犧牲層；采用光刻工藝定義出傳感薄膜填充槽的位置，而后刻蝕第二層犧牲層，形成傳感薄膜填充槽；在阻擋層的保護(hù)下，刻蝕犧牲層，形成支撐柱通孔。其中支撐柱通孔的刻蝕應(yīng)停止在硅片表面下一定厚度(可為50至20000埃)。支撐柱通孔12為多個設(shè)置在空腔11 四周的犧牲層內(nèi)的通孔，如圖9所示，其主要用途為犧牲層去除后支撐空腔上的壓敏傳感薄膜。該支撐柱通孔的個數(shù)和該支撐柱通孔刻蝕至硅片的深度應(yīng)設(shè)計為能保證在犧牲層去除過程以及犧牲層去除后能支撐住上面的壓敏傳感薄膜。5)在犧牲層13上淀積壓敏傳感薄膜14，以填充上述的支撐柱通孔12和傳感薄膜填充槽141 (見圖幻。在一具體實施例中壓敏傳感薄膜為多晶硅膜，可為純多晶硅薄膜、摻磷多晶硅、摻硼多晶硅或摻氟多晶硅。壓敏傳感薄膜的厚度可為100-50000埃之間，具體數(shù)值可由工藝設(shè)計決定。壓敏傳感薄膜最好選用與犧牲層材料具有濕法刻蝕高選擇比的材料，以保證在犧牲層去除過程中不受影響。6)采用CMP工藝研磨壓敏傳感薄膜14至犧牲層(見圖6)，即將犧牲層上的壓敏傳感薄膜去除，形成壓敏傳感薄膜圖形。7)濕法腐蝕去除犧牲層13，形成由空腔11、支撐柱15和壓敏傳感薄膜14構(gòu)成的壓敏傳感器件(見圖7)。如為后通孔工藝中，同時去除阻擋層。8)最后在硅片表面淀積保護(hù)層，以密封上述壓敏傳感器件。保護(hù)層材料可為氮化硅，氧化硅或氮氧化硅等。本發(fā)明的制作方法，適用于所有基于硅襯底的微機(jī)電系統(tǒng)中與壓敏傳感器具有類似結(jié)構(gòu)的器件，特別是在硅片上制備密閉空腔的結(jié)構(gòu)(包括空腔，支撐柱通孔和傳感薄膜)，在硅片中形成具有一真空度的腔。本發(fā)明的在硅片中形成密閉空腔的方法，包括如下步驟
1)刻蝕硅片形成空腔；2)在硅片表面形成犧牲層，犧牲層填充空腔；3)平坦化處理犧牲層表面，且平坦化后硅片表面上的犧牲層為一預(yù)定厚度；4)采用雙大馬士革工藝在犧牲層上制造支撐柱通孔和上層薄膜填充槽，支撐柱通孔為兩個以上設(shè)置在空腔四圍犧牲層內(nèi)的通孔；5)在犧牲層上淀積上層薄膜，以填充支撐柱通孔和上層薄膜填充槽；6)采用CMP工藝研磨上層薄膜至犧牲層；7)濕法腐蝕去除犧牲層；8)在硅片表面淀積保護(hù)層，使硅片中的空腔密閉。
權(quán)利要求
1.一種壓敏傳感器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟1)刻蝕硅片形成空腔；2)在所述硅片表面淀積形成犧牲層，所述犧牲層填充所述空腔；3)平坦化處理所述犧牲層表面，且平坦化后所述硅片表面上的犧牲層為一預(yù)定厚度；4)采用雙大馬士革工藝在所述犧牲層中制備出支撐柱通孔和傳感薄膜填充槽，所述支撐柱通孔為兩個以上設(shè)置在空腔四圍犧牲層內(nèi)的通孔；5)在所述犧牲層上淀積壓敏傳感薄膜，填充所述支撐柱通孔和所述傳感薄膜填充槽；6)采用CMP工藝研磨所述壓敏傳感薄膜至所述犧牲層；7)濕法腐蝕去除所述犧牲層；8)在所述硅片表面淀積保護(hù)層，以密封所述空腔。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述步驟四中的雙大馬士革工藝采用先通孔工藝，即先制備支撐柱通孔，后制備傳感薄膜填充槽，所制備的支撐柱通孔深入硅片表面以下50至20000埃。
3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述步驟四中的雙大馬士革工藝采用后通孔工藝，即先制備傳感薄膜填充槽，后制備支撐柱通孔，所制備的支撐柱通孔深入硅片表面以下50至20000埃。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的制備方法，其特征在于所述犧牲層的材料為純二氧化硅、摻硼二氧化硅、摻磷二氧化硅或摻氟二氧化硅；所述犧牲層的淀積工藝為 PECVD、APCVD 或 LPCVD。
5.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的制備方法，其特征在于所述步驟三平坦化處理后，所述犧牲層的厚度為100 30000埃。
6.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的制備方法，其特征在于所述壓敏傳感薄膜為純多晶硅薄膜、摻磷多晶硅薄膜、摻硼多晶硅薄膜或摻氟多晶硅薄膜。
7.—種在硅片中形成空腔結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包括如下步驟1)刻蝕硅片形成空腔；2)在所述硅片表面形成犧牲層，所述犧牲層填充所述空腔；3)平坦化處理所述犧牲層表面，且平坦化后所述硅片表面上的犧牲層為一預(yù)定厚度；4)采用雙大馬士革工藝在所述犧牲層中制造支撐柱通孔和上層薄膜填充槽，所述支撐柱通孔為兩個以上設(shè)置在空腔四圍犧牲層內(nèi)的通孔；5)在所述犧牲層上淀積上層薄膜，以填充所述支撐柱通孔和所述上層薄膜填充槽；6)采用CMP工藝研磨所述上層薄膜至所述犧牲層；7)濕法腐蝕去除所述犧牲層；8)在所述硅片表面淀積保護(hù)層，把所述空腔密封。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種壓敏傳感器的制作方法，包括如下步驟1)刻蝕硅片形成空腔；2)在所述硅片表面形成犧牲層；3)平坦化處理所述犧牲層表面；4)采用雙大馬士革工藝，在所述犧牲層上形成支撐柱通孔和傳感薄膜填充槽；5)在所述犧牲層上淀積壓敏傳感薄膜；6)CMP研磨所述壓敏傳感薄膜至犧牲層；7)濕法腐蝕去除所述犧牲層；8)在所述硅片表面淀積保護(hù)層，以密封空腔。本發(fā)明的制作方法與傳統(tǒng)硅表面加工CMOS工藝的兼容性較好。本發(fā)明還公開了一種硅片中形成密閉空腔的方法。
文檔編號B81C1/00GK102259822SQ20101018654
公開日2011年11月30日 申請日期2010年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月27日
發(fā)明者方精訓(xùn), 程曉華, 鄧鐳 申請人:上海華虹Nec電子有限公司