形成傳感器裝置的mems傳感器和方法
【專利說(shuō)明】
[0001]本申請(qǐng)要求在2012年8月20日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/691，157的優(yōu)先權(quán)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本公開涉及電容性微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)傳感器。
【背景技術(shù)】
[0003]電容性MEMS壓力傳感器要求在施加的壓力下相對(duì)于彼此移動(dòng)的兩個(gè)電極。該構(gòu)型通常通過(guò)使固定電極(下文稱作下部電極)形成在基底中、同時(shí)使可移動(dòng)電極(下文稱作上部電極)設(shè)置在暴露于待感測(cè)電壓的可變形膜中來(lái)實(shí)現(xiàn)。電極中的一個(gè)或多個(gè)通常通過(guò)沉積導(dǎo)電膜、將導(dǎo)電層電隔離或通過(guò)在兩種導(dǎo)電材料之間添加氧化層來(lái)形成。
[0004]圖1示出了如在2011年9月14日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.13/232,005(以其全部?jī)?nèi)容并入本文作為參考)中所描述的MEMS壓力傳感器10的側(cè)剖視圖。壓力傳感器10包括被構(gòu)造成能相對(duì)于彼此移動(dòng)的一對(duì)電極。壓力傳感器10包括處理層12、埋氧化層14和裝置層16。氧化層18將裝置層16與覆蓋層20隔開。鈍化層22位于覆蓋層20之上。
[0005]在裝置層16內(nèi)，通過(guò)兩個(gè)蝕刻部分26、28限定出平面內(nèi)電極24。平面內(nèi)電極24通過(guò)氧化層18的被蝕刻部分30與覆蓋層20隔離。被蝕刻部分26、28和30通過(guò)由覆蓋層20封閉的通氣孔32被蝕刻。
[0006]平面外電極34位于平面內(nèi)電極24之上，并通過(guò)被蝕刻部分30與平面內(nèi)電極24電隔離。平面外電極34通過(guò)兩個(gè)間隔件36、38與覆蓋層20的其余部分隔離。間隔件36、38包括:下部氮化部分40，其從被蝕刻部分30向上延伸；和上部氧化部分42，其從氮化部分40延伸至覆蓋層20的上表面。
[0007]與間隔件36、38類似地形成的間隔件44、46使覆蓋層20中的連接器48與覆蓋層20的其余部分電隔離。連接器48與裝置層16中的連接器50電通信。連接器50與平面內(nèi)電極24電通信，并通過(guò)隔離柱52、54與裝置層16的剩余部隔離。隔離柱52、54從埋氧化層14延伸至氧化層18。結(jié)合墊或印跡56位于鈍化層22之上并與連接器48電通信。
[0008]傳感器裝置的印跡(比如圖1的壓力傳感器10的印跡56)通常由沉積在傳感器裝置的上表面上的金屬層形成。然而，金屬在傳感器裝置的上表面上的布置可導(dǎo)致傳感器性能的遲滯或偏移。這些性能變化通常是由于金屬膜缺乏機(jī)械穩(wěn)定性。此外，沉積在傳感器的上表面上的金屬層通常被圖案化，以提供到不同的傳感器部件的單獨(dú)的電連接部，由此增加了額外的處理步驟。
[0009]所需要的是一種不使用施加的金屬層來(lái)提供到裝置內(nèi)電極的電連接的電容性傳感器。不使用施加的金屬層、從而可通過(guò)現(xiàn)有制作過(guò)程來(lái)制造的傳感器將是更有益的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種形成傳感器裝置的方法包括:在絕緣體上硅(SOI)晶圓的裝置層中限定出平面內(nèi)電極；在位于所述裝置層的上表面之上的硅覆蓋層中形成平面外電極；在所述硅覆蓋層的上表面上沉積硅化物形成金屬；和將沉積后的硅化物形成金屬進(jìn)行退火，以在硅覆蓋層中形成硅化物部分。
[0011]在另一實(shí)施例中，一種傳感器裝置包括:平面內(nèi)電極；與所述平面內(nèi)電極的上表面間隔開的覆蓋層；限定在所述覆蓋層中的平面外電極；和形成在所述覆蓋層中的硅化物部分。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1示出了具有在傳感器的上表面沉積和圖案化的金屬層的現(xiàn)有傳感器裝置的側(cè)首lJ視圖;
[0013]圖2示出了包括覆蓋層的頂部部分中的硅化物的傳感器裝置；
[0014]圖3示出了具有裝置層的晶圓的側(cè)剖視圖，所述裝置層被蝕刻，以限定出平面內(nèi)電極；
[0015]圖4示出了圖3的晶圓的上平面圖；
[0016]圖5示出了圖3的晶圓，其中，溝槽被填充了氧化材料，且在裝置層之上形成了氧化層；
[0017]圖6示出了圖5的晶圓的上平面圖；
[0018]圖7示出了圖5的具有開口的晶圓，所述開口在裝置層的接觸部分之上被蝕刻在氧化層中；
[0019]圖8示出了圖7的晶圓的上平面圖；
[0020]圖9示出了圖7的晶圓，其中，第一覆蓋層部分形成在氧化層之上，且溝槽形成在氧化層中；
[0021]圖10示出了圖9的晶圓的上平面圖；
[0022]圖11示出了圖9的晶圓，其中，溝槽被填充了隔離材料，所述隔離材料還形成第一覆蓋層部分之上的層，且蝕刻停止層形成在隔離層之上；
[0023]圖12示出了圖11的晶圓的上平面圖；
[0024]圖13示出了圖11的晶圓，其中，已經(jīng)蝕刻了隔離層和蝕亥Ij停止層，以便限定出用于平面外電極和裝置層接觸部的襯墊；
[0025]圖14示出了圖13的晶圓的上平面圖；
[0026]圖15示出了圖13的晶圓，其中，已經(jīng)在第一覆蓋層部分和襯墊之上沉積了第二覆蓋層部分，且所述第二覆蓋層部分已經(jīng)被平面化；
[0027]圖16示出了圖15的晶圓的上平面圖；
[0028]圖17示出了圖15的晶圓，其中，已經(jīng)穿過(guò)第一覆蓋層部分和第二覆蓋層部分蝕刻了氣相蝕刻通氣孔，且已經(jīng)蝕刻了氧化層的一部分、裝置層中的氧化物材料和埋氧化層的一部分，從而將平面內(nèi)電極電隔離和將平面內(nèi)電極之上的第一覆蓋層部分釋放；
[0029]圖18示出了圖17的晶圓的上平面圖；
[0030]圖19示出了圖17的晶圓，其中，已經(jīng)通過(guò)第三覆蓋層部分密封了氣相蝕刻通氣孑L ；
[0031]圖20示出了圖19的晶圓的上平面圖；
[0032]圖21示出了圖19的晶圓，其中，溝槽穿過(guò)第三覆蓋層部分和第二覆蓋層部分直至襯墊的上表面形成；
[0033]圖22示出了圖21的晶圓的上平面圖；
[0034]圖23示出了圖21的晶圓，其中，隔離材料沉積在溝槽內(nèi)且硅化物形成材料沿著第三覆蓋層部分的上表面沉積；
[0035]圖24示出了圖23的晶圓的上平面圖；以及
[0036]圖25示出了包括形成在覆蓋層的上部部分中的硅化物層的晶圓的側(cè)剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]為了促進(jìn)對(duì)本公開的原理的理解，現(xiàn)在將參考附圖中示出的和以下書面說(shuō)明中所述的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，并不意圖藉此限制本公開的范圍。還應(yīng)當(dāng)理解，本公開包括對(duì)所描述的實(shí)施例的任何改變和改進(jìn)，且包括本公開所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員通常能想到的對(duì)本公開的原理的其他應(yīng)用。
[0038]在許多這些實(shí)施例中，MEMS傳感器可用于感測(cè)物理?xiàng)l件(比如加速度、壓力或溫度)和用于提供代表所感測(cè)的物理?xiàng)l件的電信號(hào)。這些實(shí)施例可在多種應(yīng)用場(chǎng)合中或隨多種應(yīng)用場(chǎng)合實(shí)施，比如汽車、家用器具、筆記本電腦、手持式或便攜式計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、智能手機(jī)、無(wú)線裝置、平板電腦、個(gè)人數(shù)據(jù)助手(TOA)、MP3播放器、攝像機(jī)、GPS接收器或?qū)Ш较到y(tǒng)、電子閱讀顯示器、投影儀、駕駛艙控制裝置、游戲控制臺(tái)、耳機(jī)、頭戴耳機(jī)、助聽器、可穿戴顯示設(shè)備、安全系統(tǒng)等。
[0039]圖2示出了壓力傳感器100。壓力傳感器100包括處理層102、埋氧化層104和裝置層106。氧化層108將裝置層106與覆蓋層110隔開。硅化物層112位于覆蓋層110之上。
[0040]在裝置層106內(nèi)，通過(guò)兩個(gè)蝕刻部分116、118限定出平面內(nèi)電極114。平面內(nèi)電極114通過(guò)氧化層108的被蝕刻部分120與覆蓋層110隔離。被蝕刻部分116、118和120通過(guò)由覆蓋層110封閉的通氣孔122被蝕刻。
[0041]平面外電極124位于平面內(nèi)電極114之上，并通過(guò)被蝕刻部分120與平面內(nèi)電極114電隔離。平面外電極124通過(guò)兩個(gè)非硅間隔件126、128與覆蓋層110的其余部分隔離。間隔件126、128包括:下部氮化部分130，其從被蝕刻部分120向上延伸；和上部氧化部分132，其從氮化部分130延伸至覆蓋層110的上表面。探測(cè)信號(hào)是電極114和124之間的容量和/或電容變化。電極124隨著外部電壓的變化而偏斜。
[0042]與間隔件126、128類似地形成的間隔件134、136使覆蓋層110中的連接器138與覆蓋層110的其余部分電隔離。連接器138與裝置層106中的連接器140電通信。連接器140與平面內(nèi)電極114電通信，并通過(guò)隔離柱142、144與裝置層106的剩余部隔離。隔離柱142、144從埋氧化層104延伸至氧化層108。
[0043]間隔件126、128還限定出硅化物部分146并將硅化物部分146與硅化物層112的其余部分電隔離，同時(shí)間隔件134、136將硅化物部分148與硅化物層112的其余部分電隔離。
[0044]硅化物是半導(dǎo)體加工處理中的常用材料。硅化物具有與金屬的電阻可相比的很低的電阻，并具有與硅的機(jī)械特性可相比的機(jī)械特性。此外，硅化物是高導(dǎo)電性的。因此，硅化物材料很適合于機(jī)械敏感式壓力傳感器膜。
[0045]圖2的壓力傳感器100中的硅化物部分146、148實(shí)現(xiàn)了從壓力傳感器100的上表面與連接器138、140和平面內(nèi)電極114進(jìn)行電通信。如比較圖1和圖2所示，壓力傳感器100中的硅化物層112代替了現(xiàn)有技術(shù)壓力傳感器10的鈍化層22和印跡56。因此，省去了用于形成鈍化層22和印跡56的處理步驟。替代性地，鈍化層22可添加到硅化物上。
[0046]參照?qǐng)D3-25來(lái)論述一種用于形成傳感器、例如壓力傳感器100的過(guò)程。首先參照?qǐng)D3和圖4，包括處理層202、埋氧化層204和裝置層206的SOI晶圓200首先被蝕刻，以限定出平面內(nèi)電極208和用于平面內(nèi)電極208的下部接觸部分210。在平面內(nèi)電極208與下部接觸部分210之間蝕刻連接器212。平面內(nèi)電極208通過(guò)溝槽部分214限定，同時(shí)下部接觸部分21