专利名称：Mems压敏传感器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种MEMS压敏传感器件的制作方法。本发明还涉及一种硅片中形成空腔的方法。
背景技术：
压力传感器是将压力转换为电信号的一种器件。通常，压力传感器本身是嵌有电阻的微机械薄膜，压阻用来检测压力。硅薄膜有良好的机械性，微机械加工技术(MEMQ将硅薄膜和压阻应力计或应变计集成在一起。压阻应力计或应变计被简单地注入或扩散在薄膜上表面。将这些压阻放置在薄膜上合适的位置，并且用惠斯通电桥连接在一起，这样，这些压阻就能输出足够强的电信号。另外，薄膜也可以作为电容器的一个电极。薄膜的应力和挠度都取决于施加于其上的差压，也就是薄膜上表面的压力和薄膜下表面的压力。如果薄膜的下表面是某个真空腔的一部分，那么这就是绝对压力传感器。体微机械加工(bulk micromachining)和表面微机械加工 (surfacemicromachining)是制造薄膜的两种主要方法。在体微机械加工方法中，选择性的去除硅片上的体硅材料，直至留下一层单晶硅薄膜，主要使用腐蚀自停止技术来控制薄膜厚度。表面微机械是先将薄膜淀积在牺牲层上，然后再选择性湿法刻蚀牺牲层，最后形成薄膜。体微机械加工方法通过应用电化学腐蚀自停止技术，从硅片背面形成压力口，使用外延层形成微机械结构。因体微机械加工使用电化学腐蚀方法，对薄膜厚度控制较差，而其与CMOS工艺兼容性比较差。而表面微机械加工技术，通过牺牲层的淀积可以精确控制薄膜厚度，使用正面加工可以满足制造空腔和释放微机械结构，与传统硅表面加工CMOS工艺兼容性很好。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种MEMS压敏传感器的制作方法，其能克服制作过程中CMP工艺带来的面内不均一的问题。为解决上述技术问题，本发明的MEMS压敏传感器件的制作方法，包括如下步骤1)在硅片上淀积一阻挡层；2)光刻工艺定义出空腔的位置，刻蚀所述阻挡层和所述硅片形成空腔；3)淀积第一层牺牲层，所述第一层牺牲层填充所述空腔；4)采用CMP工艺研磨所述第一层牺牲层，停止在所述阻挡层上；5)剥离所述阻挡层，接着淀积第二层牺牲层；6)光刻工艺定义出支撑柱通孔的位置，之后刻蚀所述第二层牺牲层和所述硅片形成支撑柱通孔；7)在硅片表面淀积压敏传感薄膜；
8)光刻工艺定义出压敏传感薄膜的图形，而后刻蚀所述压敏传感薄膜至第二层牺牲层；9)湿法去除所述第二层牺牲层和所述第一层牺牲层；10)淀积保护层，以密封所述空腔。本发明的MEMS压敏传感器件的制作方法，先在空腔刻蚀之前在晶圆表面淀积一层对牺牲层具有高选择比的CMP的阻挡层，使采用CMP工艺研磨牺牲层的时候能够停在该阻挡层上，之后把阻挡层剥离，再淀积一层用于刻蚀支撑柱通孔的牺牲层。由于CMP研磨过程能够停在阻挡层上，所以能够有效消除因耗材和工艺参数的变化引起的CMP工艺波动。 同时由于CMP研磨停在阻挡层上，最终牺牲层厚度的面内均一性主要取决于CMP工艺之后的第二层牺牲层淀积时的面内均一性，从而在一定程度上了克服CMP工艺自身特性的限制，改善了牺牲层CMP研磨后硅片面内和硅片之间的膜厚均一性。增加淀积的阻挡层同时可给牺牲层的CMP研磨的终点检测提供方便，提高CMP工艺的稳定性。
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明图1为本发明的MEMS压敏传感器件的制作方法流程图；图2为实施本发明的流程中第一层牺牲层淀积后的截面结构示意图；图3为实施本发明的流程中第一层牺牲层CMP处理后的截面结构示意图；图4为实施本发明的流程中第二层牺牲层淀积后的截面结构示意图；图5为实施本发明的流程中压敏传感薄膜淀积后的截面结构示意图；图6为实施本发明的流程中第二层牺牲层去除后的截面结构示意图；图7为实施本发明的流程中保护层淀积后的截面结构示意图；图8为本发明的一实例中支撑柱通孔的设置示意图。
具体实施例方式本发明的微机电系统压敏传感器件的制作方法，具体工艺流程为(见图1)1)在硅片10上淀积阻挡层11，用作CMP研磨工艺的阻挡层。该阻挡层材料可为 SiON或SiN，具体实施中阻挡层材料优选对牺牲层有较高CMP选择比的材料。其淀积工艺可以是PE-CVD，AP-CVD, LP-CVD等，阻挡层的厚度范围为10 10000埃。2)刻蚀形成空腔。具体为先用光刻工艺定义出空腔的位置，而后刻蚀阻挡层和硅片，形成空腔。3)在硅片上淀积第一层牺牲层12 (见图幻。第一层牺牲层可以是二氧化硅，纯的 SiO2，以及其他掺杂如P，B，F等杂质元素的SiO2，其淀积工艺可以是PE-CVD，AP-CVD，LP-CVD 等，厚度范围可为100 50000A。4)CMP(化学机械研磨)研磨第一层牺牲层至阻挡层，并停在阻挡层之上(见图 3)。CMP研磨工艺中，研磨时间可设为固定时间，也可设为由终点检测控制。终点检测控制为通过硅片表面或CMP工艺过程中的光学，机械，温度的变化，特定元素或化合物检测的终点检测方法。5)剥离阻挡层，之后淀积第二层牺牲层13(见图4)。第二层牺牲层的材料可以与
4第一层牺牲层的材料相同，也可以选用不同的材料。阻挡层的剥离可采用常规的工艺。6)支撑柱通孔的刻蚀。具体为先在第二层牺牲层上光刻定义出支撑柱通孔的位置，而后刻蚀第二层牺牲层和部分硅10，形成支撑柱通孔。支撑柱通孔12为位于牺牲层中的，一圈环绕空腔11的通孔(见图8)。支撑柱通孔深入硅片的深度和通孔的个数由具体工艺要求决定，基本设计原则为应保证牺牲层去除过程中和去除之后能支撑住位于空腔上方的传感薄膜。一个具体的实施例中，支撑柱通孔深入硅片约50至20000埃。7)在第二层牺牲层上淀积压敏传感薄膜14(见图幻。压敏传感薄膜优选与第二层牺牲层有较高的湿法刻蚀选择比的材料。一具体实例中压敏传感薄膜可为多晶硅，纯多晶硅或掺杂如P，B, F等杂质元素的多晶硅，其淀积工艺可以是PE-CVD，AP-CVD, LP-CVD等， 厚度范围为100 50000埃。8)压敏传感薄膜的图形化。具体为光刻工艺定义出压敏传感薄膜的图形，而后刻蚀压敏传感薄膜，刻蚀停留在下层的第二层牺牲层之上。剩余的压敏传感薄膜位于空腔和支撑柱通孔之上。9)而后湿法刻蚀去除第二层牺牲层13和第一层牺牲层12，形成由空腔11、支撑柱和压敏传感薄膜14构成的压敏传感器件(见图6)。10)最后淀积保护层，把上述的压敏传感器件密封(见图7)。本发明的方法同时适用于所有的基于硅衬底的微机电系统传感器件中，需要进行牺牲层的CMP研磨的流程中，以消除原来工艺中牺牲层CMP研磨后，硅片面内和硅片之间的膜厚不均一的问题，提高CMP工艺的稳定性。
权利要求
1.一种MEMS压敏传感器件的制作方法，其特征在于，包括如下步骤1)在硅片上淀积一阻挡层；2)光刻工艺定义出空腔的位置，刻蚀所述阻挡层和所述硅片形成空腔；3)淀积第一层牺牲层，所述第一层牺牲层填充所述空腔；4)采用CMP工艺研磨所述第一层牺牲层至所述阻挡层上；5)剥离所述阻挡层，接着淀积第二层牺牲层；6)光刻工艺定义出支撑柱通孔的位置，之后刻蚀所述第二层牺牲层和所述硅片形成支撑柱通孔；7)在硅片表面淀积压敏传感薄膜；8)光刻工艺定义出压敏传感薄膜的图形，而后刻蚀所述压敏传感薄膜至第二层牺牲层；9)湿法去除所述第二层牺牲层和所述第一层牺牲层；10)淀积保护层，以密封所述空腔。
2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于所述步骤一中阻挡层材料为氮化硅或氮氧化硅；所述步骤三中的第一层牺牲层的材料为二氧化硅。
3.如权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于所述步骤七中的压敏传感薄膜为多晶娃。
4.如权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于所述步骤四中的CMP研磨工艺中， 研磨过程中检测到所述阻挡层后停止研磨。
全文摘要
本发明公开了一种MEMS压敏传感器件的制作方法，包括如下步骤1)先在硅片上淀积一阻挡层；2)刻蚀形成空腔；3)淀积第一层牺牲层；4)CMP研磨第一层牺牲层；5)剥离所述阻挡层，接着淀积第二层牺牲层；6)之后形成支撑柱通孔；7)在硅片表面淀积压敏传感薄膜；8)而后刻蚀压敏传感薄膜至第二层牺牲层；9)湿法去除第二层牺牲层；10)淀积保护层，以密封空腔。本发明的制作方法中，在空腔刻蚀之前先淀积一阻挡层，作为CMP研磨第一层牺牲层时的阻挡层，而后去除该阻挡层，再次淀积第二层牺牲层，消除了单层牺牲层的CMP工艺流程中带来的面内不均一性。
文档编号B81C1/00GK102259823SQ20101018655
公开日2011年11月30日 申请日期2010年5月27日 优先权日2010年5月27日
发明者刘远良, 彭虎, 方精训, 程晓华, 邓镭 申请人:上海华虹Nec电子有限公司