Mems器件及其形成方法_3

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形成的可动电极和固定电极由于应力过大而产生变形,从而影响加速度传感器的检测精度,另外硅锗材料制成的悬臂检测过程中受作用力产生偏移后,在作用力消除时具有良好的原位复位性倉泛。
[0077]所述第二电极材料层111的厚度为19000?21000埃,第二电极材料层111的应力为-20Mpa?20Mpa。低温低压的炉管工艺形成所述第二电极材料层111时采用的硅源气体为GeH4或Si2H6,锗源气体为GeH2,腔室温度为420?450摄氏度,腔室压力为200?600晕托。
[0078]为了提高第二电极材料层111的导电性能,所述硅锗中掺杂有杂质离子,所述杂质离子为P型杂质离子和N型杂质离子。具体的所述P型杂质离子为硼离子、镓离子或铟离子中的一种或几种,所述N型杂质离子为磷离子、砷离子、锑离子中的一种或几种。在进行低温低压的炉管工艺时,通过含有相应的杂质元素的杂质源气体。
[0079]本实施例,在硅锗中掺杂硼离子,在进行低温低压的炉管工艺时,通入B2H6或BF3作为杂质源气体。
[0080]本实施例中,在第二开口中填充硅锗时,在第六开口 110中也可以同时填充硅锗。
[0081]参考图9,刻蚀所述第一牺牲层107上的部分第二电极材料层111 (参考图8),形成悬臂113,所述悬臂113作为加速度传感器的可动电极,第一电极材料层104上剩余的第二电极材料层111构成加速度传感器的固定电极112,悬臂113与固定电极112之间形成空腔 114。
[0082]所述第一电极材料层104作为固定电极112的一部分,所述固定电极112位于悬臂113的两侧,固定电极112与悬臂113之间不接触,固定电极112与悬臂113之间具有空腔。
[0083]结合参考图9和图10和图11,图10为图9中部分结构的俯视示意图,图9中的部分结构为图10沿切割线AB方向的剖面结构示意图,图11为图10沿切割线CD方向的剖面结构示意图,刻蚀第二电极材料层111形成悬臂113时,同时可以在部分第一子介质层106上形成支撑所述悬臂113的支撑结构11,后续在去除第一牺牲层107后,使得悬臂113悬空。
[0084]本实施例中,部分悬臂113 (第一悬臂)沿第一方向(图9或图10中y轴方向)平行排布,并且位于沿第一方向排布的固定电极112之间,第一方向排布的悬臂113和第一方向排布的固定电极112构成用于检测第一方向加速度的加速度传感器;部分悬臂(第二悬臂,图中未示出)沿第二方向平行排布,第二方向与第一方向垂直,本实施例所述第二方向为X轴方向,第二方向排布的悬臂位于第二方向排布的固定电极之间,第二方向排布的悬臂与第二方向排布的固定电极构成用于检测第二方向加速度的加速度传感器。
[0085]本实施例中,在刻蚀所述第二电极材料层111之前,在所述第二电极材料层111和第二子介质层108上形成图形化的掩膜层;然后以所述图形化的掩膜层为掩膜,刻蚀所述第二电极材料层111,形成悬臂113,位于悬臂113两侧固定电极112,悬臂113和固定电极112之间形成空腔114。
[0086]由于第二电极材料层111的厚度偏厚,为了使得形成的悬臂113和固定电极112具有较好的侧壁形貌和较精确的尺寸,以提高加速度传感器的检测精度,刻蚀所述第二电极材料层111采用各向异性的等离子体刻蚀工艺,各向异性的等离子体刻蚀工艺采用的气体为CF4、HBr, He和02、CF4的气体流量为50_150sccm, HBr的气体流量为100_800sccm,He的气体流量为150-1000sccm,O2的气体流量为5_20sccm,压力为5-100mTorr,功率为400-1000W,偏置电压为 100-250V。
[0087]参考图12,形成填充满空腔114 (参考图9)的第二牺牲层115。
[0088]在空腔114中填充满第二牺牲层115的目的是便于后续的压力传感器形成的工艺的进行,后续可以通过去除第二牺牲层115重新释放悬臂113.
[0089]所述第二牺牲层115的材料与第一牺牲层107的材料相同,以简化后续的牺牲层的去除工艺。
[0090]本实施例中,所述第二牺牲层115的材料为无定形碳,第二牺牲层115为无定形碳时,后续可以通过低温炉管氧化工艺(干法工艺)去除所述第二牺牲层115,防止高温工艺对集成电路的影响。另外,由于MEMS器件的形成过程中会形成很多空腔,采用低温炉管氧化工艺去除第二牺牲层115,也可以防止采用湿法刻蚀去除第二牺牲层时,刻蚀溶液不易从空腔内排出而残留在空腔内对MEMS器件造成腐蚀。
[0091]所述第二牺牲层115的形成过程为:形成覆盖所述悬臂113、固定电极112和第二子介质层108的第二牺牲材料层,第二牺牲材料层填充满空腔;采用化学机械研磨工艺平坦化所述第二牺牲材料层,以第二子介质层108表面为停止层,形成第二牺牲层115。
[0092]参考图13,在所述悬臂113、第二牺牲层115和第二子介质层108上形成第三子介质层116,第一子介质层106、第二子介质层108和第三子介质层116构成第二介质层。
[0093]所述第三子介质层116用于固定电极112与后续形成的第一金属层之间的电学隔离。
[0094]所述第三子介质层116的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等。所述第三子介质层116的厚度为1500?2500埃。
[0095]在形成第三子介质层116后,可以在第三子介质层116中形成若干刻蚀孔(图中未示出),所述刻蚀孔暴露出悬臂113或支撑结构的表面。
[0096]参考图14,在所述第二牺牲层115上方的第三子介质层116表面上形成第一金属层117,第一金属层117填充刻蚀孔与悬臂113或支撑结构电连接;刻蚀所述第一金属层117和第三子介质层116,在第一金属层117中第三子介质层116中形成若干第三开口 118,所述第三开口 118暴露出第二牺牲层115,所述第三开口 118的位置与空腔114(参考图9)的位置相对应。
[0097]所述第一金属层117的材料为铜、铝或钨等金属材料。本实施例中,所述第一金属层117的材料为铝。
[0098]所述第一金属层117作为连接悬臂113的金属层,用于向悬臂113施加电压或者检测悬臂113上电压的变化。所述第一金属层117还作为后续与半导体基底键合时的键合层,使得半导体基底与第二介质层可以通过金属键合的方式键合,提高了半导体基底于第二介质层键合的牢固度。
[0099]所述第一金属层117的形成工艺为溅射、电镀或沉积工艺。所述第一金属层117的厚度为7500?8500埃。
[0100]在形成第一金属层117时,所述第一金属层117材料还填充满悬臂113或支撑结构上的刻蚀孔,使得第一金属层117与悬臂113电连接。
[0101]在形成第一金属层117后,通过刻蚀第一金属层117和第三子介质层116,形成第三开口 118,所述第三开口 118暴露出底部的第二牺牲材料层115,通过第三开口 118同时去除第二牺牲层115和第一牺牲层107以形成第一空腔;第三开口 118的位置与宽度与前述形成的空腔114 (参考图9)的位置和宽度相对应,使得悬臂113上的第一金属层117在加速度的检测时,不会影响悬臂113在加速度作用下的偏移。
[0102]所述第一金属层117包括第一部分和若干第二部分,第二部分位于悬臂113上,第一部分位于支撑结构和部分第三子介质层116上,第一部分和若干第二部分相连接。在具体的实施例中,所述第一金属层117可以为“梳状结构”,“梳状结构”包括梳柄和与梳柄相连接的若干梳齿,梳柄相当于第一部分,梳齿相当于第二部分。
[0103]在刻蚀所述第一金属层117之前,在第一金属层117上形成图形化的掩膜层,然后以所述图形化的掩膜层为掩膜,刻蚀所述第一金属层117和第三子介质层116,形成第三开Π 118。
[0104]参考图15,沿第三开口 118去除所述第二牺牲层115和第一牺牲层107,释放出悬臂113,在悬臂113与固定电极112和第一子介质层106之间形成第一空腔122。
[0105]去除所述第二牺牲层115和第三牺牲层107的工艺为低温炉管氧化工艺。所述低温炉管氧化工艺采用的气体为氧气,温度为180?250摄氏度,防止高温工艺对集成电路的影响,并且去除所述第一牺牲层107、第二牺牲层115时,第一牺牲层107、第二牺牲层115材料在氧气的作用下氧化成气体形态的副产物,比如一氧化碳或二氧化碳气体,有利于副产物从第一空腔122中排出。另外采用低温炉管氧化工艺去除所述第一牺牲层107、第二牺牲层115,相比于湿法刻蚀工艺,防止了刻蚀溶液在第一空腔122和第二空腔121内的残
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[0106]在去除第二牺牲层115和第一牺牲层107后,形成第一空腔122,使得悬臂133悬空,加速度传感器在进行加速度的检测过程中,悬臂113在惯性力的作用下会产生偏移,悬臂113与固定电极112之间的距离会产生变化,通过检测悬臂113与固定电极112之间电容的变化可以获得加速度的大小。
[0107]参考图16,提供半导体基底132,将半导体基底132与第二介质层键合。
[0108]所述半导体基底132不仅用于封闭所述第三开口,所述半导体基底132还作为后续工艺的平台。
[0109]本发明实施例中,所述半导体基底132与第二介质层的键合主要是通过半导体基底132材料与第一金属层117材料通过金属键合的方式键合,以及半导体基底132材料与第三子介质层116通过直接键合的方式键合。
[0110]半导体基底132与第一金属层117进行键合时,部分半导体基底132材料与部分第一金属层117材料被消耗,形成化合物,化合物中半导体基底132兀素与第一金属层117元素之间形成共价键。
[0111]而为了防止第一金属层117中的金属原子向半导体基底132中过度扩散而使得第一金属层117造成较大的消耗,本实施例中所述半导体基底132的材料为锗,在半导体基底132与第一金属层117 (本实施例中第一金属层117材料为铝)的交界面,形成铝锗化合物,铝锗化合物中锗和铝之间形成共价键。由于锗原子的直径大于其他半导体材料(比如硅)的直径,在交界面形成铝锗化合物后,半导体基底132中的锗能有效的防止第一金属层117中金属原子扩散,而造成第一金属层117的过度消耗,而影响形成的MEMS器件性能。
[0112]本发明中,在将半导体基底132与第一金属层117 (和第三子介质层116)进行键合时,键合的温度为380?450摄氏度,在保持具有键合牢固度的同时,防止温度过高对衬底中的集成电路造成损伤。
[0113]在本发明的其他实施例中,所述半导体基底的材料可以为单晶硅或多晶硅。
[0114]在本发明的其他实施例中,在所述半导体基底的表面可以形成密封环,所述密封环的形状和位置与第一金属层的形状和位置相对应,在将半导体基底和第二介质层键合时,使得半导体基底中的密
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