壓力傳感器的制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種壓力傳感器的制造方法，其包括步驟：提供半導體基板，其中內嵌有層疊排列的CMOS電路、互連電路以及底部電極板，半導體基板暴露所述底部電極板外圍的互連電路；在所述半導體基板上底部電極板的對應位置形成犧牲層；在所述犧牲層及所述半導體基板上形成壓力感應層；去除所述犧牲層，所述壓力感應層和半導體基底圍成一個空腔；在所述壓力感應層上形成壓力傳導層，其位于空腔的上方；其中，所述壓力感應層的形成步驟包括：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。相比于現有技術：壓力感應層該方法可以減小其中的應力，從而應力大大降低，提高了器件的性能。
【專利說明】壓力傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體制造領域，特別涉及一種壓力傳感器的制造方法。
【背景技術】
[0002]微機電系統(Microelectro Mechanical Systems,簡稱MEMS)是在微電子技術基礎上發展起來的多學科交叉的前沿研究領域，是一種采用半導體工藝制造微型機電器件的技術。與傳統機電器件相比，MEMS器件在耐高溫、小體積、低功耗方面具有十分明顯的優勢。經過幾十年的發展，已成為世界矚目的重大科技領域之一，它涉及電子、機械、材料、物理學、化學、生物學、醫學等多種學科與技術，具有廣闊的應用前景。
[0003]壓力傳感器是一種將壓力信號轉換為電信號的換能器。根據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]現有的壓力傳感器結構如圖1所示:包括:半導體基底10，在半導體基底10上具有底部電極20，和互連層30，在半導體基底上具有壓力感應層40，壓力感應層40為導電材料，其與互連層30導電互連，壓力感應層40a還與半導體基底10圍成一個空腔50，使得底部電極20和位于底部電極20上方的壓力感應層40a構成一對電容，當壓力作用在壓力感應層40a上，則壓力感應層40a像底部電極20靠近，從而電容的電容值發生變化,通過測量電容值的變化可以測得壓力。
[0005]在現有技術中在形成壓力感應層時，如圖1a所示，往往應力過大使得形成的空腔發生形變，電容的兩個極板不平行，甚至晶圓發成形變彎曲，從而嚴重影響形成的壓力傳感器的性能和成品率。
【發明內容】
[0006]本發明解決的技術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]為了解決上述技術問題，本發明提供一種壓力傳感器的制造方法，包括步驟:
[0008]提供半導體基板，其中內嵌有層疊排列的CMOS電路、互連電路以及底部電極板，半導體基板暴露所述底部電極板外圍的互連電路；
[0009]在所述半導體基板上底部電極板的對應位置形成犧牲層；
[0010]在所述犧牲層及所述半導體基板上形成壓力感應層；
[0011]去除所述犧牲層，所述壓力感應層和半導體基底圍成一個空腔；
[0012]在所述壓力感應層上形成壓力傳導層，其位于空腔的上方；
[0013]其中，所述壓力感應層的形成步驟包括:
[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。
[0016]與現有技術相比，本發明主要具有以下優點:[0017]本發明的壓力傳感器制造方法相比于現有技術:壓力感應層利用激光脈沖照射的方法使鍺硅呈熔融態，從而可以減小其中的應力，提高了器件的性能。
[0018]并且本發明中由于在半導體基板中內嵌有CMOS電路，因此如果高溫例如大于550°C，會使得CMOS電路失效，因此本發明中進一步的利用了優選的在低溫下進行激光脈沖照射，這樣既使得應力問題得到解決，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明的優選實施例的更具體說明，本發明的上述及其它目的、特征和優勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本發明的主旨。
[0020]圖1是現有的一種壓力傳感器的結構示意圖；
[0021]圖1a是現有的一種壓力傳感器發生翹曲的示意圖；
[0022]圖2是本發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]為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實現方式做詳細的說明。為了便于理解本發明以一具體的電容式壓力傳感器為例進行詳細的說明，但本發明并不一定局限于實施例中的結構，任何本領域技術人員可以根據現有技術進行替換的部分，都屬于本發明公開和要求保護的范圍。
[0025]如圖2所示，本發明的傳感器的制造方法包括下面步驟:
[0026]SlO:提供半導體基板，其中內嵌有層疊排列的CMOS電路、互連電路以及底部電極板，半導體基板暴露所述底部電極板外圍的互連電路；
[0027]S20:在所述半導體基板上底部電極板的對應位置形成犧牲層；
[0028]S30:在所述犧牲層及所述半導體基板上形成壓力感應層；
[0029]S40:去除所述犧牲層，所述壓力感應層和半導體基底圍成一個空腔；
[0030]S50:在所述壓力感應層上形成壓力傳導層，其位于空腔的上方；
[0031]其中，所述壓力感應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。
[0033]在本發明的一具體實施例中，參考圖3，結合步驟S10，首先提供半導體基板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。在半導體基板110內形成有嵌在其內層疊排列的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，結合步驟S20，在所述半導體基板110上底部電極板116的對應位置形成犧牲層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:等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)工藝沉積非晶碳。所述等離子增強化學氣相沉積工藝的參數為:溫度范圍為250°C?500°C，氣壓范圍為Itorr?20tort，RF功率范圍為800W?2000W，反應氣體包括:C3H6和HE，反應氣體流量為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，結合圖5，執行步驟S30，在犧牲層130上形成壓力感應層140。具體的，壓力感應層的材料為鍺硅。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:等離子增強化學氣相沉積工藝的參數為: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。激光的波長是290nm-320nm，例如300nm，脈沖持續時間是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，脈沖持續時間是100ns-200ns，其能力范圍可以用0.20J / Cm2—0.40J / Cm2。
[0038]在現有技術中，通常僅形成一層非晶硅層或者鍺硅層作為壓力感應層，但是這樣會存在缺陷使得制作該產品的晶圓在完成多晶硅層或者鍺硅層的淀積之后在應力的作用下發生翹曲，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。由于本發明的壓力傳感器的半導體基板中具有CMOS器件，因此本發明中采用了激光脈沖照射的方式，使鍺硅層呈熔融態，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，例如半導體基底溫度會達到300°C，因此不會損傷。經過進一步研究發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薄膜的應力，可以使整個SiGe薄膜的應力調整到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整激光的脈沖能量來調節，從而可以自由調節原始SiGe薄膜的整體應力。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明的優選方案，是發明人經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，所達到的應力以及電阻也不同。本發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層是致關重要的部件，其電阻和應力也將影響到壓力傳感器的精確性和可靠性，本發明所采用的優選方案形成的壓力傳感器相比于現有技術可靠性和精確性都非常好。
[0040]在本發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選的采用:LPCVD，參數為:反應氣體為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層的電學特性，因此其越薄壓力感應層的電學特性效果越好。除此之外，也可以采用增強等離子體化學氣相沉積(PECVD)，參數為:反應氣體為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可以通過調整反應氣體比例調整應力的方向，例如H2 =SiH4為4.6或者9.3時，使得非晶硅層的應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，并且不穩定，容易滑動，因此在形成鍺硅層之前現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，用來調整后面SiGe薄膜的晶體生長方向和薄膜的均勻性，這樣后續的鍺硅層就可以沿著非晶硅晶格的方向向上生長，解決了穩定性差的問題。并且由于非晶硅層和鍺硅層的應力方向相反，因此進一步減小了鍺硅層帶來的應力。
[0042]接著，執行步驟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:的申請號: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生劇烈燃燒，而可以被氧化成二氧化碳氣體，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，執行步驟S50，參考圖7，在壓力感應層140上形成壓力傳導層160。在本實施例中，具體的可以利用化學汽相淀積的方法在壓力感應層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域技術人員所熟知，因此不再贅述。此外該壓力傳導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，即為壓力傳導層160。
[0044]當壓力作用在壓力傳導層160上，則下層的壓力感應層140會發生形變，從而向底部電極板116靠近，壓力感應層140和底部電極板116形成的電容的電容值發生變化，從而可以通過對電容值的變化可以測得壓力。
[0045]本發明利用了激光脈沖照射對壓力感應層的鍺硅層照射的方法，從而大大降低了形成壓力感應層時應力引起的晶圓翹曲，從而優化了壓力傳感器的結構，使得形成的壓力傳感器精確性提高。
[0046] 以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術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，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。
【權利要求】
1.一種壓力傳感器的制造方法，其特征在于，包括步驟: 提供半導體基板，其中內嵌有層疊排列的CMOS電路、互連電路以及底部電極板，半導體基板暴露所述底部電極板外圍的互連電路； 在所述半導體基板上底部電極板的對應位置形成犧牲層； 在所述犧牲層及所述半導體基板上形成壓力感應層； 去除所述犧牲層，所述壓力感應層和半導體基底圍成一個空腔； 在所述壓力感應層上形成壓力傳導層，其位于空腔的上方； 其中，所述壓力感應層的形成步驟包括: 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。
2.如權利要求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，脈沖持續時間是 100ns-200ns，能量范圍是 0.56J / Cm2-0.64J / Cm2.。
4.如權利要求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，脈沖持續時間是100ns-200ns，能量范圍是0.20J / Cm2-0.40J /Cm2。
5.如權利要求2所述的壓力傳感器的制造方法，其特征在于，所述形成壓力感應層還包括在形成鍺硅層之前先形成非晶硅層。
6.如權利要求1所述的壓力傳感器的制造方法，其特征在于，所述壓力感應層的形成步驟還包括在形成鍺硅層之后繼續形成非晶硅層和鍺硅層的疊層結構。
7.如權利要求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 優先權日:2014年3月24日
【發明者】楊天倫, 毛劍宏 申請人:上海麗恒光微電子科技有限公司