本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種壓力傳感器的制備方法。

背景技術(shù)：

微機(jī)電系統(tǒng)(Microelectro Mechanical Systems，簡(jiǎn)稱MEMS)是在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域，是一種采用半導(dǎo)體工藝制造微型機(jī)電器件的技術(shù)。與傳統(tǒng)機(jī)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(yōu)勢(shì)。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已成為世界矚目的重大科技領(lǐng)域之一，它涉及電子、機(jī)械、材料、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多種學(xué)科與技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

壓力傳感器是一種將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的微機(jī)電系統(tǒng)。根據(jù)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(guò)壓力改變頂部電極和底部接觸電極之間的電容，以此來(lái)測(cè)量壓力。

現(xiàn)有的壓力傳感器結(jié)構(gòu)如圖1a所示，包括：半導(dǎo)體基底10，半導(dǎo)體基底10上具有互連層11和底部接觸電極12，在半導(dǎo)體基底10上具有壓力感應(yīng)層20，壓力感應(yīng)層20為導(dǎo)電材料，壓力感應(yīng)層20與半導(dǎo)體基底10圍成一個(gè)空腔50，使得底部接觸電極20和位于底部接觸電極12上方的壓力感應(yīng)層20構(gòu)成一對(duì)電容，當(dāng)壓力作用在壓力感應(yīng)層20上，則壓力感應(yīng)層20像底部接觸電極12靠近，從而電容的電容值發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量電容值的變化可以測(cè)得壓力。

如圖1a所示，之后，需要在壓力感應(yīng)層20上形成刻蝕停止層50，并且，去除開(kāi)口21上的刻蝕停止層50，以減小壓力感應(yīng)層20上的壓力。之后，參考圖1b所示，在壓力感應(yīng)層20上形成介質(zhì)層40，介質(zhì)層40中形成開(kāi)口41，開(kāi)口41作為壓力傳感器的感應(yīng)區(qū)域。現(xiàn)有技術(shù)中的在去除刻蝕停止層50的步驟中通常會(huì)對(duì)空腔30內(nèi)的器件造成損傷，從而嚴(yán)重影響形成的壓力傳感器的性能和成品率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種壓力傳感器的制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)刻蝕停止層的刻蝕過(guò)程中對(duì)空腔以及壓力感應(yīng)層的損傷。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種壓力傳感器的制備方法，包括：

提供一半導(dǎo)體基板；

在所述半導(dǎo)體基板表面形成一壓力感應(yīng)層，所述壓力感應(yīng)層與所述半導(dǎo)體基板之間形成一空腔，所述空腔上的所述壓力感應(yīng)層中具有至少一第一開(kāi)口；

形成一非晶碳層，所述非晶碳層覆蓋所述壓力感應(yīng)層，并填充部分所述第一開(kāi)口；

形成一第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層覆蓋所述非晶碳層，并完全覆蓋所述第一開(kāi)口；

刻蝕所述第一介質(zhì)層，保留所述空腔邊緣上的所述第一介質(zhì)層；

以所述第一介質(zhì)層為掩膜刻蝕所述非晶碳層；

形成一保護(hù)層，所述保護(hù)層覆蓋所述壓力感應(yīng)層以及所述第一介質(zhì)層；

刻蝕所述保護(hù)層，去除所述第一介質(zhì)層上的所述保護(hù)層，在所述保護(hù)層中形成第二開(kāi)口，所述第二開(kāi)口作為壓力傳感器的壓力傳感區(qū)；

去除所述第二開(kāi)口中的所述非晶碳層和所述第一介質(zhì)層。

可選的，所述半導(dǎo)體基底包括具有控制電路的襯底以及層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層中形成有互連結(jié)構(gòu)以及底部接觸電極，所述壓力感應(yīng)層與所述互連結(jié)構(gòu)電性連接，所述壓力感應(yīng)層與所述底部接觸電極之間形成所述空腔。

可選的，所述第一介質(zhì)層的材料為硅氧氮化合物，硅氧氮化合物的厚度為

可選的，刻蝕所述第一介質(zhì)層的步驟包括：

在所述第一介質(zhì)層上形成圖案化的光阻；

采用等離子體刻蝕所述第一介質(zhì)層，保留所述空腔邊緣上的部分所述第一介質(zhì)層。

可選的，采用CF4等離子體刻蝕所述第一介質(zhì)層。

可選的，等離子體刻蝕所述第一介質(zhì)層的同時(shí)，還刻蝕所述圖案化的光阻，去除部分所述圖案化的光阻。

可選的，采用O2等離子體刻蝕所述非晶碳層，保留所述第一介質(zhì)層下的所述非晶碳層。

可選的，等離子體刻蝕所述非晶碳層的同時(shí)，還刻蝕所述圖案化的光阻，并完全去除所述圖案化的光阻。

可選的，所述非晶碳層的厚度為

可選的，采用等離子體干法刻蝕工藝去除所述第二開(kāi)口中的所述第一介質(zhì)層和所述非晶碳層。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的壓力傳感器的制備方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

在所述壓力傳感器的制備方法中，先在壓力感應(yīng)層形成一非晶碳層，再在非晶碳層上形成一第一介質(zhì)層，非晶碳層填充部分第一開(kāi)口，而第一介質(zhì)層完全覆蓋住第一開(kāi)口。在以圖案化的光阻為掩膜，刻蝕第一介質(zhì)層的過(guò)程中，非晶碳層保護(hù)壓力感應(yīng)層免受等離子體刻蝕的損傷。之后，以第一介質(zhì)層為掩膜刻蝕非晶碳層的過(guò)程中，采用的氧氣等離子體也不會(huì)對(duì)壓力感應(yīng)層造成損傷。此外，刻蝕非晶碳層的過(guò)程中，同時(shí)去除第一介質(zhì)層上的圖案化的光阻，免去了后續(xù)清洗圖案化的光阻的過(guò)程，從而避免清洗溶液等雜質(zhì)進(jìn)行空腔。

附圖說(shuō)明

圖1a為現(xiàn)有技術(shù)中為在壓力感應(yīng)層上形成刻蝕停止層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1b為現(xiàn)有技術(shù)中壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中壓力傳感器的制備方法的流程圖；

圖3至圖10為本發(fā)明一實(shí)施例中壓力傳感器的制備方法中器件結(jié)構(gòu)的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合示意圖對(duì)本發(fā)明的壓力傳感器的制備方法進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對(duì)本發(fā)明的限制。

為了清楚，不描述實(shí)際實(shí)施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì)描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儠?huì)使本發(fā)明由于不必要的細(xì)節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實(shí)際實(shí)施例的開(kāi)發(fā)中，必須做出大量實(shí)施細(xì)節(jié)以實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個(gè)實(shí)施例改變?yōu)榱硪粋€(gè)實(shí)施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開(kāi)發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費(fèi)時(shí)間的，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)僅僅是常規(guī)工作。

在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說(shuō)明和權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。

現(xiàn)有技術(shù)中，參考圖1a所示，在刻蝕壓力感應(yīng)層20上的保護(hù)層40，形成壓力感應(yīng)區(qū)，即開(kāi)口41的時(shí)候，刻蝕停止層50通常采用氧化硅，在用干法刻蝕去除氧化硅的過(guò)程中，刻蝕氧化硅的等離子體同時(shí)會(huì)損傷壓力感應(yīng)層20。

發(fā)明人經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，采用非晶碳作為刻蝕停止層，在非晶碳上形成光阻掩膜(圖中未示出)，刻蝕壓力感應(yīng)區(qū)之外的非晶碳層。然而，由于非晶碳的封孔能力差，不能將壓力感應(yīng)層20中的開(kāi)口21完全密封住，使得光阻掩膜會(huì)進(jìn)入空腔30。并且，在后續(xù)去除光阻掩膜的過(guò)中，如果采用濕法刻蝕溶液清洗光阻掩膜時(shí)，則溶液容易進(jìn)入空腔30。而干法去除光阻掩膜時(shí)，會(huì)同時(shí)去除非晶碳層，影響后續(xù)保護(hù)層的刻蝕工藝。

因此，當(dāng)采用氧化硅或者非晶碳作為刻蝕停止層時(shí)，都會(huì)對(duì)壓力感應(yīng)層20或者空腔30產(chǎn)生影響，從而嚴(yán)重影響形成的壓力傳感器的性能和成品率。

本發(fā)明的核心思想在于利用非晶碳層和第一介質(zhì)層的復(fù)合層作為刻蝕停止層，在以圖案化的光阻為掩膜，刻蝕第一介質(zhì)層的過(guò)程中，非晶碳層保護(hù)壓力感應(yīng)層免受等離子體刻蝕的損傷。之后，以第一介質(zhì)層為掩膜刻蝕非晶碳層的過(guò)程中，采用的氧氣等離子體也不會(huì)對(duì)壓力感應(yīng)層造成損傷。此外，刻蝕非晶碳層的過(guò)程中，同時(shí)去除第一介質(zhì)層上的圖案化的光阻，免去了后續(xù)清洗圖案化的光阻的過(guò)程，從而避免清洗溶液等雜質(zhì)進(jìn)行空腔。并且在刻蝕保護(hù)層形成第二開(kāi)口的壓力感應(yīng)區(qū)之后，利用等離子體工藝刻蝕去除刻蝕停止層，也不會(huì)損傷壓力感應(yīng)層。

根據(jù)上述核心思想，本發(fā)明提供的探測(cè)傳感器的制備方法的流程圖如圖2所示，具體包括如下步驟：

步驟S11，提供一半導(dǎo)體基板；

步驟S12，在所述半導(dǎo)體基板表面形成一壓力感應(yīng)層，所述壓力感應(yīng)層與所述半導(dǎo)體基板之間形成一空腔，所述空腔上的所述壓力感應(yīng)層中具有至少一第一開(kāi)口；

步驟S13，形成一非晶碳層，所述非晶碳層覆蓋所述壓力感應(yīng)層，并填充部分所述第一開(kāi)口；

步驟S14，形成一第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層覆蓋所述非晶碳層，并完全覆蓋所述第一開(kāi)口；

步驟S15，刻蝕所述第一介質(zhì)層，保留所述空腔邊緣上的所述第一介質(zhì)層；

步驟S16，以所述第一介質(zhì)層為掩膜刻蝕所述非晶碳層；

步驟S17，形成一保護(hù)層，所述保護(hù)層覆蓋所述壓力感應(yīng)層以及所述第一介質(zhì)層；

步驟S18，刻蝕所述保護(hù)層，去除所述第一介質(zhì)層上的所述保護(hù)層，在所述保護(hù)層中形成第二開(kāi)口，所述第二開(kāi)口作為壓力傳感器的壓力傳感區(qū)；

步驟S19，去除所述第二開(kāi)口中的所述非晶碳層和所述第一介質(zhì)層。

以下結(jié)合圖3至圖10，具體說(shuō)明本發(fā)明的壓力傳感器的制備方法，圖3至圖10為本發(fā)明一實(shí)施例中壓力傳感器的制備方法中器件結(jié)構(gòu)的示意圖。

首先，進(jìn)行步驟S11，如圖3所示，提供一半導(dǎo)體基底100，所述半導(dǎo)體基底100包括具有控制電路(圖中為示出)的襯底110以及位于所述襯底110上的層間介質(zhì)層120，所述層間介質(zhì)層120內(nèi)具有互連結(jié)構(gòu)121和底部接觸電極122，所述底部接觸電極122的厚度為0.5μm～4.0μm。另外，在半導(dǎo)體基底100內(nèi)還可以形成有其他器件結(jié)構(gòu)，例如放大器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、模擬處理電路和/或數(shù)字處理電路、接口電路等，形成這些器件結(jié)構(gòu)的方法均可以為CMOS工藝。其中，互連結(jié)構(gòu)121可以包括栓塞和互連線，其具體的結(jié)構(gòu)需要根據(jù)實(shí)際情況確定。底部接觸電極122的材料選自鋁、鈦、鋅、銀、金、銅、鎢、鈷、鎳、鉭、鉑這些金屬其中之一或者他們的任意組合。

其次，進(jìn)行步驟S12，參考圖4所示，在所述半導(dǎo)體基板100表面形成一壓力感應(yīng)層300，所述壓力感應(yīng)層300與所述半導(dǎo)體基板100之間形成一空腔320，所述空腔320上的所述壓力感應(yīng)層300中具有至少一第一開(kāi)口310，參考圖3和圖4中所示，在所述半導(dǎo)體基板100上形成空腔320的步驟包括如下過(guò)程：

參考圖3所示，在所述半導(dǎo)體基板100上形成一犧牲層，在本實(shí)施例中，所述犧牲層例如為非晶碳，之后利用光刻、刻蝕工藝去除部分非晶碳，剩余底部接觸電極板122上的非晶碳即為犧牲層200。形成非晶碳的方法為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝。等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝的參數(shù)為：溫度范圍為250℃～420℃，氣壓范圍為1torr～20tort，RF功率范圍為800W～2000W，反應(yīng)氣體包括：C₃H₆和He，反應(yīng)氣體流量為1000sccm～4200sccm，其中C₃H₆：He的體積比例范圍為2：1～10：1。

繼續(xù)參考圖3所示，在所述半導(dǎo)體基板100上形成所述壓力感應(yīng)層300，所述壓力感應(yīng)層300覆蓋所述犧牲層200的頂面、側(cè)面以及部分所述半導(dǎo)體基板100。所述壓力感應(yīng)層300還與互連結(jié)構(gòu)121電性連接。本實(shí)施例中，所述壓力感應(yīng)層為Si_1-xGe_x，X的值在0.5到0.8之間，Si_1-xGe_x的厚度為0.5～3.0μm。

參考圖4所示，在所述壓力感應(yīng)層300中形成所述第一開(kāi)口310，并且，所述第一開(kāi)口310暴露所述犧牲層200。

繼續(xù)參考圖4所示，通過(guò)所述第一開(kāi)口310去除所述犧牲層200，在所述壓力感應(yīng)層300和所述底部接觸電極122之間形成所述空腔320。去除犧牲層200的方法為灰化工藝，即采用氧氣等離子體刻蝕非晶碳，非晶碳與氧氣生成二氧化碳?xì)怏w，從第一開(kāi)口310中揮發(fā)出去。

然后，進(jìn)行步驟S13，參考圖5所示，在所述壓力感應(yīng)層300上形成一非晶碳層410。同樣的，沉積非晶碳層410的方法與沉積上述犧牲層200的方法相同，在此不作贅述。本實(shí)施例中，所述非晶碳層410的厚度例如為例如，等。并且，由于所述非晶碳層410的封孔能力較差，因此，非晶碳層410僅填充部分所述第一開(kāi)口310，而難以完全填充第一開(kāi)口310。

接著，進(jìn)行步驟S14，繼續(xù)參考圖5所示，在非晶碳層410上形成第一介質(zhì)層420，本實(shí)施例中，所述第一介質(zhì)層420的材料為硅氧氮化合物，例如，第一介質(zhì)層420可以為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、富硅氧化物中任意一種或者他們的任意組合，但第一介質(zhì)層不限于這些材料，也可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他材料，本發(fā)明對(duì)此不做限制。硅氧氮化合物采用化學(xué)氣相沉積工藝形成，并且，硅氧氮化合物的厚度為例如，等。由于硅氧氮化合物的填充性能較好，因此，硅氧氮化合物完全覆蓋住所述第一開(kāi)口310，從而，解決現(xiàn)有技術(shù)中非晶碳層410封孔能力差的問(wèn)題。本發(fā)明中，非晶碳層410和第一介質(zhì)層420同時(shí)作為后續(xù)刻蝕保護(hù)層時(shí)的壓力感應(yīng)層300的刻蝕停止層。

再次，進(jìn)行步驟S15，刻蝕所述第一介質(zhì)層420，形成如圖6中所示的結(jié)構(gòu)，僅保留作為感應(yīng)區(qū)域上的第一介質(zhì)層420，即空腔320邊緣上的部分所述第一介質(zhì)層420。在本實(shí)施例中，刻蝕所述第一介質(zhì)層420的步驟包括如下過(guò)程：

參考圖5所示，在所述第一介質(zhì)層420上形成圖案化的光阻600。具體的，在非晶碳層410上旋涂光阻，光阻的厚度例如為0.1μm～3.0μm，并采用曝光、顯影等步驟，形成圖案化的光阻600。需要說(shuō)明的是，在形成圖案化的光阻600的過(guò)程中，第一介質(zhì)層420將所述第一開(kāi)口310完全封住，從而可以避免光阻等雜志進(jìn)入空腔320，并且，圖案化的光阻600的位置為后續(xù)形成的壓力傳感器感應(yīng)區(qū)域(第二開(kāi)口)的位置。

以圖案化的光阻600為掩膜刻蝕所述第一介質(zhì)層420，本實(shí)施例中，采用CF₄等離子體刻蝕第一介質(zhì)層420，刻蝕第一介質(zhì)層420的過(guò)程中，非晶碳層410可以避免等離子體對(duì)壓力感應(yīng)層300的損傷。并且，CF₄離子能量較高，同時(shí)刻蝕所述圖案化的光阻600，去除部分的圖案化的光阻600。從而，如圖6中所示，在非晶碳層410上僅保留所述空腔320邊緣上的部分所述第一介質(zhì)層420以及部分所述圖案化的光阻600。

然后，進(jìn)行步驟S16，參考圖7所示，以第一介質(zhì)層420和圖案化的光阻500為掩膜刻蝕非晶碳層410。具體的，采用氧氣等離子體刻蝕非晶碳層410。刻蝕非晶碳層410的過(guò)程中，氧氣與非晶碳之間發(fā)生灰化反應(yīng)，非晶碳與氧氣生成二氧化碳等物質(zhì)，從而去除非晶碳層，僅保留第一介質(zhì)層420下方的非晶碳層410。并且，采用的氧氣等離子體的能量較低，從而，不會(huì)對(duì)壓力感應(yīng)層300造成損傷。此外，氧氣等離子體可以與圖案化的光阻600反應(yīng)，從而氧氣等離子體還刻蝕圖案化的光阻600，并可以完全去除圖案化的光阻600。所以，本實(shí)施例中，不需要單獨(dú)去除圖案化的光阻600的步驟，從而，避免清洗圖案化的光阻600的溶液進(jìn)入空腔320。

進(jìn)行步驟S17，參考圖8所示，在所述半導(dǎo)體基板100上沉積保護(hù)層700，所述保護(hù)層700覆蓋所述壓力感應(yīng)層300以及所述第一介質(zhì)層420。所述保護(hù)層700例如可以為氧化硅、氮化硅等介質(zhì)，保護(hù)層700用于后續(xù)保護(hù)壓力傳感器，防止壓力傳感器受到污染等。

接著，進(jìn)行步驟S18，參考圖9所示，刻蝕所述保護(hù)層700，去除所述非晶碳層410上的所述保護(hù)層700，在保護(hù)層700中形成暴露壓力感應(yīng)層300的第二開(kāi)口710，從而所述第二開(kāi)口720作為壓力傳感器的感應(yīng)區(qū)域。在刻蝕所述保護(hù)層700時(shí)，非晶碳層410和第一介質(zhì)層420作為壓力感應(yīng)層300的刻蝕停止層，保護(hù)壓力感應(yīng)層300。本發(fā)明中，采用非晶碳層410和第一介質(zhì)層420的復(fù)合層作為刻蝕停止層，可以保護(hù)壓力感應(yīng)層以及空腔，提高壓力傳感器的性能。

最后，進(jìn)行步驟S19，參考圖10所示，完全去除所述第一介質(zhì)層420以及所述非晶碳層310。本實(shí)施例中，可以采用等離子體干法刻蝕工藝去除，或者采用濕法刻蝕工藝，例如，采用CF₄等離子體刻蝕去除第一介質(zhì)層420，接著采用O₂等離子體刻蝕去除非晶碳層410，去除非晶碳層410的過(guò)程中，O₂等離子體也不會(huì)損傷下面的壓力感應(yīng)層。

綜上所述，本發(fā)明提供一種壓力傳感器的制備方法，先在壓力感應(yīng)層形成一非晶碳層，再在非晶碳層上形成一第一介質(zhì)層，非晶碳層填充部分第一開(kāi)口，而第一介質(zhì)層完全覆蓋住第一開(kāi)口。在以圖案化的光阻為掩膜，選擇性刻蝕第一介質(zhì)層的過(guò)程中，非晶碳層保護(hù)壓力感應(yīng)層免受等離子體刻蝕的損傷。之后，以第一介質(zhì)層為掩膜刻蝕非晶碳層的過(guò)程中，采用的氧氣等離子體也不會(huì)對(duì)壓力感應(yīng)層造成損傷。此外，刻蝕非晶碳層的過(guò)程中，同時(shí)去除第一介質(zhì)層上的圖案化的光阻，免去了后續(xù)清洗圖案化的光阻的過(guò)程，從而避免清洗溶液等雜質(zhì)進(jìn)行空腔。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。