[发明专利]MEMS热膜传感器和IC电路单片集成的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种MEMS-IC集成制造技术，尤其是一种将MEMS热膜传感器 和IC调理电路实现单片集成制造的方法。

背景技术

IC(Integrated Circuit，即集成电路)工艺是制造集成电路的工艺，用于 形成处理信号、发出指令的电路功能单元；MEMS(Micro Electromechanical System，即微电子机械系统)是利用半导体工艺来制造整合机械及电子元件， 达到系统微小化的目的，这两大制造技术在当今科学发展中的作用日趋重要。 用MEMS技术制造的微型化、高性能的传感器必须同电路结合，使传感器感知 的各种信号经电路处理放大才能发挥作用，因此实现IC和MEMS技术的结合至 关重要。

MEMS工艺是在IC制造工艺的基础上发展而来的，但是与IC制造工艺又 有很大的不同，两者之间并不兼容，工艺繁杂，一般都需要50～60道工艺才 能够完成一个基本的运放的制备。MEMS工艺多种多样，难有标准化可言。因 此如何把两套差别很大的工艺集成在一起，制造出单片集成的功能单元，就需 要综合各方面因素进行详细的考虑。

对于MEMS热膜传感器同IC的单片集成技术中主要存在的主要问题是：在 制造传感器的MEMS工艺过程中要沉积低应力氮化硅薄膜作为传感器的支撑 膜，此工艺过程同IC工艺过程不兼容，主要是因为IC工艺前期要有高温工艺， 后期又要求不能经受太高的温度，而传感器的低应力氮化硅薄膜所需温度正好 处于上述两个温度的中间态，使制造过程困难。另外，由于两种工艺的温度不 兼容，必然要求先做高温工艺后作低温工艺，由于氮化硅温度处于中间，必然 在磷硅玻璃(PSG)淀积和回流工艺前完成，而在电路区为避免过厚的介质层 需要刻蚀掉氮化硅，这样会造成一个1μm以上的台阶，这个台阶会造成后续 光刻工艺不处于一个平面，光刻的光的衍射现象造成质量降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种MEMS热膜传感器和IC单片集成制造 方法，以解决MEMS工艺过程中低应力氮化硅薄膜的生长同IC工艺不兼容的问 题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是一种MEMS热膜传感器 和IC电路单片集成的方法，本方法基于MEMS体硅加工工艺和IC单片制造工 艺，其特征在于包括以下步骤：

1)按照预先设计在同一硅片划分出IC电路区和MEMS热膜传感器区域；

2)在IC电路区进行IC电路制作中的实施前期高温工艺步骤；

3)在MEMS热膜传感器区域淀积氮化硅薄膜，制备传感器支撑膜；

4)在整个硅片上淀积磷硅玻璃，升温回流平整化晶圆表面；

5)进而同步制备传感器区电路和IC电路；

6)沉积保护层，并刻蚀释放结构。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：将低应力氮化硅薄膜生长同 IC工艺中的PSG淀积结合起来，先淀积氮化硅薄膜，再把IC电路区的氮化硅 薄膜刻蚀后淀积形成PSG，利用它的流动性升温使其回流填平台阶，使晶圆表 面平坦化，由于本发明中所使用的PSG回流温度同淀积氮化硅薄膜工艺温度接 近，解决了两种工艺的兼容性问题，消除了台阶对后续加工工艺的影响。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是一般热膜传感器的结构示意图；

图2是用本发明提供的方法制备的MEMS热膜传感器与IC电路单片集成的 结构示意图；

图1中，21加热器，22温度检测器；

图2中，1硅片，2氧化硅，3N阱，4氧化硅、氮化硅层，5栅氧，6 多晶硅，7N⁺区，8N^-区，9P⁺区，10P^-区，11氮化硅薄膜，12磷硅玻璃，13 Pt金属层，14第一层金属布线，15氧化硅，16第二层金属布线，17氮化硅 保护层，18焊盘，19传感器背腔，20隔热槽

具体实施方式

图1为一般的热膜传感器的结构示意图，包括加热器21和温度检测器22， 其工作原理为：驱动电路采用闭环形式控制加热器21中的加热丝的温度，气 体的流动将产生温度差，从而在温度检测器22中的温敏电阻处产生了阻值的 变化，在温敏电阻构成的全桥结构内部产生了电压差，通常经过差分输入和信 号放大后以电压形式被放大输出，处理后进入控制系统。