[发明专利]微电子机械系统微桥结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子机械系统制造技术领域，且特别涉及一种微电子机械系统微桥结构及其制造方法。

背景技术

微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)技术具有微小、智能、可执行、可集成、工艺兼容性好、成本低等诸多优点，近年来得到了快速发展，并已广泛应用于传感器、智能手机、汽车电子等诸多领域。MEMS微桥结构是MEMS领域中应用非常广泛的一种结构，它利用牺牲层释放工艺形成桥结构，可以广泛的利用于探测器、传感器等产品中。而CMOS与MEMS的集成可以结合CMOS的高性能和MEMS的多功能，成为推动MEMS技术走向大规模应用的关键。

MEMS通常利用牺牲层实现微桥结构，牺牲层在MEMS工艺完成后，通过释放工艺去除。牺牲层在MEMS微桥结构中非常关键，与CMOS集成的MEMS通常选用非晶硅材料作牺牲层。考虑到对CMOS电路的影响，牺牲层硅材料一般采用低温CVD(低于400℃)工艺，但是这种工艺形成的非晶硅与底层金属铝的粘附性较差，并且由于热膨胀系数不匹配引起的应力较大，容易产生剥落现象。除此之外，非晶硅直接沉积在金属铝上还会引起另外两个问题，一是在后面的大面积非晶硅刻蚀工艺中，由于刻蚀气氛对硅的刻蚀速率过快，会造成对金属Al的刻蚀过多的风险；另外铝与硅的直接接触会产生互相扩散的问题，对器件的后续工艺及可靠性造成影响。

发明内容

有鉴于非晶硅牺牲层存在的难题，本发明解决的技术问题在于提供一种应用于MEMS微桥结构牺牲层的非晶硅工艺集成方案，通过在金属层和牺牲层之间增加缓冲层，不仅可以解决牺牲层与相邻材料的接触问题，同时可以作为非晶硅的刻蚀终止层及非晶硅和金属铝之间的扩散阻挡层，从而提高产品的可靠性和成品率。

为了达到上述目的，本发明提出一种微电子机械系统微桥结构，包括：

半导体衬底；

金属层，其间隔设置于所述半导体衬底上，形成图形化的凹槽；

介质层，设置于所述金属层之间的图形化凹槽中；

缓冲层，设置于所述金属层和介质层上；

牺牲层，设置于所述缓冲层上。

进一步的，所述缓冲层为SiO2缓冲层，其厚度为500埃～3000埃。

进一步的，所述金属层为铝金属层，所述介质层为SiO2薄膜，所述牺牲层为非晶硅牺牲层。

进一步的，所述牺牲层为单层或多层复合结构。

为了达到上述目的，本发明还提出一种微电子机械系统微桥结构的制造方法，包括下列步骤：

提供一半导体衬底；

在所述半导体衬底上制作金属层，并实现其图形化，同时形成沟槽；

化学气相沉积介质层，实现沟槽填充；

对所述介质层进行平坦化处理，使其表面与金属层齐平；

采用化学气相沉积法，在所述金属层和介质层上沉积缓冲层；

在所述缓冲层上沉积牺牲层。

进一步的，所述金属层为铝金属层，所述介质层为SiO2薄膜，所述牺牲层为非晶硅牺牲层。

进一步的，所述化学气相沉积介质层步骤采用PECVD、HDPCVD、SACVD或APCVD技术。

进一步的，所述平坦化处理采用化学机械研磨，刻蚀或两者的结合。

进一步的，所述沉积牺牲层的处理温度为200℃～550℃，所述牺牲层为单层或多层复合结构，厚度范围为2000埃～20000埃。

进一步的，所述缓冲层为化学气相沉积SiO2缓冲层，其沉积方法为PECVD、HDPCVD、SACVD或是APCVD，其沉积处理温度为200～500℃，厚度为500埃～3000埃。

与现有技术相比，本发明一方面借助缓冲层实现了金属层和牺牲层的应力缓冲，同时缓冲层与金属层和牺牲层的黏附性亦优于金属层与牺牲层的直接接触，另一方面SiO2缓冲层可以作为非晶硅刻蚀的终止层，防止对底层金属的过刻蚀引起的工艺集成问题，SiO2缓冲层作为金属铝和牺牲层之间的阻挡层亦很好地解决了硅材料和铝之间的扩散问题。

附图说明

图1所示为本发明较佳实施例的微电子机械系统微桥结构示意图。

图2所示为本发明较佳实施例的微电子机械系统微桥结构制造方法流程图。

图3～图7所示为本发明较佳实施例的微电子机械系统微桥结构制造方法结构示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。