[发明专利]用于电容式压力传感器的悬置膜

说明书

一种用于形成悬置膜的方法的实施方式包括在牺牲层上方和边界沟槽内沉积第一导电材料。第一导电材料在边界沟槽上方形成角过渡部。该方法还包括去除第一导电材料的一部分，所述去除将第一导电材料的不平坦形貌的至少一部分去除。该方法还包括沉积第二导电材料。第二导电材料延伸到边界沟槽之外。该方法还包括通过蚀刻开口去除牺牲层并且在第二导电材料下方形成腔。第一导电材料限定腔的侧壁边界的一部分。

MEMS传感器用于汽车、消费、工业、医疗以及许多其他应用中。此外，压力传感器具有许多应用。许多应用利用压阻式压力传感器来测量压力。利用硅膜的压阻式传感器周向锚定至硅衬底，并利用衬底的更大区域。经由由于外部压力而引起的膜的偏转来测量压力。大的偏转或温度差引起压阻式读出元件的显著非线性，这给多种应用提出了挑战。

膜和压力传感器的精确且可重复的制造工艺允许在一定温度和压力范围内的更精确的压力读数，并且允许在更多种应用中使用。此外，受益于占用空间减小的半导体器件具有各种应用。随着电子器件的尺寸持续减小，减小半导体器件的占用空间会是有利的。

公开了一种用于形成悬置膜的方法的实施方式。该方法的一种实施方式包括在牺牲层上方和边界沟槽内沉积第一导电材料。第一导电材料在边界沟槽上方形成角过渡部。该方法还包括去除第一导电材料的一部分，所述去除将第一导电材料的不平坦形貌的至少一部分去除。该方法还包括沉积第二导电材料。第二导电材料延伸到边界沟槽之外。该方法还包括通过蚀刻开口去除牺牲层，并且在第二导电材料下方形成腔。第一导电材料限定腔的侧壁边界的一部分。一些实施方式包括保形地沉积第一导电材料和/或第二导电材料。

在一些实施方式中，悬置膜形成为电容式压力传感器的一部分。在一些实施方式中，在集成电路的顶部上形成电容式压力传感器。在一些实施方式中，在集成读出电路的顶部形成电容式压力传感器。压阻式压力传感器未被集成在集成电路的顶部上。压阻材料如多晶硅和单晶硅不能在低温(即低于400℃)下沉积，并且因此不能沉积在CMOS器件的顶部上。利用由钨制成的悬置膜允许利用标准CMOS制造技术和工具在集成电路的顶部上制造电容式压力传感器。由于电容式压力传感器形成在集成电路的顶部上，因此当不使用双管芯封装解决方案时可以减小器件的整体占用空间。可以实现单管芯方法，这比双管芯封装成本更低，并且可以减小昂贵的硅区域的使用。此外，钨对HF蒸气是惰性的，这可以用于去除牺牲层以及将膜悬置。HF蒸气不会在蚀刻牺牲层期间侵蚀钨膜。钨还具有低热膨胀系数，这使得悬置膜不会对不同应用的温度变化过度敏感。然而，钨具有相对高的应力，这可能导致在蚀刻牺牲层以及释放膜期间膜出现失效。

一些实施方式包括在悬置膜下方形成底电极，该电极包括导电金属。悬置膜形成第二电极的一部分。在一些实施方式中，该方法还包括在底电极上方形成隔离层或蚀刻停止层。在一些实施方式中，隔离层/蚀刻停止层可以包括富硅氮化硅。在一些实施方式中，该方法包括去除边界沟槽上方的第一导电材料的角过渡部。在去除第一导电材料的一部分之后，可以在沉积第二导电材料之前沉积粘合层。在一些实施方式中，粘合层改善对下层的粘附性从而避免在CVD钨沉积期间蚀刻下面的氧化物，减小第二导电材料上的应力，并产生与下面的第一导电材料的良好欧姆电接触。可以通过物理气相沉积施加粘合层。在一些实施方式中，粘合层包括钛、氮化钛，或它们的组合。在一些实施方式中，粘合层形成在第二导电材料的顶部上并且可以起到与第二导电材料下方的粘合层类似的功能。一些实施方式包括第二导电材料下方的第一粘合层以及第二导电材料顶部上的第二粘合层。一些实施方式包括仅一个粘合层。

除了改善粘附性之外，粘合层还可以减小悬置膜上的总应力。去除牺牲层以将膜悬置可能导致高局部应力区域中的高应力和应力失效。粘合层可以减少和抵消当膜被释放时膜中的应力。