[发明专利]具有多层膜片的半导体换能器装置以及制造具有多层膜片的半导体换能器装置的方法

说明书

半导体换能器装置包括悬置在半导体本体(1)上方的膜片(10)。所述膜片(10)的第一层(9)包括耐蚀刻剂的材料，所述蚀刻剂包括氟或氟化合物，并且所述第一层覆盖包括钛和/或TiN的第二层(8)。因此所述第一层(9)充当保护层并且防止在使用HF蒸汽来蚀刻牺牲层(5)以释放所述膜片(10)期间的例如氟化钛的残留物的产生。

如压力传感器一样，半导体换能器装置的膜片能够包括层的序列，该层的序列包括主金属层。例如MEMS膜的膜片施加在牺牲层上。TiN/Ti或TiN的层可以布置在主金属层与牺牲层之间，以促进附着力以及提供扩散势垒和应力补偿，并且TiN层还可以布置在主金属层上。此后，特别地通过氢氟(HF)蒸汽蚀刻来去除牺牲层，以释放膜片。HF蒸汽与Ti的化学反应可以产生诸如Ti氟化合物的残留物，该残留物可能不利地影响膜片的特性。

US 2016/0023893 A1公开了一种用于电容式压力传感器的悬置膜，该电容式压力传感器包括在牺牲层之上和边界沟道内沉积第一导电材料、去除第一导电材料的非均匀形貌的至少一部分、沉积延伸超过边界沟道的第二导电材料，以及通过蚀刻开口去除牺牲层，从而形成第二导电材料之下的空腔。

US 8071486 B2公开了一种去除由于HF蒸汽中的处理产生的残留物的方法，其中所制造的装置暴露于干燥水蒸汽一段时间以足以使残留物在干燥水蒸汽中分解。

本发明的目的是提供一种具有多层膜片的半导体换能器装置的改进构思和一种制造具有多层膜片的半导体换能器装置的方法，该方法尤其适用于HF蒸汽蚀刻的释放。

该目的通过独立权利要求的主题来实现。改进的构思的实施例和改进在从属权利要求中限定。

改进的构思基于以下思想：提供具有膜片的半导体换能器装置，所述膜片包括耐基于氟的蚀刻剂(例如氢氟酸)的附加层，使得防止在蚀刻过程中产生残留物。为了不使制造过程变得复杂，附加层需要保持与整个制造工艺的CMOS兼容性。此外，为了不使最终的换能器装置例如在敏感性和/或噪声表现方面的性能恶化，仅需要很少的附加层(如果有的话)来改变膜片的机械特性。根据改进的构思的膜片的附加层导致的事实是，以在基于氟的蚀刻过程期间或在其之后不再需要去除残留物的清除步骤的方式，使整个制造过程保持简单，同时显著提高了鲁棒性和产出。值得注意的是，改进的构思允许释放膜片而不形成诸如氟化钛之类的残留物，该残留物可能例如通过使换能器的膜片的机械特性恶化而不利地影响最终的装置的性能。

根据改进的构思的半导体换能器装置包括半导体本体和诸如MEMS膜的膜片，该膜片具有第一层和第二层。膜片可以是结构化的，例如对其进行穿孔。膜片的主延伸平面布置为平行于半导体本体的表面，使得膜片在与膜片的主延伸平面垂直的垂直方向上与半导体本体相距一定距离悬置。所述距离可以小于10μm，例如大约1-3μm。

第二层包括钛Ti，和/或氮化钛TiN，而第一层包括耐蚀刻剂的材料，所述蚀刻剂包括氟或氟化合物。在本发明上下文中的“耐”意味着膜片的第一层的蚀刻速率显著低于第二层的蚀刻速率。特别地，对于包括氟或氟化合物的蚀刻剂，第一层的材料的蚀刻速率低于第二层的材料的蚀刻速率。第二层布置在半导体本体与第一层之间。

膜片的第一层可以称为保护层，相比于第二层，所述保护层以距半导体本体更远的距离与第二层接触地布置。因此，第一层可以认为是布置在第二层背离半导体本体的表面上。常规换能器的膜片包括第二层材料，该第二层材料包括Ti，例如TiN，作为扩散势垒并且用于应力补偿。与第二层相比，由于该第二层的基于Ti的材料可能与例如HF的基于氟的蚀刻剂反应，以形成不期望的残留物，因此根据改进的构思的第一层由耐蚀刻剂的材料制成。为了不使膜片的机械特性显著恶化，即为了保持特定应力和应力梯度，第一层沉积的厚度小于200nm，例如为40至100nm，该厚度总计为膜片的总厚度的约10％。

为了改善不同层之间的附着力，所述层的表面可以在沉积之后被处理，使得所述表面的粗糙度降低。例如，可以采用化学-机械抛光CMP工艺来实现所述改进的附着力。