CN102275865A - 压力传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种压力传感器及其制造方法。该压力传感器制造方法，其特征在于包括：在衬底上自下而上依次形成顶层通孔图形和顶层金属层图形；在顶层金属层上形成牺牲层；在牺牲层中形成支撑槽；沉积释放保护层；在支撑槽中的释放保护层中形成接触孔图形；沉积金属上电极层，并实现金属上电极层的图形化以形成金属上电极，所述的金属上电极通过接触孔与顶层金属层图形相连；进一步沉积释放保护层，并实现释放保护层图形化；在释放保护层中形成释放孔；以及完成释放工艺并沉积封盖材料层。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，更具体地说，涉及一种压力传感器制造方法、以及根据该压力传感器制造方法得到的压力传感器。
背景技术
微电子机械系统(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，故其已开始广泛应用在包括红外探测技术领域的诸多领域。压力传感器是一种常用的传感器器件，其工作原理有电阻和电容两类。其中电容式较常用，是利用真空腔形成的电容结构在压力作用下发生电容变化，并转变成电信号进行放大处理。
压力传感器工艺一般与CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺兼容性比较差，故而早期很难实现大规模的生产。近年来由于MEMS产品的市场需求逐渐扩大，CMOS-MEMS的概念逐渐被人提出。CMOS-MEMS是利用CMOS技术制作外围读取及信号处理电路，然后在CMOS电路上面制作传感器及微机械系统的结构，而工艺兼容性问题始终是困扰CMOS-MEMS技术的关键。
具体地说，目前压力传感器一般采用体硅材料形成真空腔，很难与CMOS工艺兼容；同时，其真空腔是通过封装技术来形成的，成本较高且成品率会因封装工艺下降很多；另外，CMOS-MEMS单芯片集成会给工艺提出更多要求，例如如何解决平坦化这一关键问题。因此，如何提供一种CMOS-MEMS单芯片集成的压力传感器技术，降低其封装成本，并大幅度提高产品性能和可靠性，已成为业界亟待解决的技术问题。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种与CMOS工艺兼容的压力传感器制造方法、和压力传感器，并且本发明的另一个目的是提供一种与铜工艺兼容的压力传感器制造方法、压力传感器。
根据本发明的第一方面，提供了一种压力传感器制造方法，包括：在衬底上自下而上依次形成顶层通孔图形和顶层金属层图形；在顶层金属层上形成牺牲层；在牺牲层中形成支撑槽图形支撑槽；沉积释放保护层；在支撑槽中的释放保护层中形成接触孔图形；沉积金属上电极层，并实现金属上电极层的图形化以形成金属上电极，所述的金属上电极通过接触孔与顶层金属层图形相连；进一步沉积释放保护层，并实现释放保护层图形化；在释放保护层中形成释放孔；以及完成释放工艺并沉积封盖材料层。
优选地，在上述压力传感器制造方法中，在衬底上自下而上依次形成顶层通孔图形和顶层金属层图形的步骤中，在该顶层通孔中的金属为Cu或W或Al，其形成方法是先形成通孔图形，再沉积金属，然后通过回刻蚀或化学机械抛光的方法实现通孔金属化，并且，在形成顶层通孔图形之后执行沉积顶层金属步骤，在沉积顶层金属步骤中，先形成Ti\TiN或Ta\TaN或TaN\Ta层，随后沉积顶层金属，并且在沉积顶层金属之后沉积TaN及TiN，以在后续光刻时降低金属反射率；其中顶层金属材料为Al或W，其图形化方案是通过标准铝后道的金属刻蚀工艺来形成的。
优选地，在上述压力传感器制造方法中，顶层金属层和牺牲层之间可以包括黏附层，用于增强牺牲层和其他材料的接触。
优选地，在上述压力传感器制造方法中，在在衬底上自下而上依次形成顶层通孔图形和顶层金属层图形的步骤中，顶层通孔中的金属和顶层金属为Cu，其工艺实现方法为大马士革工艺；并且其中，在在衬底上自下而上依次形成顶层通孔图形和顶层金属层图形的步骤之后沉积黏附层；随后在顶层金属层上形成牺牲层。
优选地，在上述压力传感器制造方法中，在衬底上自下而上依次形成顶层通孔图形和顶层金属层图形的步骤采用的制作工艺为单大马士革工艺或双大马士革工艺。
优选地，在上述压力传感器制造方法中，在衬底上自下而上依次形成顶层通孔图形和顶层金属层图形的步骤中，先利用双大马士革工艺形成位于介质材料中的通孔和金属图形，然后沉积Ta\TaN或TaN\Ta层，随后沉积金属Cu，并利用化学机械抛光的方法形成顶层通孔和顶层金属图形的金属化；或者在衬底上自下而上依次形成顶层通孔图形和顶层金属层图形的步骤中，利用单大马士革工艺的方法先实现顶层通孔的图形化和金属化，再实现顶层金属图形的图形化和金属化；同时利用大马士革工艺也实现了硅片表面的平坦化，以增加后续工艺的工艺窗口。
优选地，在上述压力传感器制造方法中，所述黏附层还用于增强牺牲层和其他材料的接触，并且所述黏附层为正硅酸乙酯和/或二氧化硅。
优选地，在上述压力传感器制造方法中，所述金属上电极为钛电极、钽电极、上下层叠的氮化钛和钛电极或上下层叠的钽和氮化钽电极，并且所述金属上电极通过接触孔与电路相连接；所述接触孔形成在支撑槽中的牺牲层材料中。
优选地，在上述压力传感器制造方法中，所述释放孔图形化时，在牺牲层上停止，并且释放孔的深宽比大于1。
优选地，在上述压力传感器制造方法中，所述压力传感器的支撑槽图形在压力传感器的金属下电极图形外周环形布置，并且压力传感器制造方法还包括利用该支撑槽及后续的释放保护层、释放孔形成真空腔结构；并且其中，所述压力传感器的金属上电极被释放保护层包围。
优选地，在上述压力传感器制造方法中，所述完成释放工艺并沉积封盖材料层的步骤包括：在释放孔打开后，先进行释放工艺，将牺牲层释放去除，然后利用物理气相沉积和/或化学气相沉积技术沉积封盖材料，并利用沉积时封盖材料在释放孔形成的悬垂接触形成真空封装，从而形成压力传感器的真空腔结构。
优选地，在上述压力传感器制造方法中，顶层通孔图形间填充了介质材料。
优选地，在上述压力传感器制造方法中，接触孔中的金属上电极和顶层金属层接触。
优选地，在上述压力传感器制造方法中，释放孔位于牺牲层上方的释放保护层中。
优选地，在上述压力传感器制造方法中，所述压力传感器制造方法用于制造电容式压力传感器。
根据本发明的第二方面，提供了一种根据本发明第一方面所述的压力传感器制造方法制造的制造的压力传感器。
由于采用了根据本发明第一方面所述的压力传感器制造方法，因此，本领域技术人员可以理解的是，根据本发明第二方面的压力传感器同样能够实现根据本发明的第一方面的压力传感器制造方法所能实现的有益技术效果。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1示出了根据本发明第一优选实施例的压力传感器制造方法的流程图；
图2示出了根据本发明第一优选实施例的压力传感器制造过程中的中间结构的剖面图；以及
图3示出了根据本发明一个实施例的压力传感器的俯视图。
图4示出了根据本发明第二优选实施例的压力传感器制造方法的流程图；
图5示出了根据本发明第二优选实施例的压力传感器制造方法过程中得到的压力传感器中间结构的剖面图；以及
图6示出了根据本发明一个实施例的压力传感器的俯视图。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
<第一优选实施例>
图1示出了根据本发明的第一优选实施例的压力传感器制造方法的流程图。并且，图2示出了根据图1所示的压力传感器制造方法得到的本发明实施例的压力传感器的制造过程中的一个中间结构的剖面图。
结合图1和图2所示，根据本发明第一优选实施例的压力传感器制造方法包括如下所述的步骤。
在步骤S1中，在衬底1(例如硅衬底)上形成顶层通孔2结构；例如在一个具体实施例中，在硅衬底1上形成了填充有钨(W)或者铝(Al)的通孔结构。优选地，顶层通孔间填充了介质材料。该介质材料例如是绝缘材料或半导体材料，例如二氧化硅SiO2。
在步骤S2中，沉积顶层金属层3，并实现其图形化；例如，可沉积顶层Al金属层并实现其图形化。
在步骤S3中，在顶层金属层中和顶层金属层上部沉积牺牲层9；具体地说，可利用化学气相沉积(CVD)沉积硅牺牲层9。该牺牲层材料为聚酰亚胺(Polymide)等有机物或者硅或者SiO2。
在步骤S4中，在牺牲层9中形成支撑槽结构。具体地说，图3示出了根据本发明一个实施例的压力传感器的俯视图，该图主要用于示出支撑槽5的布置，即该支撑槽5在器件外围环形布置。
在步骤S5中，在支撑槽中以及牺牲层9上表面沉积释放保护层6；其中，释放保护层的材料例如是SiO2。
在步骤S6中，在支撑槽中的牺牲层材料中形成接触孔或接触槽4，即实现接触孔4的图形化，以实现金属上电极与衬底的接触。
在步骤S7中，沉积金属，并实现金属上电极的图形化，以形成金属上电极7。其中，金属电极的材料例如是金属Ta。优选地，接触孔中的金属上电极和顶层金属层接触。
在步骤S8中，进一步沉积释放保护层6并实现其图形化。同样，释放保护层6的材料例如是SiO2。实际的产品应用中的微桥悬空结构可以是一个单元，也可以是很多单元(阵列形式)。此处释放保护层6的图形化的作用在于定义单个单元或阵列中的单个单元。单元之间以及单元外面的地方需要把释放保护层打开，以便于在释放时去除牺牲层，漏出顶层金属，以便用于实现焊盘PAD等功能。
由此，在步骤S8之后就得到了图2所示出的本发明实施例的压力传感器的制造过程中的一个中间结构的剖面图。
在步骤S9中，实现释放孔8的图形化，即形成释放孔8。具体地说，例如，在一个具体实施例中，可通过利用二氟化氙(XeF2)释放工艺，去除硅牺牲层。优选地，释放孔位于牺牲层上方的释放保护层中。
在步骤S10中，进行释放工艺，并沉积封盖材料(未示出)，实现压力传感器结构。封盖材料例如是SiO2。
现在参考图2所示的压力传感器的制造过程中的一个中间结构的剖面图。该结构包括：衬底1；顶层通孔2；顶层金属层3(沉积在顶层通孔层之上的该金属层图形化后，可以实现电容式压力传感器的下电极，并且与金属上电极7的接触)；牺牲层9(牺牲层9释放后即形成传感器的悬空结构)；支撑槽5(用于无柱支撑整个压力腔真空结构)；释放保护层6(用于保护上电极材料)；金属上电极7(用于实现电容式压力传感器的上电极)；金属上电极7上的释放保护层(用于保护上电极材料)；以及释放孔8(用于释放牺牲层材料)。
图2所示出的本发明实施例的压力传感器的制造过程中的一个中间结构中，制作了顶层通孔和顶层金属层，由此实现了压力传感器的下电极，并且利用金属上电极实现压力传感器上电极，利用支撑槽和释放孔及封盖材料实现无柱真空结构。
优选地，在一个具体实施例中，在该顶层通孔中的金属为Cu或W或Al，其形成方法是先形成通孔图形，再沉积金属，然后通过回刻蚀或化学机械抛光的方法实现通孔金属化。
并且，在形成顶层通孔图形之后执行沉积顶层金属步骤，在沉积顶层金属步骤中，先形成Ti\TiN或Ta\TaN或TaN\Ta层，随后沉积顶层金属，并且在沉积顶层金属之后沉积TaN及TiN，以在后续光刻时降低金属反射率；其中顶层金属材料为Al或W，其图形化方案是通过标准铝后道的金属刻蚀工艺来形成的。该顶层金属可以用来实现金属下电极功能和焊盘PAD功能。
进一步优选地，在一个具体实施例中，顶层金属层和牺牲层之间可以包括黏附层，用于增强牺牲层和其他材料的接触；该黏附层的材料为基于正硅酸乙酯(TEOS)或者SiH4的氧化硅。
进一步优选地，在一个具体实施例中，该压力传感器的支撑槽图形完全包围压力传感器的下电极图形，利用该支撑槽及后续的释放保护层、释放孔形成真空腔结构；该压力传感器的金属上电极被释放保护层包围，以保护电极材料避免受到释放工艺的损伤。
进一步优选地，在一个具体实施例中，该金属上电极为钛电极、钽电极、上下层叠的氮化钛和钛电极或上下层叠的钽和氮化钽电极。该金属上电极通过接触孔4与电路相连接；该压力传感器的接触孔4也可以为接触槽结构。
进一步优选地，在一个具体实施例中，该释放孔图形化时，在牺牲层上停止，并且释放孔的深宽比大于1。
进一步优选地，在一个具体实施例中，该压力传感器的真空腔结构是在释放孔打开后，先进行释放工艺，将牺牲层释放去除，然后利用物理气相沉积和/或化学气相沉积技术沉积封盖材料，并利用沉积时封盖材料在释放孔形成的悬垂接触形成真空封装。
进一步优选地，在一个具体实施例中，当牺牲层材料为有机物材料时，该释放保护层的材料为硅、二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅和碳化硅或非化学计量比的二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅和碳化硅，或者掺有硼、磷、碳或氟等杂质元素的上述材料。
可选地并且优选地，在一个具体实施例中，当牺牲层材料为硅材料时，该释放保护层的材料为二氧化硅、氮氧化硅或非化学计量比的二氧化硅、氮氧化硅或者掺有硼、磷、碳或氟等杂质元素的上述材料。
可选地并且优选地，当牺牲层材料为SiO2时，该释放保护层的材料为氮化硅、碳化硅或和非化学计量比的富硅氮化硅和富硅碳化硅，或者掺有硼、磷、碳或氟等杂质元素的上述材料。
进一步优选地，在一个具体实施例中，封盖材料为SiO2、氮化硅、碳化硅或和非化学计量比的上述材料，或者掺有H、硼、磷、碳或氟等杂质元素的上述材料。
<第二优选实施例>
图4示出了根据本发明的第二优选优选实施例的压力传感器制造方法的流程图。并且，图5示出了根据图4所示的压力传感器制造方法得到的本发明实施例的压力传感器的制造过程中的一个中间结构的剖面图。
结合图4和图5所示，根据本发明第二优选实施例的压力传感器制造方法包括如下所述的步骤。
在步骤S21中，沉积顶层通孔层介质和顶层金属层介质，并形成顶层通孔和顶层金属沟槽图形化。
具体地说，在一个具体实施例中，所述在衬底上自下而上依次形成顶层通孔图形和顶层金属层图形的步骤中，先形成利用双大马士革工艺形成位于介质材料中的通孔和金属图形，然后沉积Ti\TiN或Ta\TaN或TaN\Ta层，随后沉积顶层金属Cu，并利用化学机械抛光的方法形成顶层通孔和顶层金属图形的金属化。
具体地说，在一个具体示例中，首先在硅衬底上沉积顶层通孔层介质SiO2和顶层金属层介质SiO2(二氧化硅)，这两层介质的厚度例如总共9000A；并且利用双大马士革工艺(例如可采用先刻全孔双大马士革工艺)通过光刻刻蚀先形成顶层通孔和顶层金属沟槽图形化。在大马士革工艺或双大马士革工艺中，先挖孔或沟槽，再填充金属并通过化学机械研磨(CMP)实现图形化和金属化。
然而，也可以采用其它方案执行该步骤，例如，可选地，在另一个具体实施例中，所述在衬底上自下而上依次形成顶层通孔图形和顶层金属层图形的步骤中，该步骤同时也可以利用单大马士革工艺的方法先形成顶层通孔图形的金属化，在再形成顶层金属图形的图形化；同时利用大马士革工艺也实现了硅片表面的平坦化，有利于以增加后续工艺的工艺窗口。
在步骤S22中，形成顶层金属和顶层通孔结构。
具体地说，首先例如通过物理气相沉积(PVD)沉积扩散阻挡层TaN\Ta(例如TaN\Ta的厚度分别为150A和250A)和Cu籽晶层(例如厚度为2000A)，通过电感耦合等离子体(ECP)沉积金属Cu金属层(例如厚度为7000A)，并通过Cu-CMP实现其顶层金属和顶层通孔结构。顶层通孔间填充了介质材料二氧化硅SiO2。
并且，顶层金属具有金属间介质11。
在步骤S23中，沉积黏附层10，黏附层10是例如1000A厚的TEOS(正硅酸乙酯)和/或二氧化硅SiO2；实际上，该黏附层同时起到释放保护层的效果，即该黏附层也可以额外地作为释放保护层。并且，黏附层10还用于增强牺牲层和其他材料的接触。
在步骤S24中，在顶层金属层中和顶层金属层上部沉积牺牲层9，例如积牺牲层9厚度为2um；具体地说，可利用化学气相沉积(CVD)沉积硅牺牲层9。该牺牲层材料为聚酰亚胺(Polymide)等有机物或者硅或者SiO2。沉积牺牲层非晶硅。
沉积牺牲层前必须沉积释放保护层，以保护下层材料(具体地说是铜)在释放时不会被释放气体所损伤。而且，随着工艺的进行，后续工艺还会沉积释放保护层；不同层次的释放保护层会连载一起，起到保护相关结构的作用。
在步骤S25中，在牺牲层9中形成支撑槽结构。具体地说，图6示出了根据本发明一个实施例的压力传感器的俯视图，该图主要用于示出支撑槽5的布置，即该支撑槽5在器件外围环形布置。
在步骤S26中，在支撑槽中以及牺牲层9上表面沉积释放保护层6；其中，释放保护层的材料例如是厚度为1500A的SiO2。
在步骤S27中，在支撑槽中的牺牲层材料中形成接触孔或接触槽4，即实现接触孔4的图形化，以实现金属上电极与衬底的接触。
在步骤S28中，沉积金属，并实现金属上电极的图形化，以形成金属上电极7。其中，金属电极的材料例如是厚度为1000A的金属Ta。优选地，接触孔中的金属上电极和顶层金属层接触。
在步骤S29中，进一步沉积释放保护层6并实现其图形化。同样，释放保护层6的材料例如是厚度为1500A的SiO2。实际的产品应用中的微桥悬空结构可以是一个单元，也可以是很多单元(阵列形式)。此处释放保护层6的图形化的作用在于定义单个单元或阵列中的单个单元。单元之间以及单元外面的地方需要把释放保护层打开，以便于在释放时去除牺牲层，漏出顶层金属，以便用于实现焊盘PAD等功能。
由此，在步骤S29之后就得到了图5所示出的本发明实施例的压力传感器的制造过程中的一个中间结构的剖面图。
在步骤S30中，实现释放孔8的图形化，即形成释放孔8。具体地说，例如，在一个具体实施例中，可通过利用二氟化氙(XeF2)释放工艺，去除硅牺牲层。优选地，释放孔位于牺牲层上方的释放保护层中。
在步骤S31中，进行释放工艺，并沉积封盖材料(未示出)，实现压力传感器结构。封盖材料例如是厚度为1000A的SiO2。
这样，在上述压力传感器制造方法中，利用了铜后道兼容工艺制作顶层通孔和顶层金属结构实现压力传感器的下电极，并实现硅片表面平坦化，利用金属上电极实现压力传感器上电极，并且利用支撑槽和释放孔及封盖材料实现无柱真空结构。
现在参考图5所示的压力传感器的制造过程中的一个中间结构的剖面图。该结构包括：衬底1；顶层通孔2；顶层金属层3(沉积在顶层通孔层之上的该金属层图形化后，可以实现电容式压力传感器的下电极，并且与金属上电极7的接触)；牺牲层9(牺牲层9释放后即形成传感器的悬空结构)；支撑槽5(用于无柱支撑整个压力腔真空结构)；释放保护层6(用于保护上电极材料)；金属上电极7(用于实现电容式压力传感器的上电极)；金属上电极7上的释放保护层(用于保护上电极材料)；释放孔8(用于释放牺牲层材料)、以及黏附层10。
图5所示出的本发明实施例的压力传感器的制造过程中的一个中间结构中，制作了顶层通孔和顶层金属层，由此实现了压力传感器的下电极，并且利用金属上电极实现压力传感器上电极，利用支撑槽和释放孔及封盖材料实现无柱真空结构。
优选地，在一个具体实施例中，在衬底上自下而上依次形成顶层通孔图形和顶层金属层图形的步骤中，先利用双大马士革工艺形成位于介质材料中的通孔和金属图形，然后沉积Ta\TaN或TaN\Ta层，随后沉积金属Cu，并利用化学机械抛光的方法形成顶层通孔和顶层金属图形的金属化；或者在衬底上自下而上依次形成顶层通孔图形和顶层金属层图形的步骤中，利用单大马士革工艺的方法先实现顶层通孔的图形化和金属化，再实现顶层金属图形的图形化和金属化；同时利用大马士革工艺也实现了硅片表面的平坦化，以增加后续工艺的工艺窗口。
并且，在形成顶层通孔图形的金属化之后执行沉积顶层金属步骤，在沉积顶层金属的步骤中，先形成Ti\TiN或Ta\TaN或TaN\Ta层，随后沉积顶层金属。其中通过先挖沟槽后填金属并CMP磨平的大马士革工艺实现其图形化。同时，其顶层通孔和顶层金属结构可以通过双大马士革工艺同时实现。该顶层金属可以用来实现金属下电极功能和焊盘PAD功能。
进一步优选地，在一个具体实施例中，该压力传感器的支撑槽图形完全包围压力传感器的下电极图形，利用该支撑槽及后续的释放保护层、释放孔形成真空腔结构；该压力传感器的金属上电极被释放保护层包围，以保护电极材料避免受到释放工艺的损伤。
进一步优选地，在一个具体实施例中，该金属上电极为钛电极、钽电极、上下层叠的氮化钛和钛电极或上下层叠的钽和氮化钽电极。该金属上电极通过接触孔4与电路相连接；该压力传感器的接触孔4也可以为接触槽结构。
进一步优选地，在一个具体实施例中，该释放孔图形化时，在牺牲层上停止，并且释放孔的深宽比大于1。
进一步优选地，在一个具体实施例中，该压力传感器的真空腔结构是在释放孔打开后，先进行释放工艺，将牺牲层释放去除，然后利用物理气相沉积和/或化学气相沉积技术沉积封盖材料，并利用沉积时封盖材料在释放孔形成的悬垂接触形成真空封装。
进一步优选地，在一个具体实施例中，当牺牲层材料为有机物材料时，该释放保护层的材料为硅、二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅和碳化硅或非化学计量比的二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅和碳化硅，或者掺有硼、磷、碳或氟等杂质元素的上述材料。
可选地并且优选地，在一个具体实施例中，当牺牲层材料为硅材料时，该释放保护层的材料为二氧化硅、氮氧化硅或非化学计量比的二氧化硅、氮氧化硅或者掺有硼、磷、碳或氟等杂质元素的上述材料。
可选地并且优选地，当牺牲层材料为SiO2时，该释放保护层的材料为氮化硅、碳化硅或和非化学计量比的富硅氮化硅和富硅碳化硅，或者掺有硼、磷、碳或氟等杂质元素的上述材料。
进一步优选地，在一个具体实施例中，封盖材料为SiO2、氮化硅、碳化硅或和非化学计量比的上述材料，或者掺有H、硼、磷、碳或氟等杂质元素的上述材料。
根据本发明的另一实施例，本发明还涉及根据图1或图4所示的流程图制造而成的压力传感器。
对于本领域技术人员来说明显的是，可在不脱离本发明的范围的情况下对本发明进行各种改变和变形。所描述的实施例仅用于说明本发明，而不是限制本发明；本发明并不限于所述实施例，而是仅由所附权利要求限定。
Claims (16)
1.一种压力传感器制造方法，其特征在于包括：
在衬底上自下而上依次形成顶层通孔图形和顶层金属层图形；
在顶层金属层上形成牺牲层；
在牺牲层中形成支撑槽；
沉积释放保护层；
在支撑槽中的释放保护层中形成接触孔图形；
沉积金属上电极层，并实现金属上电极层的图形化以形成金属上电极，所述的金属上电极通过接触孔与顶层金属层图形相连；
进一步沉积释放保护层，并实现释放保护层图形化；
在释放保护层中形成释放孔；以及
完成释放工艺并沉积封盖材料层。
2.根据权利要求1所述的压力传感器制造方法，其特征在于，其中在衬底上自下而上依次形成顶层通孔图形和顶层金属层图形的步骤中，在该顶层通孔中的金属为Cu或W或Al，其形成方法是先形成通孔图形，再沉积金属，然后通过回刻蚀或化学机械抛光的方法实现通孔金属化，
并且，在形成顶层通孔图形之后执行沉积顶层金属步骤，在沉积顶层金属步骤中，先形成Ti\TiN或Ta\TaN或TaN\Ta层，随后沉积顶层金属，并且在沉积顶层金属之后沉积TaN及TiN，以在后续光刻时降低金属反射率；其中顶层金属材料为Al或W，其图形化方案是通过标准铝后道的金属刻蚀工艺来形成的。
3.根据权利要求1或2所述的压力传感器制造方法，其特征在于，其中顶层金属层和牺牲层之间可以包括黏附层，用于增强牺牲层和其他材料的接触。
4.根据权利要求1所述的压力传感器制造方法，其特征在于，其中在在衬底上自下而上依次形成顶层通孔图形和顶层金属层图形的步骤中，顶层通孔中的金属和顶层金属为Cu，其工艺实现方法为大马士革工艺；
并且其中，在在衬底上自下而上依次形成顶层通孔图形和顶层金属层图形的步骤之后沉积黏附层；随后在顶层金属层上形成牺牲层。
5.根据权利要求4所述的压力传感器制造方法，其特征在于，其中在衬底上自下而上依次形成顶层通孔图形和顶层金属层图形的步骤采用的制作工艺为单大马士革工艺或双大马士革工艺。
6.根据权利要求4或5所述的压力传感器制造方法，其特征在于，其中在衬底上自下而上依次形成顶层通孔图形和顶层金属层图形的步骤中，先利用双大马士革工艺形成位于介质材料中的通孔和金属图形，然后沉积Ta\TaN或TaN\Ta层，随后沉积金属Cu，并利用化学机械抛光的方法形成顶层通孔和顶层金属图形的金属化；或者
在衬底上自下而上依次形成顶层通孔图形和顶层金属层图形的步骤中，利用单大马士革工艺的方法先实现顶层通孔的图形化和金属化，再实现顶层金属图形的图形化和金属化；同时利用大马士革工艺也实现了硅片表面的平坦化，以增加后续工艺的工艺窗口。
7.根据权利要求4或5所述的压力传感器制造方法，其特征在于，其中所述黏附层还用于增强牺牲层和其他材料的接触，并且所述黏附层为正硅酸乙酯和/或二氧化硅。
8.根据权利要求1或4所述的压力传感器制造方法，其特征在于，其中所述金属上电极为钛电极、钽电极、上下层叠的氮化钛和钛电极或上下层叠的钽和氮化钽电极，并且所述金属上电极通过接触孔与电路相连接；所述接触孔形成在支撑槽中的牺牲层材料中。
9.根据权利要求1或4所述的压力传感器制造方法，其特征在于，其中所述释放孔图形化时，在牺牲层上停止，并且释放孔的深宽比大于1。
10.根据权利要求1或4所述的压力传感器制造方法，其特征在于，其中所述压力传感器的支撑槽图形在压力传感器的金属下电极图形外周环形布置，并且压力传感器制造方法还包括利用该支撑槽及后续的释放保护层、释放孔形成真空腔结构；并且其中，所述压力传感器的金属上电极被释放保护层包围。
11.根据权利要求1或4所述的压力传感器制造方法，其特征在于，其中所述完成释放工艺并沉积封盖材料层的步骤包括：在释放孔打开后，先进行释放工艺，将牺牲层释放去除，然后利用物理气相沉积和/或化学气相沉积技术沉积封盖材料，并利用沉积时封盖材料在释放孔形成的悬垂接触形成真空封装，从而形成压力传感器的真空腔结构。
12.根据权利要求1或4所述的压力传感器制造方法，其特征在于，其中顶层通孔图形间填充了介质材料。
13.根据权利要求1或4所述的压力传感器制造方法，其特征在于，其中接触孔中的金属上电极和顶层金属层接触。
14.根据权利要求1或4所述的压力传感器制造方法，其特征在于，其中释放孔位于牺牲层上方的释放保护层中。
15.根据权利要求1或4所述的压力传感器制造方法，其特征在于，其中所述压力传感器制造方法用于制造电容式压力传感器。
16.一种根据权利要求1至15之一所述的压力传感器制造方法制造的压力传感器。
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|---|---|
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102589760A (zh) * | 2012-02-27 | 2012-07-18 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 一种微型电容式力学传感器及其制备方法 |
| CN102768093A (zh) * | 2011-05-04 | 2012-11-07 | Nxp股份有限公司 | Mems电容性压力传感器、操作方法和制造方法 |
| CN102798403A (zh) * | 2012-08-21 | 2012-11-28 | 江苏物联网研究发展中心 | Mems薄膜电容式多参数传感器结构及其集成制造方法 |
| CN103803487A (zh) * | 2014-03-10 | 2014-05-21 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | 半导体结构的形成方法 |
| CN104051229A (zh) * | 2013-03-11 | 2014-09-17 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种铜制程整合无源器件制造工艺及其制成的无源器件 |
| CN105439077A (zh) * | 2014-06-18 | 2016-03-30 | 上海丽恒光微电子科技有限公司 | 压力传感器的制备方法 |
| CN107973266A (zh) * | 2016-10-24 | 2018-05-01 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种mems器件及制备方法、电子装置 |
| CN112985471A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-06-18 | 深圳市汇顶科技股份有限公司 | 一种电容传感器及其制作方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1652137A (zh) * | 2004-02-05 | 2005-08-10 | 祥群科技股份有限公司 | 电容式压力感测元结构及制造方法 |
| CN1660691A (zh) * | 2004-02-25 | 2005-08-31 | 索尼株式会社 | 流体驱动装置、静电驱动流体排出装置及其制造方法 |
| US20070045781A1 (en) * | 2005-08-26 | 2007-03-01 | Innovative Micro Technology | Hermetic interconnect structure and method of manufacture |
| CN101087999A (zh) * | 2004-12-22 | 2007-12-12 | 罗伯特·博世有限公司 | 微机械的电容式传感元件 |
| CN101445215A (zh) * | 2008-10-16 | 2009-06-03 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 红外探测器及其制造方法 |
| JP2010012534A (ja) * | 2008-07-01 | 2010-01-21 | Nikon Corp | デバイス及びその製造方法 |
| CN101927976A (zh) * | 2009-09-30 | 2010-12-29 | 浙江大立科技股份有限公司 | 微桥结构红外探测器以及制造方法 |
-
2011
- 2011-05-13 CN CN201110124603.9A patent/CN102275865B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1652137A (zh) * | 2004-02-05 | 2005-08-10 | 祥群科技股份有限公司 | 电容式压力感测元结构及制造方法 |
| CN1660691A (zh) * | 2004-02-25 | 2005-08-31 | 索尼株式会社 | 流体驱动装置、静电驱动流体排出装置及其制造方法 |
| CN101087999A (zh) * | 2004-12-22 | 2007-12-12 | 罗伯特·博世有限公司 | 微机械的电容式传感元件 |
| US20070045781A1 (en) * | 2005-08-26 | 2007-03-01 | Innovative Micro Technology | Hermetic interconnect structure and method of manufacture |
| JP2010012534A (ja) * | 2008-07-01 | 2010-01-21 | Nikon Corp | デバイス及びその製造方法 |
| CN101445215A (zh) * | 2008-10-16 | 2009-06-03 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 红外探测器及其制造方法 |
| CN101927976A (zh) * | 2009-09-30 | 2010-12-29 | 浙江大立科技股份有限公司 | 微桥结构红外探测器以及制造方法 |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102768093B (zh) * | 2011-05-04 | 2016-08-17 | ams国际有限公司 | Mems电容性压力传感器、操作方法和制造方法 |
| CN102768093A (zh) * | 2011-05-04 | 2012-11-07 | Nxp股份有限公司 | Mems电容性压力传感器、操作方法和制造方法 |
| US9383282B2 (en) | 2011-05-04 | 2016-07-05 | Ams International Ag | MEMS capacitive pressure sensor, operating method and manufacturing method |
| CN102589760A (zh) * | 2012-02-27 | 2012-07-18 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 一种微型电容式力学传感器及其制备方法 |
| CN102798403A (zh) * | 2012-08-21 | 2012-11-28 | 江苏物联网研究发展中心 | Mems薄膜电容式多参数传感器结构及其集成制造方法 |
| CN102798403B (zh) * | 2012-08-21 | 2014-10-22 | 江苏物联网研究发展中心 | Mems薄膜电容式多参数传感器的集成制造方法 |
| CN104051229A (zh) * | 2013-03-11 | 2014-09-17 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种铜制程整合无源器件制造工艺及其制成的无源器件 |
| CN103803487A (zh) * | 2014-03-10 | 2014-05-21 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | 半导体结构的形成方法 |
| CN105439077A (zh) * | 2014-06-18 | 2016-03-30 | 上海丽恒光微电子科技有限公司 | 压力传感器的制备方法 |
| CN107973266A (zh) * | 2016-10-24 | 2018-05-01 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种mems器件及制备方法、电子装置 |
| CN107973266B (zh) * | 2016-10-24 | 2020-07-07 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种mems器件及制备方法、电子装置 |
| CN112985471A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-06-18 | 深圳市汇顶科技股份有限公司 | 一种电容传感器及其制作方法 |
| CN112985471B (zh) * | 2021-04-30 | 2021-11-02 | 深圳市汇顶科技股份有限公司 | 一种电容传感器及其制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102275865B (zh) | 2016-06-01 |
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