一種與cmos工藝兼容的氣壓傳感器及其制備工藝的制作方法

一種與cmos工藝兼容的氣壓傳感器及其制備工藝的制作方法來(lái)頻繁發(fā)生的天氣自然災(zāi)難使得氣壓傳感器在氣象預(yù)報(bào)和氣候分析方面凸顯重要性。

氣壓傳感器應(yīng)用需求巨大,由于技術(shù)的進(jìn)步,基于技術(shù)有望提高氣壓傳感器性能、降低成本,因此成為國(guó)內(nèi)外討論機(jī)構(gòu)、高校的主要討論與開(kāi)發(fā)的一類器件。

但是,硅電容式氣壓傳感器目前仍存在如下主要問(wèn)題第一,目前常用多晶硅膜作為變形極板,但是多晶硅的力學(xué)特性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性遠(yuǎn)不如單晶硅;其次,利用帶電極的玻璃靜電鍵合形成電容結(jié)構(gòu)時(shí),對(duì)準(zhǔn)誤差會(huì)引起同批傳感器性能的不全都性問(wèn)題;第三,由于電容極板間隙的存在,對(duì)下極板的引線引出帶來(lái)制造工藝問(wèn)題,而添加的工藝又會(huì)轉(zhuǎn)變標(biāo)準(zhǔn)工藝,使單片集成困難。

本創(chuàng)造針對(duì)以往硅電容式氣壓傳感器存在的問(wèn)題,提出了一種將基于標(biāo)準(zhǔn)工藝流程,在不轉(zhuǎn)變工藝條件和工藝次序的條件下,用阱作為氣壓傳感器的下級(jí)板、金屬引線層作為上極板,從而完成電容式氣壓傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案,并且通過(guò)后處理工藝完成對(duì)氣壓傳感器的研制,其結(jié)構(gòu)可與標(biāo)準(zhǔn)工藝兼容。

該傳感器有利于氣壓計(jì)的低成本、大批量生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)。

創(chuàng)造內(nèi)容技術(shù)問(wèn)題本創(chuàng)造的目的在于供應(yīng)一種與工藝兼容的氣壓傳感器及其制備工藝,本創(chuàng)造在不轉(zhuǎn)變工藝條件和工藝次序的條件下,完成電容式氣壓傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),再利用后處理的關(guān)鍵工藝,制造出氣壓傳感器。

技術(shù)方案本創(chuàng)造所述的一種與工藝兼容的氣壓傳感器,包括玻璃,在玻璃上鍵合有襯底硅,在襯底硅上設(shè)有柵氧化層、第五氧化層和第六氧化層,在襯底硅設(shè)有下電容極板,在下電容極板的下方設(shè)有真空封閉腔,在第六氧化層上設(shè)有上電容極板,在下電容極板與上電容極板之間設(shè)有電容間隙,在上電容極板上設(shè)有與電容間隙相通的腐蝕透氣孔,在第六氧化層上還設(shè)有下電容極板的金屬引線,在第五氧化層上設(shè)有下電容極板的極板引出線,在下電容極板的金屬引線上連接有第五通孔且第五通孔與下電容極板的極板引出線連接,在下電容極板上連接有其次通孔且其次通孔與下電容極板的極板引出線連接。

本創(chuàng)造所述的一種與工藝兼容的氣壓傳感器的制備方法步驟1在襯底硅上熱生長(zhǎng)第一氧化層,再化學(xué)氣相淀積氮化硅層;4步驟2在襯底硅上選定作為制備下電容極板區(qū)域的阱區(qū)域,在阱區(qū)域兩側(cè)的第一氧化層和氮化硅層及硅襯底上進(jìn)行光刻并刻蝕,得到第一溝道和其次溝道,再化學(xué)氣相淀積其次氧化層,利用化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)進(jìn)行平坦化處理,去除多余的其次氧化層;用熱磷酸去除氮化硅層及其下部的第一氧化層,露出阱區(qū)域;步驟3利用光刻膠愛(ài)護(hù)硅芯片的非阱區(qū)域,對(duì)硅芯片進(jìn)行磷離子注入,得到下電容極板;熱生長(zhǎng)第三氧化層,對(duì)下電容極板兩端部上方的第三氧化層區(qū)域進(jìn)行光刻和反應(yīng)離子刻蝕,露出需要制備磷離子重?fù)诫s的區(qū)域,在露出需要制備磷離子重?fù)诫s的區(qū)域上進(jìn)行磷離子注入,形成磷離子重?fù)诫s集中區(qū),用于下電容極板的電引出;再熱生長(zhǎng)第四氧化層,在第一溝道和其次溝道外側(cè)的第四氧化層上進(jìn)行光刻和反應(yīng)離子刻蝕,露出需要制備硼離子重?fù)诫s的區(qū)域,在露出需要制備硼離子重?fù)诫s的區(qū)域上進(jìn)行硼離子注入,形成硼離子重?fù)诫s集中區(qū),用于襯底硅的電引出;用緩釋氫***酸腐蝕液濕法腐蝕去除襯底硅表面第三、第四氧化層,此后,再熱生長(zhǎng)柵氧化層,在柵氧化層上化學(xué)氣相淀積多晶硅,再對(duì)多晶硅進(jìn)行光刻和刻蝕,在下電容極板的兩端部上方保留并形成回字形多晶硅,用于掌握電容區(qū)域的邊界與對(duì)腐蝕液的阻擋,同時(shí)去除其余多晶硅,然后,化學(xué)氣相淀積第五氧化層;利用光刻和刻蝕技術(shù)在第五氧化層上制備出與硼離子重?fù)诫s集中區(qū)連接的第一通孔、與磷離子重?fù)诫s集中區(qū)連接的其次通孔及與多晶硅連接的第三通孔,其中第一通孔用于硅襯底背面自停止腐蝕所用電極引出,其次通孔用于下級(jí)板電極引出,第三通孔用于掌握電容區(qū)域的邊界與釋放電容間隙時(shí)阻擋緩釋氫***酸腐蝕液;濺射第一金屬鋁層,并對(duì)第一層金屬鋁進(jìn)行光刻和刻蝕,在保留與第一通孔連接的第一通孔連接金屬、與其次通孔連接的其次通孔連接金屬及與第三通孔連接的第三通孔連接金屬的同時(shí),去除其余的金屬鋁;再化學(xué)氣相淀積第六氧化層;利用光刻和刻蝕技術(shù)在第六氧化層上制備出與第一通孔連接金屬連接的第四通孔、與其次通孔連接金屬連接的第五通孔及與第三通孔連接金屬連接的第六通孔,其中,第四通孔用于硅襯底背面自停止腐蝕所用電極引出,第五通孔用于下電容極板的電極引出,第六通孔用于掌握電容區(qū)域的邊界與釋放電容間隙時(shí)阻擋緩釋氫***酸腐蝕液。

濺射其次金屬鋁層,并對(duì)其次金屬鋁層進(jìn)行光刻和刻蝕,保留與第四通孔連接的第四通孔連接金屬、與第五通孔連接的第五通孔連接金屬、與第六通孔連接的第六通孔連接金屬及位于下電容極板上方的作為上電容極板的金屬鋁,并去除其余的金屬鋁,同時(shí)制備出腐蝕透氣孔;此后,淀積鈍化層并利用光刻和刻蝕技術(shù)去除第四通孔連接金屬、第五通孔連接金屬、第六通孔連接金屬以及腐蝕透氣孔上方的鈍化材料;步驟4利用緩釋氫***酸腐蝕液通過(guò)腐蝕透氣孔濕法去除上電容極板下方且被回字形多晶硅包圍的柵氧化層、第五氧化層部分和第六氧化層部分,形成下電容極板與上電容極板之間設(shè)有電容間隙;步驟5用四***醇***溶液對(duì)襯底硅背面進(jìn)行掏腔結(jié)自停止腐蝕,釋放出下電容極板,最終,將襯底硅背面與7740玻璃進(jìn)行真空陽(yáng)極鍵合,形成真空密閉空腔。

本創(chuàng)造將基于標(biāo)準(zhǔn)工藝流程,在不轉(zhuǎn)變工藝條件和工藝次序的條件下,用阱作為氣壓傳感器的下電容極板、其次金屬鋁層作為上電容極板,從而完成電容式氣壓傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);通過(guò)金屬引線層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和模擬,設(shè)計(jì)出性能符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的氣壓傳感器,通過(guò)結(jié)構(gòu)中氧化層腐蝕、結(jié)自停止腐蝕和靜電鍵合工藝,制造出氣壓傳感器。

包括以下特點(diǎn)第一,傳感器的全部結(jié)構(gòu)層都利用標(biāo)準(zhǔn)工藝中的材料,傳感器電容的下極板用工藝中的阱,金屬引線層作為傳感器電容的上極板。

其次,利用正面腐蝕犧牲層工藝,釋放上電容極板網(wǎng)狀其次金屬鋁層。

第三,利用結(jié)自停止各向異性腐蝕硅片背面,得到下電容極板阱薄膜層。

第四,利用硅片背面與玻璃圓片級(jí)靜電鍵合形成密封腔,完成氣壓傳感器的結(jié)構(gòu)。

第五,上、下電容極板引線用工藝中的兩層金屬層分別引出;第六,結(jié)自停止各向異性腐蝕過(guò)程中,利用夾具進(jìn)行正面電路愛(ài)護(hù)。

,在不轉(zhuǎn)變工藝次序和條件的狀況下,設(shè)計(jì)出氣壓傳感器,通過(guò)后處理工藝即可制備出該類器件,從而為利用加工線研制氣壓傳感器探究出一條較為可行的路徑;,下電容極板的引出是通過(guò)在第六氧化層上設(shè)有下電容極板的金屬引線,由其次金屬鋁層構(gòu)成,在第五氧化層上設(shè)有下電容極板的極板引出線,由第一金屬鋁層構(gòu)成,在下電容極板的金屬引線上連接有第五通孔且第五通孔與下電容極板的極板引出線連接,在下電容極板上連接有其次通孔且其次通孔與下電容極板的極板引出線連接,由此實(shí)現(xiàn)下電容極板的引線;,采納的是后處理工藝,對(duì)其次金屬鋁層進(jìn)行刻蝕,形成腐蝕刻蝕孔,正面腐蝕二氧化硅層,懸空上電容極板,事實(shí)上,上電容極板是特別的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),其外形及大小與電容值有親密關(guān)系;,腐蝕硅片背面得到下電容極板阱薄膜層。

利用阱作為變形極板,阱的厚度由工藝打算,且結(jié)自停止腐蝕工藝保證了阱的厚度,因此提高了氣壓傳感器的全都性;、下電容極板對(duì)準(zhǔn)精度取決于工藝線,因此遠(yuǎn)比傳統(tǒng)靜電鍵合中玻璃電容極板的對(duì)準(zhǔn)精度高,提高了氣壓傳感器的性能;,屬于傳感器圓片級(jí)鍵合。

鍵合片玻璃的大小與硅圓片大小完全相同。

這種圓片級(jí)鍵合的形式,一方面能夠大大降低器件的成本,另一方面又能夠較大程度的保證傳感器制作過(guò)程中造成偏差的全都性,能夠較大降低傳感器后端信號(hào)調(diào)理的成本。

,在下電容極板為封閉腔體,在上、下電容極板中間為形成電容間隙的腔體,解決下電容極板的引線引出問(wèn)題。

,可解決結(jié)自停止各向異性腐蝕過(guò)程中正面結(jié)構(gòu)及電路的愛(ài)護(hù)問(wèn)題,使得后處理工藝可與工藝兼容。

圖1步驟1中的熱生長(zhǎng)第一氧化層的示意圖。

圖2步驟1中的化學(xué)氣相淀積氮化硅層的示意圖。

圖3步驟2中的選定下電容極板區(qū)域的阱區(qū)域及兩個(gè)溝道的示意圖。

圖4步驟2中的化學(xué)氣相淀積其次氧化層的示意圖。

圖5步驟2中的去除多余的其次氧化層的示意圖。

圖6步驟2中的露出的阱區(qū)域的示意圖。

圖7步驟3中的制備出的下電容極板的示意圖。

圖8步驟3中的熱生長(zhǎng)第三氧化層及露出磷離子重?fù)诫s的區(qū)域的示意圖。

圖9步驟3中的制備磷離子重?fù)诫s集中區(qū)的示意圖。

圖10步驟3中的熱生長(zhǎng)第四氧化層及露出硼離子重?fù)诫s的區(qū)域的示意圖。

圖11步驟3中的制備硼離子重?fù)诫s集中區(qū)的示意圖。

圖12步驟3中的去除襯底硅表面第三、第四氧化層的示意圖。

圖13步驟3中的熱生長(zhǎng)柵氧化層的示意圖。

圖14步驟3中的制備回字形多晶硅的示意圖。

圖15步驟3中的化學(xué)氣相淀積第五氧化層的示意圖。

圖16步驟3中的制備第一通孔、其次通孔及第三通孔的示意圖。

圖17步驟3中的濺射第一金屬鋁層,并進(jìn)行光刻和刻蝕的示意圖。

圖18步驟3中的化學(xué)氣相淀積第六氧化層的示意圖。

圖19步驟3中的制備第四通孔、第五通孔及第六通孔的示意圖。

圖20步驟3中的濺射其次金屬鋁層,并進(jìn)行光刻和刻蝕的示意圖。

圖21步驟3中的淀積鈍化層并進(jìn)行光刻和刻蝕的示意圖。

圖22步驟4中的制備電容間隙的示意圖。

圖23步驟5中的對(duì)襯底硅3背面進(jìn)行掏腔,釋放出下電容極板的示意圖。

圖24步驟5中的襯底硅背面與7740玻璃真空陽(yáng)極鍵合,形成真空密閉空腔,最終實(shí)現(xiàn)的與工藝兼容的氣壓傳感器結(jié)構(gòu)的示意圖。

詳細(xì)實(shí)施方式實(shí)施例1—種與工藝兼容的氣壓傳感器的制備方法步驟1在襯底硅3上熱生長(zhǎng)第一氧化層1,見(jiàn)圖,再化學(xué)氣相淀積氮化硅層2,見(jiàn)圖2;步驟2在襯底硅3上選定作為制備下電容極板區(qū)域的阱區(qū)域4,在阱區(qū)域4兩側(cè)的第一氧化層1和氮化硅層2及硅襯底3上進(jìn)行光刻并刻蝕,得到第一溝道3和其次溝道3,見(jiàn)圖3,再化學(xué)氣相淀積其次氧化層5,見(jiàn)圖4,利用化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)進(jìn)行平坦化處理,去除多余的其次氧化層5,見(jiàn)圖5;用熱磷酸去除氮化硅層2及其下部的第一氧化層,露出阱區(qū)域4,見(jiàn)圖6;步驟3利用光刻膠愛(ài)護(hù)硅芯片的非阱區(qū)域4,對(duì)硅芯片進(jìn)行10133的磷離子注入,得到下電容極板4,見(jiàn)圖7;熱生長(zhǎng)第三氧化層6,對(duì)下電容極板4兩端部上方的第三氧化層6區(qū)域進(jìn)行光刻和反應(yīng)離子刻蝕,露出需要制備磷離子重?fù)诫s的區(qū)域7,見(jiàn)圖8,在露出需要制備磷離子重?fù)诫s的區(qū)域7上進(jìn)行10153的磷離子注入,形成磷離子重?fù)诫s集中區(qū)7,用于下電容極板4的電引出,見(jiàn)圖9;再熱生長(zhǎng)第四氧化層8,在第一溝道3和其次溝道3外側(cè)的第四氧化層8上進(jìn)行光刻和反應(yīng)離子刻蝕,露出需要制備硼離子重?fù)诫s的區(qū)域9,見(jiàn)圖,在露出需要制備硼離子重?fù)诫s的區(qū)域9上進(jìn)行10153的硼離子注入,形成硼離子重?fù)诫s集中區(qū)9,用于襯底硅3的電引出,見(jiàn)圖;用緩釋氫***酸腐蝕液濕法腐蝕去除襯底硅3表面第三、第四氧化層6、8,見(jiàn)圖12,此后,再熱生長(zhǎng)柵氧化層,見(jiàn)圖13,在柵氧化層上化學(xué)氣相淀積多晶硅,再對(duì)多晶硅進(jìn)行光刻和刻蝕,在下電容極板4的兩端部上方保留并形成回字形多晶硅,用于掌握電容區(qū)域的邊界與對(duì)腐蝕液的阻擋,同時(shí)去除其余多晶硅,見(jiàn)圖14,然后,化學(xué)氣相淀積第五氧化層12,見(jiàn)圖15;利用光刻和刻蝕技術(shù)在第五氧化層12上制備出與硼離子重?fù)诫s集中區(qū)9連接的第一通孔13、與磷離子重?fù)诫s集中區(qū)7連接的其次通孔14及與多晶硅11連接的第三通孔15,見(jiàn)圖16,其中第一通孔13用于硅襯底3背面自停止腐蝕所用電極引出,其次通孔14用于下級(jí)板4電極引出,第三通孔15用于掌握電容區(qū)域的邊界與釋放電容間隙31時(shí)阻擋緩釋氫***酸腐蝕液;濺射第一金屬鋁層,并對(duì)第一層金屬鋁進(jìn)行光刻和刻蝕,見(jiàn)圖17,在保留與第一通孔13連接的第一通孔連接金屬16、與其次通孔14連接的其次通孔連接金屬17及與第三通孔15連接的第三通孔連接金屬18的同時(shí),去除其余的金屬鋁;再化學(xué)氣相淀積第六氧化層19,見(jiàn)圖18;利用光刻和刻蝕技術(shù)在第六氧化層19上制備出與第一通孔連接金屬16連接的第四通孔20、與其次通孔連接金屬17連接的第五通孔21及與第三通孔連接金屬18連接的第六通孔22,見(jiàn)圖19,其中,第四通孔20用于硅襯底3背面自停止腐蝕所用電極引出,第五通孔21用于下電容極板4的電極引出,第六通孔22用于掌握電容區(qū)域的邊界與釋放電容間隙29時(shí)阻擋緩釋氫***酸腐蝕液;濺射其次金屬鋁層,并對(duì)其次金屬鋁層進(jìn)行光刻和刻蝕,見(jiàn)圖20,保留與第四通孔20連接的第四通孔連接金屬23、與第五通孔21連接的第五通孔連接金屬24、與第六通孔22連接的第六通孔連接金屬25及位于下電容極板4上方的作為上電容極板26的金屬鋁,并去除其余的金屬鋁,同時(shí)制備出腐蝕透氣孔27;此后,淀積鈍化層28并利用光刻和刻蝕技術(shù)去除第四通孔連接金屬23、第五通孔連接金屬24、第六通孔連接金屬25以及腐蝕透氣孔27上方的鈍化材料,見(jiàn)圖21;步驟4利用緩釋氫***酸腐蝕液通過(guò)腐蝕透氣孔27濕法去除上電容極板26下方且被回字形多晶硅11包圍的柵氧化層10、第五氧化層12部分和第六氧化層19部分,形成下電容極板4與上電容極板26之間設(shè)有電容間隙29,見(jiàn)圖22;步驟5用四***醇***溶液對(duì)襯底硅3背面進(jìn)行掏腔結(jié)自停止腐蝕,釋放出下電容極板4,見(jiàn)圖23,最終,將襯底硅