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頻繁發(fā)生的天氣自然災難使得氣壓傳感器在氣象預報和氣候分析方面凸顯重要性。

氣壓傳感器應用需求巨大,由于技術的進步,基于技術有望提高氣壓傳感器性能、降低成本,因此成為國內外討論機構、高校的主要討論與開發(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,但是多晶硅的力學特性和長期穩(wěn)定性遠不如單晶硅;其次,利用帶電極的玻璃靜電鍵合形成電容結構時,對準誤差會引起同批傳感器性能的不全都性問題;第三,由于電容極板間隙的存在,對下極板的引線引出帶來制造工藝問題,而添加的工藝又會轉變標準工藝,使單片集成困難。

本創(chuàng)造針對以往硅電容式氣壓傳感器存在的問題,提出了一種將基于標準工藝流程,在不轉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構設計的方案,并且通過后處理工藝完成對氣壓傳感器的研制,其結構可與標準工藝兼容。

該傳感器有利于氣壓計的低成本、大批量生產的實現(xiàn)。

創(chuàng)造內容技術問題本創(chuàng)造的目的在于供應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構設計,再利用后處理的關鍵工藝,制造出氣壓傳感器。

技術方案本創(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,在襯底硅上設有柵氧化層、第五氧化層和第六氧化層,在襯底硅設有下電容極板,在下電容極板的下方設有真空封閉腔,在第六氧化層上設有上電容極板,在下電容極板與上電容極板之間設有電容間隙,在上電容極板上設有與電容間隙相通的腐蝕透氣孔,在第六氧化層上還設有下電容極板的金屬引線,在第五氧化層上設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在襯底硅上熱生長第一氧化層,再化學氣相淀積氮化硅層;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)域兩側的第一氧化層和氮化硅層及硅襯底上進行光刻并刻蝕,得到第一溝道和其次溝道,再化學氣相淀積其次氧化層,利用化學機械拋光技術進行平坦化處理,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利用光刻膠愛護硅芯片的非阱區(qū)域,對硅芯片進行磷離子注入,得到下電容極板;熱生長第三氧化層,對下電容極板兩端部上方的第三氧化層區(qū)域進行光刻和反應離子刻蝕,露出需要制備磷離子重摻雜的區(qū)域,在露出需要制備磷離子重摻雜的區(qū)域上進行磷離子注入,形成磷離子重摻雜集中區(qū),用于下電容極板的電引出;再熱生長第四氧化層,在第一溝道和其次溝道外側的第四氧化層上進行光刻和反應離子刻蝕,露出需要制備硼離子重摻雜的區(qū)域,在露出需要制備硼離子重摻雜的區(qū)域上進行硼離子注入,形成硼離子重摻雜集中區(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,再熱生長柵氧化層,在柵氧化層上化學氣相淀積多晶硅,再對多晶硅進行光刻和刻蝕,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)域的邊界與對腐蝕液的阻擋,同時去除其余多晶硅,然后,化學氣相淀積第五氧化層;利用光刻和刻蝕技術在第五氧化層上制備出與硼離子重摻雜集中區(qū)連接的第一通孔、與磷離子重摻雜集中區(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阻擋緩釋氫***酸腐蝕液;濺射第一金屬鋁層,并對第一層金屬鋁進行光刻和刻蝕,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,去除其余的金屬鋁;再化學氣相淀積第六氧化層;利用光刻和刻蝕技術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阻擋緩釋氫***酸腐蝕液。

濺射其次金屬鋁層,并對其次金屬鋁層進行光刻和刻蝕,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有電容間隙;步驟5用四***醇***溶液對襯底硅背面進行掏腔結自停止腐蝕,釋放出下電容極板,最終,將襯底硅背面與7740玻璃進行真空陽極鍵合,形成真空密閉空腔。

本創(chuàng)造將基于標準工藝流程,在不轉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構設計;通過金屬引線層網狀結構的設計和模擬,設計出性能符合行業(yè)標準的氣壓傳感器,通過結構中氧化層腐蝕、結自停止腐蝕和靜電鍵合工藝,制造出氣壓傳感器。

包括以下特點第一,傳感器的全部結構層都利用標準工藝中的材料,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,釋放上電容極板網狀其次金屬鋁層。

第三,利用結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靜電鍵合形成密封腔,完成氣壓傳感器的結構。

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,結自停止各向異性腐蝕過程中,利用夾具進行正面電路愛護。

,在不轉變工藝次序和條件的狀況下,設計出氣壓傳感器,通過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在第六氧化層上設有下電容極板的金屬引線,由其次金屬鋁層構成,在第五氧化層上設有下電容極板的極板引出線,由第一金屬鋁層構成,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,由此實現(xiàn)下電容極板的引線;,采納的是后處理工藝,對其次金屬鋁層進行刻蝕,形成腐蝕刻蝕孔,正面腐蝕二氧化硅層,懸空上電容極板,事實上,上電容極板是特別的網狀結構,其外形及大小與電容值有親密關系;,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;、下電容極板對準精度取決于工藝線,因此遠比傳統(tǒng)靜電鍵合中玻璃電容極板的對準精度高,提高了氣壓傳感器的性能;,屬于傳感器圓片級鍵合。

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程中造成偏差的全都性,能夠較大降低傳感器后端信號調理的成本。

,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題。

,可解決結自停止各向異性腐蝕過程中正面結構及電路的愛護問題,使得后處理工藝可與工藝兼容。

圖1步驟1中的熱生長第一氧化層的示意圖。

圖2步驟1中的化學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)域及兩個溝道的示意圖。

圖4步驟2中的化學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中的熱生長第三氧化層及露出磷離子重摻雜的區(qū)域的示意圖。

圖9步驟3中的制備磷離子重摻雜集中區(qū)的示意圖。

圖10步驟3中的熱生長第四氧化層及露出硼離子重摻雜的區(qū)域的示意圖。

圖11步驟3中的制備硼離子重摻雜集中區(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,并進行光刻和刻蝕的示意圖。

圖18步驟3中的化學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,并進行光刻和刻蝕的示意圖。

圖21步驟3中的淀積鈍化層并進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中的對襯底硅3背面進行掏腔,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玻璃真空陽極鍵合,形成真空密閉空腔,最終實現(xiàn)的與工藝兼容的氣壓傳感器結構的示意圖。

詳細實施方式實施例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上熱生長第一氧化層1,見圖,再化學氣相淀積氮化硅層2,見圖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4兩側的第一氧化層1和氮化硅層2及硅襯底3上進行光刻并刻蝕,得到第一溝道3和其次溝道3,見圖3,再化學氣相淀積其次氧化層5,見圖4,利用化學機械拋光技術進行平坦化處理,去除多余的其次氧化層5,見圖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,見圖6;步驟3利用光刻膠愛護硅芯片的非阱區(qū)域4,對硅芯片進行10133的磷離子注入,得到下電容極板4,見圖7;熱生長第三氧化層6,對下電容極板4兩端部上方的第三氧化層6區(qū)域進行光刻和反應離子刻蝕,露出需要制備磷離子重摻雜的區(qū)域7,見圖8,在露出需要制備磷離子重摻雜的區(qū)域7上進行10153的磷離子注入,形成磷離子重摻雜集中區(qū)7,用于下電容極板4的電引出,見圖9;再熱生長第四氧化層8,在第一溝道3和其次溝道3外側的第四氧化層8上進行光刻和反應離子刻蝕,露出需要制備硼離子重摻雜的區(qū)域9,見圖,在露出需要制備硼離子重摻雜的區(qū)域9上進行10153的硼離子注入,形成硼離子重摻雜集中區(qū)9,用于襯底硅3的電引出,見圖;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,見圖12,此后,再熱生長柵氧化層,見圖13,在柵氧化層上化學氣相淀積多晶硅,再對多晶硅進行光刻和刻蝕,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)域的邊界與對腐蝕液的阻擋,同時去除其余多晶硅,見圖14,然后,化學氣相淀積第五氧化層12,見圖15;利用光刻和刻蝕技術在第五氧化層12上制備出與硼離子重摻雜集中區(qū)9連接的第一通孔13、與磷離子重摻雜集中區(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時阻擋緩釋氫***酸腐蝕液;濺射第一金屬鋁層,并對第一層金屬鋁進行光刻和刻蝕,見圖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,去除其余的金屬鋁;再化學氣相淀積第六氧化層19,見圖18;利用光刻和刻蝕技術在第六氧化層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時阻擋緩釋氫***酸腐蝕液;濺射其次金屬鋁層,并對其次金屬鋁層進行光刻和刻蝕,見圖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,見圖21;步驟4利用緩釋氫***酸腐蝕液通過腐蝕透氣孔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之間設有電容間隙29,見圖22;步驟5用四***醇***溶液對襯底硅3背面進行掏腔結自停止腐蝕,釋放出下電容極板4,見圖23,最終,將襯底硅