一种微机电系统及其制备方法技术方案

本发明专利技术涉及一种微机电系统及其制备方法，所述方法包括：提供基底，所述基底中形成有CMOS器件、压力传感器底部电极以及彼此隔离的陀螺仪底部电极，所述陀螺仪底部电极上还形成有陀螺仪牺牲材料层；在压力传感器底部电极上方形成第一导电材料层-第二牺牲材料层-第二导电材料层的叠层；图案化第二导电材料层形成第二开口，露出所述第二牺牲材料层，然后去除所述第二牺牲材料层，以形成压力传感器空腔；形成MEMS衬底，图案化所述MEMS衬底和所述第一层间介电层，以形成第三开口，分别露出所述陀螺仪牺牲材料层以及第二导电材料层；去除所述陀螺仪牺牲材料层，以形成陀螺仪结构；在所述陀螺仪结构上方形成覆盖层，以在所述陀螺仪结构上方形成封闭的空间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体领域，具体地，本专利技术涉及。
技术介绍
随着半导体技术的不断发展,在传感器(mot1n sensor)类产品的市场上,智能手机、集成CMOS和微电子机械系统(MEMS)器件日益成为最主流、最先进的技术，并且随着技术的更新，这类传动传感器产品的发展方向是规模更小的尺寸，高质量的电学性能和更低的损耗。微电子机械系统(MEMS)在体积、功耗、重量以及价格方面具有十分明显的优势，至今已经开发出多种不同的传感器，例如压力传感器、陀螺仪(Gyro)、加速度传感器、惯性传感器以及其他的传感器。随着技术的不断发展，各种集成电路的集成度不断提高，对于器件的尺寸要求也越来越小，例如在智能手机中，智能手机功能越来越丰富，所需传感器也越来越多，而PCB面积有限，过多的传感器芯片必然占用很多面积，导致电路板尺寸变大，相应手机也变得较笨重。现有技术的智能手机中往往包含多个传感器，例如是含陀螺仪的传感器和气压计等传感器，所述含陀螺仪的传感器和气压计传感器两颗芯片分别贴装在PCB板上，分别单独设置，如图所述含陀螺仪的传感器的结构如图1a所示，所述压力传感器的结构如图1b所示，但在实际应用中需要各种功能高度集成在更小的区域，得到复合功能的产品，来提高电子产品的性能(capability)、降低价格以及更加方便消费者使用，但是现有技术中两个传感器不能集成在一起，这样两颗芯片需要分别封装，而且占PCB板面积，使得手机也尺寸变大变得较笨重。现有技术中还没有把两种传感器或者两种以上的传感器做成一颗芯片，造成封装成本很高，而且芯片面积也很大，不能满足现在对于小、灵、巧的需求，因此需要对器件中传感器的制备方法作进一步的改进，以便消除上述问题。
技术实现思路
在
技术实现思路
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在【具体实施方式】部分中进一步详细说明。本专利技术的
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。本专利技术为了克服目前存在问题，提供了一种微机电系统的制备方法，包括:提供基底，所述基底中形成有CMOS器件、压力传感器底部电极以及彼此隔离的陀螺仪底部电极，所述陀螺仪底部电极上还形成有陀螺仪牺牲材料层；在所述基底上沉积第一层间介电层并图案化，形成第一开口，以露出所述压力传感器底部电极；在所述第一开口上方形成第一导电材料层-第二牺牲材料层-第二导电材料层的置层;继续沉积第一层间介电层并平坦化至所述第二导电材料层；图案化所述第二导电材料层形成第二开口，露出所述第二牺牲材料层，然后去除所述第二牺牲材料层，以形成压力传感器空腔；在所述第一层间介电层中形成第一互连结构，以和所述陀螺仪底部电极形成连接；在所述第一层间介电层上形成MEMS衬底，并在所述MEMS衬底中形成第二互连结构，以和所述第一互连结构连接；图案化所述MEMS衬底和所述第一层间介电层，以形成第三开口，分别露出所述陀螺仪牺牲材料层以及第二导电材料层；去除所述陀螺仪牺牲材料层，以形成陀螺仪结构；在所述陀螺仪结构上方形成覆盖层，以在所述陀螺仪结构上方形成封闭的空间。作为优选，形成所述叠层的方法为:沉积第一导电材料层，以填充所述第一开口，并和所述压力传感器底部电极形成连接；在所述第一导电材料层上沉积第二牺牲材料层，接着在所述第二牺牲材料层上沉积第二导电材料层；然后图案化所述第一导电材料层、第二牺牲材料层以及所述第二导电材料层，以在所述压力传感器底部电极的上方形成所述叠层。作为优选，所述陀螺仪底部电极包括彼此隔离设置的第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极上方分别设置彼此隔离的陀螺仪牺牲材料层。作为优选，在所述第一导电材料层上沉积第二牺牲材料层的同时，也在所述陀螺仪牺牲材料层上沉积第二牺牲材料层。作为优选，所述第一互连结构为硅通孔。作为优选，所述MEMS衬底和所述第一层间介电层之间通过键合的方法结合为一体。作为优选，所述覆盖层和所述陀螺仪结构之间通过键合的方法结合为一体。作为优选，在形成所述第二互连结构之后，还包括在所述第二互连结构之上形成金属连接层结构，以连接所述覆盖层。作为优选，选用灰化法去除所述陀螺仪牺牲材料层和所述第二牺牲材料层。作为优选，所述MEMS衬底中形成第二互连结构的方法为:选用深反应离子刻蚀所述MEMS衬底，以形成第四开口 ；在所述第四开口的侧壁上形成隔离层；然后在所述第四开口中沉积导电材料，以形成第二互联结构。作为优选，所述陀螺仪牺牲材料层选用无定型硅材料；所述第二牺牲材料层选用无定型硅材料；所述第一层间介电层选用S12 ；所述第一导电材料层选用SiGe ；所述第二导电材料层选用SiGe ;所述MEMS衬底选用多晶硅；所述第二互连结构中选用多晶硅、Cu或者W。作为优选，所述陀螺仪牺牲材料层的厚度为17K埃；所述第二牺牲材料层的厚度为3K埃；所述第一导电材料层的厚度为5K埃；所述第二导电材料的厚度为4K埃；所述MEMS衬底的厚度为20_50um ；所述覆盖层的厚度为200um。本专利技术还提供了一种上述的方法制备的微机电系统。本专利技术为了解决现有技术中存在的问题，将CMOS工艺和MEMS集成为CMEMS工艺，在所述工艺中将所述陀螺仪以及压力传感器融合在一个CMOS MEMS工艺过程中，一次流片就可以得到同时具有加速度传感器和电容式压力传感器，极大地降低了成本，而且芯片整合会带来电路板面积的变小。本专利技术所述方法的优点在于:( I)更多的装置集成在一个更小的区域中，能更加有效地提高产品的性能以及竞争力，获得更好的市场前景。(2)将陀螺仪以及压力传感器集成在一个CMOS MEMS工艺过程中，可以进一步降低半导体器件的成本。(3)可以进一步提高半导体器件的一致性(consistency)。【附图说明】本专利技术的下列附图在此作为本专利技术的一部分用于理解本专利技术。附图中示出了本专利技术的实施例及其描述，用来解释本专利技术的装置及原理。在附图中，图1a-1b为现有技术中陀螺仪以及压力传感器的结构示意图；图2a_2g为本专利技术一【具体实施方式】中微机电系统的制备过程示意图；图3为本专利技术一【具体实施方式】中所述微机电系统的制备工艺流程图。【具体实施方式】在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本专利技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。为了彻底理解本专利技术，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本专利技术所当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机电系统的制备方法，包括：提供基底，所述基底中形成有CMOS器件、压力传感器底部电极以及彼此隔离的陀螺仪底部电极，所述陀螺仪底部电极上还形成有陀螺仪牺牲材料层；在所述基底上沉积第一层间介电层并图案化，形成第一开口，以露出所述压力传感器底部电极；在所述第一开口上方形成第一导电材料层‑第二牺牲材料层‑第二导电材料层的叠层；继续沉积第一层间介电层并平坦化至所述第二导电材料层；图案化所述第二导电材料层形成第二开口，露出所述第二牺牲材料层，然后去除所述第二牺牲材料层，以形成压力传感器空腔；在所述第一层间介电层中形成第一互连结构，以和所述陀螺仪底部电极形成连接；在所述第一层间介电层上形成MEMS衬底，并在所述MEMS衬底中形成第二互连结构，以和所述第一互连结构连接；图案化所述MEMS衬底和所述第一层间介电层，以形成第三开口，分别露出所述陀螺仪牺牲材料层以及第二导电材料层；去除所述陀螺仪牺牲材料层，以形成陀螺仪结构；在所述陀螺仪结构上方形成覆盖层，以在所述陀螺仪结构上方形成封闭的空间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宇涵，周强，李海艇，叶菲，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31