用于制造蚀刻停止层的方法和包括蚀刻停止层的MEMS传感器技术

本发明专利技术涉及一种用于制造用于氢氟酸HF气相蚀刻工艺的平坦化蚀刻停止层(13)ESL的方法。该方法包括在衬底(10)的表面之上提供第一平坦化层(17)，该第一平坦化层(17)包括图案化及结构化的金属材料(20)和填充材料(22)。该方法还包括在第一平坦化层(17)之上沉积具有低HF蚀刻速率的ESL材料(23)的平坦化ESL(13)，其中，平坦化ESL(13)具有低表面粗糙度和小于150nm，特别是小于100nm的厚度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造蚀刻停止层的方法和包括蚀刻停止层的MEMS传感器本公开涉及一种用于制造蚀刻停止层(ESL)的方法，并且涉及一种包括ESL的微机电系统(MEMS)传感器。MEMS传感器通常应用在例如汽车、消费、工业和医疗以及许多其他应用的广泛应用中。MEMS器件通常包括悬浮物体，该悬浮物体通过在制造过程结束时去除牺牲层而形成。US9,340,412B2涉及一种包括悬浮膜的电容式压力传感器。使物体悬浮需要良好控制的蚀刻，以便去除牺牲层。通常，为了使MEMS器件的部件悬浮，通过氢氟酸(HF)，特别是通过HF蒸气蚀刻来去除在待悬浮部件下方的牺牲材料。常规地，在特定点处，即当牺牲材料被完全去除时，停止蚀刻过程以便例如避免其他材料的意外过度蚀刻是至关重要的。常用的方法是使用所谓的蚀刻停止层(ESL)，该蚀刻停止层由关于特定蚀刻剂具有抗性或具有非常低的蚀刻速率的材料制成。因此，通过中止蚀刻过程，ESL为其下方的层和材料提供保护。ESL的性能能够受到其下方的层以及材料的现有形貌的负面影响。例如，蚀刻停止层的随后的形貌允许在ESL材料中形成薄弱点，借助于蚀刻剂能够通过该薄弱点进入其下方的材料。要实现的目的是提供一种制造蚀刻停止层以及一种包括蚀刻停止层的MEMS传感器的改进构思。该目的通过独立权利要求的主题实现。在从属权利要求中限定了该改进构思的实施例和改进。改进构思基于在沉积ESL之前将ESL下方的层进行平坦化的思想。这允许具有薄的ESL，同时避免任何不需要的形貌以及随之而来的薄弱点的形成。特别地，对于电容式MEMS传感器，薄的ESL对于保持传感器的高灵敏度而言是至关重要的，因为ESL通常保留在成品上。通常，在制造过程中，ESL沉积在结构化底部电极之上并留下。特别地，在例如为电容式传感器的电极对之间的ESL越薄，它对电容器的电学性能的影响就越小。此外，改进构思允许采用平坦化ESL，而不需要在高温下进行热处理，例如数百摄氏度的热处理。特别地，改进构思提出了一种形成用于氢氟酸气相蚀刻工艺的平坦化蚀刻停止层的制造方法，其中，该方法包括在衬底表面之上提供第一平坦化层，该第一平坦化层包括图案化和结构化的金属材料以及填充材料。该方法还包括在第一平坦化层之上沉积具有低HF蚀刻速率的ESL材料的第二平坦化层，其中，第二平坦化层的特征在于低表面粗糙度和小于150nm，特别是小于100nm的厚度。例如，ESL的表面粗糙度小于10nm，特别是小于1nm。通常，形成电容式传感器的底部电极的金属材料由Ti、TiN、AlCu和/或TiTiN组成。改进构思还包括遵循根据改进构思的制造方法而制造的MEMS传感器。在根据改进构思的各种实施例中，该方法是CMOS兼容的制造工艺的一部分。例如通过将传感器与集成电路进行单片集成，特别是在具有高精度和高灵敏度的专用集成电路(ASIC)系统中，能够实现将MEMS传感器与CMOS技术相结合，同时保持小形状尺寸、低功耗以及降低的制造成本。在根据改进构思的方法的各种实施例中，ESL的材料是诸如碳化硅之类的半导体，或者诸如氮化硅，特别是富硅的氮化硅之类的电介质。碳化硅和富硅的氮化硅是常用的材料，其特征在于关于氢氟酸蚀刻的非常低的蚀刻速率。因此，这两种材料构成了关于蚀刻停止层的合适选择。原则上，可以选择其特征在于低蚀刻速率的任何非导电的CMOS兼容材料。在根据改进构思的方法的至少一个实施例中，通过在衬底表面之上沉积第一材料、对第一材料进行图案化和结构化、在第一材料(特别是结构化的第一材料)以及衬底表面的暴露部分之上沉积第二材料、以及执行例如化学机械平坦化(CMP)的平坦化，在衬底上提供第一平坦化层。在上述实施例的变型中，CMPESL材料设置在第一材料与第二材料之间，特别是在结构化的第一材料与第二材料之间。CMPESL材料的特征在于具有低CMP蚀刻速率。此外，在实施例的至少一个变型中，CMPESL材料与ESL材料相同。在一些情况下，需要附加蚀刻停止层以用于CMP蚀刻工艺。CMPESL材料可以用作这样的附加蚀刻停止层，并且同样可以是氮化硅，特别是富硅的氮化硅。在根据改进构思的方法的一些替代实施例中，通过在衬底表面之上沉积第一材料、在第一材料之上沉积牺牲材料、对第一材料和牺牲材料进行图案化和结构化、在结构化的牺牲材料和衬底表面的暴露部分之上沉积第二材料、以及执行牺牲材料的湿法蚀刻，在衬底上提供第一平坦化层。在上述实施例的变型中，结构化的牺牲材料的侧壁是锥形的。为了成功地将牺牲材料与在牺牲材料之上的第二材料一起去除，即所谓的剥离，可能需要锥形的侧壁。这些锥形的侧壁可以经由锥形等离子体工艺来实现，并确保牺牲材料保持适合于湿法蚀刻剥离工艺。牺牲材料可以例如是在对第一材料进行图案化和结构化之后剩余的抗蚀剂，或者是在对第一材料进行图案化和结构化之前沉积在第一材料与抗蚀剂之间的牺牲材料。在上述实施例中，第一材料是金属材料，并且第二材料是填充材料。替代地，第一材料是填充材料，并且第二材料是金属材料。通过首先限定由金属材料制成的底部电极，并随后利用填充材料填充金属材料层中的间隙，或者反之亦然，通过在沉积金属材料之前首先对填充材料进行图案化和结构化以限定底部电极，能够实现在衬底表面上形成第一平坦化层。在根据改进构思的方法的替代实施例中，通过在衬底表面之上沉积、图案化和结构化金属材料、在结构化的金属材料和衬底表面的暴露部分之上沉积填充材料、在填充材料之上沉积第一材料的平坦化层、以及执行非选择性等离子体蚀刻的工艺，在衬底上提供第一平坦化层。因此，第一材料的特征在于关于非选择性等离子体蚀刻具有与填充材料相似的蚀刻速率。与在沉积之后第二材料的可能形貌并非至关重要的CMP工艺相反，对于非选择性等离子体蚀刻工艺，沉积第一材料使得其顶部表面是平坦的。例如，第一材料能够是经由旋涂而沉积的抗蚀剂。在各种实施例中，该方法还包括将另外的材料的平坦化的牺牲层沉积到平坦化的ESL上，其中，与ESL材料相比，另外的材料具有高HF蚀刻速率，即另外的材料对ESL材料具有高选择性。在至少一个实施例中，另外的材料是电介质，特别是二氧化硅。二氧化硅(SiO2)的特征在于关于HF蚀刻的高蚀刻速率，尤其是与富硅的SiN相比，该富硅的SiN是用于平坦化的ESL的优选材料。这使SiO2成为牺牲层的合适材料。在至少一个实施例中，另外的材料与填充材料相同。为了使制造工艺尽可能简单，保持了简短的材料清单。在各种实施例中，根据改进构思的方法还包括在牺牲层中形成沟槽、利用锚固材料填充沟槽、在牺牲层之上沉积、图案化和结构化第二金属材料、去除牺牲层、以及沉积密封层。第二金属材料由TiN和/或W组成，并且保护层的材料例如是SiN。密封层和平坦化的ESL均沉积在顶部电极上，以保护顶部电极并同样用作最终钝化。还通过遵循根据改进构思，例如根据上述实施例之一的制造方法而制造的电容式MEMS传感器解决上述目的。传感器包括衬底，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造适于氢氟酸HF气相蚀刻工艺的平坦化蚀刻停止层(13)ESL的方法，所述方法包括/n-在衬底(10)的表面之上提供第一平坦化层(17)，所述第一平坦化层(17)包括图案化及结构化的金属材料(20)和填充材料(22)；以及/n-在所述第一平坦化层(17)之上沉积具有低HF蚀刻速率的ESL材料(23)的平坦化ESL(13)；/n-其中，所述平坦化ESL(13)的厚度小于150nm，特别是小于100nm。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180518 EP 18173267.81.一种用于制造适于氢氟酸HF气相蚀刻工艺的平坦化蚀刻停止层(13)ESL的方法，所述方法包括
-在衬底(10)的表面之上提供第一平坦化层(17)，所述第一平坦化层(17)包括图案化及结构化的金属材料(20)和填充材料(22)；以及
-在所述第一平坦化层(17)之上沉积具有低HF蚀刻速率的ESL材料(23)的平坦化ESL(13)；
-其中，所述平坦化ESL(13)的厚度小于150nm，特别是小于100nm。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过执行以下之一来实现所述第一平坦化层(17)的平坦化：化学机械平坦化、剥离工艺、非选择性等离子体蚀刻。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法是CMOS兼容的制造工艺的一部分。


4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法适于制造MEMS器件，特别是电容式MEMS传感器器件。


5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述ESL材料(23)是诸如碳化硅之类的半导体，或者诸如氮化硅，特别是富硅的氮化硅之类的电介质。


6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过以下方式在所述衬底(10)上提供所述第一平坦化层(17)：
-在所述衬底(10)的表面之上沉积第一材料；
-对所述第一材料进行图案化和结构化；
-在所述第一材料，特别是结构化的第一材料和衬底(10)的表面的暴露部分之上沉积第二材料；以及
-执行化学机械平坦化CMP。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，CMPESL材料(21)设置在所述第一材料与所述第二材料之间，特别设置在所述结构化的第一材料与第二材料之间，其中所述CMPESL材料(21)具有低CMP蚀刻速率。


8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述CMPESL材料(21)与所述ESL材料(23)相同。


9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过以下方式在所述衬底(10)上提供所述第一平坦化层(17)：
-在所述衬底(10)的表面之上沉积第一材料；
-在所述第一材料之上沉积牺牲材料(25)；
-对所述第一材料和所述牺牲材料(25)进行图案化和结构化；
-在所述结构化的牺牲材料(25)和所述衬底(10)的表面的暴露部分的之上沉积第二材料；以及
-执行所述牺牲材料(25)的湿法蚀刻。


10....

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大·费斯，索菲·吉耶曼，耶格·西格特，卡尔·图特勒，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT