一种制造半导体换能器装置的方法，该方法包括提供半导体主体(1)、在半导体主体(1)的表面上方形成牺牲层(5)、在牺牲层(5)上施加膜片(10)、以及通过将蚀刻剂引入到膜片(10)的开口(11)中来去除牺牲层(5)。施加膜片(10)包括施加第一层(7)、减小第一层(7)的表面(15)的粗糙度以实现经处理的表面(16)、以及将第一层(7)图案化和结构化以形成开口(11)。图案化和结构化以形成开口(11)。图案化和结构化以形成开口(11)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造具有多层膜片的半导体换能器装置的方法以及具有多层膜片的半导体换能器装置
[0001]半导体换能器装置(如压力传感器)的膜片能够包括包含主金属层的一系列层。膜片(例如MEMS膜)施加在牺牲层上。可以在主金属层与牺牲层之间布置TiN/Ti或TiN层，以促进粘附性并提供扩散阻挡和应力补偿，并且也可以在主金属层上布置TiN层。之后特别是通过氟化氢(HF)蒸气蚀刻来去除牺牲层以释放膜片。在释放之后，膜可能易于破裂，这可能会损害功能装置的产量。
[0002]US 2016/0023893 A1公开了一种用于电容式压力传感器的悬浮膜，其包括将第一导电材料沉积在牺牲层上方和边界沟槽内、去除第一导电材料的不均匀形貌的至少一部分、将第二导电材料沉积为延伸超过边界沟槽、以及去除穿过蚀刻开口的牺牲层。
[0003]本专利技术的一个目的是提出一种用于制造具有多层膜片的半导体换能器装置的改进构思，该装置保证了在蚀刻释放之后的机械稳定性。
[0004]该目的利用独立权利要求的主题来实现。在从属权利要求中限定了本改进构思的实施例和改进方案。
[0005]本改进构思基于提供半导体换能器装置的加工工艺的思想，其中制造悬浮膜片包含形成膜片的第一层，并在后续步骤中制备具有预定平滑度的第一层的经处理的表面。膜片的第二层可以施加在第一层的经处理的表面上。
[0006]根据本改进构思的方法包括提供半导体主体、在半导体主体的表面上方形成牺牲层以及在牺牲层上施加膜片。膜片例如是MEMS膜，其可以被构造为例如穿孔的。该方法还包括通过将蚀刻剂(诸如HF蒸汽)引入到膜片的开口中来去除牺牲层。根据本改进构思来施加膜片包括施加第一层、减小第一层中背离半导体主体的表面的粗糙度以实现经处理的表面、以及将第一层图案化和结构化以形成开口。
[0007]一些材料的沉积会导致所沉积的层的表面的特征在于显著的粗糙度。这些表面上的凹口可能对最终装置的产量具有高的负面影响，因为凹口可以充当断裂起始位点。而且，所沉积的层上的不均匀应力分布可能会导致最终装置的悬浮部件的不稳定状态。对于半导体换能器装置而言，由于在释放悬浮膜片期间或之后，即在去除牺牲层期间或之后，该悬浮膜片发生塌陷或破坏，所以这些影响可能会导致制造工艺的低产量。
[0008]实施到制造方法中的一个步骤为，在沉积第一层之后将顶部表面(即第一层中的背离半导体主体的表面)处理为使其粗糙度减小到预定值，该步骤可以显著减少上述影响并因此导致制造工艺的高产量。
[0009]半导体主体可以包括布置在衬底(诸如硅衬底)上或该衬底内的专用集成电路ASIC的有源电路。
[0010]膜片的第一层可以被视为膜片的主层。膜片的主层可以例如构成被配置为电容式换能器的半导体换能器的顶部电极。顶部电极在上下文中是指电容式换能器中布置在比另一电极距半导体主体更大距离处的电极，该另一电极又可以被称为底部电极。
[0011]在一些实施例中，膜片施加在牺牲层的基本平坦的表面上。换言之，例如，牺牲层不具有来自子附层的形貌特征。
[0012]在一些实施例中，减小粗糙度包括抛光工艺，诸如化学机械抛光CMP。
[0013]化学机械抛光工艺可以用于显著减小表面(诸如所沉积的材料的表面)的粗糙度。虽然未经处理的表面可以具有算术平均值R
a
约为几十纳米的粗糙度轮廓，但CMP处理之后的经处理的表面显示出了显著减小的粗糙度，其粗糙度R
a
约为几纳米下至埃级。
[0014]在一些实施例中，经处理的表面具有算术平均值为2nm至10nm的粗糙度轮廓，例如等于或小于5nm。
[0015]在加工工艺期间，能够在各个阶段来检查特定层的表面。用于评估表面粗糙度的方法包含使用光学或接触轮廓仪(诸如原子力显微镜)的轮廓测定法，以及借助于例如扫描电子显微镜的横截面成像。所沉积的第一层的粗糙度轮廓的测量结果表明，未经处理的顶部表面的粗糙度的特征在于R
a
为约18nm，由于上述结果，这导致了低的生产产量。例如，将该值降低到约5nm是通过特定的CMP工艺来实现的，并导致生产产量显著提高。
[0016]采用特定浆料和抛光垫结合定时的钨CMP配方有助于防止大型不均匀性和缺陷，并在仅10秒的抛光之后产生5nm的所期望的粗糙度轮廓。例如，将抛光时间增加两倍，则将粗糙度轮廓进一步减少到单纳米级，这对某些制造工艺可能是有益的。
[0017]在一些实施例中，施加第一层包括施加金属，诸如钨。
[0018]对于第一层的材料的合适选择例如为钨，因为其与CMOS加工工艺相兼容，并且满足抗氟基蚀刻步骤(诸如气相HF(vHF)蚀刻)的要求。另外，金属材料提供了形成电极(诸如电容式换能器装置的顶部电极)所需的电导。其他合适的材料包含铝、氧化铝、碳化硅和硅锗。
[0019]在一些实施例中，施加膜片还包括施加第二层。第二层施加在经处理的表面上。
[0020]例如，第二层可以被配置为作为扩散阻挡和/或用于应力补偿的阻挡层。为此，第二层被布置在第一层的经处理的表面上，即第二层被布置在比第一层距半导体主体更大的距离处。由于第二层沉积在经处理的表面上，第二层中的背离半导体主体的表面的特征也可以在于低的表面粗糙度。
[0021]在一些另外的实施例中，施加第二层包括施加钛和/或氮化钛TiN。
[0022]钛、氮化钛或这两种材料的组合构成了对于扩散阻挡层和应力平衡层的合适选择。因此，可以将保护第一层的第二层选择为包括这些材料中的至少之一。
[0023]在一些实施例中，施加膜片还包括施加第三层。这其中，第一层被施加在第三层中的背离半导体主体的表面上。
[0024]在这些实施例中，第三层可以布置在牺牲层与第一层之间，即第三层施加在牺牲层中的背离半导体主体的表面上。在第一层的材料(诸如钨)的特征在于对牺牲层的材料的粘附性低的情况下，可以采用附加层，该附加层对这种牺牲层(通常包括硅或二氧化硅)具有显著更大的粘附性，并且第一层的材料比牺牲层的材料更优地粘附到该附加层。
[0025]在一些另外的实施例中，施加第三层包括施加钛和/或氮化钛TiN。
[0026]在去除牺牲层之后，在没有第三层的情况下，第一层中的面向半导体主体的表面将未被覆盖。因此，类似于一些实施例中的第二层，第三层可以用作另一阻挡层和/或用于应力平衡目的。此外，尤其是对于既包括第二层又包括第三层的实施例而言，对于所述层的相同材料选择确保了由于所采用材料的简短列表而保持尽可能简单的加工工艺。
[0027]在一些实施例中，根据本改进构思的方法还包括在半导体主体与牺牲层之间施加
电极层，以形成将电极层和半导体主体互连的通孔，并形成将膜片和半导体主体互连的另外的通孔。
[0028]在这些实施例中，由金属制成的电极层以距膜片一定距离来布置在半导体主体与膜片之间，例如电极层与半导体主体相接触。例如，利用电极层以形成换能器的结构化底部电极，使得能够经由测量形成在顶部电极与底部电极之间的电容器的电容来确定膜片的偏本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造半导体换能器装置的方法，所述方法包括：
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提供半导体主体(1)，
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在所述半导体主体(1)的表面上方形成牺牲层(5)，
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在所述牺牲层(5)上施加膜片(10)，以及
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通过将蚀刻剂引入到所述膜片(10)的开口(11)中来去除所述牺牲层(5)，其中，施加膜片(10)包括
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施加第一层(7)，
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减小所述第一层(7)中的背离所述半导体主体(1)的表面(15)的粗糙度以实现经处理的表面(16)，以及
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将所述第一层(7)图案化和结构化以形成所述开口(11)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，减小粗糙度包括抛光，诸如化学机械抛光CMP。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述经处理的表面(16)具有算术平均值Ra为2nm至10nm的粗糙度轮廓，特别是具有算数平均值Ra等于或小于5nm的粗糙度轮廓。4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中，施加第一层(7)包括施加金属，诸如钨。5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其中，施加膜片(10)还包括在所述经处理的表面(16)上施加第二层(8)。6.根据权利要求5所述的方法，其中，施加第二层(8)包括施加钛和/或氮化钛。7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其中，施加膜片(10)还包括施加第三层(6)，其中，所述第一层(7)施加在背离所述半导体主体(1)的所述第三层(6)上。8.根据权利要求7所述的方法，其中，施加第三层(6)包括施加钛和/或氮化钛。9.根据权利要求1至8之一所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大，
申请(专利权)人：希奥检测有限公司，
类型：发明
国别省市：
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