包括绝缘悬置隔膜的MEMS器件制造技术

本公开的实施例涉及包括绝缘悬置隔膜的MEMS器件。在半导体本体中形成的MEMS器件，所述半导体本体是单片的并且具有第一和第二主表面。掩埋腔在第一主表面下方并与第一主表面相距一定距离地延伸到半导体本体中。隔膜在掩埋腔和半导体本体的第一主表面之间延伸，并且具有面向掩埋腔的掩埋面。隔膜绝缘层在隔膜的掩埋面上延伸，并且横向绝缘区在第一主表面和隔膜绝缘层之间在掩埋腔上方沿着封闭线延伸到半导体本体中。横向绝缘区横向界定隔膜，并与隔膜绝缘层一起形成隔膜绝缘区，该隔膜绝缘区界定隔膜并使其与晶片的其余部分电绝缘。区界定隔膜并使其与晶片的其余部分电绝缘。区界定隔膜并使其与晶片的其余部分电绝缘。

【技术实现步骤摘要】
包括绝缘悬置隔膜的MEMS器件


[0001]本公开涉及一种包括绝缘悬置隔膜的MEMS器件，特别是压力传感器，及其制造工艺。

技术介绍

[0002]如已知的，越来越多的应用使用集成半导体传感器(所谓的MEMS传感器)，所述集成半导体传感器使用微机械加工技术并基于对悬置在空腔上方的薄膜或隔膜的变形的检测而制造。例如，可以使用这些技术制造绝对或差分、电容或压阻压力传感器、惯性传感器、化学传感器、磁场传感器和麦克风。
[0003]由于MEMS传感器在高灵敏度，低功耗和热稳定性方面的有利特性，MEMS传感器在医疗，航空航天，汽车，工业和商业领域中的应用日益广泛。
[0004]通常，这些传感器具有隔膜相对于形成隔膜的半导体衬底的电绝缘和可能的热绝缘。
[0005]美国专利7,678,600B2描述了例如用于制造悬置在掩埋腔上方并完全包含在半导体本体中的单晶硅隔膜的工艺。该方法特别简单和经济；此外，它与用于处理由形成在隔膜中或隔膜上的传感器产生的信号的电子电路和部件的集成制造兼容。此外，所得结构具有小尺寸。
[0006]例如，图1示出了利用美国专利7,678,600B2中描述的方法可获得的电容压力传感器。
[0007]如上所述，已知的压力传感器(整体用10表示)形成在包括衬底2和外延层3并且容纳掩埋腔12的本体1中。掩埋腔12在衬底2和外延层3之间延伸，与本体1的正面1A相距一定距离，并且与正面1A一起限定形成隔膜14的表面区。实际上，在外延层3中形成隔膜14。
[0008]绝缘结构16完全包围隔膜14并且使其与本体1的其余部分电绝缘。绝缘结构16包括掩埋绝缘区17和横向绝缘区18。
[0009]掩埋绝缘区17由氧化硅层形成，该氧化硅层具有完全围绕掩埋腔12的第一部分17A和在衬底2和外延层3之间进一步邻近掩埋腔12延伸的第二部分17B。
[0010]横向绝缘区18也由氧化硅层形成，并且从本体1的正面1A延伸到掩埋绝缘区17的第二部分17B。
[0011]横向绝缘区18通常具有内部空腔8，掩埋绝缘区17通常在第二部分17B中具有空区9。
[0012]薄钝化层4和/或厚氧化物区5可以在本体1的表面1A上延伸。
[0013]第一金属接触20被布置在隔膜14的上方，例如在其中心部分，并玩与其电接触。第二金属接触21布置在本体1的背面上并且与衬底2电接触。实际上，衬底2形成压力传感器10的底电极，隔膜14形成压力传感器10的顶电极。
[0014]压力传感器10由单晶硅的初始晶片(大致形成衬底2)形成，使用掩模选择性地蚀刻该初始晶片并且执行各向异性蚀刻以在期望形成隔膜14(隔膜区)的位置形成第一组深
沟槽，其中以及在围绕隔膜区的外部区中形成第二组深沟槽。特别地，第一组的沟槽被布置成彼此相距较短的距离，并且被硅柱或支柱隔开，而第二组的沟槽被较宽的硅柱彼此隔开。
[0015]随后，在脱氧环境中在初始晶片上生长外延层。外延层(对应于外延层3)在顶部封闭两组沟槽，并且这些沟槽开始改变形状，横向扩大。
[0016]然后进行热退火步骤，其引起硅原子的迁移，硅原子倾向于移动到较低的表面能位置。特别地，在隔膜区中，由于沟槽的接近和划分它们的列的减小的宽度，沟槽接合以形成掩埋腔12，而在外部区中，以相互的距离形成具有基本上圆形截面的通道。
[0017]随后，从正面蚀刻晶片以形成从前表面延伸到外部区中的通道的连接通道。沟槽通常具有封闭形状，例如矩形，并且用于将氧注入到通道和腔中。
[0018]注入的氧引起通道和空腔周围的硅的氧化，在掩埋空腔12的侧面上产生氧化硅层并形成掩埋绝缘区17。此外，连接通道周围的外延层3的部分形成横向绝缘区18。
[0019]氧化工艺通常不会引起连接通道的任何封闭，连接通道的剩余中心区形成内腔8；此外，氧化不能完全消除通道，并且因此产生空区9。
[0020]因此，内腔8可以通过沉积绝缘材料例如TEOS(插塞区19)至少部分地封闭。
[0021]随后的进一步步骤用于形成薄钝化层4、厚氧化物区5、任何其它导电区和金属接触20、21。
[0022]该工艺虽然是有利的并且允许形成完全与晶片1的其余部分电绝缘的隔膜14，但是在一些情况下可能产生不连续(在掩埋绝缘区17的第二部分17B中的中断)或在空区9之间的区中具有太小厚度的掩埋绝缘区17。
[0023]在这种情况下，隔膜14可能无法与衬底2充分地电绝缘，这损害了压力传感器10的正确操作，压力传感器10的两个电极(如所示由衬底2和隔膜14形成)将被短路。

技术实现思路

[0024]至少在一个实施例中，本公开的MEMS器件包括：半导体本体，所述本体是单片的并且具有第一主表面和第二主表面；半导体本体中的掩埋腔；在所述掩埋腔和所述半导体本体的所述第一主表面之间延伸的隔膜，所述隔膜具有面向所述掩埋腔的掩埋面；在隔膜的掩埋面上延伸的隔膜绝缘层；以及横向绝缘区，包括绝缘材料，在所述第一主表面和所述隔膜绝缘层之间、在所述掩埋腔上方沿封闭线延伸到所述半导体本体中，所述横向绝缘区横向界定所述隔膜并且与所述隔膜绝缘层接触。
附图说明
[0025]为了更好地理解本公开，现在参照附图仅通过非限制性示例来描述其一些实施例，其中：
[0026]图1是已知压力传感器的截面图；
[0027]图2是在用于制造具有掩埋腔的MEMS器件的处理步骤中半导体晶片的截面图；
[0028]图3至图5是图2的晶片的一部分在随后的制造步骤中以放大比例的截面图；
[0029]图6是在图5的步骤中的图2的晶片的俯视图，其中部分以虚线示出；
[0030]图7A是沿图6的剖面线VIIA－VIIA截取的图6的晶片的截面图；
[0031]图7B是沿图6的剖面线VIIB－VIIB截取的图6的晶片的截面图；
[0032]图8A和图8B分别示出了在随后的制造步骤中类似于图7A和7B的截面；
[0033]图9A和图9B分别示出了在随后的制造步骤中类似于图8A和8B的截面；
[0034]图10至图14示出了在随后的制造步骤中类似于图9B的截面；以及
[0035]图15示出了与图14类似的本MEMS器件的不同实施例的横截面。
具体实施方式
[0036]现在描述用于制造半导体材料的绝缘悬浮隔膜的方法的实施例；该方法部分地基于上述专利申请EP
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A
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1 577 656和专利申请EP
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A
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1324 382和US7，678，600(也以同一申请人的名义)中描述的方法。
[0037]图2(未按比例，以及随后的图)示出了包括具有N型掺杂的衬底52的半导体材料(例如单晶硅)的晶片50。衬底52具有顶表面50A和底表面50B。
[0038]处理晶片50以分别在顶表面50A和底表面50B处分别形成第一掺杂区53和第二掺杂区5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种器件，包括：单片半导体本体，所述半导体本体包括：第一主面；第二主面，与所述第一主面相对；衬底，包括导电类型；第一导电区，从所述第一主面延伸到所述衬底中，所述第一导电区具有所述导电类型；掩埋腔，在所述第一导电区中；隔膜，在所述掩埋腔和所述半导体本体的所述第一主表面之间延伸，所述隔膜具有面向所述掩埋腔的掩埋面；隔膜绝缘层，在所述隔膜的所述掩埋面上延伸；以及绝缘材料的横向绝缘区，其在所述第一主表面和所述隔膜绝缘层之间、在所述掩埋腔上方沿封闭线延伸到所述半导体本体中，所述横向绝缘区横向界定所述隔膜并且与所述隔膜绝缘层接触。2.根据权利要求1所述的器件，其中所述半导体本体是硅的，并且所述隔膜绝缘层是氧化硅的。3.根据权利要求1所述的器件，其中所述半导体本体是单晶硅的。4.根据权利要求2所述的器件，其中所述半导体本体的所述第一主面由氧化硅层覆盖。5.根据权利要求1所述的器件，进一步包括：第一电极，在所述半导体本体的所述第一主表面上延伸，所述第一电极与所述隔膜物理和电接触；以及第二电极，在所述半导体本体的所述第二主表面上延伸，所述第二电极与所述半导体本体物理和电接触。6.根据权利要求1所述的器件，进一步包括：连接通道，其在所述半导体本体的所述第一主表面下方从所述掩埋腔以到达所述掩埋腔的流体连接的方式延伸，以及通路沟槽，在所述半导体本体的所述第一主表面和所述连接通道之间、在所述横向绝缘区之外延伸，并且填充有通路封闭材料。7.根据权利要求1所述的器件，其中：所述衬底具有第一掺杂水平；所述第一导电区具有高于所述第一掺杂水平的第二掺杂水平，所述第一导电区容纳所述隔膜并且沿所述掩埋腔延伸；并且所述半导体本体还包括从所述第二主表面延伸到所述衬底中的第二导电区，所述第二导电区具有所述导电类型并且具有高于所述第一掺杂水平的第三掺杂水平。8.一种方法，包括：在具有第一主表面和第二主表面的半导体本体中，通过在距所述半导体本体的所述第一主表面一定距离处的所述半导体本体中形成掩埋腔来形成隔膜，形成所述掩埋腔限定了在所述掩埋腔和所述第一主表面之间延伸的所述半导体本体的所述隔膜，并且形成所述掩埋腔限定了所述隔膜的掩埋面，所述掩埋面面向所述半导体本体中的所述掩埋腔；在所述隔膜的所述掩埋面上形成第一绝缘材料的隔膜绝缘层；以及
在所述半导体本体中形成横向绝缘区，所述横向绝缘区包括第二绝缘材料，所述第二绝缘材料在所述半导体本体的所述第一主表面和所述隔膜绝缘层之间、在所述掩埋腔上方并且横向邻近所述隔膜、沿封闭线延伸。9.根据权利要求8所述的方法，其中形成掩...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：