一種電容式mems傳感器的加工方法及傳感器結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)備加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電容式MEMS傳感器的加工方法及傳感器結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中生產(chǎn)電容式MEMS傳感器通常采用陽極鍵合工藝，雖然工藝相對成熟簡單，但是硅-玻璃之間由于熱膨脹系數(shù)差距大等問題會影響器件性能，導(dǎo)致傳感器溫度漂移較大。并且陽極鍵合工藝不是CMOS標(biāo)準(zhǔn)工藝，玻璃由于含有導(dǎo)電離子一般不可以在CMOS生產(chǎn)線上流片，所以工藝需要外包導(dǎo)致質(zhì)量難以監(jiān)控，而投資相應(yīng)設(shè)備又會增加固定資產(chǎn)投入。
[0003]而在其它生產(chǎn)方式中，都是形成了壓阻檢測結(jié)構(gòu)，相對于壓阻檢測，電容檢測的信號噪聲低，信噪比高，而壓阻式器件，由于固有熱噪聲很大，難以做到高信噪比的傳感器器件。其次，電容檢測方案受溫度影響較小，而由于溫度對壓阻影響較大，輸出結(jié)果隨溫度變化很大，增加了后續(xù)芯片溫度補償?shù)碾y度和成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個目的在于:提供一種低成本的電容式MEMS傳感器的加工方法。
[0005]本發(fā)明的另一個目的在于:提供一種電容式MEMS傳感器的加工方法，其產(chǎn)品同一片晶圓上傳感器的性能一致性高。
[0006]本發(fā)明的再一個目的在于:提供一種電容式MEMS傳感器，電容式結(jié)構(gòu)信噪比高，減少溫度對器件影響提高器件精度。
[0007]為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]—方面，提供一種電容式MEMS傳感器的加工方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0009]步驟S1、提供娃晶圓襯底，在所述娃晶圓襯底上進(jìn)行圖樣加工；
[0010]步驟S2、采用干法刻蝕按照圖樣形狀，在所述硅晶圓襯底上刻蝕深槽或深孔；
[0011]步驟S3、對所述硅晶圓襯底在高溫?zé)o氧環(huán)境下進(jìn)行退火處理，使硅晶圓襯底表面硅原子發(fā)生迀移，形成第一懸空硅膜、第二懸空硅膜以及位于第一懸空硅膜與第二懸空硅膜之間的第一空腔、位于第二懸空硅膜與所述硅晶圓襯底之間的第二空腔；
[0012]步驟S4、于所述硅晶圓襯底表面光刻圖形，并按照光刻圖形的形狀通過干法刻蝕將第一懸空硅膜刻穿，使原第一懸空硅膜形成懸空薄膜結(jié)構(gòu)，并保證該懸空薄膜結(jié)構(gòu)通過連接結(jié)構(gòu)與所述娃晶圓襯底連接；
[0013]步驟S5、利用半導(dǎo)體加工方式制作電隔離結(jié)構(gòu)，使得懸空薄膜與所述硅晶圓襯底連接處完全電隔離:
[0014]具體的，對所述硅晶圓襯底進(jìn)行熱氧化處理，使暴露在外部環(huán)境下的懸空薄膜結(jié)構(gòu)表面形成電絕緣的電隔離結(jié)構(gòu)，以及懸空薄膜與所述硅晶圓襯底連接處完全被氧化；
[0015]步驟S6、淀積密封半導(dǎo)體材料，并覆蓋整個硅晶圓襯底表面形成密封層，使所述密封層料密封之前刻蝕開的結(jié)構(gòu)；
[0016]具體的，進(jìn)行第一次硅外延生長工藝，在所述硅晶圓襯底表面生長密封層，使密封層材料覆蓋整個晶圓上表面并密封之前刻蝕開的結(jié)構(gòu)；
[0017]步驟S7、在所述密封層上光刻圖形，去除圖形內(nèi)的所述密封半導(dǎo)體材料和電隔離結(jié)構(gòu)，使得最上層硅膜以及部分硅晶圓襯底顯露；
[0018]具體的，在所述密封層上光刻圖形，通過干法刻蝕工藝去除部分外延生長硅以及電隔離結(jié)構(gòu)，保證最上層硅膜以及部分硅晶圓襯底顯露；
[0019]步驟S8、淀積導(dǎo)電半導(dǎo)體材料，在所述硅晶圓襯底表面形成導(dǎo)電材料層，通過之前刻蝕的開口，實現(xiàn)最上層硅膜、襯底與導(dǎo)電材料層之間的電接觸；
[0020]具體的，進(jìn)行第二次硅外延生長工藝，在第一次硅外延生長工藝中生長的密封層、第一懸空硅膜以及部分硅晶圓襯底上生長導(dǎo)電材料層，實現(xiàn)最上層硅膜、襯底與導(dǎo)電材料層之間的電接觸；
[0021]步驟S9、光刻圖形，刻除密封層以及導(dǎo)電材料層，使所述第一懸空硅膜、硅晶圓與其余密封層和導(dǎo)電材料層實現(xiàn)絕緣；
[0022]步驟S10、在所述導(dǎo)電材料層外部淀積半導(dǎo)體絕緣層；
[0023]步驟SI 1、圖形化后刻蝕并顯露導(dǎo)電材料層；
[0024]步驟S12、淀積金屬電極并圖形化；
[0025]步驟S13、再次圖形化，將第一懸空硅膜刻穿，形成進(jìn)氣口結(jié)構(gòu)。
[0026]作為所述的電容式MEMS傳感器的加工方法的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟SI中所述硅晶圓襯底采用〈100〉晶向的硅晶圓、〈110〉晶向的硅晶圓或〈111〉晶向的硅晶圓。
[0027]需要指出的是，在本技術(shù)方案中對于硅晶圓的晶向并沒有過多要求，任何晶向結(jié)構(gòu)的硅晶圓均可作為本方案中采用的襯底硅材料。
[0028]作為所述的電容式MEMS傳感器的加工方法的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟S2中所述圖樣形狀可以為矩形、正方形、六邊形或圓形中的一種或任意幾種的組合。
[0029]作為所述的電容式MEMS傳感器的加工方法的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟S3中所述高溫?zé)o氧環(huán)境為:溫度在1000°C?1300°C，在真空環(huán)境或氬氣環(huán)境或氫氣環(huán)境，退火時長為 5min ?60mino
[0030]作為所述的電容式MEMS傳感器的加工方法的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟S4中所述連接結(jié)構(gòu)為橫截面寬度小于或等于4微米的細(xì)長條形連接件。
[0031]作為所述的電容式MEMS傳感器的加工方法的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟S6中所述淀積密封半導(dǎo)體材料工藝為化學(xué)氣相淀積。
[0032]作為所述的電容式MEMS傳感器的加工方法的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟S14中所述干法刻蝕為深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)(DRIE)，所述進(jìn)氣口結(jié)構(gòu)為深槽或深孔。
[0033]另一方面，提供一種電容式MEMS傳感器，其特征在于，采用如上所述的電容式MEMS傳感器的加工方法加工而成。
[0034]本發(fā)明的有益效果為:整套工藝基于CMOS工藝線和硅片，避免陽極鍵合等非CMOS工藝和額外固定資產(chǎn)投入，保證了加工制造的一致性，硅膜的層數(shù)、硅膜厚度和每層空腔的深度在一定范圍內(nèi)是可以控制和調(diào)整的，通過調(diào)整硅膜厚度可以調(diào)整傳感器量程。
【附圖說明】
[0035]下面根據(jù)附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0036]圖1為實施例所述電容式MEMS傳感器加工方法流程圖。
[0037]圖2為實施例所述加工圖樣后的娃晶圓俯視圖。
[0038]圖3為實施例所述加工圖樣后的娃晶圓截面不意圖。
[0039]圖4為娃晶圓退火后結(jié)構(gòu)不意圖。
[0040]圖5為刻蝕后在硅晶圓表面形成懸空薄膜結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041]圖6為圖5俯視圖。
[0042]圖7為利用半導(dǎo)體加工方式制作電隔離結(jié)構(gòu)后硅晶圓截面圖。
[0043]圖8為淀積密封層后娃晶圓截面圖。
[0044]圖9為刻蝕去除部分密封層和電隔離結(jié)構(gòu)后截面圖。
[0045]圖10為淀積導(dǎo)電材料層后娃晶圓截面圖。
[0046]圖11為刻蝕密封層和導(dǎo)電材料層后娃晶圓截面圖。
[0047]圖12為進(jìn)行半導(dǎo)體絕緣層淀積并圖形化后截面圖。
[0048]圖13為淀積金屬電極并圖形化后結(jié)構(gòu)示意圖。
[0049]圖14為加工進(jìn)氣口后硅晶圓截面圖。
[0050]圖中:
[0051]100、硅晶圓襯底；101、深孔；102、第一懸空硅膜；103、第二懸空硅膜；104、第一空腔；105、第二空腔；106、電隔離結(jié)構(gòu)；107、密封層；108、導(dǎo)電材料層；109、半導(dǎo)體絕緣層；110、電極；111、進(jìn)氣口。
【具體實施方式】
[0052]下面結(jié)合附圖并通過【具體實施方式】來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0053]如圖1?14所示，于本實施例中，本發(fā)明所述的一種電容式MEMS傳感器的加工方法，包括以下步驟:
[0054]步驟S1、提供娃晶圓襯底100，在所述娃晶圓襯底100上進(jìn)行圖樣加工；
[0055]步驟S2、按照圖樣形狀在所述硅晶圓襯底100上刻蝕深孔101 ；
[0056]步驟S3、對所述娃晶圓襯底100在高溫?zé)o氧環(huán)境下進(jìn)行退火處理，使娃晶圓I襯底表面娃原子發(fā)生迀移，形成第一懸空娃膜102、第二懸空娃膜103以及位于第一懸空娃膜102與第二懸空硅膜103之間的第一空腔104、位于第二懸空硅膜103與所述硅晶圓襯底100之間的第二空腔105 ;
[0057]步驟S4、于所述硅晶圓襯底100表面光刻圖形，并按照光刻圖形的形狀刻蝕將第一懸空硅膜102刻穿，使原第一懸空硅膜102形成懸空薄膜結(jié)構(gòu)，并保證該懸空薄膜結(jié)構(gòu)通過連接結(jié)構(gòu)與所述娃晶圓襯底100連接；
[0058]步驟S5、利用半導(dǎo)體加工方式制作電隔離結(jié)構(gòu)，使得懸空薄膜與所述硅晶圓襯底100連接處完全電隔離:
[0059]具體的，對所述硅晶圓襯底100進(jìn)行熱氧化處理，使暴露在外部環(huán)境下的懸空薄膜結(jié)構(gòu)表面形成電絕緣的電隔離結(jié)構(gòu)106，以及懸空薄膜與所述硅晶圓襯底100連接處完全被氧化，形成電絕緣；
[0060]步驟S6、淀積密封導(dǎo)電半導(dǎo)體材料，并覆蓋整個硅晶圓襯底100表面形成密封層107，使所述密封層107密封之前刻蝕開的結(jié)構(gòu)；
[0061]具體的，進(jìn)行第一次硅外延生長工藝，在所述硅晶圓襯底100表面生長密封層107，使密封層107覆蓋整個晶圓上表面并密封之前刻蝕開的結(jié)構(gòu)；
[0062]步驟S7、在所述密封層107上光刻圖形，去除圖形內(nèi)的所述密封層107和電隔離結(jié)構(gòu)106，使得最上層硅膜以及