一種薄膜結構、壓力傳感器及電子裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種薄膜結構、壓力傳感器及電子裝置，涉及半導體【技術領域】。本發(fā)明的薄膜結構，包括至少兩層層疊的主體結構層，以及位于相鄰的所述主體結構層之間的層間過渡層；其中，所述主體結構層的材料為導電材料，所述層間過渡層的材料為非晶態(tài)化合物。本發(fā)明的壓力傳感器，其包括上述的薄膜結構。本發(fā)明的電子裝置，包括上述的壓力傳感器。相對于現有技術，本發(fā)明的薄膜結構具有更好的應力性能，更好的表面平整度，以及更小的應變梯度。本發(fā)明的壓力傳感器，使用了該薄膜結構，具有更好的敏感度和可靠性。本發(fā)明的電子裝置，由于使用了上述壓力傳感器，因而亦具有更好的靈敏度和可靠性。
【專利說明】一種薄膜結構、壓力傳感器及電子裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體【技術領域】，具體而言涉及一種薄膜結構、壓力傳感器及電子裝置。
【背景技術】
[0002]現有技術中，傳統(tǒng)的電容式半導體壓力傳感器的結構如圖1所示，其包括:襯底1，位于襯底之上的固定電極5,以及位于襯底I和固定電極5的上方的可發(fā)生形變的導電的薄膜2。薄膜2通過支撐結構3固定于襯底I之上，在薄膜2與固定電極5之間形成有密閉空腔4。薄膜2與固定電極5形成一平板電容，固定電極5作為平板電容的下電極，薄膜2作為平板電容的上電極。并且，壓力傳感器通常還包括，薄膜晶體管(TFT)控制電路6，其一般設置于襯底I之上并與平板電容相連。在現有技術中，薄膜2通常為鍺硅材料組成的單層膜。
[0003]下面，簡要介紹圖1所示的壓力傳感器的工作原理如下。當有壓力施加在薄膜2(即，壓力傳感器的上電極)或者施加在薄膜2之上的壓力發(fā)生變化時，薄膜2將發(fā)生形變，平板電容的電容將隨之同時發(fā)生變化。因此，可以通過控制電路6檢測平板電容的電容變化，來獲悉壓力傳感器所受到的壓力的變化。
[0004]在產業(yè)應用中，壓力傳感器的敏感度和可靠性是至關重要的因素。而壓力傳感器的敏感度和可靠性，主要取決于作為上電極的薄膜2的應力性能、應變梯度和表面平整度。
[0005]目前，采用微機電系統(tǒng)(MEMS)技術制作的壓力傳感器由于具有檢測靈敏度高、制造成本低等優(yōu)勢，得到了快速的發(fā)展。然而，隨著實際應用中對壓力傳感器(例如，慣性傳感器)的性能的要求不斷的提高，現有技術中采用的用作壓力傳感器上電極的薄膜2已經難以滿足實際需要。
[0006]在現有技術中，薄膜2為鍺硅材料組成的單層膜，其厚度大約為2um。其往往存在如下問題:(I)在制造薄膜時，雖然可以通過優(yōu)化工藝參數獲得好的應力性能，但是，同時會導致薄膜的表面更加粗糙，降低了薄膜的表面平整度。而表面平整度的降低，必然導致在一定程度上降低壓力傳感器的敏感度。其中，圖2示出了現有技術中在優(yōu)化薄膜制造的工藝參數后制得的薄膜的表面平整度的變化情況，圖2A和2B均為優(yōu)化參數后制得的薄膜的SEM圖，圖2A示出了優(yōu)化工藝參數后制得的薄膜的剖面結構的SEM圖，圖2B示出了優(yōu)化工藝參數后制得的薄膜的表面的SEM圖。(2)對于滿足需要的薄膜，其應力目標值為OMPaJM允許的波動范圍在±50MPa以內?，F有技術中的薄膜的厚度與應力的對應關系曲線如圖3所示?？梢?，現有技術中的薄膜的應力性能并不理想。(3)現有技術中的薄膜(B卩，鍺硅材料組成的單層膜)的應變梯度一般比較大。
[0007]因此，為解決上述問題，有必要提出一種新的薄膜結構。

【發(fā)明內容】

[0008]針對現有技術的不足，本發(fā)明提供一種薄膜、壓力傳感器及電子裝置。[0009]本發(fā)明提供一種薄膜結構，其包括至少兩層層疊的主體結構層，以及位于相鄰的所述主體結構層之間的層間過渡層；其中，所述主體結構層的材料為導電材料，所述層間過渡層的材料為非晶態(tài)化合物。
[0010]進一步的，所述主體結構層的材料可以為鍺硅。
[0011]其中，所述層間過渡層的材料可以為氧化硅。
[0012]其中，所述至少兩層層疊的主體結構層的層數優(yōu)選為2?10。更優(yōu)選的，層數為2?5。
[0013]其中，所述主體結構層的厚度為100 -1OOOOA。優(yōu)選的，主體結構層的厚度為500-2000A,
[0014]其中，所述層間過渡層的厚度為I?100人。優(yōu)選的，層間過渡層的厚度為10?50人。
[0015]其中，所述薄膜為通過爐管工藝制備。
[0016]本發(fā)明提供一種壓力傳感器，其包括上述任一項所述的薄膜結構。
[0017]其中，所述壓力傳感器為電容式半導體壓力傳感器。
[0018]本發(fā)明還提供一種電子裝置，其包括如上所述的壓力傳感器。
[0019]相對于現有技術，本發(fā)明的薄膜結構具有更好的應力性能，更好的表面平整度，以及更小的應變梯度。本發(fā)明的壓力傳感器，使用了該薄膜結構，具有更好的敏感度和可靠性。本發(fā)明的電子裝置，由于使用了上述壓力傳感器，因而亦具有更好的靈敏度和可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。
[0021]附圖中:
[0022]圖1為現有技術中電容式半導體壓力傳感器的結構的示意性剖面圖；
[0023]圖2為現有技術中優(yōu)化工藝參數后制得的薄膜的表面平整度情況示意圖，其中，圖2A示出了優(yōu)化工藝參數后制得的薄膜的剖面結構的SEM圖，圖2B示出了優(yōu)化工藝參數后制得的薄膜的表面的SEM圖；
[0024]圖3為現有技術中的薄膜的厚度與應力之間的關系的示意圖；
[0025]圖4為本發(fā)明的薄膜結構的示意圖；
[0026]圖5為本發(fā)明的薄膜的表面平整度情況示意圖；其中，圖5A為該薄膜一個示例的剖面結構的SEM圖，圖5B為該示例薄膜的表面的SEM圖；
[0027]圖6為本發(fā)明的薄膜的厚度與應力之間的關系的示意圖。
【具體實施方式】
[0028]在下文的描述中，給出了大量具體的細節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領域技術人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進行描述。
[0029]應當理解的是，本發(fā)明能夠以不同形式實施，而不應當解釋為局限于這里提出的實施例。相反地，提供這些實施例將使公開徹底和完全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給本領域技術人員。
[0030]在此使用的術語的目的僅在于描述具體實施例并且不作為本發(fā)明的限制。在此使用時，單數形式的“一”、“一個”和“所述/該”也意圖包括復數形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應明白術語“組成”和/或“包括”，當在該規(guī)格書中使用時，確定所述特征、整數、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或更多其它的特征、整數、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時，術語“和/或”包括相關所列項目的任何及所有組合。
[0031]除非另外定義，在此使用的所有術語(包括技術和科學術語)具有與本發(fā)明領域的普通技術人員所通常理解的相同的含義。還將理解，諸如普通使用的字典中所定義的術語應當理解為具有與它們在相關領域和/或本說明書的環(huán)境中的含義一致的含義，而不能在理想的或過度正式的意義上解釋，除非這里明示地這樣定義。
[0032]為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細的步驟以及詳細的結構，以便闡釋本發(fā)明提出的薄膜、壓力傳感器及電子裝置。本發(fā)明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。
[0033]下面，參照圖4至圖6來描述本發(fā)明實施例提出的薄膜的示例性結構。其中，圖4為本發(fā)明的薄膜的結構示意圖；圖5為本發(fā)明的薄膜的表面平整度情況示意圖，其中，圖5A為該薄膜一個示例的剖面結構的SEM圖，圖5B為該示例薄膜的表面的SEM圖；圖6為本發(fā)明的薄膜的厚度與應力之間的關系的示意圖。
[0034]本發(fā)明實施例提供一種薄膜結構(簡稱薄膜)，該薄膜主要用于壓力傳感器(例如，電容式半導體壓力傳感器)，作為壓力傳感器的上電極。
[0035]本發(fā)明實施例的薄膜，包括至少兩層層疊的主體結構層，以及位于相鄰的主體結構層之間的層間過渡層，其中，主體結構層的材料為導電材料，優(yōu)選為鍺硅(SiGe )薄膜。層間過渡層的材料為非晶態(tài)化合物，優(yōu)選為氧化硅。
[0036]圖4A示出了本發(fā)明實施例的薄膜的一個示例，該薄膜包括層疊的兩層主體結構層401和位于它們之間的層間過渡層402。
[0037]圖4B示出了本發(fā)明實施例的薄膜的另一個示例，該薄膜包括層疊的三層主體結構層401，以及相鄰的主體結構層之間的兩個層間過渡層402。
[0038]在本發(fā)明實施例中，可以根據實際需要，對每個薄膜結構中的主體結構層的數量進行設定。在保證整體性的前提下，來達到降低應力梯度的目的。優(yōu)選的，主體結構層的數量為2?10。此時，可以在保證薄膜結構具有較小的晶粒尺寸和較好的表面平整度的情況下，節(jié)省工藝時間。如果層數過多，雖然可以更好的控制應力梯度，但也意味著整體性會更差，在重復的機械運動后分裂破損的風險更大。如果層數過少，雖然整體性相對會好一些，但調解控制整體梯度的能力會相對較差。更優(yōu)選的，主體結構層的數量為2?5。
[0039]其中，主體結構層的厚度是需要根據實際器件設計而定的，一般地，主體結構層的厚度為100、.10000人。優(yōu)選采用鍺硅作為主體結構層。優(yōu)選的，主體結構層的厚度為500?2000人。
[0040]其中，層間過渡層的厚度為I?100人。為了保證薄膜整體的導電性，層間過渡層的這一厚度不能太厚，否則會絕緣，同時也會影響薄膜的整體性。優(yōu)選的，層間過渡層的厚度為IO~50尤
[0041]本發(fā)明實施例的薄膜,可以采用爐管工藝(furnace process)制備，即每一層主體結構層的形成均采用爐管工藝。優(yōu)選的，當選用鍺硅材料作為主體結構層來制備本發(fā)明實施例的薄膜時，采用低壓、低溫、低氣體流量以及高的鍺組分。
[0042]本發(fā)明實施例的薄膜，由于將現有技術中的單層膜通過多層主體結構層的疊層結構的形式來實現，可以更好地調節(jié)晶粒的微觀結構(即，使晶粒的微觀結構得到平衡)，限制晶粒尺寸的平均大小，使得薄膜具有更好的表面平整度。示例性的，圖5B示出了本發(fā)明的薄膜(主體結構層為3層的情況)的表面平整度情況的示意圖(SEM圖)，與現有技術(圖2B)相比，顯然本發(fā)明實施例的薄膜的晶粒尺寸更小，表面平整度更好。
[0043]同時，由于晶粒的微觀結構得到平衡，可以使得薄膜具有更好的應變梯度均勻性，且應變梯度得到降低。
[0044]圖6為本發(fā)明的薄膜(主體結構層為3層的情況)的厚度與應力之間的關系的示意圖。顯然，相對于圖3本發(fā)明實施例的薄膜的應力性能更優(yōu)。
[0045]圖5和圖6顯示，本發(fā)明實施例的薄膜結構可以獲得更小的晶粒尺寸以及更統(tǒng)一的應力分布。經實驗我們可以發(fā)現，這一結構的薄膜的應變梯度大約為ΖΧΚ^μπ1。與現有技術中的單層膜相比，這一疊層結構的薄膜的應變梯度的絕對值更小。并且，隨著層數的增加(即，主體結構層層數的增加)，可以獲得更好的晶粒尺寸以及更統(tǒng)一的應力分布。
[0046]簡言之，本發(fā)明的薄膜相對于現有技術，具有更好的應力性能，更好的表面平整度，以及更小的應 變梯度。因此，將這一薄膜應用于壓力傳感器時，將有效改善壓力傳感器的敏感度和可靠性。本領域的技術人員可以理解，本發(fā)明實施例的薄膜，也可以應用于其他需要導電薄膜的場合，而不局限于電容式壓力傳感器。
[0047]本發(fā)明實施例還提供一種壓力傳感器，該壓力傳感器使用了上述的薄膜。本發(fā)明實施例的壓力傳感器，并不限于電容式壓力傳感器，可以為使用了上述的薄膜的任意形式的壓力傳感器，如電阻式壓力傳感器。優(yōu)選的，該壓力傳感器為電容式半導體壓力傳感器。上述的薄膜作為電容式半導體壓力傳感器的電極。本實施例的壓力傳感器，由于使用了本實施例的上述薄膜，因而具有更好的敏感度和可靠性。
[0048]進一步的，本發(fā)明實施例還提供一種電子裝置，該電子裝置使用了上述的壓力傳感器。本實施例的電子裝置，可以為消費電子、水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等各個行業(yè)中所使用的通過電能驅動的裝置，凡是使用了上述的壓力傳感器的電子裝置，均落入本發(fā)明的保護范圍。本實施例的電子裝置，由于使用的壓力傳感器具有更好的敏感度和可靠性，因而其亦具備更好的靈敏度和可靠性。
[0049]本發(fā)明已經通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施例范圍內。此外本領域技術人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據本發(fā)明的教導還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護的范圍以內。本發(fā)明的保護范圍由附屬的權利要求書及其等效范圍所界定。
【權利要求】
1.一種薄膜結構，其特征在于，包括至少兩層層疊的主體結構層，以及位于相鄰的所述主體結構層之間的層間過渡層； 其中，所述主體結構層的材料為導電材料，所述層間過渡層的材料為非晶態(tài)化合物。
2.如權利要求1所述的薄膜結構，其特征在于，所述主體結構層的材料為鍺硅。
3.如權利要求1所述的薄膜結構，其特征在于，所述層間過渡層的材料為氧化硅。
4.如權利要求1至3任一項所述的薄膜結構，其特征在于，所述至少兩層層疊的主體結構層的層數為2?10。
5.如權利要求4所述的薄膜結構，其特征在于，所述至少兩層層疊的主體結構層的層數為2?5。
6.如權利要求1至3任一項所述的薄膜結構，其特征在于，所述主體結構層的厚度為100?10000l
7.如權利要求6所述的薄膜結構，其特征在于，所述主體結構層的厚度為5(χμ.2(ΚΚ)人
8.如權利要求1至3任一項所述的薄膜結構，其特征在于，所述層間過渡層的厚度為1-100Α.
9.如權利要求8所述的薄膜結構，其特征在于，所述層間過渡層的厚度為10?50L.
10.如權利要求1至3任一項所述的薄膜結構，其特征在于，所述薄膜通過爐管工藝制備。
11.一種壓力傳感器，其特征在于，包括權利要求1至10任一項所述的薄膜結構。
12.如權利要求11所述的壓力傳感器，其特征在于，所述壓力傳感器為電容式半導體壓力傳感器。
13.一種電子裝置，其特征在于，包括權利要求11或12所述的壓力傳感器。
【文檔編號】G01L1/14GK104003346SQ201310058108
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2013年2月25日 優(yōu)先權日:2013年2月25日
【發(fā)明者】金滕滕, 丁敬秀, 張先明, 張復雄 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司