本發(fā)明涉及微機電系統(tǒng)技術領域，特別是涉及一種壓力傳感器的制備方法。

背景技術：

微機電系統(tǒng)(Microelectro Mechanical Systems，簡稱MEMS)是在微電子技術基礎上發(fā)展起來的多學科交叉的前沿研究領域，是一種采用半導體工藝制造微型機電器件的技術。與傳統(tǒng)機電器件相比，MEMS器件在耐高溫、小體積、低功耗方面具有十分明顯的優(yōu)勢。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已成為世界矚目的重大科技領域之一，它涉及電子、機械、材料、物理學、化學、生物學、醫(yī)學等多種學科與技術，具有廣闊的應用前景。

壓力傳感器是一種將壓力信號轉換為電信號的微機電系統(tǒng)。根據(jù)工作原理的不同其可分為壓阻式壓力傳感器和電容式壓力傳感器。電容式壓力傳感器的原理為通過壓力改變壓力感應層和底部接觸電極之間的電容，以此來測量壓力。然而，現(xiàn)有技術的壓力傳感器中，壓力感應層半導體襯底上的底部電極之間具有空腔，從而通過壓力感應層和底部電極之間的電容變化來測量壓力，然而現(xiàn)有技術中在形成空腔的過程中，會在壓力感應層的頂部產(chǎn)生聚合物，該聚合物會影響后續(xù)導致壓力傳感器的電學特性。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種壓力傳感器的制備方法，解決現(xiàn)有技術中壓力感應層電學特性不好的問題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種壓力傳感器的制備方法，包括：

提供一半導體基板，所述半導體基板中形成有互連結構和底部接觸電極；

形成犧牲層，所述犧牲層覆蓋所述底部接觸電極；

形成壓力感應層，所述壓力感應層覆蓋所述犧牲層、互連結構的上層金屬層及剩余的半導體基板表面，所述壓力感應層包括頂壁、底壁和側壁，所述頂壁位于所述犧牲層上，所述側壁圍繞在所述犧牲層的周圍，所述底壁位于所述互連結構的上層金屬層上；

在壓力感應層上形成掩膜層；

刻蝕壓力感應層，在壓力感應層的頂壁上未被掩膜層保護的區(qū)域形成開口；

利用第一灰化工藝去除所述掩膜層；

對刻蝕后的壓力感應層進行濕法清洗；

利用第二灰化工藝，通過所述開口去除犧牲層。

優(yōu)選的，所述第一灰化工藝的工藝參數(shù)為：時間：20～30S/溫度：170℃～300℃/功率：1000W～2000W/氧氣：流量1510SCCM～3000SCCM。

優(yōu)選的，所述第二灰化工藝的工藝參數(shù)為：時間：100S～150S/溫度：170℃～300℃/功率：1000W～2000W/氧氣流量：1510SCCM～3000SCCM/H2N2流量：140SCCM～300SCCM/CF4流量：3SCCM～8SCCM。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的壓力傳感器的制備方法具有以下優(yōu)點：

通過濕法去除了之前工藝過程中產(chǎn)生的聚合物又化學溶液進入電容空腔，提高了電性的穩(wěn)定性，改善了器件的性能。

進一步的，把原來掩膜層和非晶碳一步灰化工藝改為兩步，掩膜層去除用弱的灰化工藝，既去除了掩膜層又避免犧牲層的非晶碳的釋放，提高了壓力傳感器的性能

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例中壓力傳感器的制備方法的流程圖；

圖2至圖9為本發(fā)明一實施例中壓力傳感器的制備過程中器件結構的剖面示意圖。

具體實施方式

下面將結合示意圖對本發(fā)明的壓力傳感器的制備方法進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應該理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對于本領域技術人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。

為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結構，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細節(jié)而混亂。應當認為在任何實際實施例的開發(fā)中，必須做出大量實施細節(jié)以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標，例如按照有關系統(tǒng)或有關商業(yè)的限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應當認為這種開發(fā)工作可能是復雜和耗費時間的，但是對于本領域技術人員來說僅僅是常規(guī)工作。

在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

在壓力傳感器的制造中，需要在壓力感應層和半導體基底上的底部接觸電極之間形成空腔，從而通過壓力感應層和底部接觸電極之間的電容變化反應壓力的變化，然而現(xiàn)有技術中在形成空腔的過程中，會在壓力感應層的頂部產(chǎn)生聚合物，該聚合物會影響后續(xù)導致壓力傳感器的電學特性。發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有技術中通常采用在壓力感應層上形成掩膜層，然后利用掩膜層在壓力感應層上刻蝕出開口，然后利用灰化同時去除壓力感應層和底部接觸電極之間的犧牲層和掩膜層，從而在灰化的步驟中，掩膜層會形成聚合物。但是鑒于目前的犧牲層和掩膜層的材料特性相近或相同，因此在同一灰化步驟中去除的，因此通常是采用在形成空腔之后采用濕法清洗的方法來去除聚合物，但是濕法清洗會使得清洗液進入空腔內，之后空腔內的清洗液便很難完全去除，從而大大的影響壓力傳感器的性能。

發(fā)明人經(jīng)過研究，想到利用兩步灰化的步驟，將去除掩膜層和去除犧牲層分別放在不同的灰化步驟中，從而在掩膜層灰化去除之后，采用濕法清洗去除該步驟產(chǎn)生的聚合物，然后再利用灰化去除犧牲層，避免了清洗液進入空腔。

參考圖1所示，本發(fā)明的壓力傳感器的制備方法具體包括如下步驟：

步驟S11，提供一半導體基板，所述半導體基板中形成有互連結構和底部接觸電極；

步驟S12，形成犧牲層，所述犧牲層覆蓋所述底部接觸電極；

步驟S13，形成壓力感應層，所述壓力感應層覆蓋所述犧牲層、互連結構的上層金屬層及剩余的半導體基板表面，所述壓力感應層包括頂壁、底壁和側壁，所述頂壁位于所述犧牲層上，所述側壁圍繞在所述犧牲層的周圍，所述底壁位于所述互連結構的上層金屬層上；

步驟S14，在壓力感應層上形成掩膜層；

步驟S15，刻蝕壓力感應層，在壓力感應層的頂壁上未被掩膜層保護的區(qū)域形成開口；

步驟S16，利用第一灰化工藝去除所述掩膜層；

步驟S17，對刻蝕后的壓力感應層進行濕法清洗；

步驟S18，利用第二灰化工藝，通過所述開口去除犧牲層。

圖2至圖9為本發(fā)明一實施例中壓力傳感器制備過程中器件結構的剖面示意圖，以下結合圖2至圖9更詳細的說明本發(fā)明的探測傳感器及其制備方法。

首先，進行步驟S11，參考圖2所示，提供一半導體基板10。

半導體基板10可以包括單晶的硅基底、鍺硅基底、鍺基底或本領域技術人員公知的其它半導體材料制成的基底，并且可以在基底上外延生長有多晶硅、鍺或者鍺硅材料，也可以外延生長有氧化硅等材料。

所述半導體基板10中內嵌有控制電路(圖中未示出)、互連結構11以及底部接觸電極12，所述互連結構的上層金屬層112和接觸電極12位于同一平面。底部接觸電極12和上層金屬層112的材料選自鋁，但不限于鋁，還可以為鈦、氮化鈦、銀、金、銅、鎢、鈷、鎳、鉭、鉑中的一種或者他們的任意組合。

需要說明的是，在半導體基底10內還可以形成有其他器件結構，例如放大器、數(shù)/模轉換器、模擬處理電路和/或數(shù)字處理電路、接口電路等，形成這些器件結構的方法均可以為CMOS工藝。此外，互連結構11可以包括栓塞和下層金屬層，其具體的結構需要根據(jù)實際情況確定，圖2中的互連結構11僅起示意作用，并不對本發(fā)明做出任何限制。

其次，進行步驟S12，參考圖3所示，在所述底部接觸電極12和周圍的半導體基板表面形成犧牲層20，所述犧牲層20后續(xù)被去除，從而在壓力感應層與底部接觸電極12之間形成空腔，感應電容的變化。

所述犧牲層20例如為非晶碳，形成非晶碳的方法為等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)工藝。等離子增強化學氣相沉積工藝的參數(shù)例如為：溫度范圍為250℃～420℃，氣壓范圍為1torr～20tort，RF功率范圍為800W～2000W，反應氣體包括C₃H₆和He，反應氣體流量為1000sccm～4200sccm，其中C₃H₆：He的體積比例范圍為2∶1～10∶1。需要說明的是，犧牲層20的材料并不限于非晶碳，也可以為本領域人員熟知的其它材料，例如二氧化硅、非晶硅、非晶鍺、光阻材料、聚酰亞胺等。

接著，進行步驟S13，參考圖4所示，形成壓力感應層30覆蓋所述犧牲層20、互連結構的上層金屬層及剩余的半導體基板表面，所述壓力感應層包括頂壁31、底壁33和側壁32，所述頂壁位于所述犧牲層上，所述側壁圍繞在所述犧牲層的周圍，所述底壁位于所述互連結構的上層金屬層上；

所述壓力感應層30的材料例如為鍺化硅，可以采用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)或者低壓化學氣相沉積(LPCVD)工藝沉積鍺化硅。在本實施例中采用LPCVD，LPCVD的工藝參數(shù)為：溫度范圍為400℃-450℃，氣壓范圍為150mtorr～200mtorr，形成的鍺化硅的材料為Si_1-xGe_x，x的取值范圍在0.5到0.8之間，Si_1-xGe_x的厚度在0.1μm～3.0μm之間。如前所述，也可以采用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)沉積鍺化硅，但是優(yōu)選采用LPCVD，其可以和后面的制程兼容，簡化工藝。

需要說明的是，上層金屬層112例如是鋁金屬與壓力感應層30例如是鍺化硅之間形成合金的溫度在420℃附近，由于鍺化硅的沉積溫度在形成該合金溫度的附近，因此在沉積鍺化硅的過程中在金屬鋁的界面處容易形成合金，但是由于形成合金的過程不充分，從而形成的合金均勻性很差，也就是有的地方是合金，有的地方非合金，從而在界面處形成了合金和金屬鋁的不均勻界面，導致電阻特性很差，影響接觸性能。

接著，進行步驟S14，參考圖5，先在壓力感應層30上形成一層光刻膠材料的光阻，然后利用光刻，在光阻中形成一些開口。具體的，可以采用旋涂光阻，光阻的厚度例如為0.1μm～3.0μm，并采用曝光、顯影等步驟，形成圖案化的光阻，即掩膜層600。

接著，進行步驟S15，參考圖6，在掩膜層的保護下利用等離子體刻蝕工藝，刻蝕壓力感應層形成所述第一開口310，并且，所述第一開口310暴露所述犧牲層20。具體的刻蝕工藝以圖案化的光阻，即掩膜層600為掩膜刻蝕所述壓力感應層，本實施例中，采用CF₄等離子體刻蝕。并且，CF₄離子能量較高，同時刻蝕所述掩膜層，去除部分掩膜層。

接著，執(zhí)行步驟16，參考圖7，利用灰化工藝去除掩膜層，具體的灰化工藝，時間：20～30S/溫度：170℃～300℃/功率：1000W～2000W/氧氣：流量1510SCCM～3000SCCM，例如在本實施例中，時間：30S/溫度：270℃/功率：1500W/氧氣：流量2510sccm。在該第一灰化步驟中，發(fā)明人進過研究發(fā)現(xiàn)會產(chǎn)生聚合物，該聚合物會堆積在壓力感應層的表面，如果不去除，會對壓力傳感器的電學特性造成影響

接著，執(zhí)行步驟17，參考吐8，對刻蝕后的壓力感應層進行濕法清洗。

具體的，可以利用光刻之后去除光刻膠的清洗液，對刻蝕后的壓力感應層進行清洗。

最后，執(zhí)行步驟S18，參考圖9，利用第二灰化工藝，通過所述開口去除犧牲層。所述第二灰化工藝的工藝參數(shù)為：時間：100S～150S/溫度：170℃～300℃/功率：1000W～2000W/氧氣流量：1510SCCM～3000SCCM/H2N2流量：140SCCM～300SCCM/CF4流量：3SCCM～8SCCM。具體在，在本實施例中，可以為，時間：150S/溫度：270℃/功率：1500W/氧氣流量：2510SCCM/H2N2流量：240SCCM/CF4流量：5SCCM。在所述壓力感應層300和所述底部接觸電極122之間形成所述空腔320。去除犧牲層200的方法為灰化工藝，即采用氧氣等離子體刻蝕非晶碳，非晶碳與氧氣生成二氧化碳氣體，從第一開口310中揮發(fā)出去。

在此之后還可以包括在壓力感應層上形成具有開口的保護層的步驟。

顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。